自動行走並能上下臺階的裝置及上下臺階方法
2023-06-04 16:52:46 1
專利名稱：自動行走並能上下臺階的裝置及上下臺階方法
技術領域：
本發明涉及一種自動化機械裝置，特別是涉及一種能自動行走並能上下臺階的裝置及上下臺階方法。
背景技術：
在結構框架上安裝輪子的車是司空見慣的，有的加上驅動裝置後，在平面和小斜面坡度時可自動行走，但其卻不能自動上下臺階。如果需要上下臺階，就要面臨很大的困難。現有的資料中，尚未發現有一種裝置能夠平穩地使自身及被載體以垂直和水平方式交替運動而達到上下臺階的效果，這種裝置在平地或小斜面坡度時能自動行走。
發明內容
本發明所要解決的主要技術問題在於，提供一種新型結構的自動行走並能上下臺階的裝置，使其在平地或小斜面坡度時能依靠輪子自動行走，遇到臺階時，依靠支腿的伸縮和結構框架的張收達到自身及被載體以垂直和水平方式交替運動而同時上下臺階的效果。
本發明所要解決的另一技術問題在於，提供這種裝置自動上下臺階的方法，使此裝置的結構的各部分按照程序協調動作，達到較平穩地上下臺階的效果。
本發明解決其主要技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種自動行走並能上下臺階的裝置，具有結構框架及安裝在框架上的輪子、驅動輪子的電機，動力設備，裝在機艙中的電機和傳感器的驅動電路、提供能源的蓄電池，其結構框架由主支架、副支架和承載架構成，主支架和副支架各由兩付矩形側支架連接構成，每一付側支架具有兩隻立柱、一隻側下橫擔和一隻側上橫擔，這些橫擔的長度都相等；主支架和副支架的幾何邊界均為長方體，並且分別裝有最大伸縮長度都相等的主前支腿、主後支腿、副前支腿和副後支腿，每根支腿都能受控伸長和縮回，伸長和縮回時分別使結構框架升高和降低；構成副支架的兩付側支架之間，再分別用一根副前下橫擔和副後下橫擔連接；構成主支架的兩付側支架之間，再分別用一根主前下橫擔和主後下橫擔連接，後部還用一根後上橫擔連接；副支架側下橫擔的下沿高於主前下橫擔的上沿；承載架落裝在副支架內，副支架套裝在主支架內，副前支腿在主支架框架外，副後支腿在主支架框架內；主支架的內側與副支架的外側之間採用水平前後滑動連接；主支架側上橫擔與副支架側上橫擔處於同一水平高度；主支架和副支架各裝有與側下橫擔平行的兩列水平軌道；承載架的兩側各具有一隻側翼，側翼在主、副支架的側上橫擔上方；承載架裝有四列滾動輪，分別落在主支架軌道和副支架軌道上，並具備沿軌道滾動的能力；主支架與副支架之間連接有支架伸縮機構；結構框架內裝有承載架移動機構；具有執行控制作用的含有微控制器的電控系統、傳感器和控制開關。
本發明解決其主要技術問題同時還採用以下技術方案來實現。依據本發明提出的自動行走並能上下臺階的方法，由人工選擇上臺階模式或下臺階模式後，電控系統按以下步驟控制裝置動作A)上下臺階準備；B)驅動支架伸縮機構伸出，使副支架水平前伸；C)檢測判斷支架伸縮機構已達最大伸出限度或防撞開關動作或副支架前部已伸過N個臺階；D)延遲ΔT秒；E)停止驅動支架伸縮機構，副支架停止前伸；F)副支架支腿落地；G)承載架移動機構動作，使承載架前移；H)主支架支腿收縮至最短；I)驅動支架伸縮機構收縮，使主支架水平前移；J)主支架支腿落地；K)副支架支腿收縮至最短；L)驅動支架伸縮機構伸出，使副支架水平前伸；M)檢測判斷支架伸縮機構已達最大伸出限度或防撞開關動作或副支架後部已伸過一個臺階；N)延遲ΔT秒；O)停止驅動支架伸縮機構，副支架停止前伸；P)副支架支腿落地；Q)承載架移動機構動作，使承載架前移；R)主支架支腿收縮至最短；S)驅動支架伸縮機構收縮，使主支架水平前移；T)判斷副支架前、後部是否等高？若等高，轉向X)步；U)主支架支腿落地；V)副支架支腿收縮至最短；W)調整裝置高度，然後轉向執行L)步；X)支腿收回；Y)結束動作。
