一種卡爪翻滾式樓梯爬升機器人及其爬升方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于智能機器人領(lǐng)域，具體的說，涉及一種運用卡爪機構(gòu)和翻滾的工作方式進(jìn)行高效樓梯爬升的機器人及其爬升方法。其包括卡爪機構(gòu)、重力調(diào)節(jié)機構(gòu)、翻滾機構(gòu)、爬升主體、爬升副體、控制機構(gòu)、電源，所述卡爪機構(gòu)設(shè)置有多組，所述卡爪機構(gòu)分別固定安裝在所述爬升主體和爬升副體的邊緣，所述爬升主體與爬升副體之間通過卡爪機構(gòu)相連接。本發(fā)明利用卡爪機構(gòu)，并且通過爬升主體和爬升副體的相互咬合實現(xiàn)兩機械結(jié)構(gòu)的卡緊和分離運動，最終實現(xiàn)了兩機械結(jié)構(gòu)的交替工作。
【專利說明】
一種卡爪翻滾式樓梯爬升機器人及其爬升方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于智能機器人領(lǐng)域，具體的說，涉及一種運用卡爪機構(gòu)和翻滾的工作方式進(jìn)行高效樓梯爬升的機器人及其爬升方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于殘疾人來說，上下樓梯是一項非常艱難的任務(wù)，尤其是當(dāng)身邊沒有親人的幫助時；而對于當(dāng)前熱門的樓道清掃機器人，對于樓梯的清理亦是一項艱難的任務(wù)。當(dāng)前，由于樓梯的高度、寬度不規(guī)則，因此對于研制通用的樓梯爬升機器人帶來諸多挑戰(zhàn)；同時，由于對于爬樓機器人的研究歷史較短，盡管專家、工程師等先后提出了各種各樣的機構(gòu)。如行星輪式、履帶式、腿足式和平行四桿機構(gòu)式等，但是這些機構(gòu)都不能很好的解決樓梯爬升問題，各有各自的弊端和不足。
[0003]專利201210116810.4公布了一種升降伸縮式樓道清潔機器人，運用升降導(dǎo)軌、縱向齒條、第一滑條等機構(gòu)，通過齒輪的嚙合實現(xiàn)下底板的前端運動，并利用設(shè)置的水平滾動刷子，水和吸塵器，實現(xiàn)樓道的清潔。機械結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)合理，工作性能好，但是該機構(gòu)只是使用水平的樓道垃圾清理，并不適合樓梯的垃圾清理工作。
[0004]專利2010239967.0公布了一種新型的樓梯快捷清潔裝置，具體涉及機械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。清潔裝置本體的下端兩側(cè)設(shè)置有十字型爬坡輪，清潔裝置本體的下端中間設(shè)置有圓形清潔輥，圓形清潔輥的上端與傳動連接軸連接，其實質(zhì)為行星輪式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)樓梯的爬升，但是該結(jié)構(gòu)只能適應(yīng)特定的樓梯，且機器在樓梯爬升時，極易發(fā)生打滑情況，工作范圍狹窄，效率低。
[0005]專利201520290569.6則公布了一種多腳結(jié)構(gòu)的樓梯清掃的保潔機器人，包括機器人殼體和設(shè)置在機器人殼體下表面的運動總成，其中運動總成包括N個行走腳，行走腳包括可伸縮的柱塞套裝件和與柱塞套裝件連接的腳墊等。行走腳表面設(shè)有用于推動行走腳移動的正向氣缸、以及用于推動行走腳朝反方向移動的反向氣缸。該機器可替代工人完成樓梯的清洗清潔工作但是該機器的行走腳較多，體積龐大，對于狹窄樓梯的爬升和清理非常有限，且由于靠氣缸控制行走腳，使得動行走腳的動作時間過長，效率太低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供提供一種由卡爪機構(gòu)、重力調(diào)節(jié)機構(gòu)、翻滾機構(gòu)、爬升主體、爬升副體、控制機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)組成的卡爪翻滾式樓梯爬升機器人。
[0007]通過控制爬升主體和爬升副體的卡緊和分離運動，從而實現(xiàn)爬升主體和爬升副體的交替翻滾，實現(xiàn)了對樓梯安全、高效和低成本爬升任務(wù)，解決了當(dāng)前樓梯爬升存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低下的問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]—種卡爪翻滾式樓梯爬升機器人，包括:卡爪機構(gòu)1、重力調(diào)節(jié)機構(gòu)2、翻滾機構(gòu)3、爬升主體4、爬升副體5、控制機構(gòu)6、電源7組成，所述卡爪機構(gòu)I設(shè)置有多組，所述卡爪機構(gòu)I分別固定安裝在所述爬升主體4和爬升副體5的邊緣，所述爬升主體4與爬升副體5之間通過卡爪機構(gòu)I相連接，所述重力調(diào)節(jié)機構(gòu)2分布于所述爬升主體4和爬升副體5的側(cè)面，所述翻滾機構(gòu)3固定在所述卡爪機構(gòu)I上，所述控制機構(gòu)6和電源7均設(shè)置在所述爬升主體4和爬升副體5的內(nèi)部。
