本實(shí)用新型涉及一種臺(tái)階攀爬機(jī)構(gòu)，具體來說涉及一種連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人的多軸同步電傳控制結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

2015年9月9日，在全球老齡工作領(lǐng)域有著重要影響的國際性非政府組織--國際助老會(huì)發(fā)布了名為《2015全球老齡事業(yè)觀察指數(shù)》的報(bào)告。報(bào)告說，全球60歲及以上人口約9.01億，占世界人口12.3％。到2030年這一比例將達(dá)到16.5％。報(bào)告稱目前中國是世界上老齡人口最多的國家有2.09億，另外由于各種災(zāi)難和疾病造成的殘障人士也逐年增加。而輪椅是老年人以及殘障人士必不可少的代步工具，普通輪椅只能平地行走，不能上下階梯。為解決這一問題目前市場上研究出具有攀爬功能的智能輪椅車，主要為履帶式和星輪式，其缺點(diǎn)是安全穩(wěn)定性差且上下階梯必須要他人協(xié)助。這也是履帶式和星輪式輪椅盡管實(shí)用新型專利很多，但是真正實(shí)施和推廣很少的主要原因。因此，也有一些人想到了設(shè)計(jì)一種腿足式的全方位水平姿態(tài)爬樓機(jī)器人及零半徑轉(zhuǎn)向、爬樓方法。但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、移動(dòng)速度慢，對(duì)不同臺(tái)階高度的自適應(yīng)性差，也未能得到推廣。

比如，名稱為“全方位水平姿態(tài)爬樓機(jī)器人及零半徑轉(zhuǎn)向、爬樓方法”，申請?zhí)枮椤癈N201310285367.8”的在先申請，描述了這樣的特征“本實(shí)用新型提供了一種全方位水平姿態(tài)爬樓機(jī)器人，包括下臺(tái)面及位于其上方的上臺(tái)面，在下臺(tái)面的下方設(shè)有帶動(dòng)其升降的至少兩組下臺(tái)面升降機(jī)構(gòu)，在上臺(tái)面的下方設(shè)有帶動(dòng)其升降的至少四組上臺(tái)面升降機(jī)構(gòu)，其特征在于：下臺(tái)面與上臺(tái)面在水平方向上前后錯(cuò)開，在下臺(tái)面與上臺(tái)面之間設(shè)有支撐轉(zhuǎn)動(dòng)板，支撐轉(zhuǎn)動(dòng)板底部設(shè)有直線移動(dòng)單元，直線移動(dòng)單元的底部設(shè)于下臺(tái)面上，在上臺(tái)面上設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與支撐轉(zhuǎn)動(dòng)板固定連接。”由上述描述可以看出，整個(gè)爬行機(jī)構(gòu)和爬行方法都很復(fù)雜，腿足多、整個(gè)傳動(dòng)關(guān)系繁瑣導(dǎo)致 移動(dòng)速度慢，且對(duì)不同樓梯的自適應(yīng)性差，安全可靠性得不到保障。因此該實(shí)用新型并不實(shí)用。

又比如，中國專利公告號(hào)為CN 104925162 B公開了一種電動(dòng)爬樓機(jī)器人，包括：爬樓機(jī)臺(tái)，該爬樓機(jī)臺(tái)上縱向設(shè)置有兩通槽；爬樓機(jī)臺(tái)的下部對(duì)稱設(shè)置有兩油馬達(dá)，任一油馬達(dá)的出力軸均與一絲杠相連接，絲杠安裝于爬樓機(jī)臺(tái)上；兩個(gè)絲杠當(dāng)中，每個(gè)絲杠均貫穿一油缸，油缸內(nèi)具有與所述絲杠相適配的內(nèi)螺紋，油缸與絲杠構(gòu)成螺紋傳動(dòng)副；所述油缸的頂部與一離合器固定連接，離合器位于通槽內(nèi)部，離合器的頂端放置有載人板，油缸通過離合器帶動(dòng)載人板移動(dòng)；其中，兩個(gè)油缸通過活塞桿的伸縮與前后交替運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上樓。但是這種結(jié)構(gòu)在爬樓時(shí)，重心不穩(wěn)，存在安全隱患。

