一种基于差速器和倒立摆的欠驱动爬楼梯机器人的制作方法

本发明属于机器人领域，特别是涉及一种基于差速器和倒立摆的欠驱动爬楼梯机器人。

背景技术：

可适应不同环境的移动机器人一直是机器人研究中的热点问题，越障机器人的研究就属于这个问题。越障机器人可以在人不能到达或不便到达的环境中进行作业，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，减轻劳动强度，有着十分重要的意义。医疗服务方面，可爬楼梯的越障轮椅使生活在高层住宅的残疾人和老年人的生活更加便利。楼梯是人造环境中的最常见的障碍，轮式、履带式、腿式移动机构是目前应用在越障机器人中最为广泛的三种方案。

公开号为cn109383646a的中国专利申请，公开一种动作灵活的爬楼梯机器人，使用履带式移动方式，特点是稳定性好，能在凹凸不平的地面上行走，并能越过较大斜坡或阶梯；但履带式移动机构运动方向的操纵是由左右履速度差所控制的，因此，转向时会出现滑动、阻力较大、转向半径大及中心度较差等问题。同时此机器人一般体积、重量都比较庞大，难以适应狭小空间的工作。

公开号为cn108163075a的中国专利申请，公开一种爬楼梯机器人及其应用，使用轮式移动方式，包括车架机构、控制3系统和轮式行走机构；其中控制系统、轮式行走机构安装在车架机构上，控制系统用于驱动轮式行走机构中可变轮的行走与爬楼梯。该发明解决轮式移动方式只适合在平坦地面运行而不能上下阶梯的问题，但其每一个功能的实现都需要一个电机驱动，整个装置想要实现全部功能需要四个电机，浪费能量。

公开号为cn103395456a的中国专利申请，公开一种复杂地形轮腿式移动机器人，将轮式移动方式和腿式移动方式结合起来，特点是只需要离散的着地点，就能在平地及凹凸不平的地面上行走，可越过壕沟等障碍及上下阶梯，具有较高的机动性。然而轮腿式移动机构的控制较复杂相关技术也不太成熟，且造价昂贵。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于差速器和倒立摆的欠驱动爬楼梯机器人，具有结构简单、可靠性高、操纵性好、节约能源的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于差速器和倒立摆的欠驱动爬楼梯机器人，包括动力组件、差速器、动力传递组件、运动组件、支撑组件。

所述动力组件包括电动机、第一螺纹连接板、电机轴、第二螺纹连接板、电机法兰、第一小带轮、第一大带轮、第一传动带、第一张紧装置、差速器、第二塞打螺钉、第三塞打螺钉；电动机与第一螺纹连接板通过螺钉连接，电机轴从电动机伸出，另一端通过带肩轴承安装在第二螺纹连接板上，电机法兰与电机轴通过键和销连接，第一小带轮与电机法兰通过螺钉连接，安装在电机轴上，第一小带轮与第一大带轮通过第一传动带连接，第一螺纹连接板和第二螺纹连接板通过四根铜制六角螺柱连接固定，第一小带轮与第一大带轮之间有第一张紧装置；第一大带轮套在差速器上，通过六只螺钉连接，三只螺钉从平地旋转前进装置面插到行星轮系架翻转面，另外三只螺钉从行星轮系架翻转面插到平地旋转前进装置面，六只螺钉依次交叉插入差速器和第一大带轮，完成连接；所述差速器两端插入第二塞打螺钉、第三塞打螺钉，第二塞打螺钉连接有负责传递轮子平地旋转前进动力的带轮轮系，第三塞打螺钉连接负责传递行星轮系架翻转动力的带轮轮系；所述第一张紧装置由第一塞打螺钉、带肩轴承、波形垫圈、垫圈、防松螺母、轴套组成，第一塞打螺钉左右两端贯穿两螺纹连接板，螺帽卡在第一螺纹连接板上，另一端通过防松螺母固定在第二螺纹连接板上，第一塞打螺钉上套装有两只带肩轴承、四只波形垫圈、两个轴套和两只垫圈，两只带肩轴承相对放置，轴肩在外，带肩轴承压在第一传动带上，起到对带的张紧作用，每个带肩轴承两端各有一只波形垫圈，在带肩轴承之间的两只波形垫圈之间放置一只垫圈，安装在两只带肩轴承轴肩外的波形垫圈外各放置一个轴套，靠近第二螺纹连接板的轴套与第二螺纹连接板之间放置一个垫圈。

