专利名称：自动行走并能上下台阶的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自动化机械装置，特别是涉及一种能自动行走并能上下台阶的装置。
背景技术：
在结构框架上安装轮子的车是司空见惯的，有的加上驱动装置后，在平面和小斜面坡度时可自动行走，但其却不能自动上下台阶。如果需要上下台阶，就要面临很大的困难。现有的资料中，尚未发现有一种装置能够平稳地使自身及被载体以垂直和水平方式交替运动而达到上下台阶的效果，这种装置在平地或小斜面坡度时能自动行走。
实用新型内容本实用新型所要解决的主要技术问题在于，提供一种新型结构的自动行走并能上下台阶的装置，使其在平地或小斜面坡度时能依靠轮子自动行走，遇到台阶时，依靠支腿的伸缩和结构框架的张收达到自身及被载体以垂直和水平方式交替运动而达到上下台阶的效果。
本实用新型解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种自动行走并能上下台阶的装置，具有结构框架及安装在框架上的轮子、驱动轮子的电机，动力设备，装在机舱中的电机和传感器的驱动电路、提供能源的蓄电池，其结构框架由主支架、副支架和承载架构成，承载架落装在副支架内，副支架套装在主支架内，副前支腿在主支架框架外，副后支腿在主支架框架内；主支架和副支架各由两付侧支架连接构成；每一付侧支架由一只侧下横担和一只侧上横担水平连接一只前支腿和一只后支腿构成；主支架和副支架的几何边界均为长方体，主前支腿、主后支腿、副前支腿和副后支腿的高度都相等，且主支架侧下横担、主支架侧上横担、副支架侧下横担和副支架侧上横担的长度都相等；构成副支架的两付侧支架之间，再分别用一根副前下横担和副后下横担连接；构成主支架的两付侧支架之间，再分别用一根主前下横担和主后下横担连接，后部还用一根后上横担连接；副支架侧下横担的下沿高于主前下横担的上沿；主支架的内侧与副支架的外侧之间采用水平滑动连接；主支架的上部与副支架的上部处于同一水平高度；主支架和副支架各有四根支腿，每根支腿都能受控伸长和缩回，八根支腿的伸缩长度都相等；主支架和副支架各装有与侧下横担平行的两列水平轨道槽；承载架的两侧各具有一只侧翼，侧翼在主、副支架的侧上横担上方；承载架装有四列滚动轮，分别落在主支架轨道槽和副支架轨道槽内，并具备沿轨道槽滚动的能力；主支架与副支架之间连接有支架伸缩机构；结构框架内装有承载架移动机构；具有执行控制作用的含有微控制器的电控系统、传感器和控制开关；微控制器控制装置的动作。
本实用新型解决其技术问题还可以采用以下技术措施来进一步实现。前述主支架和副支架的结构尺寸分别具有如下关系支腿伸出最大长度后，从轮子的下边缘至支腿伸出的最远点之间的距离与副前支腿和主后支腿之间的最短外边界距离长度之比的反正切角不小于36度。即设从轮子的下边缘至支腿伸出的最远点之间的距离为Y，而副前支腿和主后支腿之间的最短外边界距离长度为X，则Y与X之间满足如下公式arc tg(Y/X)≥36°这样的比例主要是满足我国建筑行业中有关住宅楼梯的设计标准，使得本实用新型的装置可以适应达到该标准条件的住宅楼梯和其它台阶。
本实用新型解决其技术问题还可以采用以下技术措施来进一步实现。前述的主支架轨道槽分别固定在主前下横担和主后下横担的上部；副支架轨道槽分别固定在副前下横担和副后下横担的上部；四列滚动轮固定在承载架的底部。
本实用新型解决其技术问题还可以采用以下技术措施来进一步实现。前述的主支架轨道槽和副支架轨道槽分别安装在主支架侧上横担和副支架侧上横担的上部；滚动轮分别安装在侧翼的下部，每只侧翼的下方装有两列滚动轮，外侧滚动轮落在主支架轨道槽内，内侧滚动轮落在副支架轨道槽内。