本申請人申請了一種連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人，其中前、后撐桿之間需要始終保持旋向、旋角同步一致，確保了輪椅車身前后同步起降的安全平穩(wěn)姿態(tài)。因此保證前后撐桿旋向、旋角同步一致的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，就顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人的多軸同步電傳控制結(jié)構(gòu)，以使連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人在爬升過程中，前、后撐桿之間始終保持旋向、旋角同步一致，確保了輪椅車身前后同步起降的安全平穩(wěn)姿態(tài)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人的多軸同步電傳控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括兩組動(dòng)力減速電機(jī)、兩組位角同步編碼傳感器、以及多軸同步控制驅(qū)動(dòng)電路；連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人的前、后撐桿軸分別與兩組動(dòng)力減速電機(jī)連接，兩組位角同步編碼傳感器分別設(shè)置在連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人的前、后撐桿軸上，兩組位角同步編碼傳感器均與多軸同步控制驅(qū)動(dòng)電路連接，多軸同步控制驅(qū)動(dòng)電路分別連接并控制兩組動(dòng)力減速電機(jī)。

前、后撐桿在前、后動(dòng)力減速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，分別隨著前、后撐桿軸做圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過撐桿軸上的位角同步編碼傳感器給出的位角編碼信息， 分別傳送至多軸同步控制驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)多軸同步控制驅(qū)動(dòng)電路處理后再反饋給前、后動(dòng)力減速電機(jī)，作出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)整，使前、后撐桿位角同步。

本實(shí)用新型采用同步驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來保證前、后撐桿之間始終保持旋向、旋角同步一致，確保了連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人前后同步起降的安全平穩(wěn)姿態(tài)。

本實(shí)用新型的特點(diǎn)可參閱本案圖式及以下較好實(shí)施方式的詳細(xì)說明而獲得清楚地了解。

附圖說明

圖1為連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人的示意圖。

圖2為支撐架體的示意圖。

圖3為連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人的另一方向示意圖。

圖4為連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人的示意圖。

圖5為連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人爬升臺(tái)階時(shí)的狀態(tài)示意圖。

圖6為連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人爬升臺(tái)階時(shí)的狀態(tài)示意圖。

圖7為連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人爬升臺(tái)階時(shí)的狀態(tài)示意圖。

圖8為連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人爬升臺(tái)階時(shí)的狀態(tài)示意圖。

圖9為連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人爬升臺(tái)階時(shí)的狀態(tài)示意圖。

圖10為連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人爬升臺(tái)階時(shí)的狀態(tài)示意圖。

圖11為同步驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理示意圖。

各附圖中的標(biāo)號(hào)表示如下：

1輪椅座、2支撐架體、3控制器、4水平調(diào)節(jié)電推桿、5變距電推桿、6平臺(tái)平衡連桿、7前平衡連桿、8后平衡連桿、9前動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪、10后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪、11前撐桿、12后撐桿、13、圓弧過渡結(jié)構(gòu)、14圓弧過渡結(jié)構(gòu)、15多軸同步控制驅(qū)動(dòng)電路、16水平移動(dòng)電推桿、17腳踏板、18前動(dòng)力減速電機(jī)、19后動(dòng)力減速電機(jī)、20前撐桿位角編碼器、21后撐桿位角編碼器、22前懸側(cè)梁、23后懸側(cè)梁、24前撐桿軸、25后撐桿軸、26前超聲距離探測器、27后超聲距離探測器、28前轉(zhuǎn)向側(cè)架橫梁、29后主軸。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。

在本實(shí)用新型的描述中，術(shù)語“左端、右端、前端、后端、左側(cè)、右側(cè)、向內(nèi)、向外”等僅僅是為了方便描述和限定，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

參見圖1-4，本實(shí)用新型公開了一種連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人，包括支撐架體2和設(shè)置在支撐架體上的支撐平臺(tái)；支撐平臺(tái)可以用于放置物品，也可以用以坐人。本實(shí)施例以坐人為例，支撐平臺(tái)為一輪椅座1。

輪椅座1包括坐墊、靠背和扶手，輪椅座1通過導(dǎo)軌或者滑塊可以前后移動(dòng)的設(shè)置在支撐架體2上，且輪椅座1與驅(qū)動(dòng)其前后移動(dòng)的水平移動(dòng)電推桿16連接。當(dāng)使用者需要坐在上面時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)水平移動(dòng)電推桿16，帶動(dòng)輪椅座1向前移動(dòng)，方便使用者坐下。