[0009]所述卡爪機構(gòu)I包括:卡爪橫軸11、卡爪軸承12、卡爪主體13、卡爪副體19、卡爪主齒輪14、卡爪副齒輪18、卡爪觸碰傳感器15、卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16、橫軸軸承17、卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機齒輪110。
[0010]通過卡爪機構(gòu)I和卡爪橫軸11、卡爪軸承12之間的卡緊和分離作用，實現(xiàn)爬升主體5和爬升副體6兩個機構(gòu)之間的卡緊和分離。所述卡爪橫軸11共有8根，分為兩組，分別固定在爬升主體4的橫向四條邊界線上，同時也設(shè)置于爬升副體5的橫向四條邊界上，每個卡爪橫軸11上兩端設(shè)置有兩個橫軸軸承17，橫軸軸承17內(nèi)圈和卡爪橫軸11連接，外圈裸露，供卡爪主體13和卡爪副體19夾持使用。每個卡爪橫軸11上兩端還設(shè)置有兩個卡爪軸承12，卡爪軸承12的內(nèi)圈和卡爪橫軸11連接，外圈和卡爪本體13的末端連接，并且卡爪主體13、卡爪副體19的末端和卡爪軸承12外圈連接的部位設(shè)置有卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15，卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15通過齒輪嚙合連接，卡爪主齒輪14的轉(zhuǎn)動可以直接帶動卡爪副齒輪15的轉(zhuǎn)動，由于卡爪主齒輪14和卡爪副齒輪15是齒輪機械嚙合在一起，其中一個的轉(zhuǎn)動會帶動另一個的相對轉(zhuǎn)動，因此卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15要么相向運動，要么相離運動；因此卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15的轉(zhuǎn)動也間接帶動了卡爪主體13和卡爪副體19的卡緊和分離運動。
[0011 ] 卡爪主體13和卡爪副體19之間的內(nèi)側(cè)安裝有卡爪觸碰傳感器15，用于檢測卡爪主體13和卡主副體19之間有無物體碰撞。
[0012]卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16安裝在爬升主體4內(nèi)側(cè)，其轉(zhuǎn)軸設(shè)置有和卡爪主齒輪14配套的卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機齒輪110，并且通過齒輪嚙合，卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16的轉(zhuǎn)動可以帶動卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機齒輪110的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動卡爪主齒輪14的轉(zhuǎn)動，最后帶動卡爪副體19的轉(zhuǎn)動，效果為:卡爪主體13和卡爪副體19之間的卡緊和分離。需要說明的是:為了減小由于卡爪機構(gòu)I在進(jìn)行卡緊時對卡爪橫軸11的摩擦力，卡爪主體13和卡爪副體19卡緊時，實質(zhì)為卡緊的為對方的卡爪橫軸11上的橫軸軸承17，而不是單純的卡爪橫軸11。
[0013]所述重力調(diào)節(jié)機構(gòu)2包括:滾珠絲杠滑臺21、重力塊22;所述滾珠絲杠滑臺21為普通的滑臺，結(jié)構(gòu)不再贅述，設(shè)置在爬升主體4和爬升副體5內(nèi)部的縱向方向上。重力塊22的作用為調(diào)節(jié)爬升主體4和爬升副體5的重心位置，重力塊22設(shè)置在滾珠絲杠滑臺21的滑塊上。重力調(diào)節(jié)機構(gòu)同樣分別安裝在爬升主體4和爬升副體5的內(nèi)部，作用為:實時調(diào)節(jié)爬升主體4和爬升副體5的重心位置，當(dāng)時爬升主體4或爬升副體5運動時，始終保證翻滾的某一個爬升體的重心盡量靠近爬升主體4和爬升副體5兩爬升體的重心位置處，增加機器人運動中穩(wěn)定性。
[0014]所述翻滾機構(gòu)3包括:翻滾步進(jìn)電機齒輪、翻滾主齒輪32、翻滾副齒輪33、翻滾步進(jìn)電機34。
[0015]所述翻滾主齒輪32直接固定在爬升主體4的卡爪橫軸11，翻滾副齒輪33。