本發明解決其技術問題還可以採用以下技術措施來進一步實現對於前述的控制步驟，在A)步驟中，上臺階模式時，主支架支腿伸出至最長，下臺階模式時，主支架支腿先落地，然後再伸長至一個預定的高度ΔH，使得裝置的輪子可以離開地面少許距離；在W)步驟中的調整裝置高度是指，上臺階模式時，主後支腿伸出至最長，主前支腿伸出的長度使得主支架的側支架橫擔基本上保持水平，下臺階模式時，主支架的支腿收縮，達到主後支腿的伸出長度為預定的高度ΔH時停止，主前支腿伸出的長度使得主支架的側支架橫擔基本上保持水平；在C)步驟中，N是一個在程序中設定的不小於1的整數，與具體的支腿伸出長度有關，它的確定方法是當輪子的下邊緣平面至支腿伸出的最遠點平面之間的距離為S1毫米，M是S1除以190的最大整數商時，N等於M減1；在D)和N)步驟中，ΔT秒取決於副支架的伸出速度，靠實驗確定。
前述主支架和副支架的結構尺寸受支腿伸出長度的約束如下設S1毫米為支腿伸出最大長度後，從輪子的下邊緣平面至支腿伸出的最遠點平面之間的距離，M為S1除以190的最大整數商，S2毫米為副前支腿最前端至主後支腿最後端之間的距離，則S2小於M乘以240，且S1應不小於380。這樣的比例主要是滿足我國建築行業中有關住宅樓梯的設計標準，並考慮了適當的餘量，使得本發明的裝置可以適應符合該標準條件的住宅樓梯和其它臺階。
前述的主支架軌道分別固定在主前下橫擔和主後下橫擔的上部；副支架軌道分別固定在副前下橫擔和副後下橫擔的上部；四列滾動輪固定在承載架的底部。
前述的主支架軌道和副支架軌道分別安裝在主支架側上橫擔和副支架側上橫擔的上部；滾動輪分別安裝在側翼的下部，每隻側翼的下方裝有兩列滾動輪，外側滾動輪落在主支架軌道上，內側滾動輪落在副支架軌道上。
前述的傳感器是安裝在副前下橫擔下面的前探測器和安裝在副後下橫擔下面的後探測器；控制開關包括系統開關和檢測開關；系統開關安裝在結構框架上易於使用者操作的部位；檢測開關是安裝在副前下橫擔下方的防撞開關、安裝在主支架軌道上或其附近的主行程開關和安裝在副支架軌道上或其附近的副行程開關；傳感器和檢測開關的信號輸入電控系統，電控系統的輸出信號通過驅動電路控制支腿的伸縮、支架伸縮機構動作和承載架移動機構動作。
前述的承載架含有承載平臺、機艙和底板；承載架向前移動是依靠承載架移動機構的動作；驅動電路、蓄電池、電控系統安裝在機艙中。
前述的水平前後滑動連接可以採用多種形式，其中之一是燕尾槽方式，主支架的兩內側裝有燕尾凹槽，副支架的兩外側裝有燕尾凸槽；其中之二是連杆機構方式，左、右兩副連杆機構的兩端分別連接在主支架後部的兩內側和副支架前部的兩外側。
前述的主前支腿、主後支腿、副前支腿和副後支腿各有兩隻；其中的各支腿既可以是分別獨立地工作，也可以利用機械方式分別將兩隻主前支腿、兩隻主後支腿、兩隻副前支腿、兩隻副後支腿、左側或者右側的主前支腿和主後支腿、左側或者右側的副前支腿和副後支腿的伸縮部分連接起來，從而可以利用一件傳動機構使兩隻支腿同時伸出或縮回。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，本發明所提供的裝置能夠自動完成上下臺階的動作，並且採用的是垂直升降和水平移動相結合的運動模式，這對於被承載的物體是一種非常安全而又平穩的運動過程。將承載平臺設計成座椅時，對於那些行動困難的人來說，這種裝置可以幫助他們安全並且舒適地上下臺階，特別是可以滿足按照標準設計的住宅樓房的樓梯尺寸及坡度狀況，能使那些住在樓上的老、弱、病、殘者無須他人幫助即可自己到戶外活動，或者自由地去有臺階的公共場所，可見其實為一新穎、進步、實用的新設計。
本發明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。
圖1是本發明的主支架結構外觀立體圖。
圖2是本發明的副支架結構外觀立體圖。