支撐架體2包括前、后支撐聯(lián)動(dòng)組件，前、后支撐聯(lián)動(dòng)組件分別與前、后懸側(cè)梁(22、23)的一端連接，前、后懸側(cè)梁(22、23)的另一端鉸接在一起；前、后支撐聯(lián)動(dòng)組件之間還設(shè)置有變距電推桿5，前、后懸側(cè)梁(22、23)與變距電推桿5形成三角架體，通過變距電推桿5的伸縮運(yùn)動(dòng)改變前、后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪的輪距，來適應(yīng)樓梯梯步步距。

前支撐聯(lián)動(dòng)組件包括前撐桿軸24、兩個(gè)分別設(shè)置在前撐桿軸24兩端的前撐桿11；后支撐聯(lián)動(dòng)組件包括后撐桿軸25、兩個(gè)分別設(shè)置在后撐桿軸25兩端的后撐桿12。前、后支撐聯(lián)動(dòng)組件之間通過同步驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接；參見圖11，同步驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩組分別用以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)撐桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)的前、后動(dòng)力減速電機(jī)(18、19)、兩組分別設(shè)置在兩個(gè)撐桿軸上的位角同步編碼傳感器(20、21)、以及多軸同步控制驅(qū)動(dòng)電路15；兩組位角同步編碼傳感器(20、21)均與多軸同步控制驅(qū)動(dòng)電路15連接，多軸同步控制驅(qū)動(dòng)電路15分別連接并控制兩組動(dòng)力減速電機(jī)(18、19)。前、后撐桿(11、12)在前、后動(dòng)力減速電機(jī)(18、19)的驅(qū)動(dòng)下，圍繞撐桿軸(24、25)做圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過撐桿軸上的位角同步編碼傳感器(20、21)給出的位角編碼信息，分別傳送至多軸同步控制驅(qū)動(dòng)電路15，經(jīng)多軸同步控制驅(qū)動(dòng)電路15處理后，經(jīng)過A路驅(qū)動(dòng)反饋給 后動(dòng)力減速電機(jī)19，作出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)整，經(jīng)過B路驅(qū)動(dòng)反饋給前動(dòng)力減速電機(jī)18，作出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)整，達(dá)到前、后撐桿位角同步的目的。前、后撐桿(11、12)的前端均為圓弧過渡結(jié)構(gòu)(13、14)。

兩個(gè)后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10設(shè)置在后主軸29上，后主軸29通過軸承連接后撐桿軸25上；兩個(gè)前動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪9設(shè)置在前轉(zhuǎn)向側(cè)架橫梁28上，前轉(zhuǎn)向側(cè)架橫梁28通過軸承連接前撐桿軸24上。后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10、前動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪9分別通過獨(dú)立的電機(jī)控制。且前撐桿11長度大于前動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪9的直徑；后撐桿12長度大于后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10的直徑。

在前轉(zhuǎn)向側(cè)架橫梁28上設(shè)置有前超聲距離探測器26，在后主軸29上設(shè)置有后超聲距離探測器27。前超聲距離探測器26、后超聲距離探測器27用以檢測動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪與臺(tái)階垂直梯面的間距。另外，需要指出的是，支撐平臺(tái)(輪椅座1)與前轉(zhuǎn)向側(cè)架橫梁28之間設(shè)置有平臺(tái)平衡連桿6，通過平臺(tái)平衡連桿6帶動(dòng)支撐平臺(tái)與前轉(zhuǎn)向側(cè)架橫梁28同步運(yùn)動(dòng)；前轉(zhuǎn)向側(cè)架橫梁28與后主軸29之間依次通過前平衡連桿7、后平衡連桿8連接，通過前平衡連桿7和后平衡連桿8帶動(dòng)前轉(zhuǎn)向側(cè)架橫梁28與后主軸29同步運(yùn)動(dòng)。在座椅姿態(tài)調(diào)整過程中，平臺(tái)平衡連桿6、前平衡連桿7、后平衡連桿8通過聯(lián)動(dòng)作用，將前轉(zhuǎn)向側(cè)架橫梁28下的前超聲距離探測器26調(diào)整至與臺(tái)階垂直梯面垂直，將位于輪椅后主軸上的后超聲距離探測器27調(diào)整至與臺(tái)階垂直梯面垂直。

