一種輪履結合輔助搬運爬樓梯機器人的製作方法
2023-06-17 15:12:16
本發明屬於機器人技術，具體涉及一種輪履結合輔助搬運爬樓梯機器人。
背景技術：
中國電商發展迅速誕生大量快遞人員，無電梯樓房大量存在導致快遞員上下樓梯困難，工作體力付出大、效率低。針對這一問題開發一種結合輪式行走和履帶式爬樓梯功能的新型輔助搬運機器人。
目前市場已有輪組式、腿足式、複合式、其他輔助的爬樓梯機器人，但多用於載人，即輪椅。其結構複雜，設計重點在於保證平衡，提高乘坐舒適度，使用較多傳感器元件，價格昂貴，難以推廣，更別說用來運貨。
國外對爬樓梯運輸裝置的研究開始得相對較早，最早的專利是1892年美國的Bray發明的爬樓梯輪椅。國內如黃相柏發明的翻滾式爬樓梯微小型機器人正因為其體形小才做到翻滾式爬樓梯，且其翻滾的方式使貨物只能裝載於車體內部，載重太小。劉娟秀等研究的輪足式爬樓梯機器人由車身、連杆機構、車輪和四組爬樓梯機構組成，結構複雜，自由度高，控制困難，難以推廣。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種輪履結合輔助搬運爬樓梯機器人，解決了無電梯樓房高樓層通過樓梯運送貨物困難，送貨員上下樓梯工作體力付出大、效率低的問題。
實現本發明目的的技術解決方案為：一種輪履結合輔助搬運爬樓梯機器人，包括車體、載物平臺、兩組履帶輪機構、兩組三角輪和四根電動推桿，車體平行設置在載物平臺下方，兩者之間呈方形分布四根電動推桿，兩組履帶輪機構對稱設置在車體頭部兩側，兩組三角輪對稱設置在車體尾部兩側。
所述履帶輪機構包括外支架、內支架、被動輪機構、主動輪機構、履帶和若干根雙頭螺栓，外支架和內支架平行設置，兩者之間形成空腔，主動輪機構和被動輪機構分別設置在上述空腔的兩端，主動輪機構和被動輪機構之間設有若干根雙頭螺栓，所述若干根雙頭螺栓分為兩排布置，兩端通過螺母分別與外支架和內支架固連，履帶繞被動輪機構和主動輪機構設置。
所述被動輪機構包括舵機座、舵機、第一套筒、被動帶輪、連接軸、第一軸承、第二軸承、第三軸承、第四軸承和法蘭盤；舵機座設置在外支架和內支架之間的腔體內，舵機固定在舵機座內，舵機的舵臂自舵機座的外側壁伸出與外支架固連，法蘭盤與舵機座固連，作為舵機座的內側壁，連接軸一端固定在法蘭盤中心，另一端伸出內支架後與車體的橫軸固連，連接軸與內支架之間設有第一軸承；第二軸承、第一套筒和第三軸承依次套在舵機座外壁；被動帶輪的外壁為凸臺形，直徑小的一端與外支架相鄰，被動帶輪套在第二軸承和第三軸承外圈，被動帶輪外壁的一節臺階面上套有第四軸承，第四軸承外圈通過外支架限位。
所述主動輪機構包括主動帶輪、頂絲、電機、第五軸承、電機座、卡簧、第六軸承、第七軸承和第二套筒，電機座設置在外支架和內支架之間的腔體內，且與內支架固連，電機固定在電機座內，卡簧、第六軸承、第二套筒和第七軸承依次套在電機座外壁，主動帶輪的外壁為凸臺形，直徑小的一端穿過外支架，主動帶輪套在第六軸承和第七軸承的外圈，電機的輸出軸伸入主動帶輪直徑小的一端中心，通過頂絲與主動帶輪固連。
本發明與現有技術相比，其顯著優點在於：
（1）通過電動推桿實現載物平臺的自平衡，結構簡單、實用、可靠。
（2）通過電機內埋於履帶輪機構內的集成方式設計履帶行走機構，結構緊湊、空間利用率高。
（3）通過擺動關節式履帶行走機構調整爬坡、爬樓梯角度，適應性強。
（4）通過三角輪翻滾式上樓梯，所需動力小，節能省電。
附圖說明
圖1為本發明輪履結合輔助搬運爬樓梯機器人的整體結構示意圖。
圖2為本發明輪履結合輔助搬運爬樓梯機器人的爬樓狀態示意圖。
圖3為本發明輪履結合輔助搬運爬樓梯機器人的下樓狀態示意圖。
圖4為本發明輪履結合輔助搬運爬樓梯機器人的履帶輪剖視圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
