连续撑跃式台阶攀爬机器人用撑杆滚轮自适应结构的制作方法

本实用新型涉及一种台阶攀爬机构，具体来说涉及一种连续撑跃式台阶攀爬机器人用撑杆滚轮自适应结构。

背景技术：

2015年9月9日，在全球老龄工作领域有着重要影响的国际性非政府组织--国际助老会发布了名为《2015全球老龄事业观察指数》的报告。报告说，全球60岁及以上人口约9.01亿，占世界人口12.3％。到2030年这一比例将达到16.5％。报告称目前中国是世界上老龄人口最多的国家有2.09亿，另外由于各种灾难和疾病造成的残障人士也逐年增加。而轮椅是老年人以及残障人士必不可少的代步工具，普通轮椅只能平地行走，不能上下阶梯。为解决这一问题目前市场上研究出具有攀爬功能的智能轮椅车，主要为履带式和星轮式，其缺点是安全稳定性差且上下阶梯必须要他人协助。这也是履带式和星轮式轮椅尽管实用新型专利很多，但是真正实施和推广很少的主要原因。因此，也有一些人想到了设计一种腿足式的全方位水平姿态爬楼机器人及零半径转向、爬楼方法。但由于其结构复杂、移动速度慢，对不同台阶高度的自适应性差，也未能得到推广。

比如，名称为“全方位水平姿态爬楼机器人及零半径转向、爬楼方法”，申请号为“CN201310285367.8”的在先申请，描述了这样的特征“本实用新型提供了一种全方位水平姿态爬楼机器人，包括下台面及位于其上方的上台面，在下台面的下方设有带动其升降的至少两组下台面升降机构，在上台面的下方设有带动其升降的至少四组上台面升降机构，其特征在于：下台面与上台面在水平方向上前后错开，在下台面与上台面之间设有支撑转动板，支撑转动板底部设有直线移动单元，直线移动单元的底部设于下台面上，在上台面上设有转动机构，转动机构与支撑转动板固定连接。”由上述描述可以看出，整个爬行机构和爬行方法都很复杂，腿足多、整个传动关系繁琐导致 移动速度慢，且对不同楼梯的自适应性差，安全可靠性得不到保障。因此该实用新型并不实用。

又比如，中国专利公告号为CN 104925162B公开了一种电动爬楼机器人，包括：爬楼机台，该爬楼机台上纵向设置有两通槽；爬楼机台的下部对称设置有两油马达，任一油马达的出力轴均与一丝杠相连接，丝杠安装于爬楼机台上；两个丝杠当中，每个丝杠均贯穿一油缸，油缸内具有与所述丝杠相适配的内螺纹，油缸与丝杠构成螺纹传动副；所述油缸的顶部与一离合器固定连接，离合器位于通槽内部，离合器的顶端放置有载人板，油缸通过离合器带动载人板移动；其中，两个油缸通过活塞杆的伸缩与前后交替运动实现上楼。但是这种结构在爬楼时，重心不稳，存在安全隐患。

本申请人申请了一种连续撑跃式台阶攀爬机器人，其中前、后撑杆在爬升时，前、后撑杆的前端与台阶面接触，如何保证攀爬过程中前、后撑杆的前端不会打滑，又能保证前、后撑杆撑跃后，台阶面对前、后撑杆的阻力减小，就显得尤为重要。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种连续撑跃式台阶攀爬机器人用撑杆滚轮自适应结构，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

连续撑跃式台阶攀爬机器人用撑杆滚轮自适应结构，其特征在于，在连续撑跃式台阶攀爬机器人的撑杆前端通过转轴设置有一滚轮，所述滚轮的侧面设置有楔形槽，在撑杆内设置有伸缩式的联动楔舌，联动楔舌的位置与楔形槽相适配；所述联动楔舌与电磁铁连接，通过电磁铁控制联动楔舌的伸缩。

撑杆端头滚轮在对梯面施加作用力时，撑杆内的电磁铁释放衍铁芯，联动楔舌插入楔形槽内将滚轮锁死，达到刹车的目的，这样才能有效保攀爬过程中滚轮不会打滑，保证了使用的安全性。