本实用新型解决其技术问题还可以采用以下技术措施来进一步实现。前述的传感器是安装在副前下横担下面的前探测器和安装在副后下横担下面的后探测器；控制开关包括系统开关和检测开关；系统开关安装在结构框架上易于使用者操作的部位；检测开关是安装在副前下横担下方的防撞开关、安装在主支架轨道槽上的主行程开关和副支架轨道槽上的副行程开关；传感器和检测开关的信号输入电控系统，电控系统的输出信号通过驱动电路控制支腿的伸缩、支架伸缩机构动作和承载架移动机构动作。
本实用新型解决其技术问题还可以采用以下技术措施来进一步实现。前述的承载架含有承载平台、机舱和底板；承载架向前移动是依靠承载架移动机构的动作；驱动电路、蓄电池、电控系统安装在机舱中。
本实用新型解决其技术问题还可以采用以下技术措施来进一步实现。前述的水平滑动连接可以采用多种形式，其中之一是燕尾槽方式，主支架的两内侧装有燕尾凹槽，副支架的两外侧装有燕尾凸槽。
本实用新型解决其技术问题还可以采用以下技术措施来进一步实现。前述的微控制器控制装置的动作是利用传感器和控制开关输入的信息，由微控制器内在的程序发出动作指令，通过驱动电路，使支腿、支架伸缩机构和承载架移动机构按照一定的顺序相继动作，完成上下台阶的过程。
本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本实用新型所提供的装置能够自动完成上下台阶的动作，并且采用的是垂直升降和水平移动相结合的运动模式，这对于被承载的物体是一种非常安全而又平稳的运动过程。将承载平台设计成座椅时，对于那些行动困难的人来说，这种装置可以帮助他们安全并且舒适地上下台阶，特别是可以满足按照标准设计的住宅楼房的楼梯尺寸及坡度状况，能使那些住在楼上的老、弱、病、残者无须他人帮助即可自己到户外活动，或者自由地去购物，可见其实为一新颖、进步、实用的新设计。
本实用新型的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
图1是本实用新型的主支架结构外观立体图。
图2是本实用新型的副支架结构外观立体图。
图3是本实用新型的副支架套装在主支架内的结构立体图。
图4是本实用新型的底部装有轨道槽的主支架结构外观立体图。
图5是本实用新型的底部装有轨道槽的副支架结构外观立体图。
图6是底部装有轨道槽的副支架套装在主支架内的结构立体图。
图7A是底部装有滚动轮的承载架的正视图。
图7B是底部装有滚动轮的承载架的侧视图。
图7C是底部装有滚动轮的承载架的俯视图。
图8A是侧翼下装有滚动轮的承载架的正视图。
图8B是侧翼下装有滚动轮的承载架的侧视图。
图8C是侧翼下装有滚动轮的承载架的俯视图。
图9A是底部装有滚动轮的本实用新型的正视图。
图9B是底部装有滚动轮的本实用新型的侧视图。
图10A是上部装有滚动轮的本实用新型的正视图。
图10B是上部装有滚动轮的本实用新型的侧视图。
图11是上部装有轨道槽的本实用新型的无承载架俯视图。
图12是底部装有轨道槽的本实用新型的无承载架无上横担俯视图。
图13是液压系统图。
图14是电气系统原理图。
图中1.电机 2.电机托架3.垫块4.轮轴 6.支架伸缩机构7.承载架移动机构8.轮子 9.辅助横担10.主支架 11.主前下横担 12.主后下横担13.主前支腿 14.主后支腿 15.燕尾凹槽16.主支架轨道槽 17.主支架侧下横担 18.主支架侧上横担19.后上横担20.副支架 21.副前下横担 22.副后下横担23.副前支腿 24.副后支腿 25.燕尾凸槽26.副支架轨道槽 27.副支架侧下横担 28.副支架侧上横担30.承载架 31.滚动轮 32.机舱33.承载平台 34.底板 35.轮支架39.侧翼40.液压系统 45.液压泵 46.过滤器47.油箱 48.直动型溢流阀 49.单向阀403.高压力继电器404.低压力继电器 411.主腿三位四通阀412.主腿液压锁 4111.主前腿开关阀 4112.主后腿开关阀421.副腿三位四通阀 422.副腿液压锁431.支架伸缩阀 441.承载架移动阀50.电控系统 51.微控制器521.前探测器522.后探测器 53.防撞开关
