一种轮履结合辅助搬运爬楼梯机器人的制作方法

本发明属于机器人技术，具体涉及一种轮履结合辅助搬运爬楼梯机器人。

背景技术：

中国电商发展迅速诞生大量快递人员，无电梯楼房大量存在导致快递员上下楼梯困难，工作体力付出大、效率低。针对这一问题开发一种结合轮式行走和履带式爬楼梯功能的新型辅助搬运机器人。

目前市场已有轮组式、腿足式、复合式、其他辅助的爬楼梯机器人，但多用于载人，即轮椅。其结构复杂，设计重点在于保证平衡，提高乘坐舒适度，使用较多传感器元件，价格昂贵，难以推广，更别说用来运货。

国外对爬楼梯运输装置的研究开始得相对较早，最早的专利是1892年美国的Bray发明的爬楼梯轮椅。国内如黄相柏发明的翻滚式爬楼梯微小型机器人正因为其体形小才做到翻滚式爬楼梯，且其翻滚的方式使货物只能装载于车体内部，载重太小。刘娟秀等研究的轮足式爬楼梯机器人由车身、连杆机构、车轮和四组爬楼梯机构组成，结构复杂，自由度高，控制困难，难以推广。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种轮履结合辅助搬运爬楼梯机器人，解决了无电梯楼房高楼层通过楼梯运送货物困难，送货员上下楼梯工作体力付出大、效率低的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种轮履结合辅助搬运爬楼梯机器人，包括车体、载物平台、两组履带轮机构、两组三角轮和四根电动推杆，车体平行设置在载物平台下方，两者之间呈方形分布四根电动推杆，两组履带轮机构对称设置在车体头部两侧，两组三角轮对称设置在车体尾部两侧。

所述履带轮机构包括外支架、内支架、被动轮机构、主动轮机构、履带和若干根双头螺栓，外支架和内支架平行设置，两者之间形成空腔，主动轮机构和被动轮机构分别设置在上述空腔的两端，主动轮机构和被动轮机构之间设有若干根双头螺栓，所述若干根双头螺栓分为两排布置，两端通过螺母分别与外支架和内支架固连，履带绕被动轮机构和主动轮机构设置。

所述被动轮机构包括舵机座、舵机、第一套筒、被动带轮、连接轴、第一轴承、第二轴承、第三轴承、第四轴承和法兰盘；舵机座设置在外支架和内支架之间的腔体内，舵机固定在舵机座内，舵机的舵臂自舵机座的外侧壁伸出与外支架固连，法兰盘与舵机座固连，作为舵机座的内侧壁，连接轴一端固定在法兰盘中心，另一端伸出内支架后与车体的横轴固连，连接轴与内支架之间设有第一轴承；第二轴承、第一套筒和第三轴承依次套在舵机座外壁；被动带轮的外壁为凸台形，直径小的一端与外支架相邻，被动带轮套在第二轴承和第三轴承外圈，被动带轮外壁的一节台阶面上套有第四轴承，第四轴承外圈通过外支架限位。

所述主动轮机构包括主动带轮、顶丝、电机、第五轴承、电机座、卡簧、第六轴承、第七轴承和第二套筒，电机座设置在外支架和内支架之间的腔体内，且与内支架固连，电机固定在电机座内，卡簧、第六轴承、第二套筒和第七轴承依次套在电机座外壁，主动带轮的外壁为凸台形，直径小的一端穿过外支架，主动带轮套在第六轴承和第七轴承的外圈，电机的输出轴伸入主动带轮直径小的一端中心，通过顶丝与主动带轮固连。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）通过电动推杆实现载物平台的自平衡，结构简单、实用、可靠。

（2）通过电机内埋于履带轮机构内的集成方式设计履带行走机构，结构紧凑、空间利用率高。

（3）通过摆动关节式履带行走机构调整爬坡、爬楼梯角度，适应性强。

（4）通过三角轮翻滚式上楼梯，所需动力小，节能省电。

附图说明

图1为本发明轮履结合辅助搬运爬楼梯机器人的整体结构示意图。

图2为本发明轮履结合辅助搬运爬楼梯机器人的爬楼状态示意图。

图3为本发明轮履结合辅助搬运爬楼梯机器人的下楼状态示意图。

图4为本发明轮履结合辅助搬运爬楼梯机器人的履带轮剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种轮履结合辅助搬运爬楼梯机器人，包括车体2、载物平台4、两组履带轮机构1、两组三角轮3和四根电动推杆5，车体2平行设置在载物平台4下方，两者之间呈方形分布四根电动推杆5，两组履带轮机构1对称设置在车体2头部两侧，两组三角轮3对称设置在车体2尾部两侧。