当撑杆向后倾斜，动力驱动轮下降过程中，为了减小阻力，联动楔舌从楔形槽内退出，滚轮可以进行滑动，使得滚轮与台阶面之间的滑动摩擦变成滚动摩擦。

本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为连续撑跃式台阶攀爬机器人的示意图。

图2为支撑架体的示意图。

图3为连续撑跃式台阶攀爬机器人的另一方向示意图。

图4为连续撑跃式台阶攀爬机器人的示意图。

图5为连续撑跃式台阶攀爬机器人爬升台阶时的状态示意图。

图6为连续撑跃式台阶攀爬机器人爬升台阶时的状态示意图。

图7为连续撑跃式台阶攀爬机器人爬升台阶时的状态示意图。

图8为连续撑跃式台阶攀爬机器人爬升台阶时的状态示意图。

图9为连续撑跃式台阶攀爬机器人爬升台阶时的状态示意图。

图10为连续撑跃式台阶攀爬机器人爬升台阶时的状态示意图。

图11为滚轮内电磁铁控制联动楔舌的状态示意图。

图12为滚轮内电磁铁控制联动楔舌的状态示意图。

各附图中的标号表示如下：

1轮椅座、2支撑架体、3控制器、4水平调节电推杆、5变距电推杆、6平台平衡连杆、7前平衡连杆、8后平衡连杆、9前动力驱动轮、10后动力驱动轮、11前撑杆、12后撑杆、13、前滚轮、14后滚轮、15多轴同步控制驱动电路、16水平移动电推杆、17脚踏板、18前动力减速电机、19后动力减速电机、20前撑杆位角编码器、21后撑杆位角编码器、22前悬侧梁、23后悬侧梁、24前撑杆轴、25后撑杆轴、26前超声距离探测器、27后超声距离探测器、28前转向侧架横梁、29后主轴、30楔形槽、31联动楔舌、32电磁铁。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本实用新型。

在本实用新型的描述中，术语“左端、右端、前端、后端、左侧、右侧、向内、向外”等仅仅是为了方便描述和限定，而不能理解为对本实用新型的限制。

参见图1-4，本实用新型公开了一种连续撑跃式台阶攀爬机器人，包括支撑架体2和设置在支撑架体上的支撑平台；支撑平台可以用于放置物品，也可以用以坐人。本实施例以坐人为例，支撑平台为一轮椅座1。

轮椅座1包括坐垫、靠背和扶手，轮椅座1通过导轨或者滑块可以前后移动的设置在支撑架体2上，且轮椅座1与驱动其前后移动的水平移动电推杆16连接。当使用者需要坐在上面时，可以通过调节水平移动电推杆16，带动轮椅座1向前移动，方便使用者坐下。

支撑架体2包括前、后支撑联动组件，前、后支撑联动组件分别与前、后悬侧梁(22、23)的一端连接，前、后悬侧梁(22、23)的另一端铰接在一起；前、后支撑联动组件之间还设置有变距电推杆5，前、后悬侧梁(22、23)与变距电推杆5形成三角架体，通过变距电推杆5的伸缩运动改变前、后动力驱动轮的轮距，来适应楼梯梯步步距。

前支撑联动组件包括前撑杆轴24、两个分别设置在前撑杆轴24两端的前撑杆11；后支撑联动组件包括后撑杆轴25、两个分别设置在后撑杆轴25两端的后撑杆12。前、后支撑联动组件之间通过同步驱动机构连接；同步驱动机构包括两组分别用以驱动两个撑杆轴转动的前、后动力减速电机(18、19)、两组分别设置在两个撑杆轴上的位角同步编码传感器(20、21)、以及多轴同步控制驱动电路15；两组位角同步编码传感器(20、21)均与多轴同步控制驱动电路15连接，多轴同步控制驱动电路15分别连接并控制两组动力减速电机(18、19)。前、后撑杆(11、12)在前、后动力减速电机(18、19)的驱动下，围绕撑杆轴(24、25)做圆周运动，同时通过撑杆轴上的位角同步编码传感器(20、21)给出的位角编码信息，分别传送至多轴同步控制驱动电路15，经多轴同步控制驱动电路15处理后，经过A路驱动反馈给后动力减速电机19，作出相应的转速调整，经过B路驱动反馈给前动力减速电机18，作出相应的转速调整，达到前、后撑杆位角同步的目的。前、后撑杆(11、12)的前端均为滚轮(13、14)。

参见图11和12，滚轮的侧面设置有楔形槽30，在撑杆内设置有伸缩式的联动楔舌31，联动楔舌31的位置与楔形槽30相适配；联动楔舌与电磁铁32连接，通过电磁铁32控制联动楔舌31的伸缩。

两个后动力驱动轮10设置在后主轴29上，后主轴29通过轴承连接后撑杆轴25上；两个前动力驱动轮9设置在前转向侧架横梁28上，前转向侧架横梁28通过轴承连接前撑杆轴24上。后动力驱动轮10、前动力驱动轮9分别通过独立的电机控制。且前撑杆11长度大于前动力驱动轮9的直径；后撑杆12长度大于后动力驱动轮10的直径。