圖3是本發明的副支架套裝在主支架內的結構立體圖。
圖4是本發明的底部裝有槽形軌道的主支架結構外觀立體圖。
圖5是本發明的底部裝有槽形軌道的副支架結構外觀立體圖。
圖6是底部裝有軌道槽的副支架套裝在主支架內的結構立體圖。
圖7是底部裝有滾動輪的承載架的三視圖。
圖8是側翼下裝有滾動輪的承載架的三視圖。
圖9是底部裝有滾動輪的本發明的正視圖和側視圖。
圖10是上部裝有滾動輪的本發明的正視圖和側視圖。
圖11是上部裝有槽形軌道的本發明的無承載架俯視圖。
圖12是底部裝有槽形軌道的本發明的無承載架無上橫擔俯視圖。
圖13是液壓系統圖。
圖14是電氣系統原理圖。
圖15是上臺階過程流程圖。
圖16是下臺階過程流程圖。
圖17是左側主、副支架用一種連杆機構實現水平前後滑動連接的右視示意圖。
圖18是右側主、副支架用一種連杆機構實現水平前後滑動連接的右視示意圖。
圖中1.電機 2.電機託架3.墊塊4.輪軸 6.支架伸縮機構7.承載架移動機構8.輪子 9.輔助橫擔10.主支架11.主前下橫擔 12.主後下橫擔13.主前支腿 14.主後支腿 15.燕尾凹槽16.槽形主支架軌道17.主支架側下橫擔 18.主支架側上橫擔19.後上橫擔20.副支架21.副前下橫擔 22.副後下橫擔23.副前支腿 24.副後支腿 25.燕尾凸槽26.槽形副支架軌道27.副支架側下橫擔 28.副支架側上橫擔30.承載架31.滾動輪 32.機艙33.承載平臺 34.底板 35.輪支架39.側翼40.液壓系統 45.液壓泵 46.過濾器47.油箱 48.直動型溢流閥 49.單向閥403.高壓力繼電器 404.低壓力繼電器 411.主腿三位四通閥412.主腿液壓鎖 4111.主前腿開關閥 4112.主後腿開關閥421.副腿三位四通閥 422.副腿液壓鎖431.支架伸縮閥 441.承載架移動閥
50.電控系統 51.微控制器521.前探測器 522.後探測器 53.防撞開關541.主行程開關542.副行程開關55.驅動電路551.電機驅動電路 552.控制驅動電路 56.蓄電池57.A/D轉換電路581.電源開關 582.模式開關具體實施方式
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的自動行走並能上下臺階的裝置及上下臺階方法其具體實施方式
、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。
在實施例中，將可伸縮的支腿與立柱合二為一，形成由分別獨立的副前支腿23、副後支腿24、副支架側下橫擔27和副支架側上橫擔28構成的副支架20的側支架，由分別獨立的主前支腿13、主後支腿14、主支架側下橫擔17和主支架側上橫擔18構成的主支架10的側支架。選用槽形軌道與承載架滾動輪配合。各支腿的最大伸出長度平面至輪子8的下邊緣平面之間的距離是575毫米。為使看圖便利，將其中屬於副支架的部分用斜向條紋填充，屬於承載架的部分用網狀條紋填充。
請參閱圖1、圖2、圖3所示，副支架20套裝在主支架10內的安裝關係由圖中明確表示副前支腿23在主支架10框架外，副後支腿24在主支架10框架內，主前下橫擔11低於副支架側下橫擔27，在同一平面上，副後支腿24的移動空間在主支架10內，自主前下橫擔11至主後下橫擔12之間。各支腿均選用同樣規格的雙作用單活塞杆液壓缸，保證它們的伸縮功能。
請參閱圖4、圖5、圖6所示，為保持下部槽形軌道的水平，在主前下橫擔11上要裝有墊塊3，副前下橫擔21、副後下橫擔22和主後下橫擔12處於同一水平高度，左右外側安裝兩列槽形副支架軌道26，內側安裝兩列槽形主支架軌道16，副後下橫擔22被壓在槽形主支架軌道16下面。主支架側下橫擔17、主支架側上橫擔18、副支架側下橫擔27和副支架側上橫擔28的長度都相等。請參閱圖9所示，將液壓缸的伸出長度減去輪子8的底沿至支腿的最下端的距離，差值S1為575毫米，S1除以190的最大整數商是3，240的3倍是720毫米，選取這些橫擔的長度所構成的從副前支腿23的前端至主後支腿14的後端之間的最小距離S2為710毫米。