[0016]翻滾步進(jìn)電機34的轉(zhuǎn)軸設(shè)置有和翻滾主齒輪32嚙合的翻滾步進(jìn)電機齒輪，翻滾主齒輪32安裝在爬升主體4所在的卡爪橫軸11上，翻滾副齒輪33安裝在爬升副體5所在的卡爪橫軸11上，同時當(dāng)爬升主體4所在的卡爪機構(gòu)I和爬升副體5所在卡爪機構(gòu)I相互卡緊時，翻滾主齒輪32和翻滾副齒輪33也正好卡緊。翻滾步進(jìn)電機34轉(zhuǎn)動，帶動翻滾步進(jìn)電機齒輪轉(zhuǎn)動，由于翻滾步進(jìn)電機齒輪和翻滾主齒輪32嚙合，進(jìn)而帶動翻滾主齒輪32的轉(zhuǎn)動，并且由于翻滾主齒輪32和翻滾副齒輪33的嚙合，最終帶動翻滾主齒輪32和翻滾副齒輪33的相向或相離運動。
[0017]所述爬升主體4包括:爬升主體支架41。爬升主體支架41為方形支架結(jié)構(gòu)，爬升主體4的橫向四條邊界線上設(shè)置有突出的支撐結(jié)構(gòu)，用于安裝固定4根卡爪橫軸11。
[0018]所述爬升副體5包括:爬升副體支架51。同樣的，爬升副體支架51也為方形支架結(jié)構(gòu)，爬升副體5的橫向四條邊界線上設(shè)置有突出的支撐結(jié)構(gòu)，用于安裝固定4根卡爪橫軸11。
[0019]所述控制機構(gòu)6包括:控制器61、翻滾步進(jìn)電機驅(qū)動器62、卡爪步進(jìn)電機驅(qū)動器63和滑臺步進(jìn)電機驅(qū)動器64?？刂破髫?fù)責(zé)樓梯爬升機器人的所有的控制指令的發(fā)送和信息的融合，翻滾步進(jìn)電機驅(qū)動器62用于驅(qū)動翻滾步進(jìn)電機34，卡爪步進(jìn)電機驅(qū)動器63用于驅(qū)動卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16，滑臺步進(jìn)電機驅(qū)動器64用于驅(qū)動重力調(diào)節(jié)機構(gòu)2中的滾珠絲杠滑臺
21ο
[0020]所述電源7包括:鋰電池71。作用是:為樓梯爬升機器人提供所有的電源動力。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]本發(fā)明巧妙利用了卡爪機械結(jié)構(gòu)和翻滾工作方式，通過設(shè)置了爬升主體、爬升副體實現(xiàn)兩個機械結(jié)構(gòu)的翻滾工作，與人的上下臺階動作相似，效率很高。
[0023]本發(fā)明利用卡爪機構(gòu)，并且通過爬升主體和爬升副體的相互咬合實現(xiàn)兩機械結(jié)構(gòu)的卡緊和分離運動，最終實現(xiàn)了兩機械結(jié)構(gòu)的交替工作。
[0024]本發(fā)明利用重力調(diào)節(jié)機構(gòu)，在機器人工作過程中實時調(diào)節(jié)爬升主體和爬升副體的重心位置，增加了機器人在爬升過程中的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0025]附圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]附圖2為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]附圖3為本發(fā)明的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]附圖4為本發(fā)明的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]附圖5為本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]附圖6為本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0031 ]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0032]實施例1
[0033]如圖1所示，一種卡爪翻滾式樓梯爬升機器人，包括:卡爪機構(gòu)1、重力調(diào)節(jié)機構(gòu)2、翻滾機構(gòu)3、爬升主體4、爬升副體5、控制機構(gòu)6、電源7組成，所述卡爪機構(gòu)I設(shè)置有多組，所述卡爪機構(gòu)I分別固定安裝在所述爬升主體4和爬升副體5的邊緣，所述爬升主體4與爬升副體5之間通過卡爪機構(gòu)I相連接，所述重力調(diào)節(jié)機構(gòu)2分布于所述爬升主體4和爬升副體5的側(cè)面，所述翻滾機構(gòu)3固定在所述卡爪機構(gòu)I上，所述控制機構(gòu)6和電源7均設(shè)置在所述爬升主體4和爬升副體5的內(nèi)部。
[0034]如圖1-6所示，所述卡爪機構(gòu)I包括:卡爪橫軸11、卡爪軸承12、卡爪主體13、卡爪副體19、卡爪主齒輪14、卡爪副齒輪18、卡爪觸碰傳感器15、卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16、橫軸軸承17、卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機齒輪110;
