一种可轮履切换的爬楼装置的制作方法

本实用新型属于爬楼装置领域，涉及一种爬楼和行走装置，尤其是一种可轮履切换的爬楼装置。

背景技术：

目前，轮式移动装置在行走时，碰到楼梯等障碍物时，往往需要借助特殊的辅助爬楼装置，过程十分繁琐。常见的爬楼机构结构有两种：行星轮式结构和履带式结构。行星轮式结构的缺点是爬楼过程不连续的、间歇性的，重心随楼梯上下起伏波动，带来爬楼过程的安全性和舒适性等问题；另外，行星轮式爬楼机构结构复杂，不宜推广。履带式爬楼机构是目前公认理想的爬楼机构，但是履带结构适用于爬楼或越障越沟等特殊环境，在平地等工况较好情况下，其存在耗能大、噪声大、转向不灵活的缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于优化现有生产工艺的不足，适应现实需要，提供一种可轮履切换的爬楼装置。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种可轮履切换的爬楼装置，包括机架、两套行走系统和行走系统切换装置，其中一套为履带行走系统、另一套为主动轮行走系统，两套行走系统经行走系统切换装置切换行走模式，所述机架两侧对称设有履带行走系统，履带行走系统包括履带、履带驱动轮、若干个从动轮、摆动轮、履带驱动系统和摆动轮收放机构，其中，机架从左往右分为前、中、后三段，前段向上翘，履带驱动轮设置在机架的前端，若干个从动轮设置在机架的中间，摆动轮设置在机架的后端，摆动轮的轮轴与最后一级从动轮的轮轴连接，所述履带驱动轮、若干个从动轮及摆动轮均通过履带传动；

主动轮行走系统包括内机架、万向轮、主动轮、万向轮收放机构和主动轮驱动系统，所述机架的内部设有内机架，万向轮设置在内机架左侧的中间,主动轮设置在内机架中间靠右侧的位置；

机架与内机架经行走系统切换装置连接；内机架能在行走系统切换装置的作用下相对于机架垂直升降，实现行走模式的切换；当主动轮行走系统工作时，进入平地行走模式；当履带行走系统工作时，进入爬楼模式。

进一步，所述履带驱动系统为履带驱动电机，履带驱动电机安装在机架的内侧，履带驱动电机的输出端与履带驱动轮连接。

进一步，所述摆动轮收放机构包括支座、第二电动缸、第二电动推杆、摇杆及花键，所述支座设于机架中间，第二电动缸的固定端与支座转动连接，第二电动缸的输出端与第二电动推杆的一端连接，推杆的另一端与摇杆的一端连接，摇杆的另一端经花键与最后一级从动轮的轮轴连接；

当电动缸驱动第二电动推杆往右运动时，摇杆顺时针转动，摇杆与花键相配合，花键与摆动轮绕花键轴心做顺时针运动，摆动轮被放下；

反之当电动缸驱动第二电动推杆往左运动时，摇杆逆时针转动，摆动轮被收起。

进一步，所述万向轮收放机构包括第一电动缸，第一电动缸经电动缸安装座设于内机架上，万向轮经花键及花键上的摇臂与第一电动推杆的一端连接，第一电动推杆的另一端与第一电动缸的输出端连接。

进一步，所述主动轮驱动系统包括驱动电机、减速器和主动轮，驱动电机安装在减速器的箱体上，减速器安装在第一车架上，主动轮经联轴器与减速器的输出端连接。

进一步，所述从动轮有四个，其中，两个从动轮设置在机架的前端，另外两个设置在机架的后端，在机架的中间设有一排导向轮，所述履带驱动轮、若干个从动轮、导向轮及摆动轮均通过履带传动。

进一步，在第一个从动轮与驱动轮之间设有顶紧轮，顶紧轮对履带进一步顶紧。

进一步，行走系统切换装置包括框架、电动缸和两套导向机构，框架设置在内机架上，

电动缸经电动缸固定支座固定在框架中间，两套导向机构对称设置在框架的两侧，导向机构包括导向座、导向杆、水平推杆、竖齿条和齿轮轴，导向座的两端设有导向杆，导向杆的下部与机架连接，齿轮轴经齿轮轴安装座安装在框架的外侧，齿轮轴上由内向外依次设有第二齿轮和第一齿轮，导向座中间固设有竖齿条，竖齿条的后方设有水平推杆，水平推杆的一端与电动缸的输出端连接，水平推杆的另一端设有齿条，水平推杆的齿条与第一齿轮位置对应，第二齿轮与竖齿条啮合；

当水平推杆往右推逆时针转动时，水平推杆的齿条与第一齿轮啮合，第一齿轮逆时针转动并带动同轴的第二齿轮逆时针转动，第二齿轮与竖齿条啮合，第二齿轮逆时针转动带动竖齿条向下运动，从而带动导向座及导向杆向下运动，使履带离地；