請參閱圖7、圖8所示，承載架30包括有滾動輪31、機艙32、承載平臺33、底板34和側翼39。機艙32是一個框架，其上面有承載平臺33覆蓋，下面有底板34，四面不遮擋，滾動輪31的輪支架35固定在底板34的下面(對於上部裝滾動輪的情況，滾動輪31的輪支架35固定在側翼39的下面)，承載架移動機構7選用液壓缸，缸套頂端與固定在承載架最前端的擋塊連接，缸套固定在底板34下面、杆端不做固定。承載架移動機構7的長度與主支架側下橫擔17的長度相同。機艙32內固定有電控系統50、驅動電路55、蓄電池56和液壓系統40。液壓系統40為實施例的動力設備，包括液壓泵、液壓控制閥、油箱等驅動液壓缸動作的設備。
請參閱圖9、圖10、圖11和圖12所示，(為使看圖便利，在圖中略去液壓系統40)主、副支架裝配完成後，承載架放落在槽形軌道上，即構成完整的本發明的裝置。其中燕尾凹槽15水平安裝在主前支腿13和主後支腿14之間，燕尾凸槽25水平安裝在副前支腿23和副後支腿24之間。在副前下橫擔21的下面安裝前探測器521，在副後下橫擔22的下面安裝後探測器522，前探測器521和後探測器522均選用物位探測器，用於在上下臺階時，前、後支腿的伸出長度能確保整個裝置的傾斜角度不大於5度。在兩隻副前支腿23的下部分別裝有防撞開關53，在一根槽形主支架軌道16的後部裝主行程開關541，在一根槽形副支架軌道26的前部裝副行程開關542。後部的兩隻輪子8之間連接有輪軸4，而前部的兩隻輪子8分別裝在萬向軸上。驅動輪子8的電機1安裝在電機託架2上，電機託架2位於輪軸4的上方、兩端固定在兩隻主支架側下橫擔17上。支架伸縮機構6位於電機託架2上方，選用兩端固定在擋塊上的雙作用單活塞杆液壓缸，一端擋塊連接在副前下橫擔21上，另一端擋塊連接在主後下橫擔12上。為使承載架移動機構7能推動承載架30前移，在兩隻主後支腿14之間加裝有輔助橫擔9，輔助橫擔9與承載架移動機構7處於同一水平高度。
本實施例選用液壓系統作為上下臺階的動力設備。請參閱圖13所示，液壓泵45通過單向閥49向各液壓缸供油。電控系統50控制主腿三位四通閥411、副腿三位四通閥421、支架伸縮閥431和承載架移動閥441的通斷。在液壓控制閥關閉時，主腿液壓鎖412和副腿液壓鎖422保證主支腿和副支腿的伸出鎖緊在原有位置。主前腿開關閥4111和主後腿開關閥4112是為防止因油路阻力不均而造成支腿伸出不協調，在物位探測器52的信號反饋作用下，由電控系統50控制其通斷，以保證在上下臺階時，裝置的傾斜度不大於5度。高壓力繼電器403和低壓力繼電器404的電接點接入電控系統，分別通過檢測油路的高、低壓力，確定支腿伸出的協調程度。由於系統故障造成油壓過高時，直動型溢流閥48用於避免損壞液壓系統器件。
請參閱圖14所示的本實用新型裝置的電氣原理圖。驅動電路55在實施例中具體為兩塊電路板電機驅動電路551和控制驅動電路552。電源開關581處於中間位置時，裝置斷電，此開關投向電機驅動電路551時，裝置為平面及小斜面坡度行走狀態，蓄電池56通過電機驅動電路551使驅動輪子的電機1工作，當此開關投向電控系統50時，裝置進入上下臺階狀態。在上下臺階狀態時，模式開關582處於中間位置時，控制系統待機，模式開關582兩端的接點分別代表上臺階模式和下臺階模式。高壓力繼電器403、低壓力繼電器404、主行程開關541、副行程開關542以及兩個互為備份的防撞開關53一端連接電源地，另一端向微控制器51提供輸入的開關信號，前探測器521和後探測器522通過A/D轉換電路57向微控制器51提供輸入的數位訊號。微控制器51相應的輸出信號通過控制驅動電路552控制液壓泵45的啟停、主腿三位四通閥411、副腿三位四通閥421、支架伸縮閥431、承載架移動閥441、主前腿開關閥4111和主後腿開關閥4112的動作，其中，閥411、閥421和閥431各有兩個電磁線圈。蓄電池56也是微控制器51、前探測器521、後探測器522、A/D轉換電路57和控制驅動電路552的工作電源。電源開關581和模式開關582安裝在便於操作的位置——例如，安裝在承載架側翼39的上表面。
