一種四驅爬樓梯移動機器人的製作方法

2023-06-10 02:43:26

本發明涉及機器人爬樓、機器人避障問題、齒輪傳動以及齒形帶傳動、機械結構的分析技術領域。

背景技術：

機器人的避障問題主要是討論機器人在一定的平面場景中活動，機器人的行走路徑是有直線段和圓弧段組成的條件下，如何從起始點到達目標點過程中避開障礙物的問題。現有的四輪小車大都無法正面越過障礙物，只能依靠避開障礙物繼續前進，因此會出現在一些特殊環境下無法使用的情況。在特定的場景下，本發明克服這種技術缺陷，當障礙物適量大時，本機器人可以從正面越過障礙物，通過最短路徑達到最短時間使機器人的效率大大地得到提升。此外，對於爬樓機器人，我們要解決的問題有重心的穩定性、機器人的運行速度以及靈活性、對樓梯的損害和能耗等幾方面。此類機器人的突破點在於機械結構的分析，有輪式、履帶式、腿式等運動機械結構。

技術實現要素：

本發明智能爬樓機器人，運動機械結構使用輪式，本設計通過輪組交替變換的方式實現機器人的爬樓功能，系統應用無線遠程控制模式，採用pwm調速實現機器人的行進控制，通過步進電機驅動實現爬樓和越障的功能。

在日常生活和生產中經常要將貨物搬上樓梯，傳統的方式基本是靠人力搬運完成的，有時由於重物太重或由於人手不足而無法完成搬運，本研究完成了這個難題。本機器人的研究，擴展了機器人作業空間，在人不能到達或者不便到達的環境中進行作業，具有重要的意義。本機器人還可以還可以作業於工業中的一些險難作業，不僅可以提高產品的質量和產量，而且對保障人身安全，改善勞動環境，減輕勞動強度節約原材料消耗以及降低生產成本，有著十分重要的意思。樓梯是人造環境中的最常見的障礙，也是最難跨越的障礙之一，爬樓梯機器人的研究是解決當前全自動機器人在非結構環境中正常工作的重要環節之一。爬樓機器人可應用於危險環境探查、偵查、救災、導盲、助殘、搬運、清掃、維修、安裝等作業，其實際意思重大。

附圖說明

圖一：本發明的前車輪驅動，通過步進電機驅動，電機的輸出軸通過聯軸器與小車輪的中心齒輪連接，然後通過齒輪傳動使得與其相鄰嚙合的齒輪轉動，最終使得小車完成前進、後退等運動動作。

圖二：本發明的後車輪驅動，驅動原理同前車輪相同，但是後車輪上有齒形帶，保障小車在爬樓過程中重心的穩定性。小車上樓過程中，前輪跨越樓梯後，後輪還在下面的臺階上，後輪通過齒輪傳動以及齒形帶的傳動，後輪在齒形帶上向上運動，從而保障了重心的穩定性。小車下樓過程與上樓過程相反。

圖三：本發明的槓桿連接，小車的兩個前車輪和兩個後車輪的兩個車輪組之間通過槓桿連接，保證同步轉動。

圖四：本發明的紅外檢測裝置，小車的頂部，感知小車四周的環境。

圖五:本發明的裝配裝置總圖。

具體實施方式

小車由電機帶動轉向，可實現原地零半徑轉向。小車的整體結構由兩部分組成，包括位於小車中間部位的兩個輪組驅動的主車架以及輪組機構。主車架由一根車軸以及輔助支撐部分組成。小車的控制部分固定於主車軸四周的支撐機構上，移動時和主軸一起旋轉。輪組結構由兩個雙層的「y」型鋁製支架構成，三個等長的輪輻互成120度夾角，如圖一所示。主軸和用于越障的步進電機分別位於固定於輪輻的交點的內外側。車輪的傳動部位位於各輪輻的端點處，配合輪組的翻轉與步進電機的配合實現小車的水平運動以及爬樓動作。

圖一為小車前輪的電機驅動，齒輪1與步進電機相連接，然後通過齒輪傳動將運動傳遞給與其相嚙合的齒輪2、齒輪3以及齒輪4，然後齒輪2、3、4再次通過齒輪傳動將運動分別傳遞給與其相嚙合的齒輪5、6、7，最後齒輪5、6、7將運動分布傳遞給於其相連接的輪子8、9、10。

圖二為小車後輪的電機驅動，1的機械結構與前車輪相似，2為齒形帶，3為步進電機。

小車在水平面上運動時，以向前運動為例，步進電機輸出力矩驅動齒輪1正向旋轉，通過齒輪傳動，使得與其相嚙合的齒輪2、3、4反向旋轉，再次通過齒輪傳動，使齒輪5、6、7正向旋轉，帶動在地上的輪子8、9，最後使得小車向前運動。在水平面上向後運動與此相反。

當小車要翻越樓梯時，剛開始前車輪上的8、9輪子著地，遇到障礙物時，輪子8抵著障礙物，輸出扭矩增大，前後車輪正向旋轉，以前車輪為例，前車輪上的輪子9向前運動，越過障礙物到達上一層臺階，此時，通過後車輪在齒形帶上向上運動，保證了小車的重心的穩定性，使得小車越過樓梯。