适用于多种路况的步进式机器人的制作方法

本实用新型是一种运用于在无电梯楼房搬运较为沉重物品以及辅助老年人行走的机器人，属于机器人设计领域。

背景技术：

随着目前科技的发展，人类探索的脚步也遍布各种复杂的地形地貌。这便需要一种可以适应复杂地形的搬运设备来完成复杂工况下的重物、设备等运输工作。同时，它也可以服务于人类不能达到的危险区域和复杂的作业环境。在日常生活中步进式机器人可以完成在无电梯的楼房里完成上下楼梯搬运重物的任务；在实验室内可以平稳的搬运大质量的仪器设备；在军事方面它也可以运输补给，行走在不适合汽车行驶的路况。综上所述，这种步进式机器人可以极大的方便人们的生活。同时针对现如今的社会，老年人们自己出行不方便，以及上下楼梯也会存在一定的安全隐患，该机器人可以成为助老的一种方式。

技术实现要素：

步进式机器人是一款主要用于成在无电梯的楼房里完成上下楼梯搬运重物任务以及为老年人行走提供助力的机器人。它能够完成对平地行走以及攀爬楼梯的功能。步进式机器人主要由三部分构成，即其主体框架、上下层腿部结构以及直线运动单元。

适用于多种路况的步进式机器人，该步进式机器人由电动推杆A、电动推杆B、电动推杆C、电动推杆D、铝型材框架和直线运动单元组成。铝型材框架是由的角件和螺栓a连接组成。电动推杆A、电动推杆B、电动推杆C和电动推杆D为该步进式机器人的支腿结构；电动推杆A、电动推杆B、电动推杆C和电动推杆D的数量均为两根。电动推杆A和电动推杆B设置在铝型材框架的一侧，电动推杆 C和电动推杆D设置在铝型材框架的另一侧；电动推杆A和电动推杆C通过依靠螺栓b与铝型材框架相固连；电动推杆B和电动推杆 D则是通过长方形连接板以及螺栓c与直线运动单元相固连。两根电动推杆B并列设置在两根电动推杆A之间，两根电动推杆D并列设置在两根电动推杆C之间。直线运动单元设置在铝型材框架的中间位置；

直线运动单元包含滚珠丝杠、导轨、滑块和方形连接板。滚珠丝杠和导轨相互平行且沿水平方向安装于长方形连接板上，滑块直接安装在导轨上。方形连接板、铝型材框架和滑块通过螺栓d相固连，使得直线运动单元与铝型材框架相固连。

主体框架由铝型材搭建，是一个600mm×600mm×180mm的长方体。上下层的腿部结构则均是采用电动推杆，直线运动单元选择使用滚珠丝杠导轨滑块组。步进式机器人的控制系统，选用西门子 S7-200PLC作为主控制器，再搭配上适当的传感器，搭建一个较为简单的反馈系统，完成对步进式机器人的控制。步进式机器人能够完成垂直方向上300mm障碍物的跨越，水平方向上200mm障碍物的跨越。

步进式机器人设计有如下几个特点：

(1)该步进式机器人能够实现在不同条件的路况下进行行走、搬运的功能。

(2)该步进式机器人能够模仿完成四足动物攀爬楼梯的过程，无需外力的扶持。

附图说明

图1为步进式机器人的整体示意图。

图2为步进式机器人的电动推杆装配图。

图3为步进式机器人的直线运动单元装配图。

图4为步进式机器人平地行走示意图。

图5为步进式机器人攀爬楼梯示意图。

具体实施方式

步进式机器人的整体结构如图1所示，适用于多种路况的步进式机器人，该步进式机器人由电动推杆A(1)、电动推杆B(2)、电动推杆C(3)、电动推杆D(4)、铝型材框架(5)和直线运动单元(6) 组成。铝型材框架(5)是由的角件(7)和螺栓a(8)连接组成。电动推杆A(1)、电动推杆B(2)、电动推杆C(3)和电动推杆D (4)为该步进式机器人的支腿结构；电动推杆A(1)、电动推杆B (2)、电动推杆C(3)和电动推杆D(4)的数量均为两根。电动推杆A(1)和电动推杆B(2)设置在铝型材框架(5)的一侧，电动推杆C(3)和电动推杆D(4)设置在铝型材框架(5)的另一侧；电动推杆A(1)和电动推杆C(3)通过依靠螺栓b(14)与铝型材框架(5)相固连；电动推杆B(2)和电动推杆D(4)则是通过长方形连接板(15)以及螺栓c(16)与直线运动单元(6)相固连。两根电动推杆B(2)并列设置在两根电动推杆A(1)之间，两根电动推杆D(4)并列设置在两根电动推杆C(3)之间。直线运动单元 (6)设置在铝型材框架(5)的中间位置；

直线运动单元(6)包含滚珠丝杠(9)、导轨(10)、滑块(11) 和方形连接板(12)。滚珠丝杠(9)和导轨(10)相互平行且沿水平方向安装于长方形连接板(15)上，滑块(11)直接安装在导轨(10) 上。方形连接板(12)、铝型材框架(5)和滑块(11)通过螺栓d(13) 相固连，使得直线运动单元(6)与铝型材框架(5)相固连，如图3 所示。

步进式机器人可以完成直线运动和攀爬楼梯。首先是直线运动其运动过程为最开始机器人处于平稳状态；其次电动推杆A(1)和电动推杆C(3)伸出，上升到达指定的位置，电动推杆B(2)和电动推杆D(4)因此悬空；紧接着直线运动单元(6)使得电动推杆B(2) 和电动推杆D(4)到达指定位置；然后电动推杆B(2)和电动推杆 D(4)伸出，到达地面后停止，与电动推杆A(1)和电动推杆C(3) 一起支撑；最后电动推杆A(1)和电动推杆C(3)回缩到达指定位置，使得其悬空，由此四组电动推杆配合直线运动单元(6)完成步进式机器人的连续前进，如图4所示。

攀爬楼梯的运动过程为首先机器人处于平稳状态，距离楼梯在指定位置处；电动推杆A(1)和电动推杆C(3)上升，其上升高度大于一个踏步高度(150mm)，电动推杆B(2)和电动推杆D(4)因此悬空；直线运动单元(6)使得电动推杆B(2)和电动推杆D(4) 向前运动，其直线平移小于一个踏步宽度(300mm)；电动推杆B(2) 和电动推杆D(4)伸出，到达地面后停止，电动推杆A(1)和电动推杆C(3)一起支撑；电动推杆A(1)和电动推杆C(3)回缩到达指定位置，使得其悬空；直线运动单元(6)使得电动推杆A(1) 和电动推杆C(3)向前运动，其直线平移小于一个踏步宽度(300mm)；电动推杆A(1)和电动推杆C(3)伸出，到达地面后停止，与电动推杆B(2)和电动推杆D(4)一起支撑；四组电动推杆同时伸出，其高度为大于一个踏步高度；电动推杆B(2)和电动推杆D(4)回缩，回缩距离大于一个踏步高度；直线运动单元(6)使得电动推杆 B(2)和电动推杆D(4)向前运动，到达指定位置；电动推杆B(2) 和电动推杆D(4)伸出，直到触碰到地面，与电动推杆A(1)和电动推杆C(3)一起支撑；电动推杆A(1)和电动推杆C(3)回缩，回缩距离大于一个踏步高度；直线运动单元(6)使得电动推杆A(1) 和电动推杆C(3)向前运动到达指定位置；电动推杆A(1)和电动推杆C(3)伸出，直到接触地面。由此往复运动，实现机器人连续的攀爬楼梯，如图5所示。