一种家用楼梯搬运工机器人

摘要

本发明申请，涉及一种机电一体化的、使用电力驱动的、能够自己轻松上下楼梯、并能运送重物的一种家用楼梯搬运工机器人系统，是由其上部分从动行走转向系统工作箱3、中间部分联结支撑承重框架系统工作箱4和下部分电力驱动行走控制系统工作箱2共同构成。我国8层以下的不设电梯的低矮楼房，里面都普遍安装有由钢筋、水泥和木制扶手构成的一种通用的楼梯扶手栏杆，家用楼梯搬运工机器人，就是使用并沿着这种楼梯扶手栏杆轻快地上下楼梯。它可以很方便地让腿脚不便的老年人、或病人坐着上下楼梯，也可以运载上百公斤的重物轻松上下楼梯，因而也必将是搬家公司、物业公司、建筑公司非常适宜选用的一种新工具装备。

说明书

技术领域

本发明申请，涉及一种机电一体化的、使用电力驱动的、能够自己轻松上下楼梯、并能运送重物的一种家用楼梯搬运工机器人系统。

背景技术

按政府现行规定，现有的8层以下的低矮居民楼房，一般是在楼梯边安装有由钢筋、水泥和木制扶手构成的一种通用的楼梯扶手栏杆，都是没有设计安装电梯的，也没有能够同时提供使用机电系统的、可以载人载物上下楼梯的代步工具，来方便这里的人们生活——上下楼梯和搬运重物。显然，这给居住在这种低矮楼房里生活的广大居民，特别是有老年人、病人、或者是缺少强壮劳动力的家庭，造成了极大的生活困难与不方便。虽然在这方面，国内、外目前都还几乎是一片空白，但是这个问题的解决也并不困难，因为对于现代科技而言，解决这个问题已经是非常简单的事情了。所以人们在这个方面的生活需求，也就成了本发明申请——一种家用楼梯搬运工机器人大展身手、造福于民的广阔天地。

发明内容

本发明申请，设计提供了一种机电一体化的、使用电力驱动的、能够自己轻松上下楼梯、并能运送重物的一种家用楼梯搬运工机器人系统。如附图1示，该机器人是由其下部分电力驱动行走控制系统工作箱2、上部分从动行走转向系统工作箱3和中间部分联结支撑承重框架系统工作箱4共同构成。一种家用楼梯搬运工机器人，就是使用并沿着这种低矮楼房里普遍安装有的、即由钢筋、水泥和木制扶手构成的一种通用的楼梯扶手栏杆(附图1里的1示)，轻快地上下楼梯。它可以很方便地让腿脚不便的老年人、或病人坐着上下楼梯，也可以运载上百公斤的重物轻松上下楼梯。

技术方案

本发明申请设计提供了一种机电一体化的、使用电力驱动的、能自己轻松上下楼梯运送重物的一种家用搬运工机器人系统，如附图1、2、3、4示。

一种家用楼梯搬运工机器人，是专门配套安装、使用行进在由钢筋、水泥和木制扶手构成的一种通用的楼梯扶手栏杆1上的，包括通用的限位开关、感应开关、限位钢板、限位钢筋等等。还包括机器人下部分的电力驱动行走控制系统工作箱2，及其里面安装使用的机械行走齿轮10、未在附图中画出来的电动机、蜗轮蜗杆减速机、齿轮减速机、充电蓄电池、电力电子控制器、继电器、行程开关、电缆线缆、动力电线、接插件、机械控制器、移动限位弹簧、传感器、机器人的操纵开关等。还包括机器人上部分的从动行走转向系统工作箱3，未在附图中画出来的系统工作箱3的前后箱子面上安装的排障除尘刷子、及其里面安装使用的从动行走轮11、安装在从动行走轮11上的轮子轴承13、安装在从动行走轮11里面的轮轴12、紧固轮轴12的螺帽17、与螺帽17配合使用的紧固平垫片弹垫片18；及安装并紧固在轮轴12一端上的导向三角支架钢板14、转向导向轮组16、穿轴孔24、中间挖空孔23；以及安装并紧固在轮轴12另一端上的拉挂三角支架钢板15、穿轴孔25、支架15下部分的拉挂三角支架钢板宽边27、宽边27两端角下边向上翻卷起来的钢板挂钩21。还包括机器人中间部分的联结支撑承重框架系统工作箱4，及构成其结构的主框架5、椅子扶手6、座椅框架平面7、安装电力驱动行走控制系统工作箱2的支撑框架平面9、定位伸缩支撑杆8、坐者的踏脚板——即运货时的承重支架板26、未在附图中画出来的椅子扶手前面的金属护栏等；以及安装固定在主框架5上面的钢筋轴挂钩19、安装固定在钢筋轴挂钩19上边的旋转定位限向铁块20、和安装固定在钢筋轴挂钩19下边的横向移动定位限位铁块22。