所述动力传递组件包括负责传递轮子平地旋转前进动力的带轮轮系和负责传递行星轮系架翻转动力的带轮轮系。

所述负责传递轮子平地旋转前进动力的带轮轮系包括第二小带轮、第二传动带、第二张紧装置、第二大带轮、第一外固定板、第一内固定板、第一菱形板、第一上下联板；传递轮子平地旋转前进动力的带轮轮系的第二小带轮安装在第二塞打螺钉上，通过第二传动带与下方的第二大带轮连接，机器人通过第二张紧装置实现对带的张紧；所述第二张紧装置由第四塞打螺钉、第五塞打螺钉、第六塞打螺钉、三只防松螺母、四个带肩轴承、八个波形垫圈、两个垫圈、第一外固定板、第一内固定板、第一菱形板组成；第一上下联板、第一菱形板和第一内固定板通过螺钉连接，第一内固定板和第一外固定板通过两根铜制六角螺柱连接，两根螺钉插入两根铜制六角螺柱，将第一菱形板、第一内固定板和第一外固定板连接，第四塞打螺钉、第五塞打螺钉、第六塞打螺钉从第一内固定板内侧装入，螺帽卡在第一内固定板上，螺钉头部通过防松螺母固定在第一外固定板上，第四塞打螺钉、第五塞打螺钉上各套有两只带肩轴承、四只波形垫圈、一只垫圈，两只带肩轴承相对放置，轴肩在外，带肩轴承压在第二传动带上，起到对带的张紧作用，每个带肩轴承两端各有一只波形垫圈，在带肩轴承之间的两只波形垫圈之间放置一只垫圈。

所述负责传递行星轮系架翻转动力的带轮轮系包括第三大带轮、第三传动带、第三张紧装置、第三小带轮、第一外固定板、第一内固定板、第一菱形板、第二上下联板；传递行星轮系架翻转动力的带轮轮系的第三大带轮安装在第三塞打螺钉上，通过第三传动带与下方的第三小带轮连接，机器人通过第三张紧装置实现对带的张紧；所述第三张紧装置由第七塞打螺钉、第八塞打螺钉、两只防松螺母、四个带肩轴承、八个波形垫圈、两个垫圈、第二外固定板、第二内固定板、第二菱形板组成；第二上下联板、第二菱形板和第二内固定板通过螺钉连接，第二内固定板和第二外固定板通过两根铜制六角螺柱连接，两根螺钉插入两根铜制六角螺柱，将第二菱形板、第二内固定板和第二外固定板连接，第七塞打螺钉、第八塞打螺钉从第二内固定板内侧装入，螺帽卡在第二内固定板上，螺钉头部通过防松螺母固定在第二外固定板上，第七塞打螺钉、第八塞打螺钉上各套装有两只带肩轴承、四只波形垫圈、一只垫圈，两只带肩轴承相对放置，轴肩在外，带肩轴承压在第三传动带上起到对带的张紧作用，每个带肩轴承两端各有一只波形垫圈，放置在带肩轴承之间的两只波形垫圈之间放置一只垫圈。

所述运动组件包括车轮系组件、轮子平地旋转前进组件和行星轮系架翻转组件；所述轮子平地旋转前进组件，包括第九塞打螺钉、第四小带轮、第一十字翻架、三角固定板、长轴套、锥形套、轴套卡、第一轴承座；第四小带轮安装在第九塞打螺钉上，第四小带轮由轮和接在轮一侧的圆柱套组成，第四小带轮中心的螺钉孔的四周均匀分布四个六边形孔，第四小带轮通过大带肩轴承安装在第一十字翻架和三角固定板上，第一十字翻架和三角固定板通过螺钉连接，第四小带轮的圆柱套上套着长轴套，长轴套上套着锥形套和轴套卡，锥形套和轴套卡之间的长轴套安装着大轴承，大轴承安装在第一轴承座上，第一轴承座通过四根内六角沉头螺钉固定在第一上下联板上，第二大带轮安装在第九塞打螺钉上，与第四小带轮通过四根铜制六角螺柱连接，第九塞打螺钉的螺钉头部从内向外依次安装着防松螺母、垫圈、波形垫圈、带肩轴承，带肩轴承肩部卡在第四小带轮的内端面上。

所述行星轮系架翻转组件，包括第十塞打螺钉、上下联板固定件、第二十字翻架、十字翻板外固定件、十字翻板内固定件、第一翻转内部件、第二翻转内部件；第十塞打螺钉上套装着第三小带轮，即谐波输入带轮，上下联板固定件与第二上下联板通过螺钉连接，十字翻板外固定件安装在第二十字翻架的外侧，十字翻板内固定件安装在第二十字翻架的内侧，三者通过螺钉连接，第一翻转内部件和第二翻转内部件套装在第十塞打螺钉上，第二翻转内部件与第十塞打螺钉通过键连接，第一翻转内部件一端抵在第三小带轮内端面，另一端抵在第二翻转内部件外端面上，第二翻转内部件另一端抵在十字翻板内固定件上，第一翻转内部件和第二翻转内部件通过螺钉连接，第十塞打螺钉通过带肩轴承安装在十字翻板内固定件和第二十字翻架上，上下联板固定件、十字翻板外固定件和第二翻转内部件共同组成谐波减速器，上下联板固定件为谐波减速器外圈，十字翻板外固定件为谐波减速器的波发生器，第二翻转内部件为谐波减速器内圈。

所述第九塞打螺钉、第十塞打螺钉的螺帽分别卡在第二大带轮和第三小带轮上，两只塞打螺钉同轴放置，从装置外部伸入装置内部，两只塞打螺钉的螺钉头部通过第一铜制六角螺柱连接。

