本發(fā)明涉及智能機(jī)械領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種全地形階梯攀爬機(jī)器人。

背景技術(shù)：

機(jī)器人技術(shù)因其涵蓋了機(jī)械學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、生物學(xué)等領(lǐng)域，成為了當(dāng)今世界最前沿的科技熱點(diǎn)之一。移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，移動(dòng)機(jī)器人通常是作為人類身體與感知的延伸，代替人類進(jìn)入危險(xiǎn)環(huán)境開(kāi)展工作。由于其具有其他機(jī)器人所不具有的“移動(dòng)性”，正越來(lái)越多的被應(yīng)用于危險(xiǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)、未知區(qū)域探測(cè)、行星探測(cè)、救援搜索、排爆以及運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。而在各種應(yīng)用中，常常要面對(duì)攀爬樓梯的問(wèn)題，由于樓梯結(jié)構(gòu)的特殊性和攀爬樓梯過(guò)程的復(fù)雜性使得移動(dòng)機(jī)器人攀爬樓梯問(wèn)題一直是移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種全地形階梯攀爬機(jī)器人，在遇到階梯時(shí)，能利用撬桿將設(shè)備前部抬起并落至階梯上，到達(dá)階梯頂部時(shí)設(shè)備前部又能自動(dòng)落下，使部分重量轉(zhuǎn)移到平地上，以達(dá)到平穩(wěn)攀爬階梯的目的。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種全地形階梯攀爬機(jī)器人，包括抬升機(jī)構(gòu)、行走底座、平衡機(jī)構(gòu)、負(fù)重箱和控制裝置；所述的抬升機(jī)構(gòu)設(shè)置在行走底座前方；所述的控制裝置設(shè)置在行走底座中部；所述的平衡機(jī)構(gòu)設(shè)置在行走底座上方；所述的負(fù)重箱設(shè)置在平衡機(jī)構(gòu)上方，負(fù)重箱底部設(shè)置有傾斜傳感器。

所述的抬升機(jī)構(gòu)包括緩降裝置、液壓桿、觸碰抬升裝置和前輪升降控制桿；所述的液壓桿設(shè)置在緩降裝置前方，所述的觸碰抬升裝置設(shè)置在液壓桿兩側(cè)，所述的前輪升降控制桿設(shè)置在觸碰抬升裝置后方。

所述的行走底座包括行走輪、履帶、前車軸、后車軸和機(jī)架；所述的機(jī)架包括豎板和活動(dòng)架；所述的豎板位于機(jī)架的前部，豎板為兩塊豎直且平行對(duì)稱的直板，且豎板上還設(shè)置有一前一后兩個(gè)連接孔；所述的活動(dòng)架后端與前車軸鉸接，該活動(dòng)架可圍繞前車軸向上轉(zhuǎn)動(dòng)十五度并向下轉(zhuǎn)動(dòng)九十度，且活動(dòng)架上安裝有機(jī)架上大部分的機(jī)械配件；所述的行走輪包括位于最前方的一號(hào)輪、連接在前車軸上的二號(hào)輪、與二號(hào)輪共軸的三號(hào)輪和位于最后方的四號(hào)輪，所述的一號(hào)輪設(shè)置在活動(dòng)架的前端；所述的履帶包括安裝在一號(hào)輪和二號(hào)輪上的第一履帶，還包括安裝在三號(hào)輪和四號(hào)輪上的第二履帶。

