一种多级式机器人升降装置及升降方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种多级式机器人升降装置及升降方法。
【背景技术】
[0002]工程机械中升降机构被广泛应用，重型机械的升降机构一般体积庞大、高精度控制困难，难以在中小型机器人设计中广泛应用。
[0003]中国发明专利文献CN102235840A《一种举靶机器人升降系统》阐述了一种采用弹簧管制材料的升降系统，其定位方式为开关定位，推动杆和接力柱相互作用完成升降功能，此种装置适用与打靶过程中靶标要么升起，要么收起的应用场景，靶标质量较轻采用相互内嵌套的弹簧管制材可以满足相应需求。此种方案不适用于通过中央控制器控制连续升降的应用场景，同时在负载较重时难以保证升降机构的稳定性。
[0004]中国发明专利文献CN104218486A《一种变电站绝缘柱清洁装置》公开了一种3级驱动的升降机构，每级升降机构有螺杆和驱动装置组成，各级之间采用滑套连接，这种装置需要多个电机驱动，对依赖电池供电的移动机器人的降低能耗和缩小体积设计产生不利影响。
[0005]中国发明专利申请CN104942826A《一种机器人升降装置及升降方法》中公开了一种采用拉绳加多级滑轨的机器人升降方案，该装置升降时为逐级升降，对拉绳要求较高，非常实用于较大型的机器人，对于小型伸缩距离较大的机器人其稳定性会减小，此外，该发明专利申请采用拉绳升降，拉绳既作为提升动力传递使用，也是各滑臂的承重绳，在升降过程，拉绳容易晃动，使得机器人升降不够稳当。
【发明内容】
[0006]为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种多级式机器人升降装置，采用多级升降模块，各级升降模块采用传动带依次传动运行，各升降模块同时移动相同距离，有利于加快升降速度。
[0007]本发明提供的多级式机器人升降装置，其特征在于:包括驱动模块以及若干级升降模块；各级升降模块包括传动机构以及卡销，所述传动机构包括导轨、传动带，所述导轨的上端和下端分别安装有顶滑轮和底滑轮，所述传动带环绕在所述顶滑轮和底滑轮上；所述卡销夹持所述传动带；各级升降模块中的第一级升降模块的传动机构与所述驱动模块连接，下一级升降模块的传动机构与上一级升降模块的传动带连接。
[0008]本发明设计多级升降模块，各级升降模块采用传动带依次传动运行，驱动模块带动第一级升降模块升降单位距离时，其他各级升降模块同时运动单位距离，有利于加快升降速度，同时，各级升降模块分担机身质量，机身质量分布均勾，有利于升降运动的稳定性。各级升降模块完全收起时后级升降模块叠加到前级升降模块，使得完全收起时机身体积较小，方便产品的小型化。
[0009]为简化驱动模块结构，使得驱动简单可靠，本发明采用电机加丝杆的驱动方式，所述驱动模块包括电机驱动的丝杆、螺母传动体，所述螺母传动体套在所述丝杆上；各级升降模块中的第一级升降模块的传动机构与所述螺母传动体连接。电机驱动丝杆转动，螺母传动体在丝杠上升降，从而带到各级升降模块升降。驱动模块也可以采用其他方式，带动第一级升降模块升降即可，如驱动模块本身采用电机加传动带的方式，将第一级升降模块与传动带连接，类似于第二级升降模块与第一级升降模块的连接方式。
[0010]为确保丝杆动力传递的稳定，所述驱动模块还包括主导轨，该主导轨与所述丝杆平行设置；所述第一级升降模块的传动机构还包括滑块，该滑块可滑动地安装在所述主导轨上，所述滑块与所述第一级升降模块的传动机构连接，升降模块的质量更多地由主导轨承受。