所述车轮系组件，包括第四传动带、第五传动带、第五小带轮、第六小带轮、第七小带轮、第八小带轮、第九小带轮、第四张紧装置、第一轮轴、第二轮轴、第三轮轴、第四轮轴、第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮、第四行星轮、第五张紧装置、第六张紧装置、第七张紧装置、第八张紧装置；第四小带轮通过第四传动带与后下方的第五小带轮连接；所述第四张紧装置，包括第十一塞打螺钉、防松螺母、两个带肩轴承、三个波形垫圈、两个垫圈，第十一塞打螺钉上套装有两只带肩轴承，两只带肩轴承相对放置，轴肩在外，带肩轴承压在第四传动带上起到对带的张紧作用，每个带肩轴承非轴肩面各有一只波形垫圈，放置在带肩轴承之间的两只波形垫圈之间放置一只垫圈，螺钉头部通过防松螺母和垫圈固定在第二十字翻架上，垫圈和带肩轴承轴肩之间有一个波形垫圈。

所述第一轮轴、第二轮轴、第三轮轴、第四轮轴从第一十字翻架贯穿到第二十字翻架，第一轮轴的中部安装有第一行星轮，第一行星轮的两端安装有第五小带轮、第六小带轮，两带轮内部各安装两只带肩轴承，带肩轴承相对放置，轴肩在外，两带轮通过带肩轴承安装在第一轮轴上，第五小带轮、第六小带轮的外端面与第一十字翻架、第二十字翻架之间分别安装轴套，第五小带轮和第六小带轮通过轴同步运动；第七小带轮、第八小带轮、第九小带轮分别安装在第二轮轴、第三轮轴、第四轮轴上，与第六小带轮在同一平面内，内部各安装两只带肩轴承，带肩轴承相对放置，轴肩在外，第二行星轮、第三行星轮和第四行星轮分别安装在第二轮轴、第三轮轴、第四轮轴上，与第一行星轮在同一平面内，第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮、第四行星轮组成行星轮系。

所述第六小带轮通过第五传动带与第七小带轮、第八小带轮、第九小带轮连接，第五张紧装置、第六张紧装置、第七张紧装置、第八张紧装置起到对带的张紧作用，第六小带轮、第七小带轮、第八小带轮、第九小带轮组成同心带轮；所述第五张紧装置，包括第十二塞打螺钉、三个波形垫圈、两个带肩轴承、四个轴套、防松螺母，第十二塞打螺钉从内向外插入第二十字翻架，防松螺母和垫圈将螺钉头部固定在第二十字翻架，塞打螺钉上相对放置带肩轴承，轴肩在外，带肩轴承之间有一个轴套，轴套与两个带肩轴承之间安装着波形垫圈起到固定作用，螺帽和带肩轴承之间安装一个轴套，轴套和带肩轴承轴肩之间再安装一个波形垫圈；所述第六张紧装置、第七张紧装置、第八张紧装置分别包括第十三塞打螺钉、第十四塞打螺钉、第十五塞打螺钉，三只螺钉从装置外向装置内插入，通过螺帽和轴套固定在在第二十字翻架上，螺钉头部套着铜制六角螺柱，铜制六角螺柱另一端靠在三角固定板上，铜制六角螺柱、三角固定板和第一十字翻架通过螺钉连接，塞打螺钉上相对放置带肩轴承，轴肩在外，带肩轴承之间有一个轴套，轴套与两个带肩轴承之间安装着波形垫圈起到固定作用，轴套和带肩轴承轴肩之间再安装一个波形垫圈，铜制六角螺柱和带肩轴承之间安装一个防松螺母。

所述的支撑组件包括第一四孔长方体轴承座、第二四孔长方体轴承座、第三四孔长方体轴承座、第四四孔长方体轴承座、第一螺纹连接块、第二螺纹连接块、第一螺纹连接板、第二螺纹连接板、下顶板、上顶板、电源架、电源、第一螺纹固定板、第二螺纹固定板；第一四孔长方体轴承座、第二四孔长方体轴承座里面安装有轴承，套在差速器的两端，第一四孔长方体轴承座、第二四孔长方体轴承座分别与第一螺纹连接板和第二螺纹连接板通过四个角的四个螺钉连接，第三四孔长方体轴承座和第四四孔长方体轴承座，里面安装有轴承，分别安装在第一上下联板和第二上下联板内侧，第一四孔长方体轴承座和第三四孔长方体轴承座上安装着第一螺纹连接块，第二四孔长方体轴承座和第四四孔长方体轴承座上安装着第二螺纹连接块，第一螺纹连接板、第一螺纹连接块和第一上下联板通过3根铜制六角螺柱连接，第二螺纹连接板、第二螺纹连接块和第二上下联板通过3根铜制六角螺柱连接，第一螺纹连接块与下方的第一螺纹固定板通过螺钉连接，第二螺纹连接块与下方的第二螺纹固定板通过螺钉连接，第一螺纹连接块和第二螺纹连接块上有下顶板，下顶板、第一螺纹连接块、第一螺纹固定板通过4根铜制六角螺柱连接，下顶板、第二螺纹连接块、第二螺纹固定板通过两根铜制六角螺柱连接，下顶板和其上的上顶板通过八根短铜制六角螺柱连接，电源安装在电源架中，电源架插在上顶板上。