反之，当第一齿轮顺时针转动并带动同轴的第二齿轮顺时针转动，第二齿轮与竖齿条啮合，第二齿轮顺时针转动带动竖齿条向上运动，从而带动导向座及导向杆向上运动，使履带着地。

进一步，履带的外侧设有履带固定板，两块履带固定板形成履带支架，履带支架的前后两端分别设有前压紧轮和后压紧轮。

进一步，摆动轮的轮轴经螺钉安装在履带固定板的腰型孔内。

本实用新型的有益效果在于：

1）采用两套行走系统及采用轮履切换机构进行底盘切换，其结构新颖且紧凑、切换方便，具备爬楼、平地行走、越障越沟功能，能适应多种工况；

2）具备可扩展性，可推广应用，市场前景广泛，整个爬楼装置作为一个移动平台，其上可搭载多种设备，如搭载机械手克成为排爆机器人，搭载座椅克成为爬楼轮椅，搭载灭火设备可称为爬楼消防机器人，等等；

3）采用履带结构，爬楼过程连续、平稳、安全；

4）平地行走模式采用三轮式结构，行走灵活、转弯半径小。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的俯视图；

图3和图4是本实用新型轮履切换机构的结构示意图；

图5是轮履切换装置的局部视图；

图6是履带行走系统的结构示意图；

图7是图6的俯视图；

图8是履带支架的结构示意图；

图9是行走状态示意图；

图10是爬楼状态示意图。

图中；履带1，履带驱动轮2，履带驱动电机3，电动缸4，行走系统切换装置5，主动轮行走系统6、后压紧轮7，万向轮8，内机架9，机架10，第一电动缸11，框架12，水平推杆13，第一齿轮14，竖齿条15，第二齿轮16，导向杆17，固定支座18，从动轮19，导向轮20，第二电动缸21，第二电动推杆22，花键23，摇杆24，摆动轮25，顶紧轮26，支座27，螺钉28，履带固定板29，前压紧轮30，驱动电机31，减速器32，主动轮33，联轴器34，第一电动推杆35。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

实施例：参见图1—图10。

一种可轮履切换的爬楼装置，包括机架10、两套行走系统和行走系统切换装置5，其中一套为履带行走系统、另一套为主动轮行走系统6，两套行走系统经行走系统切换装置5切换行走模式，所述机架10两侧对称设有履带行走系统，履带行走系统包括履带1、履带驱动轮2、若干个从动轮19、摆动轮25、履带驱动系统和摆动轮收放机构，其中，机架10从左往右分为前、中、后三段，前段向上翘，履带驱动轮2设置在机架10的前端，若干个从动轮19设置在机架10的中间，摆动轮25设置在机架10的后端，摆动轮25的轮轴与最后一级从动轮19的轮轴连接，所述履带驱动轮2、若干个从动轮19及摆动轮25均通过履带传动；

主动轮行走系统6包括内机架9、万向轮8、主动轮33、万向轮收放机构和主动轮驱动系统，所述机架10的内部设有内机架9，万向轮8设置在内机架9左侧的中间,主动轮33设置在内机架9中间靠右侧的位置；

机架10与内机架9经行走系统切换装置5连接；内机架9能在行走系统切换装置5的作用下相对于机架10垂直升降，实现行走模式的切换；当主动轮行走系统6工作时，进入平地行走模式；当履带行走系统工作时，进入爬楼模式。

所述履带驱动系统为履带驱动电机3，履带驱动电机3安装在机架10的内侧，履带驱动电机3的输出端与履带驱动轮2连接。

所述摆动轮收放机构包括支座27、第二电动缸21、第二电动推杆22、摇杆24及花键23，所述支座27设于机架10中间，第二电动缸21的固定端与支座27转动连接，第二电动缸21的输出端与第二电动推杆22的一端连接，推杆的另一端与摇杆24的一端连接，摇杆24的另一端经花键23与最后一级从动轮19的轮轴连接；

当电动缸驱动第二电动推杆22往右运动时，摇杆24顺时针转动，摇杆24与花键23相配合，花键23与摆动轮25绕花键23轴心做顺时针运动，摆动轮25被放下；

反之当电动缸驱动第二电动推杆22往左运动时，摇杆24逆时针转动，摆动轮25被收起。

所述万向轮收放机构包括第一电动缸11，第一电动缸11经电动缸安装座设于内机架9上，万向轮8经花键及花键上的摇臂与第一电动推杆35的一端连接，第一电动推杆35的另一端与第一电动缸11的输出端连接。

所述主动轮驱动系统包括驱动电机31、减速器32和主动轮33，驱动电机31安装在减速器32的箱体上，减速器32安装在第一车架36上，主动轮33经联轴器34与减速器32的输出端连接。

所述从动轮19有四个，其中，两个从动轮19设置在机架10的前端，另外两个设置在机架10的后端，在机架10的中间设有一排导向轮20，所述履带驱动轮2、若干个从动轮19、导向轮20及摆动轮25均通过履带传动。

