本實用新型涉及一種臺階攀爬機構，具體來說涉及一種連續(xù)撐躍式臺階攀爬機器人。

背景技術：

2015年9月9日，在全球老齡工作領域有著重要影響的國際性非政府組織--國際助老會發(fā)布了名為《2015全球老齡事業(yè)觀察指數(shù)》的報告。報告說，全球60歲及以上人口約9.01億，占世界人口12.3％。到2030年這一比例將達到16.5％。報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用新型專利很多，但是真正實施和推廣很少的主要原因。因此，也有一些人想到了設計一種腿足式的全方位水平姿態(tài)爬樓機器人及零半徑轉向、爬樓方法。但由于其結構復雜、移動速度慢，對不同臺階高度的自適應性差，也未能得到推廣。

比如，名稱為“全方位水平姿態(tài)爬樓機器人及零半徑轉向、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“本實用新型提供了一種全方位水平姿態(tài)爬樓機器人，包括下臺面及位于其上方的上臺面，在下臺面的下方設有帶動其升降的至少兩組下臺面升降機構，在上臺面的下方設有帶動其升降的至少四組上臺面升降機構，其特征在于：下臺面與上臺面在水平方向上前后錯開，在下臺面與上臺面之間設有支撐轉動板，支撐轉動板底部設有直線移動單元，直線移動單元的底部設于下臺面上，在上臺面上設有轉動機構，轉動機構與支撐轉動板固定連接。”由上述描述可以看出，整個爬行機構和爬行方法都很復雜，腿足多、整個傳動關系繁瑣導致移動速度慢，且對不 同樓梯的自適應性差，安全可靠性得不到保障。因此該實用新型并不實用。

又比如，中國專利公告號為CN 104925162 B公開了一種電動爬樓機器人，包括：爬樓機臺，該爬樓機臺上縱向設置有兩通槽；爬樓機臺的下部對稱設置有兩油馬達，任一油馬達的出力軸均與一絲杠相連接，絲杠安裝于爬樓機臺上；兩個絲杠當中，每個絲杠均貫穿一油缸，油缸內(nèi)具有與所述絲杠相適配的內(nèi)螺紋，油缸與絲杠構成螺紋傳動副；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載人板移動；其中，兩個油缸通過活塞桿的伸縮與前后交替運動實現(xiàn)上樓。但是這種結構在爬樓時，重心不穩(wěn)，存在安全隱患。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本實用新型的目的在于提供一種連續(xù)撐躍式臺階攀爬機器人，以解決現(xiàn)有技術中的諸多問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案如下：

連續(xù)撐躍式臺階攀爬機器人，其特征在于，包括支撐架體和設置在支撐架體上的支撐平臺；

所述支撐架體包括前、后支撐聯(lián)動組件，前、后支撐聯(lián)動組件的下方分別連接有前、后動力驅動輪；所述前、后支撐聯(lián)動組件均包括撐桿軸、至少兩個分別設置在撐桿軸兩端的撐桿；且撐桿長度大于相對應的動力驅動輪的直徑；

所述前、后支撐聯(lián)動組件之間通過同步驅動機構連接；所述同步驅動機構包括兩組分別用以驅動兩個撐桿軸轉動的動力減速電機、兩組分別設置在兩個撐桿軸上的位角同步編碼傳感器、以及多軸同步控制驅動電路；兩組位角同步編碼傳感器均與多軸同步控制驅動電路連接，多軸同步控制驅動電路分別連接并控制兩組動力減速電機。

優(yōu)選的，所述前、后支撐聯(lián)動組件分別與前、后懸側梁的一端連接，前、后懸側梁的另一端鉸接在一起；前、后支撐聯(lián)動組件之間還設置有變距電推桿，前、后懸側梁與變距電推桿形成三角架體，通過變距電推桿的伸縮運動改變前、后動力驅動輪的輪距，來適應樓梯梯步步距。

優(yōu)選的，兩個后動力驅動輪設置在后主軸上，后主軸通過軸承連接后撐桿 軸上；兩個前動力驅動輪設置在前轉向側架橫梁上，前轉向側架橫梁通過軸承連接前撐桿軸上。進一步，所述前轉向側架橫梁上設置有腳踏板。

進一步，所述前、后支撐聯(lián)動組件上分別設置有用以檢測車輪與臺階縱面距離的超聲距離探測器，且兩個所述超聲距離探測器分別設置在前轉向側架橫梁、后主軸上。

更進一步，所述支撐平臺與前轉向側架橫梁之間設置有平臺平衡連桿，通過平臺平衡連桿帶動支撐平臺與前轉向側架橫梁同步運動；前轉向側架橫梁與后主軸之間依次通過前平衡連桿、后平衡連桿連接，通過前平衡連桿和后平衡連桿帶動前轉向側架橫梁與后主軸同步運動。