所述的一种基于差速器和倒立摆的欠驱动爬楼梯机器人，使用时包括如下步骤：

步骤一；将机器人放在楼梯前平地上，距楼梯有一段距离，使机器人处于停止状态，同时采用远程遥控方式对机器人进行控制。

步骤二：打开电源开关，电动机通电开始运动，电动机的动力通过动力组件中的带传动传递给差速器。

步骤三：行星轮系架翻转需要克服自身重力，平地情况下由于能量最低原则，动力流向行星轮，差速器行星轮系架翻转侧锁紧，差速器轮子平地旋转前进侧以两倍速输出，通过动力传递组件将动力传递给同心带轮，同心带轮工作，同心带轮所控制的接地两行星轮旋转，不接地两行星轮空转，机器人平地前进。

步骤四：遇到楼梯时行星轮受到障碍，因为楼梯对行星轮表面的摩擦力作用而卡死锁定，行星轮停止旋转，因而与行星轮相联接的差速器输出端锁紧，动力流向行星轮系架翻转侧的差速器一端，以两倍速输出，通过动力传递组件将动力传递给谐波减速器，谐波减速器中的波发生器工作，带动第一十字翻架、第二十字翻架旋转，带动四个行星轮翻转，机器人开始进行爬楼梯运动。

步骤五：当机器人爬上楼梯后，要进行平地旋转前进运动，行星轮表面没有受到楼梯的阻碍，动力恢复流向行星轮，行星轮系架翻转侧的差速器一端锁紧，谐波减速器没有能量输入，谐波减速器中的波发生器停止工作，第一十字翻架、第二十字翻架停止旋转，四个行星轮翻转运动停止，轮子平地旋转前进侧的差速器一端打开，以两倍速输出，机器人继续步骤三的动作。

步骤六：机器人重复步骤二到步骤五的动作，直到爬完全部楼梯，随后控制机器人运动到回收地点，关闭电源开关，回收机器人。

本发明的优点及有益效果是：

本发明的一种基于差速器和倒立摆的欠驱动爬楼梯机器人，利用差速器特点以及针对不同的使用场景的动力需求，即平地的高速低力矩和越障的低速高力矩的使用特点，将将动力一分为二，高速端直接输出到行星轮系，满足高速需求，低速端经过谐波减速器减速之后再输出到第一十字翻架和第二十字翻架，再输出到行星轮系，满足高力矩需求。只需要一个电动机就可以实现多种功能，具有结构简单、可靠性高、操纵性好、节约能源的特点。