[0035]所述卡爪機構(gòu)I設(shè)置有多組，通過卡爪機構(gòu)I和卡爪橫軸11、卡爪軸承12之間的卡緊和分離作用，實現(xiàn)爬升主體5和爬升副體6兩個機構(gòu)之間的卡緊和分離。所述卡爪橫軸11共有8根，分為兩組，分別固定在爬升主體4的橫向四條邊界線上，同時也設(shè)置于爬升副體5的橫向四條邊界上，每個卡爪橫軸11上兩端設(shè)置有兩個橫軸軸承17，橫軸軸承17內(nèi)圈和卡爪橫軸11連接，外圈裸露，供卡爪主體13和卡爪副體19夾持使用。每個卡爪橫軸11上兩端還設(shè)置有兩個卡爪軸承12，卡爪軸承12的內(nèi)圈和卡爪橫軸11連接，外圈和卡爪本體13的末端連接，并且卡爪主體13、卡爪副體19的末端和卡爪軸承12外圈連接的部位設(shè)置有卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15，卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15通過齒輪嚙合連接，卡爪主齒輪14的轉(zhuǎn)動可以直接帶動卡爪副齒輪15的轉(zhuǎn)動，由于卡爪主齒輪14和卡爪副齒輪15是齒輪機械嚙合在一起，其中一個的轉(zhuǎn)動會帶動另一個的相對轉(zhuǎn)動，因此卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15要么相向運動，要么相離運動；因此卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15的轉(zhuǎn)動也間接帶動了卡爪主體13和卡爪副體19的卡緊和分離運動。
[0036]卡爪主體13和卡爪副體19之間的內(nèi)側(cè)安裝有卡爪觸碰傳感器15，用于檢測卡爪主體13和卡主副體19之間有無物體碰撞。
[0037]卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16安裝在爬升主體4內(nèi)側(cè)，其轉(zhuǎn)軸設(shè)置有和卡爪主齒輪14配套的卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機齒輪110，并且通過齒輪嚙合，卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16的轉(zhuǎn)動可以帶動卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機齒輪110的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動卡爪主齒輪14的轉(zhuǎn)動，最后帶動卡爪副體19的轉(zhuǎn)動，效果為:卡爪主體13和卡爪副體19之間的卡緊和分離。需要說明的是:為了減小由于卡爪機構(gòu)I在進(jìn)行卡緊時對卡爪橫軸11的摩擦力，卡爪主體13和卡爪副體19卡緊時，實質(zhì)為卡緊的為對方的卡爪橫軸11上的橫軸軸承17，而不是單純的卡爪橫軸11。
[0038]如圖1-5所示，所述重力調(diào)節(jié)機構(gòu)2包括:滾珠絲杠滑臺21、重力塊22;所述滾珠絲杠滑臺21為普通的滑臺，結(jié)構(gòu)不再贅述，設(shè)置在爬升主體4和爬升副體5內(nèi)部的縱向方向上。重力塊22的作用為調(diào)節(jié)爬升主體4和爬升副體5的重心位置，重力塊22設(shè)置在滾珠絲杠滑臺21的滑塊上。重力調(diào)節(jié)機構(gòu)同樣分別安裝在爬升主體4和爬升副體5的內(nèi)部，作用為:實時調(diào)節(jié)爬升主體4和爬升副體5的重心位置，當(dāng)時爬升主體4或爬升副體5運動時，始終保證翻滾的某一個爬升體的重心盡量靠近爬升主體4和爬升副體5兩爬升體的重心位置處，增加機器人運動中穩(wěn)走性O(shè)
[0039]如圖1-6所示，所述翻滾機構(gòu)3包括:翻滾步進(jìn)電機齒輪、翻滾主齒輪32、翻滾副齒輪33、翻滾步進(jìn)電機34、
[0040]翻滾步進(jìn)電機34的轉(zhuǎn)軸設(shè)置有和翻滾主齒輪32嚙合的翻滾步進(jìn)電機齒輪，翻滾主齒輪32安裝在爬升主體4所在的卡爪橫軸11上，翻滾副齒輪33安裝在爬升副體5所在的卡爪橫軸11上，同時當(dāng)爬升主體4所在的卡爪機構(gòu)I和爬升副體5所在卡爪機構(gòu)I相互卡緊時，翻滾主齒輪32和翻滾副齒輪33也正好卡緊。翻滾步進(jìn)電機34轉(zhuǎn)動，帶動翻滾步進(jìn)電機齒輪轉(zhuǎn)動，由于翻滾步進(jìn)電機齒輪和翻滾主齒輪32嚙合，進(jìn)而帶動翻滾主齒輪32的轉(zhuǎn)動，并且由于翻滾主齒輪32和翻滾副齒輪33的嚙合，最終帶動翻滾主齒輪32和翻滾副齒輪33的相向或相離運動。
[0041]所述爬升主體4包括:爬升主體支架41。爬升主體支架41為方形支架結(jié)構(gòu)，爬升主體4的橫向四條邊界線上設(shè)置有突出的支撐結(jié)構(gòu)，用于安裝固定4根卡爪橫軸11。