優(yōu)選的，所述支撐平臺通過導向件可以前后移動的設置在所述支撐架體上，且支撐平臺與驅動其前后移動的水平移動電推桿連接。

優(yōu)選的，所述支撐平臺與支撐架體之間還設置有用以調(diào)節(jié)支撐平臺角度的水平調(diào)節(jié)電推桿；所述水平調(diào)節(jié)電推桿上設置有傾角傳感器。

優(yōu)選的，所述支撐平臺為輪椅座。

優(yōu)選的，所述撐桿的前端為圓弧過渡形狀。

使用時，控制連續(xù)撐躍式臺階攀爬機器人后退，通過超聲距離探測器定位至合適位置，停止后退；后撐桿軸轉動，帶動后撐桿翻轉至上一階臺階，后撐桿軸繼續(xù)轉動，在臺階面對后撐桿的反作用力下，后撐桿慢慢豎撐立起來，后撐桿軸、后動力驅動輪逐漸上升，直至后撐桿與臺階面垂直，此時后動力驅動輪離地；然后后撐桿軸繼續(xù)轉動，后撐桿向后傾斜，后撐桿軸、后動力驅動輪逐漸下降，直至后動力驅動輪落地；同理，這個過程中，在同步驅動機構的控制下，前撐桿軸與后撐桿軸同步轉動，前撐桿翻轉至上一階臺階，前撐桿軸繼續(xù)轉動，在臺階面對前撐桿的反作用力下，前撐桿慢慢豎立撐起來，前撐桿軸、前動力驅動輪逐漸上升，直至前撐桿與臺階面垂直，此時前動力驅動輪離地；然后前撐桿軸繼續(xù)轉動，前撐桿向后傾斜，前撐桿軸、前動力驅動輪逐漸下降，直至前動力驅動輪落地；完成一級臺階的攀爬。

本實用新型采用前、后撐桿分別圍繞設置于前、后撐桿軸的軸心作圓周運動，通過臺階面對前、后撐桿施加的反作用力，將機器人整體撐躍至相鄰的高一級臺階，或撬降至相鄰的低一級臺階。與現(xiàn)有技術中的伸縮式爬升機構相比， 本實用新型的連續(xù)撐躍式臺階攀爬機器人，爬升過程更加平穩(wěn)、安全。

本實用新型在支撐平臺與支撐架體之間設置的水平調(diào)節(jié)電推桿可以有效的保證支撐平臺在爬升過程中基本保持水平狀態(tài)，以實現(xiàn)支撐平臺上的人或物的平穩(wěn)運輸。

由于連續(xù)撐躍式臺階攀爬機器人的前后長度相對較長，本實用新型采用支撐平臺與水平移動電推桿連接，帶動支撐平臺前后移動，更加方便使用者的乘坐。

本實用新型前、后懸側梁與變距電推桿形成三角架體，通過變距電推桿的伸縮運動改變前、后動力驅動輪的輪距，可以適應不同的樓梯梯步步距。

本實用新型采用同步驅動機構來保證前、后撐桿之間始終保持旋向、旋角同步一致，確保了連續(xù)撐躍式臺階攀爬機器人前后同步起降的安全平穩(wěn)姿態(tài)。

本實用新型的特點可參閱本案圖式及以下較好實施方式的詳細說明而獲得清楚地了解。

附圖說明

圖1為本實用新型的示意圖。

圖2為支撐架體的示意圖。

圖3為本實用新型的另一方向示意圖。

圖4為本實用新型的示意圖。

圖5為本實用新型爬升臺階時的狀態(tài)示意圖。

圖6為本實用新型爬升臺階時的狀態(tài)示意圖。

圖7為本實用新型爬升臺階時的狀態(tài)示意圖。

圖8為本實用新型爬升臺階時的狀態(tài)示意圖。

圖9為本實用新型爬升臺階時的狀態(tài)示意圖。

圖10為本實用新型爬升臺階時的狀態(tài)示意圖。

圖11為旋轉轉向裝置的結構示意圖。

圖12為旋轉轉向裝置的狀態(tài)示意圖。

圖13為連續(xù)撐躍式臺階攀爬機器人零半徑旋轉的狀態(tài)示意圖。

圖14為同步驅動機構的原理示意圖。

各附圖中的標號表示如下：

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 平臺平衡連桿、7 前平衡連桿、8 后平衡連桿、9 前動力驅動輪、10 后動力驅動輪、11 前撐桿、12 后撐桿、13、圓弧過渡結構、14 圓弧過渡結構、15 多軸同步控制驅動電路、16 水平移動電推桿、17 腳踏板、18 前動力減速電機、19 后動力減速電機、20 前撐桿位角編碼器、21 后撐桿位角編碼器、22 前懸側梁、23 后懸側梁、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 前轉向側架橫梁、29 后主軸、30 轉向羊角、31 步進電機、32 正旋絲桿、33 反旋絲桿、34 內(nèi)螺紋套桿。