图中2示为机器人下部分的电力驱动行走控制系统工作箱，是安装在支撑框架平面9上面工作的；就是该系统中的蓄电池电力，去驱动电机、经过减速机来带动机械行走齿轮10旋转，并且是严格地按照电力电子控制器的指令，去往上或往下旋转拨动楼梯栏杆里的一根根粗钢筋，从而使机器人自身顺着(由机器人上部分的从动行走转向系统来保证实现)楼梯栏杆扶手，一节一节地逐步上升或者是一节一节地逐步下降；即是这样轻松方便地前进上下楼梯，非常安全稳当地运送人员、或者是运送重物上下到达各个目的地楼层的。

工作箱2的外形，既可以如图1示的制作成一个长方体工作箱，也可以按其中的子系统个数，分别制作成为几个小的各种形状的工作箱来共同构成；

动力电源系统，可以是使用普通的、或专用的充电蓄电池系统，电源电压必须满足使用人身安全低电压的基本要求，如直流12V、18V、24V、36V，或其它方便适用的电压数值；充电蓄电池系统应配套使用专用的、或简易的安全充电机系统；可以安装使用声光报警器、或警示系统，也可以不安装使用报警系统。

使用的电动机，可以是直流永磁微型小电机，也可以是其它种类型的电动机。

可以使用带自锁功能的蜗轮蜗杆减速机，也可以使用其它种类型的减速机，此时需要同时另外加装一个自动锁定机构，以保证减速机械停转后的稳定不转动和保证机械行走齿轮10不会因机器人自重力作用、或货物重力作用而自动旋转。

经过减速后的机械行走齿轮10的转速是依实际使用需求设定的，既可以设定为10转/分钟～30转/分钟，也可以依其它使用情况而设定为其它的需要使用的转数。

机械行走齿轮10的尺寸数据可以设计为，由齿根部构成的圆直径约为300mm，齿根间距约15mm～17mm，齿深约为16mm～18mm，也可以依照配套使用楼梯扶手栏杆里的钢筋间距、钢筋粗细的不同，按其实际使用需求来设定机械行走齿轮10的尺寸数据为其它数值的数据。

机械行走齿轮10的齿轮平面，在电力驱动行走控制系统工作箱2里面的安装位置是紧挨着楼梯栏杆钢筋的，以便于行走齿轮10的轮齿与栏杆钢筋相交啮合。而齿轮平面安装的角度，可以是与水平面夹角成0°的水平放置安装，即齿轮平面与栏杆钢筋垂直相交时。由于机器人在行进的过程中是同时在上升、或是同时在下降，所以齿轮的工作轮齿与栏杆钢筋接触磨损的距离是要长一些；仅仅是在楼梯栏杆水平扶手转弯处，只有1根或2根栏杆钢筋与齿轮的工作轮齿接触磨损的距离是要短一些。也可以是按照楼梯栏杆扶手斜面与水平面的夹角度数，来倾斜安装齿轮平面与水平面的夹角，或者是按一般楼梯栏杆扶手斜面与水平面的通用夹角数30°来倾斜安装，让齿轮的工作轮齿与栏杆钢筋倾斜相交啮合；此时齿轮的工作轮齿与栏杆钢筋接触磨损的距离就会要短一些，仅仅是在楼梯栏杆水平扶手转弯处，只有1根或2根栏杆钢筋与齿轮的工作轮齿接触磨损的距离是要长一些。

机器人驱动行走系统里的2个机械行走齿轮10安装的相互位置，就是要保证它们相互平行的轴心线之间的距离，在机械行走齿轮10的齿轮平面与栏杆钢筋垂直相交时，应该安装为楼梯扶手栏杆里钢筋栏杆的水平间距平均数的0.5倍、或1.5倍、或2.5倍，等等以此类推。而在齿轮平面与栏杆钢筋成一定角度倾斜相交时，这2个机械行走齿轮10相互平行的轴心线之间的距离，就应该安装为楼梯扶手栏杆里钢筋栏杆的倾斜(按齿轮平面与栏杆钢筋相交的角度倾斜)间距平均数的0.5倍、或1.5倍、或2.5倍，等等以此类推。