所述的液壓桿包括對(duì)稱設(shè)置在機(jī)架前端的筒部和設(shè)置在筒部?jī)蓚?cè)的桿部。

所述的平衡機(jī)構(gòu)包括鉸接在機(jī)架中部的支撐桿和鉸接在支撐桿前后側(cè)的液壓調(diào)節(jié)桿。

所述的負(fù)重箱固定在支撐桿頂端。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述的緩降裝置包括設(shè)置在液壓桿后方的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、設(shè)置在驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸上的驅(qū)動(dòng)齒輪、從兩個(gè)豎板上后部連接孔中穿過(guò)的第一旋轉(zhuǎn)軸、設(shè)置在第一旋轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的主動(dòng)齒輪、從兩個(gè)豎板上前部連接孔中穿過(guò)的第二旋轉(zhuǎn)軸，以及設(shè)置在第二旋轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的半齒輪；所述的第一旋轉(zhuǎn)軸中部設(shè)置有與驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合的軸齒輪；所述半齒輪的有齒部分與主動(dòng)齒輪嚙合。

所述的觸碰抬升裝置包括凹面凸輪和導(dǎo)臂；所述的導(dǎo)臂呈直桿形，導(dǎo)臂的后端固定在半齒輪的外側(cè)面；所述的凹面凸輪固定在導(dǎo)臂后端的外側(cè)面，凹面凸輪前部為凸面，其后部為凹面，當(dāng)本發(fā)明在水平面上運(yùn)行時(shí)，該凹面凸輪后部凹面所在圓弧面的軸心線與前車軸的軸心線重合；所述的前輪升降控制桿下端固定在活動(dòng)架的前端，其頂端設(shè)置有滾輪，當(dāng)本發(fā)明在水平面上運(yùn)行時(shí)，該滾輪位于凹面凸輪后上方，且該滾輪前部的輪面與凹面凸輪后部凹面所在的圓弧面相切。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，當(dāng)本發(fā)明在水平面上運(yùn)行時(shí)，滾輪前部的輪面還與凹面凸輪前部凸面所在的圓弧面相切。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述導(dǎo)臂的后半段中部設(shè)置有弧形的缺口，且該缺口搭在限位段上。

所述的一種全地形階梯攀爬機(jī)器人的運(yùn)行方法，包括以下步驟：

步驟s1：本設(shè)備在觸碰到樓梯之前，導(dǎo)臂搭在限位段上，一號(hào)輪、二號(hào)輪、三號(hào)輪和四號(hào)輪在同一水平面上行駛，負(fù)重箱保持水平狀態(tài)；

步驟s2：本設(shè)備開(kāi)始上樓梯時(shí)，液壓桿收縮，使得桿部與導(dǎo)臂分離；導(dǎo)臂前端抵住階梯后，本設(shè)備繼續(xù)前進(jìn)，導(dǎo)臂開(kāi)始圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，且凹面凸輪后部凹面所在圓弧面的軸心線向上偏移，與此同時(shí)鉸接在前車軸上的活動(dòng)架開(kāi)始下垂，隨后滾輪搭在凹面凸輪的凹面上并阻止了活動(dòng)架的繼續(xù)下垂，使活動(dòng)架和本設(shè)備前部一同被導(dǎo)臂抬起；本設(shè)備繼續(xù)前進(jìn)，在導(dǎo)臂與地面垂直之前，半齒輪上的帶齒部分開(kāi)始與主動(dòng)齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，使本設(shè)備的前部得以緩慢落在階梯上；導(dǎo)臂繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓桿伸長(zhǎng)，在導(dǎo)臂接觸限位段時(shí)半齒輪的帶齒部分不再與主動(dòng)齒輪嚙合；

在此過(guò)程中，負(fù)重箱底部的傾斜傳感器感應(yīng)到負(fù)重箱傾斜，該傾斜傳感器將數(shù)據(jù)傳輸給控制裝置，并由控制裝置控制液壓調(diào)節(jié)桿來(lái)對(duì)支撐桿進(jìn)行調(diào)整，使支撐柱維持豎直狀態(tài)，使負(fù)重箱保持水平；

步驟s3：在本設(shè)備即將離開(kāi)向上的階梯時(shí)，鉸接在前車軸上的活動(dòng)架開(kāi)始下垂，使得本設(shè)備的前部搭在階梯上方的水平地面上，隨后整體再行駛到平地上；