[0042]所述爬升副體5包括:爬升副體支架51。同樣的，爬升副體支架51也為方形支架結(jié)構(gòu)，爬升副體5的橫向四條邊界線上設(shè)置有突出的支撐結(jié)構(gòu)，用于安裝固定4根卡爪橫軸11。
[0043]所述控制機構(gòu)6包括:控制器61、翻滾步進(jìn)電機驅(qū)動器62、卡爪步進(jìn)電機驅(qū)動器63、滑臺步進(jìn)電機驅(qū)動器64。控制機構(gòu)6固定安裝在爬升主體4上；卡爪步進(jìn)電機驅(qū)動器63同時也固定安裝在爬升副體5上。
[0044]控制器負(fù)責(zé)樓梯爬升機器人的所有的控制指令的發(fā)送和信息的融合，翻滾步進(jìn)電機驅(qū)動器62用于驅(qū)動翻滾步進(jìn)電機34，卡爪步進(jìn)電機驅(qū)動器63用于驅(qū)動卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16。
[0045]所述電源7包括:鋰電池71。鋰電池71固定安裝在爬升主體4上，同時也固定安裝在爬升副體5上。鋰電池71的作用是:為樓梯爬升機器人提供所有的電源動力。
[0046]本發(fā)明不僅提出了一種卡爪翻滾式樓梯爬升機器人的機械機構(gòu)，還提出了相應(yīng)的工作方法。
[0047]步驟1:控制器61控制卡爪步進(jìn)電機驅(qū)動器63驅(qū)動卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16正向運動；由于卡爪機構(gòu)I設(shè)置有多組，通過卡爪機構(gòu)I和卡爪橫軸U、卡爪軸承12之間的卡緊和分離作用，實現(xiàn)爬升主體5和爬升副體6兩個機構(gòu)之間的卡緊和分離。并且卡爪橫軸11共有8根，分為兩組，分別固定在爬升主體4的橫向四條邊界線上，同時也設(shè)置于爬升副體5的橫向四條邊界上，通過
【發(fā)明內(nèi)容】
中所述的，由于卡爪軸承12外圈連接的部位設(shè)置有卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15，卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15通過齒輪嚙合連接，卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16的運動，可以帶動卡爪主齒輪14的轉(zhuǎn)動可以直接帶動卡爪副齒輪15的轉(zhuǎn)動，由于卡爪主齒輪14和卡爪副齒輪15是齒輪機械嚙合在一起，其中一個的轉(zhuǎn)動會帶動另一個的相對轉(zhuǎn)動，因此卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15實現(xiàn)了相向運動；因此卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15的轉(zhuǎn)動也間接帶動了卡爪主體13和卡爪副體19的卡緊。即:爬升主體5中其中一條卡爪橫軸上的卡爪主體13和卡爪副體19夾持住爬升副體6中其中一條卡爪橫軸上的橫軸軸承17。
[0048]步驟2:相應(yīng)的，爬升副體6中其中一條卡爪橫軸上的卡爪主體13和卡爪副體19也夾持住爬升主體5中其中一條卡爪橫軸上的橫軸軸承17。效果為，爬升主體5和爬升副體6實現(xiàn)了靠近和卡緊。
[0049]步驟3:經(jīng)過步驟2中的爬升主體5和爬升副體6靠近和卡緊，由于卡爪主體13和卡爪副體19之間的內(nèi)側(cè)安裝有卡爪觸碰傳感器15，可以檢測到卡爪主體13和卡主副體19之間有無物體碰撞，若有碰撞，則控制器61控制卡爪步進(jìn)電機驅(qū)動器63停止卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16的運動，否則繼續(xù)驅(qū)動卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16運動，使得卡爪主體13和卡爪副體19之間角度繼續(xù)縮小，最終卡緊。
[0050]步驟4:經(jīng)過步驟3中的爬升主體5和爬升副體6最終靠近和卡緊，此時由于翻滾步進(jìn)電機34的轉(zhuǎn)軸設(shè)置有和翻滾主齒輪32嚙合的翻滾步進(jìn)電機齒輪，翻滾主齒輪32安裝在爬升主體4所在的卡爪橫軸11上，翻滾副齒輪33安裝在爬升副體5所在的卡爪橫軸11上，同時當(dāng)爬升主體4所在的卡爪機構(gòu)I和爬升副體5所在卡爪機構(gòu)I相互卡緊時，翻滾主齒輪32和翻滾副齒輪33也正好卡緊。即:此時的狀態(tài)為翻滾主齒輪32和翻滾副齒輪33卡緊，可以進(jìn)行機械齒輪嚙合動作。