前轉(zhuǎn)向側(cè)架橫梁28上設(shè)置有腳踏板17。

輪椅座1與支撐架體之間還設(shè)置有用以調(diào)節(jié)支撐平臺(tái)角度的水平調(diào)節(jié)電推桿4；通過水平調(diào)節(jié)電推桿4可以調(diào)節(jié)輪椅座1的傾斜角度。在水平調(diào)節(jié)電推桿4上設(shè)置有傾角傳感器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)控，即在爬升過程中，支撐架體2與輪椅座1之間的角度在不斷變化，傾角傳感器將該信息傳輸給控制裝置，控制裝置控制水平調(diào)節(jié)電推桿4做伸縮運(yùn)動(dòng)，以保證輪椅座1始終保持水平狀態(tài)。

本實(shí)用新型的控制器3安裝在輪椅座1的右扶手上，以方便使用者操作。

本實(shí)用新型的使用過程如下：

第一、二階臺(tái)階的爬升：預(yù)先通過調(diào)節(jié)變距電推桿5來改變前、后動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)輪(9、10)的輪距，來適應(yīng)臺(tái)階面的寬度?？刂七B續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人后退，位于后主軸29上的后超聲距離探測器27開始自動(dòng)檢測，至合適距離時(shí)，通過控制系統(tǒng)控制連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人停下，連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人處于爬樓準(zhǔn)備狀態(tài)。后撐桿軸25轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)后撐桿12翻轉(zhuǎn)至上一階臺(tái)階，后撐桿軸25繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在臺(tái)階面對(duì)后撐桿12的反作用力下，后撐桿12慢慢豎立撐起來，后撐桿軸25、后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10逐漸上升，直至后撐桿12與臺(tái)階面垂直，此時(shí)后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10離地；然后后撐桿軸25繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，后撐桿12向后傾斜，后撐桿軸25、后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10逐漸下降，直至后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10落地，后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10完成第一階臺(tái)階的爬升。然后，采用相同的原理，后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10帶動(dòng)連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人后退，通過后超聲距離探測器27的定位，再進(jìn)行爬升，后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10完成第二階臺(tái)階的爬升。此時(shí)，連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人的前動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10靠近第一階臺(tái)階并準(zhǔn)備爬升第一階臺(tái)階。

參見圖5-10，中間臺(tái)階的爬升：控制連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人后退，位于后主軸29上的后超聲距離探測器27開始自動(dòng)檢測，至合適距離時(shí)，通過控制系統(tǒng)控制連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人停下，連續(xù)撐躍式臺(tái)階攀爬機(jī)器人處于爬樓準(zhǔn)備狀態(tài)。后撐桿軸25轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)后撐桿12翻轉(zhuǎn)至上一階臺(tái)階，后撐桿軸25繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在臺(tái)階面對(duì)后撐桿12的反作用力下，后撐桿12慢慢豎立撐起來，后撐桿軸25、后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10逐漸上升，直至后撐桿12與臺(tái)階面垂直，此時(shí)后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10離地；然后后撐桿軸25繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，后撐桿12向后傾斜，后撐桿軸25、后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10逐漸下降，直至后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10落地，后動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪10完成一階臺(tái)階的爬升。同理，在這個(gè)過程中，同步地，前撐桿軸24與后撐桿軸25同步轉(zhuǎn)動(dòng)，前撐桿11翻轉(zhuǎn)至上一階臺(tái)階，前撐桿軸24繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在臺(tái)階面對(duì)前撐桿11的反作用力下，前撐桿11慢慢豎立撐起來，前撐桿軸24、前動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪9逐漸上升，直至前撐桿11與臺(tái)階面垂直，此時(shí)前動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪9離地；然后前撐桿軸24繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，前撐桿11向后傾斜，前撐桿軸24、前動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪9逐漸下降，直至前動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪9落地；完成一階臺(tái)階的攀爬。

在前動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪9經(jīng)過最后兩時(shí)臺(tái)階時(shí)，后撐桿軸25、后撐桿12不再運(yùn) 動(dòng)，采用相同的原理，前撐桿軸24、前撐桿11帶動(dòng)前動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪9完成爬升。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。