541.主行程开关542.副行程开关 55.驱动电路551.电机驱动电路 552.控制驱动电路56.蓄电池57.A/D转换电路581.电源开关582.模式开关具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的自动行走并能上下台阶的装置及上下台阶方法其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1、图2、图3所示，副支架20套装在主支架10内的安装关系由图中明确表示副前支腿23在主支架10框架外，副后支腿24在主支架10框架内，主前下横担11低于副支架侧下横担27，在同一平面上，副后支腿24具有在主支架10内自主前下横担11至主后下横担12之间的移动空间。各支腿均选用同样规格的双作用单活塞杆液压缸，保证它们的伸缩功能，将液压缸的最大伸出长度减去轮子8的底沿至支腿的最下端的距离，差值设为Y。
请参阅图4、图5、图6所示，为保持下部轨道槽的水平，在主前下横担11上要装有垫块3，副前下横担21、副后下横担22和主后下横担12处于同一水平高度，左右外侧安装两列副支架轨道槽26，内侧安装两列主支架轨道槽16，副后下横担22被压在主支架轨道槽16下面。主支架侧下横担17、主支架侧上横担18、副支架侧下横担27和副支架侧上横担28的长度都相等。设该长度所构成的从副前支腿23的前端至主后支腿14的后端之间的最小距离为X，与前述的差值Y之间，满足以下公式arc tg(Y/X)≥36°请参阅图7A、图7B、图7C、图8A、图8B、图8C所示，承载架30包括有滚动轮31、机舱32、承载平台33、底板34和侧翼39。机舱32是一个框架，其上面有承载平台33覆盖，下面有底板34，四面不遮挡，滚动轮31的轮支架35固定在底板34的下面(对于上部装滚动轮的情况，滚动轮31的轮支架35固定在侧翼39的下面)，承载架移动机构7选用前端固定在挡块上、后端不做固定的液压缸，并被固定在底板34的下面，挡块固定在承载架的最前端。承载架移动机构7的长度与主支架侧下横担17的长度相同。机舱32内固定有电控系统50、驱动电路55、蓄电池56和液压系统40。液压系统40为实施例的动力设备，包括液压泵、液压控制阀、油箱等驱动液压缸动作的设备。
请参阅图9A、图9B、图10A、图10B、图11和图12所示，(为使看图便利，将其中属于副支架的部分用斜向条纹填充，属于承载架的部分用网状条纹填充，并在图中略去液压系统40)主、副支架装配完成后，承载架放落在轨道槽上，即构成完整的本实用新型的装置。其中燕尾凹槽15水平安装在主前支腿13和主后支腿14之间，燕尾凸槽25水平安装在副前支腿23和副后支腿24之间。在副前下横担21的下面安装前探测器521，在副后下横担22的下面安装后探测器522，前探测器521和后探测器522均选用物位探测器，用于在上下台阶时，前、后支腿的伸出长度能确保整个装置的倾斜角度不大于5度。在两只副前支腿23的下部分别装有防撞开关53，在一根主支架轨道槽16的后部装主行程开关541，一根副支架轨道槽26的前部装副行程开关542。后部的两只轮子8之间连接有轮轴4，而前部的两只轮子8分别装在万向轴上。驱动轮子8的电机1安装在电机托架2上，电机托架2位于轮轴4的上方、两端固定在两只主支架侧下横担17上。支架伸缩机构6位于电机托架2上方，选用两端固定在挡块上的双作用单活塞杆液压缸，一端挡块连接在副前下横担21上，另一端挡块连接在主后下横担12上。为使承载架移动机构7能推动承载架30前移，在两只主后支腿14之间加装有辅助横担9，辅助横担9与承载架移动机构7处于同一水平高度。