上述的1个电机、1个减速机和1个机械行走齿轮10，就可以构成1个机械行走齿轮变速箱小系统。由2个这种机械行走齿轮变速箱小系统，就共同组成了机器人的驱动行走系统。这2个机械行走齿轮10上的在行进中连续工作着的轮齿，都是连续地进进出出、并排列在楼梯扶手栏杆里每一根钢筋所在位置的连线上，而呈现出左右小幅度地超出该连线即摆动向前行进。

当然也可以使用1个、或3个、或4个、或更多的这样的行走齿轮变速箱小系统，来组成其它种类型式机器人的驱动行走系统。

或者是使用一个大减速机，通过机械齿轮和轴的传动，来同时带动多个小直径的机械行走齿轮10并排列成一行；也使这些齿轮的工作轮齿连续排列，进进出出在楼梯扶手栏杆里每一根钢筋所在位置的连线上，它们也会左右小幅度地超出该连线并摆动向前进，即构成另一种机器人的驱动行走系统。

电力电子控制器，就是使用一套电子控制电路及其电力电子器件，通过变化控制供给电机的电源电压和电流，来操纵控制机械行走齿轮10转速的快慢和转动的方向，以达到控制机器人上升或下降的快慢和前进的方向。

继电器、行程开关、电缆线缆、动力电线、接插件、机械控制器，都是电力电子控制器的组成、或执行机构、或与其它电器、机械联结的自动控制机构。

移动限位弹簧，是用来自动调节变速齿轮箱安装位置的微小变化间距，即自动调节2个机械行走齿轮10在行进工作中轮齿的相互间距，以自动去适应钢筋栏杆间距不完全均等的复杂变化状态。

传感器是自动反馈机械执行情况信息给控制器系统，以达到精确控制机器人行走状况的目的。

机器人的操纵开关，可以是直接安装使用在机器人身上的。如安装在椅子扶手6边上的开关盒，由坐者自己操作控制机器人前进。也可以是使用拖动线缆(或加了金属软管的)开关盒，由主人拿在手中在机器人旁边行走操控，也可以由坐者自己拿在手中操控。更可以是使用各类声控遥控、超声波遥控、射线遥控开关等，来远距离操作控制机器人的行进状态。显然，这些遥控开关，可以是使用带编码程序的，也可以是使用非编码程序的；既可以是单控开关，也可以是多控开关；不拘一格。

机器人也可以进行升级成为智能机器人。就是在系统里增加单片机、微电脑、语音芯片、语音识别芯片、视频芯片、摄像头、感光器件、麦克、喇叭、各种功能传感器、线缆线束等；就可以实现智能机器人与主人会话交流，互动工作，并按主人的意愿去勤奋工作。

图中3示为机器人上部分的从动行走转向系统工作箱3，是安放并工作在栏杆的木制扶手表面上的。它承担着引导机器人沿着楼梯栏杆扶手表面行进和转向的关键任务。

工作箱3的外形如图1示，也可以制作成其它形状的工作箱罩子，来保护里面的机器系统。

在从动行走转向系统工作箱3的前后箱子面板上，围着栏杆扶手上、内、外的三个表面边，安装有排障除尘刷子(未在附图中画出)，以便系统在行进中能自动地清洁栏杆扶手表面，确保从动行走转向系统的正常工作环境。

从动行走转向系统里的内部结构如图2所示，从动行走轮11，是由其中间的行走直圆筒形圆面，及其两端的两个圆锥面，共同构成此特定的从动行走轮11的轮子形状及外表面。由于从动行走轮11是行走在楼梯栏杆扶手上表面上的，所以从动行走轮11中间的行走直圆筒形圆面的长度，应不小于楼梯栏杆扶手上表面的宽度。而其中间的行走直圆筒形圆面的中心圆，和与其平行的圆锥面边缘上最大外圆，同时与一个通过它们两个圆心的平面相交时，在这两个圆心连线一侧的两个面圆交点的连线距离，应不小于楼梯栏杆扶手上表面宽度的21/2倍。从动行走轮11两端的圆锥面边缘上最大外圆的直径，应略小于楼梯扶手栏杆拐弯处水平扶手里面侧面的长度，也即是略小于该处上下楼梯栏杆斜面扶手之间的垂直间距；但应同时是大于从动行走轮11中间的行走直圆筒形圆的外径。以免从动行走轮11在快速行进中，可能会从楼梯栏杆扶手斜面、或是扶手水平表面上滑落出去，而影响了从动行走转向系统的跟随行进、主动转弯等功能的正常发挥。