在第一个从动轮与驱动轮2之间设有顶紧轮26，顶紧轮26对履带进一步顶紧。

行走系统切换装置5包括框架12、电动缸4和两套导向机构，框架12设置在内机架9上，

电动缸4经电动缸固定支座18固定在框架12中间，两套导向机构对称设置在框架12的两侧，导向机构包括导向座、导向杆17、水平推杆13、竖齿条15和齿轮轴，导向座的两端设有导向杆17，导向杆17的下部与机架10连接，齿轮轴经齿轮轴安装座安装在框架12的外侧，齿轮轴上由内向外依次设有第二齿轮16和第一齿轮14，导向座中间固设有竖齿条15，竖齿条15的后方设有水平推杆13，水平推杆13的一端与电动缸4的输出端连接，水平推杆13的另一端设有齿条，水平推杆13的齿条与第一齿轮14位置对应，第二齿轮16与竖齿条15啮合；

当水平推杆13往右推逆时针转动时，水平推杆13的齿条与第一齿轮14啮合，第一齿轮14逆时针转动并带动同轴的第二齿轮16逆时针转动，第二齿轮16与竖齿条15啮合，第二齿轮16逆时针转动带动竖齿条15向下运动，从而带动导向座及导向杆17向下运动，使履带离地；

反之，当第一齿轮14顺时针转动并带动同轴的第二齿轮16顺时针转动，第二齿轮16与竖齿条15啮合，第二齿轮16顺时针转动带动竖齿条15向上运动，从而带动导向座及导向杆17向上运动，使履带着地。

履带1的外侧设有履带固定板29，两块履带固定板29形成履带支架，履带支架的前后两端分别设有前压紧轮30和后压紧轮7。

摆动轮25的轮轴经螺钉28安装在履带固定板29的腰型孔内。

轮履切换装置工作原理：当需要平地行走状态时，第一电动缸11回拉放下万向轮8，同时电动缸4前推通过轮履切换装置放下主动轮33，上底盘总成（即履带）离地。当需要爬楼时，第一电动缸11推杆推出收起万向轮，电动缸4推杆回收抬起主动轮，上底盘总成（履带）着地。

本实用新型具体的结构内容、工作原理和机构实现的方法如下：

平地行走时，行走系统切换装置5切入平地行走模式，主动轮行走系统6工作，此时履带离地，主动轮和万向轮着地。

本实用新型能攀爬标准斜度小于等于15°和第一级台阶面高度低于履带驱动轮高度的标准台阶。爬楼时，第一电动缸11推出，万向轮收起，行走系统切换装置5切回爬楼模式，主动轮离地，履带驱动轮获得动力，在爬楼之初，摆动轮25缓慢收起与履带底面成一定角度，贴合地面起支撑作用使平地行走和爬楼之间过渡平稳，在底盘完全进入台阶之后前级履带完全收起。当底盘进入最后一级台阶时，第一电动缸11作用将万向轮缓慢放下，使底盘进入平地的过程平稳。

行走系统切换装置5工作原理：当推杆13往右推时，第一齿轮14逆时针转动并带动同轴的第二齿轮16逆时针转动，第二齿轮16与竖齿条15啮合，第二齿轮16逆时针转动带动竖齿条15向下运动，在导向杆17的作用下主动轮被放下并着地（与此同时第一电动缸11作用，将万向轮8放下），底盘进入平地行走模式。

当轮履切换装置需要将底盘切回爬楼模式时，电动缸4向左收回推杆13（同时第一电动缸11作用，将万向轮8收起），使上履带着地。

摆动轮25的收放和万向轮8收放的工作原理类似，在此仅介绍摆动轮25的收放工作原理，第二电动缸21固定于支座27，并且具有一个旋转自由度，第二电动缸21

驱动推杆22往右运动时，摇杆24顺时针转动。摇杆24与花键23相配合，花键23与摆动轮25绕花键23轴心做顺时针运动，摆动轮25被放下。摆动轮25收起时，与放下工作原理类似，第二电动缸21带动推杆往左运动即可使摆动轮25绕花键23轴心逆时针转动，摆动轮25被收起。

四个从动轮19用于爬楼过程中支撑底盘的重量，导向轮20用于维持履带的走向，顶紧轮26防止台阶在爬楼之初将履带顶在履带驱动轮2与从动轮之间造成履带驱动轮2卡死。压紧轮7防止前级履带组件收起时履带翘起，压紧轮30功能类似。以上提到的各轮都是往里凹的，履带卡在凹槽内，具有一定的导向作用，履带驱动轮的凹槽内制成齿轮状与履带啮合。这些轮子通过履带固定板29固定，摆动轮25的轮轴经螺钉28安装在履带固定板29的腰型孔内，螺钉28顶住该轮轴可对履带的松紧度进行调节。