在此過(guò)程中，負(fù)重箱底部的傾斜傳感器感應(yīng)到負(fù)重箱傾斜，該傾斜傳感器將數(shù)據(jù)傳輸給控制裝置，并由控制裝置控制液壓調(diào)節(jié)桿來(lái)對(duì)支撐桿進(jìn)行調(diào)整，使支撐柱維持豎直狀態(tài)，使負(fù)重箱保持水平；

步驟s4：在本設(shè)備開(kāi)始下樓時(shí)，鉸接在前車軸上的活動(dòng)架開(kāi)始下垂，使得本設(shè)備的前部首先搭在階梯上，隨后整體再完全行駛到階梯上；

在此過(guò)程中，負(fù)重箱底部的傾斜傳感器感應(yīng)到負(fù)重箱傾斜，該傾斜傳感器將數(shù)據(jù)傳輸給控制裝置，并由控制裝置控制液壓調(diào)節(jié)桿來(lái)對(duì)支撐桿進(jìn)行調(diào)整，使支撐柱維持豎直狀態(tài)，使負(fù)重箱保持水平。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的一種全地形階梯攀爬機(jī)器人，在遇到向上的階梯時(shí)，能利用撬桿將設(shè)備前部抬起并落至階梯上，到達(dá)階梯頂部時(shí)設(shè)備前部又能自動(dòng)落下，使部分重量轉(zhuǎn)移到平地上，以達(dá)到平穩(wěn)攀爬階梯的目的；

(2)本發(fā)明的一種全地形階梯攀爬機(jī)器人，在遇到向下的階梯時(shí)，設(shè)備的前部能自動(dòng)落下，使一部分重量先轉(zhuǎn)移到階梯上，避免整體突然傾斜導(dǎo)致設(shè)備失控；

(3)本發(fā)明的一種全地形階梯攀爬機(jī)器人，在上階梯時(shí)，負(fù)重箱前移使整體重心前移，而在下階梯時(shí)，負(fù)重箱后移使整體重心后移，以此使設(shè)備運(yùn)行更平穩(wěn)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明正面視角的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明背面視角的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是抬升機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是觸碰抬升裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是抬升機(jī)構(gòu)的俯視圖；

圖6是本發(fā)明在平地上行駛時(shí)的示意圖；

圖7是本發(fā)明開(kāi)始爬階梯時(shí)的示意圖；

圖8是本發(fā)明爬上階梯頂部后的示意圖；

圖中：抬升機(jī)構(gòu)-1、行走底座-2、平衡機(jī)構(gòu)-3、負(fù)重箱-4、控制裝置-5、緩降裝置-11、液壓桿-12、觸碰抬升裝置-13、前輪升降控制桿-14、行走輪-21、履帶-22、前車軸-23、后車軸-24、機(jī)架-25、支撐桿-31、液壓調(diào)節(jié)桿-32、驅(qū)動(dòng)電機(jī)-111、驅(qū)動(dòng)齒輪-112、第一旋轉(zhuǎn)軸-113、主動(dòng)齒輪-114、第二旋轉(zhuǎn)軸-115、半齒輪-116、筒部-121、桿部-122、凹面凸輪-131、導(dǎo)臂-132、滾輪-141、一號(hào)輪-211、二號(hào)輪-212、三號(hào)輪-213、四號(hào)輪-214、第一履帶-221、第二履帶-222、豎板-251、活動(dòng)架-252、軸齒輪-1131、滑動(dòng)段-1241、螺紋段-1242、限位段-1243、缺口-1321。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(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)施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

如圖1、圖2，本實(shí)施例的一種全地形階梯攀爬機(jī)器人，包括抬升機(jī)構(gòu)1、行走底座2、平衡機(jī)構(gòu)3、負(fù)重箱4和控制裝置5；所述的抬升機(jī)構(gòu)1設(shè)置在行走底座2前方；所述的控制裝置5設(shè)置在行走底座2中部；所述的平衡機(jī)構(gòu)3設(shè)置在行走底座2上方；所述的負(fù)重箱4設(shè)置在平衡機(jī)構(gòu)3上方，負(fù)重箱4底部設(shè)置有傾斜傳感器。