請參閱圖15所示，以下結合圖14和圖13具體說明本發明的上臺階方法。當電源開關581投入電控系統一側時，微控制器51加電待機，同時啟動液壓泵45。當微控制器51檢測到模式開關582給出上臺階信號為低電平時，發出控制信號驅動主腿三位四通閥411動作，接通油路使四隻主支腿液壓缸無負載伸出並落地，然後繼續伸出至極限，使裝置達到最大高度(步驟601)。
由於液壓缸不能繼續伸出而液壓泵未停止工作，使油路壓力繼續升高，導致高壓力繼電器403動作。當微控制器51檢測到此路信號為低電平時，關閉主腿三位四通閥411，驅動支架伸縮閥431，接通油路使支架伸縮液壓缸伸出，推動副支架前伸(步驟602)。
微控制器51開始讀取前探測器521的數據，當數據發生兩次(575除以190的最大整數商為3，N＝3-1)躍變後，經過預先設定的延遲時間 秒，微控制器51關閉支架伸縮閥431，使副支架停止前伸。接下來，微控制器51驅動副腿三位四通閥421，接通油路使副支腿液壓缸無負載伸出並落地。如果前探測器521的數據未發生兩次躍變而防撞開關53已經動作，或者由於支架伸縮液壓缸達到極限長度導致油路壓力增高，引起低壓力繼電器404動作，都將使微控制器51執行停止副支架前伸的操作，並使副支腿落地(步驟603∽606)。其中，延遲時間 秒，是給主支架支腿落在同一臺階上留出足夠的位置。
一旦副支腿繼續伸出時，由於帶有負載，必然導致油路壓力升高，使低壓力繼電器404動作。微控制器51檢測到此路信號為低電平時，關閉副腿三位四通閥421，停止副支腿液壓缸伸出，然後驅動承載架移動閥441，接通油路使承載架移動液壓缸伸出，推動承載架前移。當承載架移動到副支架上的確定位置時，副行程開關542動作。微控制器51檢測到此路信號為低電平時，停止驅動承載架移動閥441的線圈，在閥內彈簧的作用下，承載架移動閥441回歸原始位置，使承載架移動液壓缸連通回油管路(步驟607)。
微控制器51隨後驅動主腿三位四通閥411，使主支腿液壓缸收縮。收縮至極限後，憑藉高壓力繼電器403動作，微控制器51收到該路低電平信號，關閉主腿三位四通閥411，驅動支架伸縮閥431，使支架伸縮液壓缸收縮，拉動主支架向前，同時將承載架移動液壓缸的杆端帶動縮回(步驟608∽609)。
主支架前移至承載架的確定位置時，主行程開關541由於接觸滾動輪而動作，微控制器51收到該路低電平信號，關閉支架伸縮閥431，驅動主腿三位四通閥411，使主支腿液壓缸無負載伸出。主支腿落地時，前、後主支腿的伸出長度已經不一致。液壓缸繼續伸出的趨勢導致低壓力繼電器404動作，微控制器51收到該路低電平信號，關閉主腿三位四通閥411，驅動副腿三位四通閥421，使副支腿液壓缸收縮(步驟610∽611)。
副支腿液壓缸收縮至極限後，低壓力繼電器404動作。微控制器51收到該路低電平信號，關閉副腿三位四通閥421，驅動支架伸縮閥431，使副支架前伸，此時微控制器51開始讀取後探測器522的數據，當數據發生一次躍變後，經過預先設定的延遲時間 秒，微控制器51關閉支架伸縮閥431，使副支架停止前伸。如果前探測器521的數據未發生躍變而防撞開關53已經動作，或者由於支架伸縮液壓缸達到極限長度導致油路壓力增高，引起低壓力繼電器404動作，都將使微控制器51執行停止副支架前伸的操作(步驟612∽615)。