附图说明

图1为本发明的动力组件右视结构示意图；

图2为本发明的动力组件左视结构示意图；

图3为本发明的第一张紧装置结构示意图；

图4为本发明的负责传递轮子平地旋转前进动力的带轮轮系结构示意图；

图5为本发明的负责传递行星轮系架翻转动力的带轮轮系结构示意图；

图6为本发明的第二张紧装置结构示意图；

图7为本发明的第二张紧装置俯视图；

图8为本发明的第三张紧装置结构示意图；

图9为本发明的第三张紧装置俯视图；

图10为本发明的上半部分剖视示意图；

图11为本发明的下半部分剖视示意图；

图12为本发明的差速器剖视示意图；

图13为本发明的差速器结构示意图；

图14为本发明的整体剖视示意图；

图15为本发明的车轮组件(含同心带轮)结构示意图；

图16为本发明的车轮组件(不含同心带轮)结构示意图；

图17为本发明的同心带轮张紧装置右视结构示意图；

图18为本发明的同心带轮张紧装置左视结构示意图；

图19为本发明的第七张紧装置俯视图(第六张紧装置、第八张紧装置与第七张紧装置协相同，不再列出)；

图20为本发明的第五张紧装置俯视图；

图21为本发明的第四张紧装置及其控制部分结构示意图；

图22为本发明的第四张紧装置俯视图；

图23为本发明的支撑组件俯视结构示意图；

图24为本发明的支撑组件仰视结构示意图；

图25为本发明的内支撑组件左视结构示意图；

图26为本发明的内支撑组件右视结构示意图；

图27为本发明的内支撑组件仰视图；

图28为本发明的第二螺纹连接板结构示意图；

图29为本发明的第一螺纹连接板结构示意图；

图30为本发明的一种基于差速器和倒立摆的欠驱动爬楼梯机器人的主视图；

图31为本发明的一种基于差速器和倒立摆的欠驱动爬楼梯机器人的右视图；

图32为本发明的一种基于差速器和倒立摆的欠驱动爬楼梯机器人的左视图；

图33为本发明的一种基于差速器和倒立摆的欠驱动爬楼梯机器人的俯视图。

图中，1-电动机、2-电机轴、3-电机法兰、4-第一小带轮、5-第一传动带、6-第一张紧装置、7-第一大带轮、8-差速器、9-第二小带轮、10-第三大带轮、11-第二塞打螺钉、12-第三塞打螺钉、13-第三传动带、14-第三张紧装置、15-第二上下联板、16-第三小带轮、17-第十塞打螺钉、18-第二传动带、19-第二张紧装置、20-第一上下联板、21-第二大带轮、22-第九塞打螺钉、23-第二外固定板、24-第二内固定板、25-第二菱形板、26-第一外固定板、27-第一内固定板、28-第一菱形板、29-第一轴承座、30-锥形套、31-长轴套、32-轴套卡、33-第一十字翻架、34-三角固定板、35-第四小带轮、36-上下联板固定件、37-十字翻板外固定件、38-第一翻转内部件、39-第二翻转内部件、40-第二十字翻架、41-十字翻板内固定件、42-第一铜制六角螺柱、43-第三行星轮、44-第四行星轮、45-第一行星轮、46-第二行星轮、47-第八小带轮、48-第九小带轮、49-第六小带轮、50-第七小带轮、51-第五传动带、52-第七张紧装置、53-第八张紧装置、54-第五张紧装置、55-第六张紧装置、56-第二轮轴、57-第一轮轴、58-第四轮轴、59-第三轮轴、60-第四张紧装置、61-第四传动带、62-电源架、63-上顶板、64-下顶板、65-第一螺纹连接块、66-第一螺纹固定板、67-第一螺纹连接板、68-第二螺纹连接块、69-第二螺纹固定板、70-第二螺纹连接板、71-第四四孔长方体轴承座、72-第二四孔长方体轴承座、73-第一四孔长方体轴承座、74-第三四孔长方体轴承座、75-电源、76-第五小带轮、77-第一塞打螺钉、78-第四塞打螺钉、79-第五塞打螺钉、80-第六塞打螺钉、81-第七塞打螺钉、82-第八塞打螺钉、83-第十一塞打螺钉、84-第十二塞打螺钉、85-第十三塞打螺钉、86-第十四塞打螺钉、87-第十五塞打螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～图33所示，一种基于差速器和倒立摆的欠驱动爬楼梯机器人，包括动力组件、差速器、动力传递组件、运动组件、支撑组件，具体结构如下：

所述动力组件包括电动机1、第一螺纹连接板67、电机轴2、第二螺纹连接板70、电机法兰3、第一小带轮4、第一大带轮7、第一传动带5、第一张紧装置6、差速器8、第二塞打螺钉11、第三塞打螺钉12；电动机1与第一螺纹连接板67通过螺钉连接，电机轴2从电动机1伸出，另一端通过带肩轴承安装在第二螺纹连接板70上，电机法兰3与电机轴2通过键和销连接，第一小带轮4与电机法兰3通过螺钉连接，安装在电机轴2上，第一小带轮4与第一大带轮7通过第一传动带5连接，第一螺纹连接板67和第二螺纹连接板70通过四根铜制六角螺柱连接固定，第一小带轮4与第一大带轮7之间有第一张紧装置6；第一大带轮7套在差速器8上，通过六只螺钉连接，三只螺钉从平地旋转前进装置面插到行星轮系架翻转面，另外三只螺钉从行星轮系架翻转面插到平地旋转前进装置面，六只螺钉依次交叉插入差速器8和第一大带轮7，完成连接；所述差速器8两端插入第二塞打螺钉11、第三塞打螺钉12，第二塞打螺钉11连接有负责传递轮子平地旋转前进动力的带轮轮系，第三塞打螺钉12连接负责传递行星轮系架翻转动力的带轮轮系；所述第一张紧装置6由第一塞打螺钉77、带肩轴承、波形垫圈、垫圈、防松螺母、轴套组成，第一塞打螺钉77左右两端贯穿两螺纹连接板，螺帽卡在第一螺纹连接板67上，另一端通过防松螺母固定在第二螺纹连接板70上，第一塞打螺钉77上套装有两只带肩轴承、四只波形垫圈、两个轴套和两只垫圈，两只带肩轴承相对放置，轴肩在外，带肩轴承压在第一传动带5上，起到对带的张紧作用，每个带肩轴承两端各有一只波形垫圈，在带肩轴承之间的两只波形垫圈之间放置一只垫圈，安装在两只带肩轴承轴肩外的波形垫圈外各放置一个轴套，靠近第二螺纹连接板70的轴套与第二螺纹连接板70之间放置一个垫圈。

所述动力组件的工作原理为：打开电源75开关，电动机1通电开始运动，电动机1将动力通过电机轴2和电机法兰3传递给第一小带轮4，第一小带轮4通过带传动将动力传递给第一大带轮7，第一张紧装置6起到对带的张紧作用；第一大带轮7与差速器8连接，差速器8可以将一种速度转换为两种速度，彼此独立，一侧锁紧，一侧以两倍速输出，当负责行星轮系架翻转的差速器8一端锁紧时，该端速度为零，负责轮子平地旋转前进的差速器8一端以两倍速输出动力，当装置遇到楼梯，行星轮受到障碍，继续强行向前运动时会受到楼梯对自身的摩擦力，行星轮卡死锁定，不再旋转，负责轮子平地旋转前进的差速器8一端锁紧，速度为零，负责行星轮系架翻转的差速器8一端以两倍速输出动力。所述的第一塞打螺钉77和第二塞打螺钉11起到联接，增加挠度的作用，不直接传递扭矩。