[0051]步驟5:在進(jìn)行下一步動作前，控制器61控制滑臺步進(jìn)電機驅(qū)動器64驅(qū)動滾珠絲杠滑臺21，進(jìn)而帶動重力塊22運動，由于滾珠絲杠滑臺21設(shè)置在爬升主體4和爬升副體5內(nèi)部的縱向方向上。重力塊22的作用為調(diào)節(jié)爬升主體4和爬升副體5的重心位置，重力塊22設(shè)置在滾珠絲杠滑臺21的滑塊上。重力調(diào)節(jié)機構(gòu)同樣分別安裝在爬升主體4和爬升副體5的內(nèi)部，當(dāng)爬升副體5向爬升主體4上方爬升時，控制器61控制爬升主體4上的滑臺步進(jìn)電機驅(qū)動器64驅(qū)動滾珠絲杠滑臺21，進(jìn)而帶動重力塊22向正方向運動，此時爬升主體4上的重心前移；同時控制器61控制爬升副體5上的滑臺步進(jìn)電機驅(qū)動器64驅(qū)動滾珠絲杠滑臺21，進(jìn)而帶動重力塊22向正方向運動，此時爬升副體5上的重心也前移。效果為:實時調(diào)節(jié)爬升主體4和爬升副體5的重心位置，當(dāng)時爬升副體5向爬升主體4運動時，盡量保證機器人的整體重心處于爬升主體4的位置而不是爬升副體5的位置，從而增加機器人運動中穩(wěn)定性。
[0052]步驟6:控制器61控制翻滾步進(jìn)電機驅(qū)動器62驅(qū)動翻滾步進(jìn)電機34正向轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動翻滾步進(jìn)電機齒輪轉(zhuǎn)動，由于翻滾步進(jìn)電機齒輪和翻滾主齒輪32嚙合，進(jìn)而帶動翻滾主齒輪32的轉(zhuǎn)動，并且由于翻滾主齒輪32和翻滾副齒輪33的嚙合，最終帶動翻滾主齒輪32和翻滾副齒輪33的相向運動。由于經(jīng)歷了步驟5中的重力調(diào)節(jié)，此時的重心處于爬升主體4上，因此在齒輪嚙合帶動作用下，爬升主體4帶動爬升副體5轉(zhuǎn)動，S卩:爬升副體5向爬升主體4翻轉(zhuǎn)。
[0053]步驟7:爬升副體5向爬升主體4翻轉(zhuǎn)后，最終的效果為:爬升副體5處于爬升主體4的正上方，卡爪機構(gòu)I設(shè)置有多組，即:新結(jié)合的卡緊部位重新重復(fù)步驟1、步驟2和步驟3。舊結(jié)合的部位的分離流程為:控制器61控制卡爪步進(jìn)電機驅(qū)動器63驅(qū)動卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16反向運動;通過
【發(fā)明內(nèi)容】
中所述的，由于卡爪軸承12外圈連接的部位設(shè)置有卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15，卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15通過齒輪嚙合連接，卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機16的運動，可以帶動卡爪主齒輪14的轉(zhuǎn)動可以直接帶動卡爪副齒輪15的轉(zhuǎn)動，由于卡爪主齒輪14和卡爪副齒輪15是齒輪機械嚙合在一起，其中一個的轉(zhuǎn)動會帶動另一個的相對轉(zhuǎn)動，因此卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15實現(xiàn)了相離運動；因此卡爪主齒輪14和卡主副齒輪15的轉(zhuǎn)動也間接帶動了卡爪主體13和卡爪副體19的分離。即:爬升主體5中其中一條卡爪橫軸上的卡爪主體13和卡爪副體19由原來的夾持狀態(tài)變?yōu)槭鎻垹顟B(tài)，使得爬升主體5上的卡爪橫軸11和爬升副體6上的卡爪橫軸11分離。
[0054]步驟8:重復(fù)步驟1-7，可以實現(xiàn)連續(xù)的爬升副體5向爬升主體4翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)機器人的連續(xù)翻越樓梯爬升。
[0055]步驟9:相反的，對于機器人下樓過程，與上述步驟1-7的方式基本相同，只是對于上述步驟5中的重力調(diào)節(jié)機構(gòu)不同，即:相反的，當(dāng)爬升主體4向爬升副體5上方爬升時，控制器61控制爬升主體4上的滑臺步進(jìn)電機驅(qū)動器64驅(qū)動滾珠絲杠滑臺21，進(jìn)而帶動重力塊22向反方向運動，此時爬升主體4上的重心后移；同時控制器61控制爬升副體5上的滑臺步進(jìn)電機驅(qū)動器64驅(qū)動滾珠絲杠滑臺21，進(jìn)而帶動重力塊22向反方向運動，此時爬升副體5上的重心也后移。效果為:實時調(diào)節(jié)爬升主體4和爬升副體5的重心位置，當(dāng)時爬升主體4向爬升副體5運動時，盡量保證機器人的整體重心處于爬升副體5的位置而不是爬升主體4的位置，從而增加機器人運動中穩(wěn)定性。