本实施例选用现有技术的液压系统作为上下台阶的动力设备。请参阅图13所示，液压系统含有必需的油箱47和过滤器46，液压泵45通过单向阀49向各液压缸供油。电控系统50控制主腿三位四通阀411、副腿三位四通阀421、支架伸缩阀431和承载架移动阀441的通断。在液压控制阀关闭时，主腿液压锁412和副腿液压锁422保证主支腿和副支腿的伸出锁紧在原有位置。主前腿开关阀4111和主后腿开关阀4112是为防止因油路阻力不均而造成支腿伸出不协调，在物位探测器521和522的信号反馈作用下，由电控系统50控制其通断，以保证在上下台阶时，装置的倾斜度不大于5度。高压力继电器403和低压力继电器404的电接点接入电控系统，分别通过检测油路的高、低压力，确定支腿伸出的协调程度。由于系统故障造成油压过高时，直动型溢流阀48用于避免损坏液压系统器件。
请参阅图14所示的本实用新型装置的电气原理图。驱动电路55在实施例中具体为两块电路板电机驱动电路551和控制驱动电路552。电源开关581处于中间位置时，装置断电，此开关投向电机驱动电路551时，装置为平面及小斜面坡度行走状态，蓄电池56通过电机驱动电路551使驱动轮子的电机1工作，当此开关投向电控系统50时，装置进入上下台阶状态。在上下台阶状态时，模式开关582处于中间位置时，控制系统待机，模式开关582两端的接点分别代表上台阶模式和下台阶模式。高压力继电器403、低压力继电器404、主行程开关541、副行程开关542以及两个互为备份的防撞开关53一端连接电源地，另一端向微控制器51提供输入的开关信号，前探测器521和后探测器522通过A/D转换电路57向微控制器51提供输入的数字信号。微控制器51相应的输出信号通过控制驱动电路552控制液压泵45的启停、主腿三位四通阀411、副腿三位四通阀421、支架伸缩阀431、承载架移动阀441、主前腿开关阀4111和主后腿开关阀4112的动作，其中，阀411、阀421和阀431各有两个电磁线圈。蓄电池56也是微控制器51、前探测器521、后探测器522、A/D转换电路57和控制驱动电路552的工作电源。电源开关581和模式开关582安装在便于操作的位置——例如，安装在承载架侧翼的上表面。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，特别是主支架与副支架之间的水平滑动连接，以及支架伸缩机构和承载架移动机构，都可以通过各种方式实现。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种自动行走并能上下台阶的装置，具有结构框架及安装在框架上的轮子(8)、驱动轮子的电机(1)，动力设备，装在机舱(32)中的用于驱动电机和电磁开关的驱动电路(55)、提供能源的蓄电池(56)，其特征在于结构框架由主支架(10)、副支架(20)和承载架(30)构成，承载架(30)落装在副支架(20)内，副支架(20)套装在主支架(10)内，副前支腿(23)在主支架(10)框架外，副后支腿(24)在主支架(10)框架内；主支架(10)和副支架(20)各由两付侧支架连接构成；每一付侧支架由一只侧下横担和一只侧上横担水平连接一只前支腿和一只后支腿构成；主支架(10)和副支架(20)的几何边界均为长方体，主前支腿(13)、主后支腿(14)、副前支腿(23)和副后支腿(24)的高度都相等，且主支架侧下横担(17)、主支架侧上横担(18)、副支架侧下横担(27)和副支架侧上横担(28)的长度都相等；构成副支架(20)的两付侧支架之间，再分别用一根副前下横担(21)和副后下横担(22)连接；构成主支架(10)的两付侧支架之间，再分别用一根主前下横担(11)和主后下横担(12)连接，后部还用一根后上横担(19)连接；副支架侧下横担(27)的下沿高于主前下横担(11)的上沿；主支架(10)的内侧与副支架(20)的外侧之间采用水平滑动连接；主支架(10)的上部与副支架(20)的上部处于同一水平高度；主支架(10)和副支架(20)各有四根支腿，每根支腿都能受控伸长和缩回，八根支腿的伸缩长度都相等；主支架(10)和副支架(20)各装有与侧下横担平行的两列水平轨道槽；承载架(30)的两侧各具有一只侧翼(39)，侧翼(39)在主、副支架的侧上横担上方；承载架(30)装有四列滚动轮(31)，分别落在主支架轨道槽(16)和副支架轨道槽(26)内，并具备沿轨道槽滚动的能力；主支架(10)与副支架(20)之间连接有支架伸缩机构(6)；结构框架内装有承载架移动机构(7)；具有执行控制作用的含有微控制器(51)的电控系统(50)、传感器和控制开关；微控制器(51)控制装置的动作。