所述动力传递组件包括负责传递轮子平地旋转前进动力的带轮轮系和负责传递行星轮系架翻转动力的带轮轮系。

所述负责传递轮子平地旋转前进动力的带轮轮系包括第二小带轮9、第二传动带18、第二张紧装置19、第二大带轮21、第一外固定板26、第一内固定板27、第一菱形板28、第一上下联板20；传递轮子平地旋转前进动力的带轮轮系的第二小带轮9安装在第二塞打螺钉11上，通过第二传动带18与下方的第二大带轮21连接，装置通过第二张紧装置19实现对带的张紧；所述第二张紧装置19由第四塞打螺钉78、第五塞打螺钉79、第六塞打螺钉80、三只防松螺母、四个带肩轴承、八个波形垫圈、两个垫圈、第一外固定板26、第一内固定板27、第一菱形板28组成；第一上下联板20、第一菱形板28和第一内固定板27通过螺钉连接，第一内固定板27和第一外固定板26通过两根铜制六角螺柱连接，两根螺钉插入两根铜制六角螺柱，将第一菱形板28、第一内固定板27和第一外固定板26连接，第四塞打螺钉78、第五塞打螺钉79、第六塞打螺钉80从第一内固定板27内侧装入，螺帽卡在第一内固定板27上，螺钉头部通过防松螺母固定在第一外固定板26上，第四塞打螺钉78、第五塞打螺钉79上各套有两只带肩轴承、四只波形垫圈、一只垫圈、两只带肩轴承相对放置，轴肩在外，带肩轴承压在第二传动带18上，起到对带的张紧作用，每个带肩轴承两端各有一只波形垫圈，在带肩轴承之间的两只波形垫圈之间放置一只垫圈。

所述负责传递行星轮系架翻转动力的带轮轮系包括第三大带轮10、第三传动带13、第三张紧装置14、第三小带轮16、第一外固定板26、第一内固定板27、第一菱形板28、第二上下联板15；传递行星轮系架翻转动力的带轮轮系的第三大带轮10安装在第三塞打螺钉12上，通过第三传动带13与下方的第三小带轮16连接，机器人通过第三张紧装置14实现对带的张紧；所述第三张紧装置14由第七塞打螺钉81、第八塞打螺钉82、两只防松螺母、四个带肩轴承、八个波形垫圈、两个垫圈、第二外固定板23、第二内固定板24、第二菱形板25组成；第二上下联板15、第二菱形板25和第二内固定板24通过螺钉连接，第二内固定板24和第二外固定板23通过两根铜制六角螺柱连接，两根螺钉插入两根铜制六角螺柱，将第二菱形板25、第二内固定板24和第二外固定板23连接，第七塞打螺钉81、第八塞打螺钉82从第二内固定板24内侧装入，螺帽卡在第二内固定板24上，螺钉头部通过防松螺母固定在第二外固定板23上，第七塞打螺钉81、第八塞打螺钉82上各套装有两只带肩轴承、四只波形垫圈、一只垫圈、两只带肩轴承相对放置，轴肩在外，带肩轴承压在第三传动带13上起到对带的张紧作用，每个带肩轴承两端各有一只波形垫圈，放置在带肩轴承之间的两只波形垫圈之间放置一只垫圈。

所述动力传递组件的工作原理为：差速器8将动力通过花键轴分别传递给第二小带轮9和第三大带轮10，第二小带轮9通过第二传动带18将动力传递给第二大带轮21，第二张紧装置19起到对带的张紧作用；第三大带轮10通过第三传动带13将动力传递给第三小带轮16，第三张紧装置14起到对带的张紧作用。

所述运动组件包括车轮系组件、轮子平地旋转前进组件和行星轮系架翻转组件；所述轮子平地旋转前进组件，包括第九塞打螺钉22、第四小带轮35、第一十字翻架33、三角固定板34、长轴套31、锥形套30、轴套卡32、第一轴承座29；第四小带轮35安装在第九塞打螺钉22上，第四小带轮35由轮和接在轮一侧的圆柱套组成，第四小带轮35中心的螺钉孔的四周均匀分布四个六边形孔，第四小带轮35通过大带肩轴承安装在第一十字翻架33和三角固定板34上，第一十字翻架33和三角固定板34通过螺钉连接，第四小带轮35的圆柱套上套着长轴套31，长轴套31上套着锥形套30和轴套卡32，锥形套30和轴套卡32之间的长轴套31安装着大轴承，大轴承安装在第一轴承座29上，第一轴承座29通过四根内六角沉头螺钉固定在第一上下联板20上，第二大带轮21安装在第九塞打螺钉22上，与第四小带轮35通过四根铜制六角螺柱连接，第九塞打螺钉22的螺钉头部从内向外依次安装着防松螺母，垫圈，波形垫圈，带肩轴承，带肩轴承肩部卡在第四小带轮35的内端面上。

所述行星轮系架翻转组件，包括第十塞打螺钉17、上下联板固定件36、第二十字翻架40、十字翻板外固定件37、十字翻板内固定件41、第一翻转内部件38、第二翻转内部件39；第十塞打螺钉17上套装着第三小带轮16，即谐波输入带轮，上下联板固定件36与第二上下联板15通过螺钉连接，十字翻板外固定件37安装在第二十字翻架40的外侧，十字翻板内固定件41安装在第二十字翻架40的内侧，三者通过螺钉连接，第一翻转内部件38和第二翻转内部件39套装在第十塞打螺钉17上，第二翻转内部件39与第十塞打螺钉17通过键连接，第一翻转内部件38一端抵在第三小带轮16内端面，另一端抵在第二翻转内部件39外端面上，第二翻转内部件39另一端抵在十字翻板内固定件41上，第一翻转内部件38和第二翻转内部件39通过螺钉连接，第十塞打螺钉17通过带肩轴承安装在十字翻板内固定件41和第二十字翻架40上，上下联板固定件36、十字翻板外固定件37和第二翻转内部件39共同组成谐波减速器，上下联板固定件36为谐波减速器外圈，十字翻板外固定件37为谐波减速器的波发生器，第二翻转内部件39为谐波减速器内圈。

