[發明專利]同步爬樓機器人

有效

• 申請號: 201310676502.1
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103693123A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 劉承立;朱迪;葉騫
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 祖志翔

技術領域

本發明涉及動態平衡機器人，具體涉及一種同步爬樓梯機器人，屬于機器人技術領域。

背景技術

目前爬樓梯機器人爬臺階的主要實現方式有腿式、履帶式和輪式。其中，腿式爬樓機器人一般是通過仿生學達到爬臺階的目的，其移動方式是“逐步輪換登高”式，但是人或動物在行走或爬臺階過程中有大量的關節和肌肉參與協調，以保證身體的平衡，此外人或動物還可以通過自己的感官判斷樓梯的踏步來確定自己的步距和步高參數，然而普通腿式機器人則難以做到對重心的穩定控制這一點；履帶式爬樓機器人直接利用履帶傳動達到爬行的目的，但其缺點是笨重，運動不靈活，從而使其使用受到限制；輪式爬樓機器人直接利用車輪轉動達到爬行的目的，移動靈活，控制簡單，但是由于車輪為圓形，要在爬行臺階的過程中同步轉動，并且像在平整地面上的運動一樣達到重心平穩是很困難的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種同步爬樓機器人，其能夠在攜帶較大負重的情況下實現自動行走、同步上下臺階，并能在行動過程中始終保持水平穩定。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種同步爬樓機器人，其包括有：

托盤部件，包括水平的托盤以及垂直連接于該托盤下方的第一支撐件、第二支撐件和第三支撐件，所述第一支撐件、第二支撐件和第三支撐件結構相同且沿所述托盤由前向后依次排列，并且該第一支撐件、第二支撐件和第三支撐件的相互間距離和各自高度能夠根據所爬樓梯的臺階尺寸進行調節；

第一行走部件，連接于所述第一支撐件的下端，包括車軸以及分別連接于該車軸兩端的左車輪構件和右車輪構件，該左車輪構件和右車輪構件結構對稱相同并且輪緣的形狀曲線為前后相接的阿基米德螺線和圓弧，使輪緣隨旋轉而改變其與所述車軸的軸線的距離；

第二行走部件，結構與第一行走部件相同，連接于所述第三支撐件的下端；

旋轉驅動裝置，安裝于所述第二支撐件的下端，分別與所述第一行走部件和第二行走部件傳動連接，并且驅動該第一行走部件和第二行走部件旋轉。

作為進一步改進，所述的左車輪構件和右車輪構件各自均包括有一圓盤形的外輪盤和連接于該外輪盤的內側的三個小輪盤，所述外輪盤連接于所述車軸的兩端且沿該外輪盤的徑向開有相隔120度的三個通槽，所述三個小輪盤通過鎖緊桿連接于該三個通槽上且能夠沿該通槽移動位置，以調整該小輪盤與所述車軸軸線的離心距，該小輪盤的輪緣的形狀曲線為前后相接的一阿基米德螺線和一圓弧。

作為進一步改進，所述的同步爬樓機器人利用前一小輪盤的前側棱面爬上樓梯的臺階，緊接著與臺階接觸的阿基米德螺線使整個機器人高度平穩上升，接下來與臺階接觸的圓弧使所述機器人的高度不再上升，短暫平穩前行一距離，繼而后一小輪盤的前側棱面與又一臺階接觸，從而周而復始實現所述同步爬樓機器人爬樓梯的整個過程。

作為進一步改進，所述的三個小輪盤的離心距調整為最小，以將該三個小輪盤完全縮入所述外輪盤的外圓以內，使只有該外輪盤與地面接觸，實現所述同步爬樓機器人在平地上的行走過程。

作為進一步改進，在所述的外輪盤的輪緣和小輪盤的輪緣上均附有帶紋理的橡膠層。

作為進一步改進，所述的阿基米德螺線的極點與所述車軸的軸線重合，所述的圓弧的圓心與所述車軸的軸線重合。

作為進一步改進，所述的托盤部件還包括導槽，該導槽沿前后方向固定于所述托盤下部，所述第一支撐件、第二支撐件和第三支撐件連接于該導槽內且能夠前后移動位置。

作為進一步改進，所述的第一支撐件、第二支撐件和第三支撐件各自均包括有上支撐和下支撐，該下支撐伸入所述上支撐的空腔并在其中滑移，該上支撐下部的凸輪卡套能夠卡固所述下支撐，以調節整個支撐件的高度。

作為進一步改進，所述的第一行走部件和第二行走部件的車軸分別固定有同步帶輪；所述的旋轉驅動裝置包括驅動電機、第一同步帶、第二同步帶和與該驅動電機連接的驅動輪，該驅動輪通過第一同步帶和第二同步帶分別與所述車軸上的同步帶輪連接。

作為進一步改進，所述的第一支撐件與第三支撐件的高度差為所爬樓梯的兩個臺階高度，并且第一支撐件短于第三支撐件；所述第一支撐件與第三支撐件的距離為所爬樓梯的兩個臺階寬度。