从动行走轮11里面的轮轴12，是通过装在轮子里的两个轴承13，而与从动行走轮11联结成为一个可以相对转动的机械整体。并与轮轴12两端上的紧固螺帽17、与螺帽17相配套使用的平垫片弹垫片18等，共同构成了一个从动行走轮机械整体。加上轮轴12两端上分别安装紧固的导向三角支架钢板14，及其上面安装使用的转向导向轮组16，和拉挂三角支架钢板15等重要部件，就共同构造成了机器人的一个完整无缺的从动行走转向机器系统。

图中4示为机器人中间部分的联结支撑承重框架系统工作箱4，它是在中间往上联结上部分的从动行走转向系统工作箱3，和往下联结下部分的电力驱动行走控制系统工作箱2，从而构造成一个完整无缺的机器人；并承担着机器人让人乘坐和运送货物的基本功能。

它是由其构造件主框架5、椅子扶手6、座椅框架平面7、安装电力驱动行走控制系统工作箱2的支撑框架平面9、定位伸缩支撑杆8、坐者的踏脚板——即运货时的承重支架板26、以及未在附图中画出来的椅子扶手前面的金属护栏等构成。

主框架5，就是把钢管，或角钢折弯成图4里所示的“U”字形状的三边框架，开口向上，两个上端管口(或角钢)下部两边的穿孔中，安装穿有长(或短)钢筋19，并从管子里外将钢筋19与管子5焊接成一个牢固的机械整体——钢筋轴挂钩19，以便安装挂靠在拉挂三角支架钢板宽边27两个端角下边向上翻卷起来的钢板挂钩21上面工作。又如图1示，在主框架5上面还安装有使用活动螺栓、或使用活动销轴、销钉等机械联结方式安装的座椅框架平面7、椅子扶手6和定位伸缩支撑杆8。

座椅框架平面7，是一个焊接制作成的封闭平面角铁框架，或制作成封闭平面钢管框架。里面中间以小扁铁、或去边小角铁等联接加固加强，上面可铺设安装中粗承重钢丝网，或加装承重粗钢丝等。为使坐者不会因自身重力而向前自由滑出座椅，应使座椅框架平面7与椅子靠背板——即主框架5所在的垂直平面之间的夹角不大于90°，并由定位伸缩支撑杆8上面定位点的活动联结来确定保证。为使坐者舒适，也应制作有临时的椅靠背板和椅坐垫，来供坐者使用，而在不坐人时，即装货运货时拿掉存放起来。

椅子扶手6可以不锈钢管，或普通钢管，或其它型材制作。因其与座椅框架平面7、主框架5，是以活动螺栓、或使用活动销轴、销钉联结成了2个竖立的平行四边形框架，故它可以很方便地折叠收拢起来，以减少不使用时占用的空间。椅子扶手6前面的金属保护栏杆，也可以使用钢管制作，既可以制作成一根直钢管杆子护栏，也可以制作成一根向上拱起的圆弧形钢管杆子护栏，更可以制作成一个向上竖起的、长方形的、可拆卸的活动封闭框架，并使用简单的通用挂钩、螺栓等机械联接方式，在椅子扶手6前端两边、或座椅框架平面7前端两边上安装固定，或拆卸下来。长方形框架保护栏杆，在座椅不用收拢时，就可以反转下来用以框住即锁定整个座椅成收拢状态，以便暂时搁置或挂放。

安装电力驱动行走控制系统工作箱2的支撑框架平面9，可以制作成角钢封闭框架平面，或制作成钢管封闭框架平面。同时使用活动螺栓、或使用活动销轴、销钉等机械联结方式，来与其上面的座椅框架平面7装配成一个牢固的机械联结整体。同时支撑框架平面9与座椅框架平面7也构成了两边竖立的平行四边形框架，故在拿掉了它上面装载的电力驱动行走控制系统工作箱2以后，也可以很方便地折叠收拢起来，以减少不使用时占用的空间。支撑框架平面9框架里面空间，也要以小扁铁、或去边小角铁、或粗钢丝等来联接加固。电力驱动行走控制系统工作箱2在支撑框架平面9上面的安装，既可以是使用滑板、或使用滑道来推入和拉出，并以螺栓、或螺丝、或插销等机械方式来定位锁死；也可以是随时对其解锁并拖拉出来。支撑框架平面9，也可以是用去边小角铁、或小扁铁，与其上面的座椅框架平面7焊接成一个牢固的机械联结整体。电力驱动行走控制系统工作箱2是被固定安装在其上面，并以螺栓、或螺丝、或插销等机械方式来定位锁死以后，也就是不维修时基本上很少再拿出来了。