[0011]第一级升降模块之外的其他各级升降模块的传动机构与上一级升降模块的传动带的连接点、该上一级升降模块的卡销与该上一级升降模块的传动带的夹持点，分别位于该上一级升降模块的导轨的两侧。如果两连接点位于导轨的同一侧，那么下一级升降模块在上一级升降模块传动带上的移动距离较短，缩短了机器人的升降距离。优选，当所述多级式机器人升降装置收起时，第一级升降模块之外的其他各级升降模块的传动机构与上一级升降模块的传动带的连接点靠近上一级升降模块的顶滑轮，上一级升降模块的卡销的夹持点靠近该级升降模块的底滑轮。
[0012]第一级升降模块的卡销的安装端安装在所述驱动模块上，其他各级升降模块的卡销的安装端安装在上一级升降模块的导轨的下端。驱动模块的丝杆的两端可分别安装在顶座和底座上，第一级升降模块的卡销的安装端安装在底座上即可，也可以将该卡销的安装端安装在主导轨的下端。
[0013]为确保传动带动力传递的稳定性，避免升降过程中出现晃动，第一级升降模块之外的其他各级升降模块的传动机构还包括滑块，所述滑块与本级升降模块的传动机构连接，其中，下一级升降模块的滑块可滑动地安装在上一级升降模块的导轨上，且该滑块还与上一级升降模块的传动带连接。
[0014]为便于整体结构布局，各级升降模块的传动机构还包括连接件，所述导轨的顶端安装在本级升降模块的连接件上；所述第一级升降模块通过连接件与所述驱动模块连接，其他各级升降模块的传动机构通过连接件与上一级升降模块的传动带连接。当驱动模块采用电机加丝杆的驱动方式时，第一级升降模块通过连接件与驱动模块的螺母传动体连接即可。
[0015]为便于整体结构布局，各级升降模块的传动机构还包括连接件，所述导轨的顶端安装在本级升降模块的连接件上；所述第一级升降模块通过连接件与所述驱动模块连接，其他各级升降模块的传动机构的连接件与本级升降模块的滑块连接。当驱动模块采用电机加丝杆的驱动方式时，第一级升降模块通过连接件与驱动模块的螺母传动体连接即可。
[0016]为使本发明收起时各级升降模块保持紧凑，实现装置小型化，各级升降模块的导轨与连接件交错连接，即，第一级升降模块的导轨安装在第一级升降模块的连接件的左端，第二级升降模块的导轨安装在第二级升降模块的连接件的右端，依此类推，收起时，各级升降模块的导轨交错，避免相互产生干涉。
[0017]本发明还提供一种多级式机器人升降方法:
[0018]需要下降时，启动电机带动丝杆转动，螺母传动体带动第一级升降模块向下移动；第一级升降模块下移过程中克服第一级升降模块的卡销对其传动带的夹持摩擦力，使得第一级升降模块的传动带转动，传动带转动时带动第二级升降模块向下移动；第二级升降模块下移过程中克服第二级升降模块的卡销对其传动带的夹持摩擦力，使得第二级升降模块的传动带转动，传动带转动时带动第三级升降模块向下移动；依此类推，倒数第二级升降模块下移过程中克服其卡销对其传动带的夹持摩擦力，使得其传动带转动，传动带转动时带动最后一级升降模块向下移动；
[0019]需要上升时，启动电机带动丝杆转动，螺母传动体带动第一级升降模块向上移动；第一级升降模块上升过程中克服第一级升降模块的卡销对其传动带的夹持摩擦力，使得第一级升降模块的传动带转动，传动带转动时带动第二级升降模块向上移动；第二级升降模块上升过程中克服第二级升降模块的卡销对其传动带的夹持摩擦力，使得第二级升降模块的传动带转动，传动带转动时带动第三级升降模块向上移动；依此类推，倒数第二级升降模块上升过程中克服其卡销对其传动带的夹持摩擦力，使得其传动带转动，传动带转动时带动最后一级升降模块向上移动。
[0020]本发明具有以下有益效果:(1)将整个机身结构分成若干级升降模块，各级升降模块采用传动带依次传动运行，驱动模块的丝杆带动螺母传动体移动单位距离时，各级升降模块同时移动单位距离，有利于加快升降速度；同时，机身质量均匀分布成各级升降模块，有利于升降过程中升降运动的稳定性。(2)采用电机加丝杆的驱动方式，驱动简单可靠。
(3)完全收起时，后级升降模块叠加到前级升降模块，使得完全收起时机身体积较小，方便产品的小型化。(4)机器人完全收缩时，结构紧凑、体积小，升降机构结构