本发明涉及机器人技术领域，具体是一种既能移动又能爬楼的载物机器人。
背景技术：
超市购物、市场买菜等活动都需要将一定重量的货物搬运到家中，特别是老年人承担着超市购物、市场买菜的主力军，而他们当中的许多人居住在没有安装电梯的楼房中，迫切需要既能移动又能爬楼的载物机器人，减轻人们的劳动强度。目前已有的载物辅助装置可靠性不足、自主爬楼能力不足、拐弯能力不足、自动化程度不足，或者价格昂贵，未能普及。
申请人经过检索，专利（201510594011.1）公开了一种轮履组合式爬楼梯轮椅，需要手动实现轮履移动模式的切换，自动化程度和效率都较低。专利（201610843884.6）公开了一种可轮履切换的爬楼装置，结构较为复杂，导致装置的成本和重量都较大。专利（201410655985.1）公开了一种履带式六自由度移动机器人，该机器人的组成部分包括机架、主运动模块、摆臂运动模块、控制箱、传感器。整机有六个自由度，两条主履带能独立运动，履带式结构设计使其具有较强的地面通过性能，能在复杂的路面上行驶，转弯灯，四个摆臂也都能够独立运动，使机器人在爬楼梯、越障、避障等任务上具有异的表现。但此发明结构过于复杂，成本较高，不利于推广使用。可见一种具有成本低、体积小、重量轻的特点，机器人结构较为简单，能在地面移动模式与爬楼模式之间灵活切换，可以自主实现平地快速移动以及爬楼梯的功能，在楼梯上运输货物时运行平稳，而且控制方式较为简单，便于推广的机器人就显得极其重要。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术中爬楼载物机器人结构复杂、性价比低、难以推广的问题，提供了一种既能移动又能爬楼的载物机器人。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种既能移动又能爬楼的载物机器人，包括支撑框架以及设置在支撑框架上的履带驱动机构、载物平台姿态调节机构、驱动轮毂电机、万向轮和控制单元，支撑框架包括用于安装零件的两块对称设置的主支撑板，主支撑板间连接有若干支撑铝材，两主支撑板的前端连接有引导轮支撑轴；
支撑框架上设置有轮履模式切换机构，轮履模式切换机构包括前切换机构和后切换机构，前切换机构包括设置在主支撑板前端的前支撑轴，前支撑轴的两端分别连接有前支撑杆的一端，两根前支撑杆分别位于两主支撑板的外侧，两前支撑杆的另一端均连接有驱动轮毂电机，两前支撑杆的中部均连接有前连杆的一端，两前连杆的另一端铰接有前次曲柄的一端，两前次曲柄的另一端分别固定在前传动轴的两端，前传动轴的中部固定有前主曲柄，前主曲柄另一端铰接有前电推杆的一端，前电推杆的另一端通过电推杆支座固定在主支撑板后端的支撑铝材上；后切换机构包括设置在主支撑板后端的后支撑轴，后支撑轴的两端均连接有呈l形的后支撑杆的一端，l形的后支撑杆包括互相连接的竖段和平段，两后支撑杆的平段底部均连接有万向轮，两后支撑杆的竖段的另一端分别连接有后连杆的一端，两后连杆的另一端分别铰接有后次曲柄的一端，后次曲柄的另一端分别连接在后传动轴的两端，后传动轴的中部固定有后主曲柄，后主曲柄另一端铰接有后电推杆的一端，后电推杆的另一端通过电推杆支座固定在主支撑板前端的支撑铝材上。
履带驱动机构包括设置在引导轮支撑轴两端的引导轮，引导轮分别通过橡胶履带连接履带驱动轮，两个履带驱动轮分别连接在与之对应的蜗轮蜗杆减速器的输出轴上，蜗轮蜗杆减速器固定在主支撑板上，每个蜗轮蜗杆减速器的上部均连接有直流驱动电机，主支撑板外侧靠下的位置连接有与l形的履带支撑板，l形的履带支撑板包括竖直段和水平段，竖直段和水平段之间有加强肋板，竖直段与主支撑板连接。
载物平台姿态调节机构包括载物筐，载物筐底部对称固定有两个转动支架的一端，转动支架的另一端通过转动支架支轴和轴承支座连接在主支撑板上，载物筐底部位于两转动支架之间的位置上固定有电推杆上支座，电推杆上支座铰接有电推杆的一端，电推杆的另一端铰接有电推杆下支座，电推杆下支座固定在支撑铝材上，载物筐底部还设置有角度传感器。载物筐底部设置有角度传感器。当机器人处于爬楼梯状态时，载物机器人自身随楼梯倾斜，通过安装在载物筐下的角度传感器将信号传输给控制单元，进一步通过控制单元使得电推杆前伸适当的长度，从而推动载物筐和转动支架向前转动适当的角度，使得载物筐能与楼梯接触面时刻保持水平，达到货物的运输平稳。