根據前面步驟(606∽609)的詳述，在微控制器51的程序控制下，本發明的裝置進一步完成副支腿落地、承載架前移、主支腿收縮、主支架前移這幾步動作(步驟616∽619)。
微控制器51此時讀取前探測器521和後探測器522的數據，並且比較它們的大小，若兩者之差在容許的誤差範圍內，說明裝置已經到達平地，執行步驟624；否則執行如下動作主支腿落地、副支腿收縮。而後，主支腿帶負載伸出，微控制器51讀取後探測器522的數據，當該數據表明主後支腿已伸出至極限時，關閉主腿三位四通閥411，再轉去執行步驟612(步驟620∽623)。
當裝置已經到達平地，微控制器51發出控制信號，收回伸出的支腿，完成全部上臺階過程(步驟624∽625)。
在主支腿帶負載上升時，微控制器51不斷地讀取前探測器521和後探測器522的數據，發現主前支腿和主後支腿的伸出長度不協調並且超過允許誤差時，控制主前腿開關閥4111或主後腿開關閥4112，進行相應的調整，保證裝置在上升過程中的水平程度。
請參閱圖16所示，以下結合圖15具體說明本發明的下臺階方法。當微控制器51檢測到模式開關582給出下臺階信號為低電平時，發出控制信號驅動主腿三位四通閥411動作，接通油路使四隻主支腿液壓缸無負載伸出並落地，然後帶負載繼續伸出，微控制器51不斷地讀取前探測器521和後探測器522的數據，當裝置的輪子稍微離開地面，達到在程序中預先給定的最低限定高度值(以下簡稱為低限)時，關閉主腿三位四通閥411(步驟701)。
後續的步驟(702∽725)與上述的圖15的步驟((602∽625)實現過程基本相同，其中的差別在於步驟723與步驟623。在上述的圖15的步驟623中，主支腿帶負載上升；在步驟723中變為主支腿帶負載下降(主支腿液壓缸收縮)，當主後支腿下降達到低限時，即停止。
請參閱圖17和圖18所示，用常見的一種連杆機構代替前述的燕尾槽方式形成主支架與副支架之間的水平前後滑動連接，為保持上下文及其它各圖的意義連貫，圖中將實現連接的立柱用支腿代替。連杆機構的後部下端和前部下端分別固定在主後支腿14和副前支腿23上，連杆能圍繞固定軸轉動。連杆機構的後部上端和前部上端分別可在主後支腿14和副前支腿23上的槽內上下滑動，並經過與支腿的緊固連接，保證在徑向力的作用下不致從槽中脫出。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，特別是主、副支腿的結構形式，主支架與副支架之間的水平前後滑動連接，以及支架伸縮機構和承載架移動機構，都可以通過各種方式實現。凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種自動行走並能上下臺階的裝置，具有結構框架及安裝在框架上的輪子(8)、驅動輪子的電機(1)，動力設備，裝在機艙(32)中的用於驅動電機和電磁開關的驅動電路(55)、提供能源的蓄電池(56)，其特徵在於結構框架由主支架(10)、副支架(20)和承載架(30)構成；主支架(10)和副支架(20)各由兩付矩形側支架連接構成，每一付側支架具有兩隻立柱、一隻側下橫擔和一隻側上橫擔，這些橫擔的長度都相等；主支架(10)和副支架(20)的幾何邊界均為長方體，並且分別裝有最大伸縮長度都相等的主前支腿(13)、主後支腿(14)、副前支腿(23)和副後支腿(24)，每根支腿都能受控伸長和縮回，伸長和縮回時分別使結構框架升高和降低；構成副支架(20)的兩付側支架之間，再分別用一根副前下橫擔(21)和副後下橫擔(22)連接；構成主支架(10)的兩付側支架之間，再分別用一根主前下橫擔(11)和主後下橫擔(12)連接，後部還用一根後上橫擔(19)連接；副支架側下橫擔(27)的下沿高於主前下橫擔(11)的上沿；承載架(30)落裝在副支架(20)內，副支架(20)套裝在主支架(10)內，副前支腿(23)在主支架(10)框