2.根据权利要求1所述的自动行走并能上下台阶的装置，其特征在于其中所述的主支架(10)和副支架(20)的结构尺寸分别具有如下关系支腿伸出最大长度后，从轮子(8)的下边缘至支腿伸出的最远点之间的距离与副前支腿(23)和主后支腿(14)之间的最短外边界距离长度之比的反正切角不小于36度。
3.根据权利要求1所述的自动行走并能上下台阶的装置，其特征在于其中所述的主支架轨道槽(16)分别固定在主前下横担(11)和主后下横担(12)的上部；副支架轨道槽(26)分别固定在副前下横担(21)和副后下横担(22)的上部；四列滚动轮(31)固定在承载架(30)的底部。
4.根据权利要求1所述的自动行走并能上下台阶的装置，其特征在于其中所述的主支架轨道槽(16)和副支架轨道槽(26)分别安装在主支架侧上横担(18)和副支架侧上横担(28)的上部；滚动轮(31)分别安装在侧翼(39)的下部，每只侧翼(39)的下方装有两列滚动轮(31)，外侧滚动轮落在主支架轨道槽(16)内，内侧滚动轮落在副支架轨道槽(26)内。
5.根据权利要求1所述的自动行走并能上下台阶的装置，其特征在于其中所述的传感器是安装在副前下横担(21)下面的前探测器(521)和安装在副后下横担(22)下面的后探测器(522)；控制开关包括系统开关和检测开关；系统开关安装在结构框架上易于使用者操作的部位；检测开关是安装在副前下横担(21)下方的防撞开关(53)、安装在主支架轨道槽(16)上的主行程开关(541)和副支架轨道槽(26)上的副行程开关(542)；传感器和检测开关的信号输入电控系统(50)，电控系统(50)的输出信号通过驱动电路控制支腿的伸缩、支架伸缩机构(6)动作和承载架移动机构(7)动作。
6.根据权利要求1所述的自动行走并能上下台阶的装置，其特征在于其中所述的承载架(30)含有承载平台(31)、机舱(32)和底板(34)；承载架(30)向前移动是依靠承载架移动机构(7)的动作；驱动电路(55)、蓄电池(56)、电控系统(50)安装在机舱(32)中。
7.根据权利要求1所述的自动行走并能上下台阶的装置，其特征在于其中所述的水平滑动连接可以采用多种形式，其中之一是燕尾槽方式，主支架(10)的两内侧装有燕尾凹槽(15)，副支架(20)的两外侧装有燕尾凸槽(25)。
8.根据权利要求1所述的自动行走并能上下台阶的装置，其特征在于其中所述的微控制器(51)控制装置的动作是利用传感器和控制开关输入的信息，由微控制器(51)内在的程序发出动作指令，通过驱动电路(55)，使支腿、支架伸缩机构(6)和承载架移动机构(7)按照一定的顺序相继动作，完成上下台阶的过程。
专利摘要一种自动行走并能上下台阶的装置，包括由主支架(10)、副支架(20)和承载架(30)构成的结构框架及轮子、电机、动力设备、驱动电路、蓄电池；承载架落装在副支架内，副支架套装在主支架内；主支架和副支架的几何边界均为长方体；主支架的内侧与副支架的外侧之间采用水平滑动连接；主支架和副支架各有四根受控伸缩长度都相等的支腿且各装有两列水平轨道槽；承载架装有四列滚动轮(31)，分别落在轨道槽内；主、副支架之间连接有支架伸缩机构(6)；结构框架内装有承载架移动机构(7)；具有含有微控制器的电控系统(50)、传感器和控制开关；微控制器控制装置的动作。
文档编号B62D57/00GK2677253SQ0325089
公开日2005年2月9日 申请日期2003年5月10日 优先权日2003年5月10日
发明者王大坚 申请人:王大坚