所述第九塞打螺钉22、第十塞打螺钉17的螺帽分别卡在第二大带轮21和第三小带轮16上，两只塞打螺钉同轴放置，从装置外部伸入装置内部，两只塞打螺钉的螺钉头部通过第一铜制六角螺柱42连接。

所述车轮系组件，包括第四传动带61、第五传动带51、第五小带轮76、第六小带轮49、第七小带轮50、第八小带轮47、第九小带轮48、第四张紧装置60、第一轮轴57、第二轮轴56、第三轮轴59、第四轮轴58、第一行星轮45、第二行星轮46、第三行星轮43、第四行星轮44、第五张紧装置54、第六张紧装置55、第七张紧装置52、第八张紧装置53；第四小带轮35通过第四传动带61与后下方的第五小带轮76连接，第四传动带61上通过第四张紧装置60起到对带的张紧作用；所述第四张紧装置60，包括第十一塞打螺钉83、防松螺母、两个带肩轴承、三个波形垫圈、两个垫圈，第十一塞打螺钉83上套装有两只带肩轴承，两只带肩轴承相对放置，轴肩在外，带肩轴承压在第四传动带61上起到对带的张紧作用，每个带肩轴承非轴肩面各有一只波形垫圈，放置在带肩轴承之间的两只波形垫圈之间放置一只垫圈，螺钉头部通过防松螺母和垫圈固定在第二十字翻架40上，垫圈和带肩轴承轴肩之间有一个波形垫圈。

所述第一轮轴57、第二轮轴56、第三轮轴59、第四轮轴58从第一十字翻架33贯穿到第二十字翻架40，第一轮轴57的中部安装有第一行星轮45，第一行星轮45的两端安装有第五小带轮76、第六小带轮49，两带轮内部各安装两只带肩轴承，带肩轴承相对放置，轴肩在外，两带轮通过带肩轴承安装在第一轮轴57上，第五小带轮76、第六小带轮49的外端面与第一十字翻架33、第二十字翻架40之间分别安装轴套，第五小带轮76和第六小带轮49通过轴同步运动；第七小带轮50、第八小带轮47、第九小带轮48分别安装在第二轮轴56、第三轮轴59、第四轮轴58上，与第六小带轮49在同一平面内，内部各安装两只带肩轴承，带肩轴承相对放置，轴肩在外，第二行星轮46、第三行星轮43和第四行星轮44分别安装在第二轮轴56、第三轮轴59、第四轮轴58上，与第一行星轮45在同一平面内，第一行星轮45、第二行星轮46、第三行星轮43、第四行星轮44组成行星轮系。

所述第六小带轮49通过第五传动带51与第七小带轮50、第八小带轮47、第九小带轮48连接，第五张紧装置54、第六张紧装置55、第七张紧装置52、第八张紧装置53起到对带的张紧作用，第六小带轮、第七小带轮、第八小带轮、第九小带轮组成同心带轮；所述第五张紧装置54包括第十二塞打螺钉84、三个波形垫圈、两个带肩轴承、四个轴套、防松螺母；第十二塞打螺钉84从内向外插入第二十字翻架40，防松螺母和垫圈将螺钉头部固定在第二十字翻架40，塞打螺钉上相对放置带肩轴承，轴肩在外，带肩轴承之间有一个轴套，轴套与两个带肩轴承之间安装着波形垫圈起到固定作用，螺帽和带肩轴承之间安装一个轴套，轴套和带肩轴承轴肩之间再安装一个波形垫圈；所述第六张紧装置55、第七张紧装置52、第八张紧装置53分别包括第十三塞打螺钉85、第十四塞打螺钉86、第十五塞打螺钉87，三只螺钉从装置外向装置内插入，通过螺帽和轴套固定在在第二十字翻架40上，螺钉头部套着铜制六角螺柱，铜制六角螺柱另一端靠在三角固定板34上，铜制六角螺柱、三角固定板34和第一十字翻架33通过螺钉连接，塞打螺钉上相对放置带肩轴承，轴肩在外，带肩轴承之间有一个轴套，轴套与两个带肩轴承之间安装着波形垫圈起到固定作用，轴套和带肩轴承轴肩之间再安装一个波形垫圈，铜制六角螺柱和带肩轴承之间安装一个防松螺母。

所述运动组件工作原理：第二大带轮21工作，通过铜制六角螺柱和螺钉将动力传递给第四小带轮35，第四小带轮35通过第四传动带61将动力传递给第五小带轮76，第五小带轮76通过第一轮轴57将动力传递给第一行星轮45和第六小带轮49，第六小带轮49通过第五传动带51将动力传递给第七小带轮50、第八小带轮47、第九小带轮48，第七小带轮50、第八小带轮47、第九小带轮48分别通过第二轮轴56、第三轮轴59、第四轮轴58将动力分别传递给第二行星轮46、第三行星轮43、第四行星轮44；第四张紧装置60起到对第四传动带61的张紧作用，第五张紧装置54、第六张紧装置55、第七张紧装置52、第八张紧装置53起到对第五传动带51的张紧作用；与地面接触的两个行星轮旋转使装置前进，未与地面接触的两个行星轮空转，第九塞打螺钉22起到联接作用，同时起到轴向限位的作用。第一铜制六角螺柱42起到周向限位的作用。