架外，副後支腿(24)在主支架(10)框架內；主支架(10)的內側與副支架(20)的外側之間採用水平前後滑動連接；主支架側上橫擔(18)與副支架側上橫擔(28)處於同一水平高度；主支架(10)和副支架(20)各裝有與側下橫擔平行的兩列水平軌道；承載架(30)的兩側各具有一隻側翼(39)，側翼(39)在主、副支架的側上橫擔上方；承載架(30)裝有四列滾動輪(31)，分別落在主支架軌道(16)和副支架軌道(26)上，並具備沿軌道滾動的能力；主支架(10)與副支架(20)之間連接有支架伸縮機構(6)；結構框架內裝有承載架移動機構(7)；具有執行控制作用的含有微控制器(51)的電控系統(50)、傳感器和控制開關。
2.根據權利要求1所述的自動行走並能上下臺階的裝置，其特徵在於其中所述的主支架(10)和副支架(20)的結構尺寸受支腿伸出長度的約束如下設S1毫米為支腿伸出最大長度後，從輪子(8)的下邊緣平面至支腿伸出的最遠點平面之間的距離，M為S1除以190的最大整數商，S2毫米為副前支腿(23)最前端至主後支腿(14)最後端之間的距離，則S2小於M乘以240，且S1應不小於380。
3.根據權利要求1所述的自動行走並能上下臺階的裝置，其特徵在於其中所述的主支架軌道(16)分別固定在主前下橫擔(11)和主後下橫擔(12)的上部；副支架軌道(26)分別固定在副前下橫擔(21)和副後下橫擔(22)的上部；四列滾動輪(31)固定在承載架(30)的底部。
4.根據權利要求1所述的自動行走並能上下臺階的裝置，其特徵在於其中所述的主支架軌道(16)和副支架軌道(26)分別安裝在主支架側上橫擔(18)和副支架側上橫擔(28)的上部；滾動輪(31)分別安裝在側翼(39)的下部，每隻側翼(39)的下方裝有兩列滾動輪(31)，外側滾動輪落在主支架軌道(16)上，內側滾動輪落在副支架軌道(26)上。
5.根據權利要求1所述的自動行走並能上下臺階的裝置，其特徵在於其中所述的傳感器是安裝在副前下橫擔(21)下面的前探測器(521)和安裝在副後下橫擔(22)下面的後探測器(522)；控制開關包括系統開關和檢測開關；系統開關安裝在結構框架上易於使用者操作的部位；檢測開關是安裝在副前下橫擔(21)下方的防撞開關(53)、安裝在主支架軌道(16)上或其附近的主行程開關(541)和副支架軌道(26)上或其附近的副行程開關(542)；傳感器和檢測開關的信號輸入電控系統(50)，電控系統(50)的輸出信號通過驅動電路控制支腿的伸縮、支架伸縮機構(6)動作和承載架移動機構(7)動作。
6.根據權利要求1所述的自動行走並能上下臺階的裝置，其特徵在於其中所述的承載架(30)含有承載平臺(31)、機艙(32)和底板(34)；承載架(30)向前移動是依靠承載架移動機構(7)的動作；驅動電路(55)、蓄電池(56)、電控系統(50)安裝在機艙(32)中。
7.根據權利要求1所述的自動行走並能上下臺階的裝置，其特徵在於其中所述的水平前後滑動連接可以採用多種形式，其中之一是燕尾槽方式，主支架(10)的兩內側裝有燕尾凹槽(15)，副支架(20)的兩外側裝有燕尾凸槽(25)；其中之二是連杆機構方式，左、右兩副連杆機構的兩端分別連接在主支架(10)後部的兩內側和副支架(20)前部的兩外側。
8.根據權利要求1所述的自動行走並能上下臺階的裝置，其特徵在於其中所述的主前支腿(13)、主後支腿(14)、副前支腿(23)和副後支腿(24)各有兩隻；其中的主前支腿(13)或者主後支腿(14)既可以是分別獨立的，也可以利用機械方式將兩隻主前支腿或者兩隻主後支腿的伸縮部分連接起來，從而可以利用一件傳動機構使兩隻支腿同時伸出或縮回；其中左側或者右側的主前支腿(13)和主後支腿(14)既可以是分別獨立的，也可以利用機械方式將左側的或者右側的主前支腿和主後支腿的伸縮部分連接起來，從而可以利用一件傳動機構使兩隻支腿同時伸出或縮回；其中的副前支腿(23)或者副後支腿(24)既可以是分別獨立的，也可以利用機械方式將兩隻副前支腿或者兩隻副後支腿的伸縮部分連接起來，從而可以利用一件傳動機構使兩隻支腿同時伸出或縮回；其中左側或者右側的副前支腿(23)和副後支腿(24)既可以是分別獨立的，也可以利用機械方式將左側的或者右側的副前支腿和副後支腿的伸縮部分連接起來，從而可以利用一件傳動機構使兩隻支腿同時伸出或縮回。