[0056]另外，對于翻滾機構(gòu)3的動作也正好相反，如步驟6中所述的，即:控制器61控制翻滾步進(jìn)電機驅(qū)動器62驅(qū)動翻滾步進(jìn)電機34反向轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動翻滾步進(jìn)電機齒輪轉(zhuǎn)動，由于翻滾步進(jìn)電機齒輪和翻滾主齒輪32嚙合，進(jìn)而帶動翻滾主齒輪32的轉(zhuǎn)動，并且由于翻滾主齒輪32和翻滾副齒輪33的嚙合，最終帶動翻滾主齒輪32和翻滾副齒輪33的相離運動。由于經(jīng)歷了步驟5中的重力調(diào)節(jié)，此時的重心處于爬升副體5上，因此在齒輪嚙合帶動作用下，爬升副體5帶動爬升主體4轉(zhuǎn)動，S卩:爬升主體4向爬升副體5翻轉(zhuǎn)。重復(fù)上述步驟，可以實現(xiàn)連續(xù)的爬升主體4向爬升副體5翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)機器人的連續(xù)翻越樓梯下降。即:步驟1-9為完整的機器人實現(xiàn)樓梯爬升和下降的步驟和方法。
[0057]上述實施例只是為了說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的是在于讓本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡是根據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
的實質(zhì)所作出的等效的變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種卡爪翻滾式樓梯爬升機器人，其特征為:包括卡爪機構(gòu)、重力調(diào)節(jié)機構(gòu)、翻滾機構(gòu)、爬升主體、爬升副體、控制機構(gòu)、電源，所述卡爪機構(gòu)設(shè)置有多組，所述卡爪機構(gòu)分別固定安裝在所述爬升主體和爬升副體的邊緣，所述爬升主體與爬升副體之間通過卡爪機構(gòu)相連接，所述重力調(diào)節(jié)機構(gòu)分布于所述爬升主體和爬升副體的側(cè)面，所述翻滾機構(gòu)固定在所述卡爪機構(gòu)上，所述控制機構(gòu)和電源均設(shè)置在所述爬升主體和爬升副體的內(nèi)部。2.如權(quán)利要求1所述的一種卡爪翻滾式樓梯爬升機器人，其特征在于:所述卡爪機構(gòu)包括卡爪橫軸、卡爪軸承、卡爪主體、卡爪副體、卡爪主齒輪、卡爪副齒輪、卡爪觸碰傳感器、卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機、橫軸軸承、卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機齒輪，所述卡爪橫軸共有根，分為兩組，分別固定在爬升主體的橫向四條邊界線上，同時也設(shè)置于爬升副體的橫向四條邊界上。3.如權(quán)利要求1所述的一種卡爪翻滾式樓梯爬升機器人，其特征在于:所述重力調(diào)節(jié)機構(gòu)包括滾珠絲杠滑臺、重力塊。4.如權(quán)利要求1所述的一種卡爪翻滾式樓梯爬升機器人，其特征在于:所述翻滾機構(gòu)包括翻滾步進(jìn)電機齒輪、翻滾主齒輪、翻滾副齒輪、翻滾步進(jìn)電機。5.如權(quán)利要求2所述的一種卡爪翻滾式樓梯爬升機器人，其特征在于:通過卡爪機構(gòu)和卡爪橫軸、卡爪軸承之間的卡緊和分離作用，實現(xiàn)爬升主體和爬升副體兩個機構(gòu)之間的卡緊和分離;每個卡爪橫軸上兩端設(shè)置有兩個橫軸軸承，橫軸軸承內(nèi)圈和卡爪橫軸連接，外圈裸露，供卡爪主體和卡爪副體夾持使用;每個卡爪橫軸上兩端還設(shè)置有兩個卡爪軸承，卡爪軸承的內(nèi)圈和卡爪橫軸連接，外圈和卡爪本體的末端連接，并且卡爪主體、卡爪副體的末端和卡爪軸承外圈連接的部位設(shè)置有卡爪主齒輪和卡主副齒輪，卡爪主齒輪和卡主副齒輪通過齒輪嚙合連接，卡爪主齒輪的轉(zhuǎn)動可以直接帶動卡爪副齒輪的轉(zhuǎn)動，卡爪主體和卡爪副體之間的內(nèi)側(cè)安裝有卡爪觸碰傳感器，用于檢測卡爪主體和卡主副體之間有無物體碰撞，卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機安裝在爬升主體內(nèi)側(cè)，其轉(zhuǎn)軸設(shè)置有和卡爪主齒輪配套的卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機齒輪，并且通過齒輪嚙合，卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動可以帶動卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機齒輪的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動卡爪主齒輪的轉(zhuǎn)動，最后帶動卡爪副體的轉(zhuǎn)動。6.如權(quán)利要求3所述的一種卡爪翻滾式樓梯爬升機器人，其特征在于:所述重力調(diào)節(jié)機構(gòu)包括滾珠絲杠滑臺、重力塊;設(shè)置在爬升主體和爬升副體內(nèi)部的縱向方向上，重力塊的作用為調(diào)節(jié)爬升主體和爬升副體的重心位置，重力塊設(shè)置在滾珠絲杠滑臺的滑塊上，重力調(diào)節(jié)機構(gòu)同樣分別安裝在爬升主體和爬升副體的內(nèi)部。7.