第三小带轮16工作，将动力通过螺钉传递给第一翻转内部件38和第二翻转内部件39，经谐波减速器减速后，将动力传递给第二十字翻架40，使第二十字翻架40翻转，第二十字翻架40通过与四个轮轴的连接带动四个轮轴绕第十塞打螺钉17的翻转，四个轮轴带动四个行星轮绕第十塞打螺钉17的翻转。

所述的支撑组件包括第一四孔长方体轴承座73、第二四孔长方体轴承座72、第三四孔长方体轴承座74、第四四孔长方体轴承座71、第一螺纹连接块65、第二螺纹连接块68、第一螺纹连接板67、第二螺纹连接板70、下顶板64、上顶板63、电源架62、电源75、第一螺纹固定板66、第二螺纹固定板69；第一四孔长方体轴承座73、第二四孔长方体轴承座72，里面安装有轴承，套在差速器8的两端，第一四孔长方体轴承座73、第二四孔长方体轴承座72分别与第一螺纹连接板67和第二螺纹连接板70通过四个角的四个螺钉连接，第三四孔长方体轴承座74和第四四孔长方体轴承座71，里面安装有轴承，分别安装在第一上下联板20和第二上下联板15内侧，第一四孔长方体轴承座73和第三四孔长方体轴承座74上安装着第一螺纹连接块65、第二四孔长方体轴承座72和第四四孔长方体轴承座71上安装着第二螺纹连接块68、第一螺纹连接板67、第一螺纹连接块65和第一上下联板20通过3根铜制六角螺柱连接，第二螺纹连接板70、第二螺纹连接块68和第二上下联板15通过3根铜制六角螺柱连接，第一螺纹连接块65与下方的第一螺纹固定板66通过螺钉连接，第二螺纹连接块68与下方的第二螺纹固定板69通过螺钉连接，第一螺纹连接块65和第二螺纹连接块68上有下顶板64，下顶板64、第一螺纹连接块65、第一螺纹固定板66通过4根铜制六角螺柱连接，下顶板64、第二螺纹连接块68、第二螺纹固定板69通过2根铜制六角螺柱连接，下顶板64和其上的上顶板63通过八根短铜制六角螺柱连接，电源75安装在电源架62中，电源架62插在上顶板63上。

所述的一种基于差速器和倒立摆的欠驱动爬楼梯机器人，使用时包括如下步骤：

步骤一；将机器人放在楼梯前平地上，距楼梯有一段距离，使机器人处于停止状态，同时采用远程遥控方式对机器人进行控制。

步骤二：打开电源75开关，电动机1通电开始运动，电动机1的动力通过动力组件中的带传动传递给差速器8。

步骤三：行星轮系架翻转需要克服自身重力，平地情况下由于能量最低原则，动力流向行星轮，差速器8行星轮系架翻转侧锁紧，差速器8轮子平地旋转前进侧以两倍速输出，通过动力传递组件将动力传递给同心带轮，同心带轮工作，同心带轮所控制的接地两行星轮旋转，不接地两行星轮空转，机器人平地前进。

步骤四：遇到楼梯时行星轮受到障碍，因为楼梯对行星轮表面的摩擦力作用而卡死锁定，行星轮停止旋转，因而与行星轮相联接的差速器8输出端锁紧，动力流向行星轮系架翻转侧的差速器8一端，以两倍速输出，通过动力传递组件将动力传递给谐波减速器，谐波减速器中的波发生器工作，带动第一十字翻架33、第二十字翻架40旋转，带动四个行星轮翻转，机器人开始进行爬楼梯运动。

步骤五：当机器人爬上楼梯后，要进行平地旋转前进运动，行星轮表面没有受到楼梯的阻碍，动力恢复流向行星轮，行星轮系架翻转侧的差速器8一端锁紧，谐波减速器没有能量输入，谐波减速器中的波发生器停止工作，第一十字翻架33、第二十字翻架40停止旋转，四个行星轮翻转运动停止，轮子平地旋转前进侧的差速器8一端打开，以两倍速输出，机器人继续步骤三的动作。

步骤六：机器人重复步骤二到步骤五的动作，直到爬完全部楼梯，随后控制机器人运动到回收地点，关闭电源75开关，回收机器人。

本发明中，通过差速器的巧妙利用使一个电动机拥有两个自由度，完成两种运动，提高机器人柔性。本发明使用行星轮系和倒立摆，负责控制机器人的前进运动，行星轮系负责实现机器人的翻转运动。针对轮式倒立摆的平衡控制问题，可以设计pid控制器来确保轮式倒立摆在直线行进和爬楼梯过程中能保持平衡，利用pid控制算法对倒立摆平衡进行控制，仿真结果表明pid法具有较好的瞬态性和可行性。机器人的平衡控制分为姿态调整和稳定控制两个阶段，以动力学分析方法设计出机器人的姿态调整策略，以局部线性化方法进行倒立摆稳定控制。仿真和实时实验结果证明算法的有效性，提高机器人的稳定性和可靠性。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。