电推杆支座与支撑铝材，电推杆上支座与载物筐，电推杆下支座与支撑铝材均通过连接螺钉连接。
为防止爬楼载物机器人在爬楼过程中由于体积过小导致其自身发生倾覆现象，故橡胶履带的长度需大于两楼梯踏步的斜边总长。
切换到履带移动方式的原理：当机器人转换为履带移动方式时，控制单元分别控制轮履模式切换机构的前切换机构和后切换机构中的前电推杆和后电推杆收缩，分别拉动与其铰接的前主曲柄和后主曲柄向后转动，同时带动前传动轴和后传动轴运动，由于前传动轴和后传动轴分别和前次曲柄、后次曲柄固接，前次曲柄、后次曲柄的运动可以带动前连杆和后连杆的运动，从而使得前支撑杆和后支撑杆可以分别绕前支撑轴和后支撑轴向上转动，从而使驱动轮毂电机和万向轮离地，同时履带驱动机构接触楼梯或地面，让机器人进入履带移动模式。
载物平台姿态调节机构工作原理：当机器人开始爬楼梯的时候，载物机器人自身随楼梯倾斜，通过安装在载物筐下的角度传感器将信号传输给控制单元，进一步通过控制单元使得电推杆前伸适当的长度，从而推动载物筐和转动支架向前转动适当的角度，使得载物筐能与楼梯接触面时刻保持水平，达到货物的运输平稳。
本发明具有的优势和产生的有益效果是：
成本低、体积小、重量轻，在地面移动模式及爬楼模式之间切换灵活，更适合作为随身携带的辅助载物机器人，而且控制方式较为简单，便于推广。
附图说明
图1为本发明载物机器人的立体图；
图2为本发明载物机器人的立体拆解示意图；
图3为本发明支撑框架结构示意图；
图4为本发明履带支撑板结构示意图；
图5为本发明轮履模式切换机构示意图；
图6为本发明载物平台的姿态调节机构示意图；
图7为本发明平地移动状态示意图；
图8为本发明爬楼状态示意图。
图中：1-支撑框架，1-1-连接角码，1-2-支撑铝材，1-3-主支撑板，1-4-连接螺钉，2-履带驱动机构，2-1-引导轮支撑轴，2-2-橡胶履带，2-3-引导轮，2-4-直流驱动电机，2-5-履带支撑板，2-6-蜗轮蜗杆减速器，2-7-履带驱动轮，3-轮履模式切换机构，3-1-前支撑轴，3-2-1-前主曲柄，3-2-2-后主曲柄，3-3-1-前传动轴，3-3-2-后传动轴，3-4-1-前次曲柄，3-4-2-后次曲柄，3-5-1-前连杆，3-5-2-后连杆，3-6-前支撑杆，3-7-1-前电推杆，3-7-2-后电推杆，3-8-电推杆支座，3-9-后支撑杆，3-10-后支撑轴，4-载物平台姿态调节机构，4-1-载物筐，4-2-连接螺钉，4-3-电推杆上支座，4-4-电推杆转销，4-5-转动支架，4-6-电推杆，4-7-电推杆下支座，4-8-轴承支座，4-9-转动支架支轴，5-驱动轮毂电机，6-万向轮，7-控制单元。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步说明，如图3所示，用于零件安装的主支撑板1-3共有两块并成对称分布，两块主支撑板1-3之间通过连接角码1-1与支撑铝材1-2进行连接，一起构成本发明的支撑框架1，其中连接角码1-1与主支撑板1-3以及支撑铝材1-2的连接通过连接螺钉1-4实现，机器人的控制单元7固连在底盘上的支撑铝材1-2上，连接角码1-1提高了支撑铝材1-2固定在支撑框架1上的稳定性。
如图2所示，履带驱动机构2分为左右两个，对称地安装在两块主支撑板1-3上。每个履带驱动机构2均包括引导轮支撑轴2-1，橡胶履带2-2，引导轮2-3，直流驱动电机2-4，履带支撑板2-5，蜗轮蜗杆减速器2-6，履带驱动轮2-7。直流驱动电机2-4安装在蜗轮蜗杆减速器2-6上，蜗轮蜗杆减速器2-6安装在主支撑板1-3上，蜗轮蜗杆减速器2-6的输出轴穿过主支撑板1-3与履带驱动轮2-7固连，并带动履带驱动轮2-7旋转，引导轮2-3安装在主支撑板1-3的另一端，起引导和张紧橡胶履带的作用。履带支撑板2-5的作用是防止机器人在爬楼梯时橡胶履带2-2过度下陷导致机器人底盘托底，如图4所示。