如圖3，所述的抬升機(jī)構(gòu)1包括緩降裝置11、液壓桿12、觸碰抬升裝置13和前輪升降控制桿14；所述的液壓桿12設(shè)置在緩降裝置11前方，所述的觸碰抬升裝置13設(shè)置在液壓桿12兩側(cè)，所述的前輪升降控制桿14設(shè)置在觸碰抬升裝置13后方。

如圖1、圖3，所述的行走底座2包括行走輪21、履帶22、前車軸23、后車軸24和機(jī)架25；所述的機(jī)架25包括豎板251和活動(dòng)架252；所述的豎板251位于機(jī)架25的前部，豎板251為兩塊豎直且平行對(duì)稱的直板，且豎板251上還設(shè)置有一前一后兩個(gè)連接孔；所述的活動(dòng)架252后端與前車軸23鉸接，該活動(dòng)架252可圍繞前車軸23向上轉(zhuǎn)動(dòng)十五度并向下轉(zhuǎn)動(dòng)九十度，且活動(dòng)架252上安裝有機(jī)架25上大部分的機(jī)械配件；所述的行走輪21包括位于最前方的一號(hào)輪211、連接在前車軸23上的二號(hào)輪212、與二號(hào)輪212共軸的三號(hào)輪213和位于最后方的四號(hào)輪214，所述的一號(hào)輪211設(shè)置在活動(dòng)架252的前端；所述的履帶22包括安裝在一號(hào)輪211和二號(hào)輪212上的第一履帶221，還包括安裝在三號(hào)輪213和四號(hào)輪214上的第二履帶222。

所述的液壓桿12包括對(duì)稱設(shè)置在機(jī)架25前端的筒部121和設(shè)置在筒部121兩側(cè)的桿部122。

所述的平衡機(jī)構(gòu)3包括鉸接在機(jī)架25中部的支撐桿31和鉸接在支撐桿31前后側(cè)的液壓調(diào)節(jié)桿32。

所述的負(fù)重箱4固定在支撐桿31頂端。

如圖3、圖5，所述的緩降裝置11包括設(shè)置在液壓桿12后方的驅(qū)動(dòng)電機(jī)111、設(shè)置在驅(qū)動(dòng)電機(jī)111輸出軸上的驅(qū)動(dòng)齒輪112、從兩個(gè)豎板251上后部連接孔中穿過(guò)的第一旋轉(zhuǎn)軸113、設(shè)置在第一旋轉(zhuǎn)軸113兩側(cè)的主動(dòng)齒輪114、從兩個(gè)豎板251上前部連接孔中穿過(guò)的第二旋轉(zhuǎn)軸115，以及設(shè)置在第二旋轉(zhuǎn)軸115兩側(cè)的半齒輪116；所述的第一旋轉(zhuǎn)軸113中部設(shè)置有與驅(qū)動(dòng)齒輪112嚙合的軸齒輪1131；所述半齒輪116的有齒部分與主動(dòng)齒輪114嚙合。

如圖3、圖4，所述的觸碰抬升裝置13包括凹面凸輪131和導(dǎo)臂132；所述的導(dǎo)臂132呈直桿形，導(dǎo)臂132的后端固定在半齒輪116的外側(cè)面，導(dǎo)臂132的后半段中部設(shè)置有弧形的缺口1321，且該缺口1321搭在限位段1243上；所述的凹面凸輪131固定在導(dǎo)臂132后端的外側(cè)面，凹面凸輪131前部為凸面，其后部為凹面，當(dāng)本發(fā)明在水平面上運(yùn)行時(shí)，該凹面凸輪131后部凹面所在圓弧面的軸心線與前車軸23的軸心線重合；所述的前輪升降控制桿14下端固定在活動(dòng)架252的前端，其頂端設(shè)置有滾輪141，當(dāng)本發(fā)明在水平面上運(yùn)行時(shí)，該滾輪141位于凹面凸輪131后上方，且該滾輪141前部的輪面與凹面凸輪131后部凹面所在的圓弧面相切。