9.一種自動行走並能上下臺階的裝置的上下臺階方法，其特徵在於上、下臺階時由人工選擇上臺階模式或下臺階模式後，電控系統(50)按以下步驟控制裝置動作A)上下臺階準備；B)驅動支架伸縮機構(6)伸出，使副支架(20)水平前伸；C)檢測判斷支架伸縮機構(6)已達最大伸出限度或防撞開關(53)動作或副支架(20)前部已伸過N個臺階；D)延遲ΔT秒；E)停止驅動支架伸縮機構(6)，副支架(20)停止前伸；F)副支架(20)支腿落地；G)承載架移動機構(7)動作，使承載架(30)前移；H)主支架(10)支腿收縮至最短；I)驅動支架伸縮機構(6)收縮，使主支架(10)水平前移；J)主支架(10)支腿落地；K)副支架(20)支腿收縮至最短；L)驅動支架伸縮機構(6)伸出，使副支架(20)水平前伸；M)檢測判斷支架伸縮機構(6)已達最大伸出限度或防撞開關(53)動作或副支架(20)後部已伸過一個臺階；N)延遲ΔT秒；O)停止驅動支架伸縮機構(6)，副支架(20)停止前伸；P)副支架(20)支腿落地；Q)承載架移動機構(7)動作，使承載架(30)前移；R)主支架(10)支腿收縮至最短；S)驅動支架伸縮機構(6)收縮，使主支架(10)水平前移；T)判斷副支架(20)前、後部是否等高？若等高，轉向X)步；U)主支架(10)支腿落地；V)副支架(20)支腿收縮至最短；W)調整裝置高度，然後轉向執行L)步；X)支腿收回；Y)結束動作。
10.根據權利要求9所述的自動行走並能上下臺階的裝置的上下臺階方法，其特徵在於在A)步驟中，上臺階模式時，主支架支腿伸出至最長，下臺階模式時，主支架支腿先落地，然後再伸長至一個預定的高度ΔH，使得裝置的輪子(8)可以離開地面少許距離；在W)步驟中的調整裝置高度是指上臺階模式時，主後支腿(14)伸出至最長，主前支腿(13)伸出的長度使得主支架的上平面基本上保持水平，下臺階模式時，主支架的支腿收縮，達到主後支腿(14)所伸出的長度為預定的高度ΔH時停止，主前支腿(13)伸出的長度使得主支架的上平面基本上保持水平；在C)步驟中，N是一個在程序中設定的不小於1的整數，與具體的支腿伸出長度有關，它的確定方法是當輪子(8)的下邊緣平面至支腿伸出的最遠點平面之間的距離為S1毫米，M是S1除以190的最大整數商時，N等於M減1；在D)和N)步驟中，ΔT秒取決於副支架(20)的伸出速度，靠實驗確定。
全文摘要
一種自動行走並能上下臺階的裝置，包括由主支架(10)、副支架(20)和承載架(30)構成的結構框架及輪子、電機、動力設備、驅動電路、蓄電池；承載架落裝在副支架內，副支架套裝在主支架內；主支架和副支架的幾何邊界均為長方體；主支架的內側與副支架的外側之間採用水平前後滑動連接；主支架和副支架各有四根受控伸縮長度都相等的支腿且各裝有兩列水平軌道；承載架裝有四列滾動輪(31)，分別落在軌道上並能沿軌道運動；主、副支架之間連接有支架伸縮機構(6)；結構框架內裝有承載架移動機構(7)；具有含有微控制器的電控系統(50)、傳感器和控制開關；同時還包括在微控制器的控制下，裝置實現上下臺階的操作步驟。
文檔編號A61G5/00GK1565914SQ03137620
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月18日 優先權日2003年6月18日
發明者王大堅 申請人:王大堅