如图2和图5所示，轮履模式切换机构3包括前切换机构和后切换机构，前切换机构包括设置在主支撑板1-3前端的前支撑轴3-1，前支撑轴3-1的一端连接有前支撑杆3-6的一端，前支撑杆3-6的另一端连接有驱动轮毂电机5，前支撑杆3-6的中部连接有前连杆3-5-1的一端，前连杆3-5-1的另一端铰接有前次曲柄3-4-1的一端，前次曲柄3-4-1的另一端分别固定在前传动轴3-3-1的两侧，前传动轴3-3-1的中部固定有前主曲柄3-2-1，前主曲柄3-2-1另一端铰接有前电推杆3-7-1的一端，前电推杆3-7-1的另一端通过电推杆支座3-8固定在后端的支撑铝材1-2上；后切换机构包括设置在主支撑板1-3后端的后支撑轴3-10，后支撑轴3-10的两端均连接有呈l形的后支撑杆3-9的一端，后支撑杆3-9的底部连接有万向轮6，后支撑杆3-9的另一端连接有后连杆3-5-2的一端，后连杆3-5-2的另一端铰接有后次曲柄3-4-2的一端，后次曲柄3-4-2的另一端分别固定在后传动轴3-3-2的两侧，后传动轴3-3-2的中部固定有后主曲柄3-2-2，后主曲柄3-2-2另一端铰接有第二电推杆3-7-2的一端，第二电推杆3-7-2的另一端通过电推杆支座3-8固定在前端的支撑铝材1-2上。
当机器人需要通过轮式移动作为运动方式时，控制单元分别控制轮履模式切换机构3的前切换机构和后切换机构中的前电推杆3-7-1和后电推杆3-7-2前伸，分别推动与其铰接的前主曲柄3-2-1和后主曲柄3-2-2向前转动，同时带动前传动轴3-3-1和后传动轴3-3-2运动，由于前传动轴3-3-1和后传动轴3-3-2分别和前次曲柄3-4-1、后次曲柄3-4-2固接，前次曲柄3-4-1、后次曲柄3-4-2的运动可以带动前连杆3-5-1和后连杆3-5-2的运动，从而使得前支撑杆3-6和后支撑杆3-9可以分别绕前支撑轴3-1和后支撑轴3-10向下转动，从而驱动轮毂电机5和万向轮6着地，同时履带驱动机构2脱离楼梯或地面，让机器人进入轮式移动模式。
当机器人需要通过履带作为移动方式时，控制单元分别控制轮履模式切换机构3的前切换机构和后切换机构中的前电推杆3-7-1和后电推杆3-7-2收缩，分别拉动与其铰接的前主曲柄3-2-1和后主曲柄3-2-2向后转动，同时带动前传动轴3-3-1和后传动轴3-3-2运动，由于前传动轴3-3-1和后传动轴3-3-2分别和前次曲柄3-4-1、后次曲柄3-4-2固接，前次曲柄3-4-1、后次曲柄3-4-2的运动可以带动前连杆3-5-1和后连杆3-5-2的运动，从而使得前支撑杆3-6和后支撑杆3-9可以分别绕前支撑轴3-1和后支撑轴3-10向上转动，从而驱动轮毂电机5和万向轮6着地，同时履带驱动机构2接触楼梯或地面，让机器人进入履带移动模式。
两个驱动轮毂电机5分别安装在前支撑杆3-6上，两个万向轮6分别安装在两根后支撑杆3-9上。
如图1和图6所示，载物平台姿态调节机构4安装于机器人的上部，包括载物框4-1，连接螺钉4-2，电推杆上支座4-3，电推杆转销4-4，两个转动支架4-5，电推杆4-6，电推杆下支座4-7，轴承支座4-8，转动支架支轴4-9。电推杆4-6通过电推杆下支座4-7和电推杆上支座4-3分别与支撑铝材1-2以及载物筐4-1连接，两个转动支架4-5下部通过轴承支座4-8和转动支架支轴4-9与主支撑板1-3转动连接，转动支架4-5上部与载物筐4-1固连，电推杆上支座4-3和电推杆4-6的一端铰接有电推杆转销4-4。
当机器人开始爬楼梯的时候，载物机器人自身随楼梯倾斜，通过安装在载物筐4-1下的角度传感器将信号传输给控制单元7，进一步通过控制单元7使得电推杆4-6前伸适当的长度，从而推动载物筐4-1和转动支架4-5向前转动适当的角度，使得载物筐能4-1与楼梯接触面时刻保持水平，达到货物的运输平稳。机器人的履带爬楼状态如图8所示。
机器人的轮式平地移动状态如图7所示，可以通过控制单元分别控制机器人两侧的两个驱动轮毂电机5的转速和转向，配合两个万向轮6，使得载物机器人在轮式平地移动方式下快速前进、后退或转向。