具體實施方式

為了使本實用新型實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施例進一步闡述本實用新型。

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

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

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

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

前支撐聯(lián)動組件包括前撐桿軸24、兩個分別設置在前撐桿軸24兩端的前撐桿11；后支撐聯(lián)動組件包括后撐桿軸25、兩個分別設置在后撐桿軸25兩端的后撐桿12。前、后支撐聯(lián)動組件之間通過同步驅動機構連接；參見圖14，同步驅動機構包括兩組分別用以驅動兩個撐桿軸轉動的前、后動力減速電機(18、19)、兩組分別設置在兩個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動電路15；兩組位角同步編碼傳感器(20、21)均與多軸同步控制驅動電路15連接，多軸同步控制驅動電路15分別連接并控制兩組動力減速電機(18、19)。前、后撐桿(11、12)在前、后動力減速電機(18、19)的驅動下，圍繞撐桿軸(24、25)做圓周運動，同時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動電路15，經(jīng)多軸同步控制驅動電路15處理后，經(jīng)過A路驅動反饋給后動力減速電機19，作出相應的轉速調(diào)整，經(jīng)過B路驅動反饋給前動力減速電機18，作出相應的轉速調(diào)整，達到前、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構(13、14)。

兩個后動力驅動輪10設置在后主軸29上，后主軸29通過軸承連接后撐桿軸25上；兩個前動力驅動輪9設置在前轉向側架橫梁28上，前轉向側架橫梁28通過軸承連接前撐桿軸24上。后動力驅動輪10、前動力驅動輪9分別通過獨立的電機控制。且前撐桿11長度大于前動力驅動輪9的直徑；后撐桿12長度大于后動力驅動輪10的直徑。

在前轉向側架橫梁28上設置有前超聲距離探測器26，在后主軸29上設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用以檢測動力驅動輪與臺階垂直梯面的間距。另外，需要指出的是，支撐平臺(輪椅座1)與前轉向側架橫梁28之間設置有平臺平衡連桿6，通過平臺平衡連桿6帶動支撐平臺與前轉向側架橫梁28同步運動；前轉向側架橫梁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帶動前轉向側架橫梁28與后主軸29同步運動。在座椅姿態(tài)調(diào)整過程中，平臺平衡連桿6、前平衡連桿7、后平衡連桿8通過聯(lián)動作用，將前轉向側架橫梁28下的前超聲距離探測器26調(diào)整至與臺階垂直梯面垂直，將位于輪椅后主軸上的后超聲距離探測器27調(diào)整至與臺階垂直梯面垂直。

參見圖11和圖12，需要指出的是，兩個前動力驅動輪9分別通過轉向羊角30與前轉向側架橫梁28的兩端連接，兩個后動力驅動輪10分別通過轉向羊角30與后主軸29的兩端連接。

在兩個前動力驅動輪之間、兩個后動力驅動輪之間均設置有旋轉轉向裝置；旋轉轉向裝置包括一步進電機31，在步進電機的兩側分別設置有與步進電機輸出軸連接的正旋絲桿32和反旋絲桿33，正旋絲桿和反旋絲桿上的內(nèi)螺紋套桿34分別與兩個動力驅動輪連接，用以帶動兩個動力驅動輪相向或者反向轉動。

參見圖13，通過一個步進電機帶動兩個前動力驅動輪相向轉動，形成內(nèi)八字形狀；通過另一個步進電機帶動兩個后動力驅動輪反向轉動，形成外八字形狀；在這種狀態(tài)下，連續(xù)撐躍式臺階攀爬機器人可以以四個動力驅動輪的中心位置為中心點進行零半徑旋轉。

前轉向側架橫梁28上設置有腳踏板17。

輪椅座1與支撐架體之間還設置有用以調(diào)節(jié)支撐平臺角度的水平調(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上設置有傾角傳感器，實現(xiàn)自動調(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做伸縮運動，以保證輪椅座1始終保持水平狀態(tài)。

本實用新型的控制器3安裝在輪椅座1的右扶手上，以方便使用者操作。

本實用新型的使用過程如下：

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

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

在前動力驅動輪9經(jīng)過最后兩時臺階時，后撐桿軸25、后撐桿12不再運動，采用相同的原理，前撐桿軸24、前撐桿11帶動前動力驅動輪9完成爬升。

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