結合圖1，一種輪履結合輔助搬運爬樓梯機器人，包括車體2、載物平臺4、兩組履帶輪機構1、兩組三角輪3和四根電動推桿5，車體2平行設置在載物平臺4下方，兩者之間呈方形分布四根電動推桿5，兩組履帶輪機構1對稱設置在車體2頭部兩側，兩組三角輪3對稱設置在車體2尾部兩側。
本發明通過電動推桿5實現載物平臺4的自平衡功能，使其具有水平、前傾、後傾三種模式，四個電動推桿5分別通過連杆鉸接載物平臺4，使用電動推桿5調整傾角。上樓梯時，三角輪3的三個輪子自轉同時又圍繞三角架中心旋轉，翻滾上樓梯，且載物平臺4最低點不與車體2頂面相碰（如圖2所示）。下樓時，三角輪3的三個輪子自轉同時又圍繞三角架中心旋轉，翻滾下樓梯，且載物平臺4最低點不與車體2頂面相碰（如圖3所示）。
結合圖4，所述履帶輪機構1包括外支架24、內支架18、被動輪機構、主動輪機構、履帶14和4根雙頭螺栓8，外支架24和內支架18平行設置，兩者之間形成空腔，主動輪機構和被動輪機構分別設置在上述空腔的兩端，主動輪機構和被動輪機構之間設有若干根雙頭螺栓8，所述4根雙頭螺栓8分為兩排布置，兩端通過螺母7分別與外支架24和內支架18固連，履帶14繞被動輪機構和主動輪機構設置。
所述被動輪機構包括舵機座25、舵機26、第一套筒27、被動帶輪6、連接軸19、第一軸承20、第二軸承21、第三軸承22、第四軸承23和法蘭盤28；舵機座25設置在外支架24和內支架18之間的腔體內，舵機26固定在舵機座25內，舵機26的舵臂自舵機座25的外側壁伸出與外支架24通過螺栓固連，法蘭盤28通過螺栓與舵機座25固連，作為舵機座25的內側壁，連接軸19一端固定在法蘭盤28中心，另一端伸出內支架18後與車體2的橫軸固連。連接軸19和法蘭盤28為一體製造，連接軸19與內支架18之間設有第一軸承20。第二軸承21、第一套筒27和第三軸承22依次套在舵機座25外壁，通過第一套筒27隔離第二軸承21和第三軸承22。被動帶輪6的外壁為凸臺形，直徑小的一端與外支架24相鄰，被動帶輪6套在第二軸承21和第三軸承22外圈，被動帶輪6外壁的一節臺階面上套有第四軸承23，第四軸承23外圈通過外支架24限位。
所述主動輪機構包括主動帶輪9、頂絲10、電機11、第五軸承12、電機座13、卡簧15、第六軸承16、第七軸承17和第二套筒29，電機座13設置在外支架24和內支架18之間的腔體內，且與內支架18通過螺栓固連，電機11通過螺栓固定在電機座13內，卡簧15、第六軸承16、第二套筒29和第七軸承17依次套在電機座13外壁，卡簧15防止第六軸承16軸向躥動，第二套筒29用於隔開第六軸承16和第七軸承17。主動帶輪9的外壁為凸臺形，直徑小的一端穿過外支架24，主動帶輪9套在第六軸承16和第七軸承17的外圈，電機11的輸出軸伸入主動帶輪9直徑小的一端中心，通過頂絲10與主動帶輪9固連。
履帶14繞主動帶輪9、四根雙頭螺栓8和被動帶輪6設置。
平臺向樓梯過度過程：電機11的輸出軸通過頂絲10與主動帶輪9固連，帶動主動帶輪9一起轉動，主動帶輪9帶動履帶14向前運行。接觸樓梯開始時，內置於被動帶輪6內的舵機26向上擺動一定角度，帶動外支架24擺起一個適合樓梯斜度的角度，履帶14通過外表面的梯形齒增大與樓梯稜角的摩擦，在主動帶輪9的帶動下順利爬上樓梯。同時後端兩電動推桿5伸出，抬高載物平臺4後部，保持載物平臺4依舊水平。
上樓梯行駛過程：電機11的輸出軸通過頂絲10與主動帶輪9固連，帶動主動帶輪9一起轉動，主動帶輪9帶動履帶14向前運行，同時後端兩電動推桿5保持伸出，保持抬高載物平臺4後部，保持載物平臺4水平。兩組三角輪3在主動帶輪9的帶動下翻滾上樓梯。
樓梯向平臺過度過程：電機11的輸出軸通過頂絲10與主動帶輪9固連，帶動主動帶輪9一起轉動，主動帶輪9帶動履帶14向前運行。接觸平臺開始時，內置於被動帶輪6內的舵機26向下擺動一定角度，帶動外支架24擺動一使履帶平放於平臺的角度，履帶14通過外表面的梯形齒增大與平臺的摩擦，在主動帶輪9的帶動下順利爬上平臺。同時後端兩電動推桿5收回，抬高載物平臺4後部，保持載物平臺4依舊水平。