在前转向侧架横梁28上设置有前超声距离探测器26，在后主轴29上设置有后超声距离探测器27。前超声距离探测器26、后超声距离探测器27用以检测动力驱动轮与台阶垂直梯面的间距。另外，需要指出的是，支撑平台(轮椅座1)与前转向侧架横梁28之间设置有平台平衡连杆6，通过平台平衡连杆6带动支撑平台与前转向侧架横梁28同步运动；前转向侧架横梁28与后主轴29之间依次通过前平衡连杆7、后平衡连杆8连接，通过前平衡连杆7和后平衡连杆8带动前转向侧架横梁28与后主轴29同步运动。在座椅姿态调整过程中，平台平衡连杆6、前平衡连杆7、后平衡连杆8通过联动作用，将前转向侧架横梁28下的前超声距离探测器26调整至与台阶垂直梯面垂直，将位于轮椅后主轴上的后超声距离探测器27调整至与台阶垂直梯面垂直。

前转向侧架横梁28上设置有脚踏板17。

轮椅座1与支撑架体之间还设置有用以调节支撑平台角度的水平调节电推杆4；通过水平调节电推杆4可以调节轮椅座1的倾斜角度。在水平调节电推杆4上设置有倾角传感器，实现自动调控，即在爬升过程中，支撑架体2与轮椅座1之间的角度在不断变化，倾角传感器将该信息传输给控制装置，控制装置控制水平调节电推杆4做伸缩运动，以保证轮椅座1始终保持水平状态。

本实用新型的控制器3安装在轮椅座1的右扶手上，以方便使用者操作。

本实用新型的使用过程如下：

第一、二阶台阶的爬升：预先通过调节变距电推杆5来改变前、后动力 驱动轮(9、10)的轮距，来适应台阶面的宽度。控制连续撑跃式台阶攀爬机器人后退，位于后主轴29上的后超声距离探测器27开始自动检测，至合适距离时，通过控制系统控制连续撑跃式台阶攀爬机器人停下，连续撑跃式台阶攀爬机器人处于爬楼准备状态。后撑杆轴25转动，带动后撑杆12翻转至上一阶台阶，后撑杆轴25继续转动，在台阶面对后撑杆12的反作用力下，后撑杆12慢慢竖立撑起来，后撑杆轴25、后动力驱动轮10逐渐上升，直至后撑杆12与台阶面垂直，此时后动力驱动轮10离地；然后后撑杆轴25继续转动，后撑杆12向后倾斜，后撑杆轴25、后动力驱动轮10逐渐下降，直至后动力驱动轮10落地，后动力驱动轮10完成第一阶台阶的爬升。然后，采用相同的原理，后动力驱动轮10带动连续撑跃式台阶攀爬机器人后退，通过后超声距离探测器27的定位，再进行爬升，后动力驱动轮10完成第二阶台阶的爬升。此时，连续撑跃式台阶攀爬机器人的前动力驱动轮10靠近第一阶台阶并准备爬升第一阶台阶。

参见图5-10，中间台阶的爬升：控制连续撑跃式台阶攀爬机器人后退，位于后主轴29上的后超声距离探测器27开始自动检测，至合适距离时，通过控制系统控制连续撑跃式台阶攀爬机器人停下，连续撑跃式台阶攀爬机器人处于爬楼准备状态。后撑杆轴25转动，带动后撑杆12翻转至上一阶台阶，后撑杆轴25继续转动，在台阶面对后撑杆12的反作用力下，后撑杆12慢慢竖立撑起来，后撑杆轴25、后动力驱动轮10逐渐上升，直至后撑杆12与台阶面垂直，此时后动力驱动轮10离地；然后后撑杆轴25继续转动，后撑杆12向后倾斜，后撑杆轴25、后动力驱动轮10逐渐下降，直至后动力驱动轮10落地，后动力驱动轮10完成一阶台阶的爬升。同理，在这个过程中，同步地，前撑杆轴24与后撑杆轴25同步转动，前撑杆11翻转至上一阶台阶，前撑杆轴24继续转动，在台阶面对前撑杆11的反作用力下，前撑杆11慢慢竖立撑起来，前撑杆轴24、前动力驱动轮9逐渐上升，直至前撑杆11与台阶面垂直，此时前动力驱动轮9离地；然后前撑杆轴24继续转动，前撑杆11向后倾斜，前撑杆轴24、前动力驱动轮9逐渐下降，直至前动力驱动轮9落地；完成一阶台阶的攀爬。

在前动力驱动轮9经过最后两时台阶时，后撑杆轴25、后撑杆12不再运 动，采用相同的原理，前撑杆轴24、前撑杆11带动前动力驱动轮9完成爬升。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。