本发明通过电动推杆5实现载物平台4的自平衡功能，使其具有水平、前倾、后倾三种模式，四个电动推杆5分别通过连杆铰接载物平台4，使用电动推杆5调整倾角。上楼梯时，三角轮3的三个轮子自转同时又围绕三角架中心旋转，翻滚上楼梯，且载物平台4最低点不与车体2顶面相碰（如图2所示）。下楼时，三角轮3的三个轮子自转同时又围绕三角架中心旋转，翻滚下楼梯，且载物平台4最低点不与车体2顶面相碰（如图3所示）。

结合图4，所述履带轮机构1包括外支架24、内支架18、被动轮机构、主动轮机构、履带14和4根双头螺栓8，外支架24和内支架18平行设置，两者之间形成空腔，主动轮机构和被动轮机构分别设置在上述空腔的两端，主动轮机构和被动轮机构之间设有若干根双头螺栓8，所述4根双头螺栓8分为两排布置，两端通过螺母7分别与外支架24和内支架18固连，履带14绕被动轮机构和主动轮机构设置。

所述被动轮机构包括舵机座25、舵机26、第一套筒27、被动带轮6、连接轴19、第一轴承20、第二轴承21、第三轴承22、第四轴承23和法兰盘28；舵机座25设置在外支架24和内支架18之间的腔体内，舵机26固定在舵机座25内，舵机26的舵臂自舵机座25的外侧壁伸出与外支架24通过螺栓固连，法兰盘28通过螺栓与舵机座25固连，作为舵机座25的内侧壁，连接轴19一端固定在法兰盘28中心，另一端伸出内支架18后与车体2的横轴固连。连接轴19和法兰盘28为一体制造，连接轴19与内支架18之间设有第一轴承20。第二轴承21、第一套筒27和第三轴承22依次套在舵机座25外壁，通过第一套筒27隔离第二轴承21和第三轴承22。被动带轮6的外壁为凸台形，直径小的一端与外支架24相邻，被动带轮6套在第二轴承21和第三轴承22外圈，被动带轮6外壁的一节台阶面上套有第四轴承23，第四轴承23外圈通过外支架24限位。

所述主动轮机构包括主动带轮9、顶丝10、电机11、第五轴承12、电机座13、卡簧15、第六轴承16、第七轴承17和第二套筒29，电机座13设置在外支架24和内支架18之间的腔体内，且与内支架18通过螺栓固连，电机11通过螺栓固定在电机座13内，卡簧15、第六轴承16、第二套筒29和第七轴承17依次套在电机座13外壁，卡簧15防止第六轴承16轴向蹿动，第二套筒29用于隔开第六轴承16和第七轴承17。主动带轮9的外壁为凸台形，直径小的一端穿过外支架24，主动带轮9套在第六轴承16和第七轴承17的外圈，电机11的输出轴伸入主动带轮9直径小的一端中心，通过顶丝10与主动带轮9固连。

履带14绕主动带轮9、四根双头螺栓8和被动带轮6设置。

平台向楼梯过度过程：电机11的输出轴通过顶丝10与主动带轮9固连，带动主动带轮9一起转动，主动带轮9带动履带14向前运行。接触楼梯开始时，内置于被动带轮6内的舵机26向上摆动一定角度，带动外支架24摆起一个适合楼梯斜度的角度，履带14通过外表面的梯形齿增大与楼梯棱角的摩擦，在主动带轮9的带动下顺利爬上楼梯。同时后端两电动推杆5伸出，抬高载物平台4后部，保持载物平台4依旧水平。

上楼梯行驶过程：电机11的输出轴通过顶丝10与主动带轮9固连，带动主动带轮9一起转动，主动带轮9带动履带14向前运行，同时后端两电动推杆5保持伸出，保持抬高载物平台4后部，保持载物平台4水平。两组三角轮3在主动带轮9的带动下翻滚上楼梯。

楼梯向平台过度过程：电机11的输出轴通过顶丝10与主动带轮9固连，带动主动带轮9一起转动，主动带轮9带动履带14向前运行。接触平台开始时，内置于被动带轮6内的舵机26向下摆动一定角度，带动外支架24摆动一使履带平放于平台的角度，履带14通过外表面的梯形齿增大与平台的摩擦，在主动带轮9的带动下顺利爬上平台。同时后端两电动推杆5收回，抬高载物平台4后部，保持载物平台4依旧水平。