如圖6、圖7、圖8，所述的一種全地形階梯攀爬機(jī)器人的運(yùn)行方法，包括以下步驟：

步驟s1：本設(shè)備在觸碰到樓梯之前，導(dǎo)臂132搭在限位段1243上，一號(hào)輪211、二號(hào)輪212、三號(hào)輪213和四號(hào)輪214在同一水平面上行駛，負(fù)重箱4保持水平狀態(tài)；

步驟s2：本設(shè)備開(kāi)始上樓梯時(shí)，液壓桿12收縮，使得桿部122與導(dǎo)臂132分離；導(dǎo)臂132前端抵住階梯后，本設(shè)備繼續(xù)前進(jìn)，導(dǎo)臂132開(kāi)始圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸115逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，且凹面凸輪131后部凹面所在圓弧面的軸心線向上偏移，與此同時(shí)鉸接在前車軸23上的活動(dòng)架252開(kāi)始下垂，隨后滾輪141搭在凹面凸輪131的凹面上并阻止了活動(dòng)架252的繼續(xù)下垂，使活動(dòng)架252和本設(shè)備前部一同被導(dǎo)臂132抬起；本設(shè)備繼續(xù)前進(jìn)，在導(dǎo)臂132與地面垂直之前，半齒輪116上的帶齒部分開(kāi)始與主動(dòng)齒輪114嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，使本設(shè)備的前部得以緩慢落在階梯上；導(dǎo)臂132繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓桿12伸長(zhǎng)，在導(dǎo)臂132接觸桿部122時(shí)半齒輪116的帶齒部分不再與主動(dòng)齒輪114嚙合；

在此過(guò)程中，負(fù)重箱4底部的傾斜傳感器感應(yīng)到負(fù)重箱4傾斜，該傾斜傳感器將數(shù)據(jù)傳輸給控制裝置5，并由控制裝置5控制液壓調(diào)節(jié)桿32來(lái)對(duì)支撐桿31進(jìn)行調(diào)整，使支撐柱34維持豎直狀態(tài)，使負(fù)重箱4保持水平；

步驟s3：在本設(shè)備即將離開(kāi)向上的階梯時(shí)，鉸接在前車軸23上的活動(dòng)架252開(kāi)始下垂，使得本設(shè)備的前部搭在階梯上方的水平地面上，隨后整體再行駛到平地上；

在此過(guò)程中，負(fù)重箱4底部的傾斜傳感器感應(yīng)到負(fù)重箱4傾斜，該傾斜傳感器將數(shù)據(jù)傳輸給控制裝置5，并由控制裝置5控制液壓調(diào)節(jié)桿32來(lái)對(duì)支撐桿31進(jìn)行調(diào)整，使支撐柱34維持豎直狀態(tài)，使負(fù)重箱4保持水平；

步驟s4：在本設(shè)備開(kāi)始下樓時(shí)，鉸接在前車軸23上的活動(dòng)架252開(kāi)始下垂，使得本設(shè)備的前部首先搭在階梯上，隨后整體再完全行駛到階梯上；

在此過(guò)程中，負(fù)重箱4底部的傾斜傳感器感應(yīng)到負(fù)重箱4傾斜，該傾斜傳感器將數(shù)據(jù)傳輸給控制裝置5，并由控制裝置5控制液壓調(diào)節(jié)桿32來(lái)對(duì)支撐桿31進(jìn)行調(diào)整，使支撐柱34維持豎直狀態(tài)，使負(fù)重箱4保持水平

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施方式和說(shuō)明書中的描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入本發(fā)明要求保護(hù)的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。