如權(quán)利要求4所述的一種卡爪翻滾式樓梯爬升機器人其特征在于:所述翻滾機構(gòu)包括翻滾步進(jìn)電機齒輪、翻滾主齒輪、翻滾副齒輪、翻滾步進(jìn)電機，翻滾步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)軸設(shè)置有和翻滾主齒輪嚙合的翻滾步進(jìn)電機齒輪，翻滾主齒輪安裝在爬升主體所在的卡爪橫軸上，翻滾副齒輪安裝在爬升副體所在的卡爪橫軸上。8.一種卡爪翻滾式樓梯爬升機器人的樓梯爬升方法，其特征在于: 步驟1:控制器控制卡爪步進(jìn)電機驅(qū)動器驅(qū)動卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機正向運動；實現(xiàn)爬升主體和爬升副體兩個機構(gòu)之間的卡緊和分離，因此卡爪主齒輪和卡主副齒輪實現(xiàn)了相向運動，卡爪主齒輪和卡主副齒輪的轉(zhuǎn)動也間接帶動了卡爪主體和卡爪副體的卡緊； 步驟2:相應(yīng)的，爬升副體中其中一條卡爪橫軸上的卡爪主體和卡爪副體也夾持住爬升主體中其中一條卡爪橫軸上的橫軸軸承； 步驟3:經(jīng)過步驟2中的爬升主體和爬升副體靠近和卡緊，由于卡爪主體和卡爪副體之間的內(nèi)側(cè)安裝有卡爪觸碰傳感器，可以檢測到卡爪主體和卡主副體之間有無物體碰撞，若有碰撞，則控制器控制卡爪步進(jìn)電機驅(qū)動器停止卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機的運動，否則繼續(xù)驅(qū)動卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機運動，使得卡爪主體和卡爪副體之間角度繼續(xù)縮小，最終卡緊； 步驟4:經(jīng)過步驟3中的爬升主體和爬升副體最終靠近和卡緊，此時由于翻滾步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)軸設(shè)置有和翻滾主齒輪嚙合的翻滾步進(jìn)電機齒輪，同時當(dāng)爬升主體所在的卡爪機構(gòu)和爬升副體所在卡爪機構(gòu)相互卡緊時，翻滾主齒輪和翻滾副齒輪也正好卡緊，即:此時的狀態(tài)為翻滾主齒輪和翻滾副齒輪卡緊，可以進(jìn)行機械齒輪嚙合動作； 步驟5:在進(jìn)行下一步動作前，控制器控制滑臺步進(jìn)電機驅(qū)動器驅(qū)動滾珠絲杠滑臺，進(jìn)而帶動重力塊運動，實現(xiàn)重心位置的移動，從而增加機器人運動中穩(wěn)定性； 步驟6:控制器控制翻滾步進(jìn)電機驅(qū)動器驅(qū)動翻滾步進(jìn)電機正向轉(zhuǎn)動，最終帶動翻滾主齒輪和翻滾副齒輪的相向運動，由于經(jīng)歷了步驟5中的重力調(diào)節(jié)，此時的重心處于爬升主體上，因此在齒輪嚙合帶動作用下，爬升主體帶動爬升副體轉(zhuǎn)動，即:爬升副體向爬升主體翻轉(zhuǎn)； 步驟7:爬升副體向爬升主體翻轉(zhuǎn)后，最終的效果為:爬升副體處于爬升主體的正上方，卡爪機構(gòu)設(shè)置有多組，即:新結(jié)合的卡緊部位重新重復(fù)步驟1、步驟2和步驟3;舊結(jié)合的部位的分離流程為:控制器控制卡爪步進(jìn)電機驅(qū)動器驅(qū)動卡爪驅(qū)動步進(jìn)電機反向運動;通過
【發(fā)明內(nèi)容】
中所述的，卡爪主齒輪和卡主副齒輪實現(xiàn)了相離運動；因此卡爪主齒輪和卡主副齒輪的轉(zhuǎn)動也間接帶動了卡爪主體和卡爪副體的分離，即:爬升主體中其中一條卡爪橫軸上的卡爪主體和卡爪副體由原來的夾持狀態(tài)變?yōu)槭鎻垹顟B(tài)，使得爬升主體上的卡爪橫軸和爬升副體上的卡爪橫軸分離； 步驟8:重復(fù)步驟1-7，可以實現(xiàn)連續(xù)的爬升副體向爬升主體翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)機器人的連續(xù)翻越樓梯爬升； 步驟9:相反的，對于機器人下樓過程，與上述步驟的方式基本相同，只是對于上述步驟5中的重力調(diào)節(jié)機構(gòu)不同，S卩:相反的，實現(xiàn)重心位置的前移，從而增加機器人運動中穩(wěn)定性； 步驟10:另外，對于翻滾機構(gòu)的動作也正好相反，如步驟6中所述的，在齒輪嚙合帶動作用下，爬升副體帶動爬升主體轉(zhuǎn)動，即:爬升主體向爬升副體翻轉(zhuǎn);重復(fù)上述步驟，可以實現(xiàn)連續(xù)的爬升主體向爬升副體翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)機器人的連續(xù)翻越樓梯下降，即:步驟1-9為完整的機器人實現(xiàn)樓梯爬升和下降的步驟和方法。
【文檔編號】B62D57/024GK105905180SQ201610173579
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】鮑明松, 郭亭亭
【申請人】山東國興智能科技有限公司