定位伸缩支撑杆8，如图1示，可使用一根粗钢管里面套一根可以在其中自由抽插活动的细钢管的方式来制作；即使用粗细不一的两组两根钢管，一组钢管的一端联结在座椅框架平面7的前端边上，另一组钢管的一端联结在主框架5的下端边上，然后就可以把细钢管插入粗钢管里面即构成。其限位支撑的定位点，可以根据定位伸缩支撑杆8需要伸缩的位置和需要支撑的角度，来设计为多个活动联结定位点。即是在钢管上选定的每个定位点处钻上一个穿孔，以便随时安装插销、或螺栓、或螺丝等，来对该定位点进行机械定位锁死保证。也可以使用其它的机械方式来实现。如在定位伸缩支撑杆8伸缩到其长度的最短处定位点时，就是可以在细钢管上该定位点处焊接一圈粗钢丝，来实现其可靠的定位保证。

坐者的踏脚板——即运货时的承重支架板26，可用小角钢框架内加薄木板、或用小块厚木板来制作。既可以制作成对开的两块板子，或制作成前后两块板子，也可制作成上下摞放的两块板子；均为单支点固定联接，即是以单支点为圆心，把板子方便地旋转收入支撑框架平面9靠前(外)端部位上面，又可以很方便地旋转向前(外)打开伸出，成为一个有三个边的开放框架板；再以小角铁去活动联接，并构成封闭此开放框架板开口的一个边。该踏脚、承重支架板26，也可以制作成向前拉伸出来和向里推入进去的一块板子，即是可以抽插伸缩放置的一块整板子。也可以用合页铰结支撑框架平面9的前端平面与其上面的这块板子，制作成板子向上翻开铺平即可使用，用后再向上折叠合拢——即已经是平放在支撑框架平面9的前端平面上了。

机器人上部分从动行走转向系统3里的导向三角支架钢板14(又见图3)上开有穿轴孔24。导向三角支架钢板14面板下边安装的转向导向轮组16，是由2个导向小轮子组成。2个导向小轮子的轮侧面是垂直于三角支架钢板平面的，2个导向小轮子的行走接触面朝向从动行走轮11的方向一边。2个导向小轮子一前一后排列的连线方向，与从动行走轮11前进的方向一致。且导向轮轴心线与从动行走轮11的轴心线在空间上是相互垂直的。2个导向小轮子前后外端点的连线长度，不小于从动行走轮11的圆锥体斜面边缘上的最大外圆直径。导向轮组在导向三角支架钢板14上安装的位置，是要在从动行走转向系统工作时，使导向轮组正好处于楼梯栏杆扶手水平时的扶手高度的正中间位置，略有一点高低也无妨，但是无论如何也不能超出楼梯栏杆扶手水平时的扶手高度之外去。

转向导向轮组16，也可以根据各种不同的使用需求，改换安装成1个直径大一点的导向轮子。其直径要与2个导向小轮子前后外端点的连线长度相当，也是不小于从动行走轮11的圆锥体斜面边缘上的最大外圆直径。

也可以改换安装成3个、或4个直径更小一点的导向轮子来构成。其导向小轮子前后外端点的连线长度，也要与2个导向小轮子前后外端点的连线长度相当，也是不小于从动行走轮11的圆锥体斜面边缘上的最大外圆直径。

为了减轻机器人重量，导向三角支架钢板14制作开挖成23示的中部空间形状，也可以开挖制作成其它中空形状。

机器人上部分从动行走转向系统3里的拉挂三角支架钢板15(又见图4)上面开有穿轴孔25。拉挂三角支架钢板宽边27的位置，应该正好处于楼梯栏杆扶手水平时的扶手高度的靠近下边，略有一点超出也无妨，但绝不能全部超出在楼梯栏杆水平时的栏杆扶手高度之外。

在拉挂三角支架钢板宽边27的两个端角下边，制作有两个向上翻卷起来的钢板挂钩21，钢板挂钩21的挂钩中间，是用来专门安装放置可旋转的主框架5上端两边的钢管(或角钢)上焊接着的长(或短)的钢筋轴挂钩19的。

在靠近两个钢板挂钩21内侧边的钢筋轴挂钩19的边上，向上边焊接有两块旋转定位限向铁块20，用以限制主框架5及其钢筋轴挂钩19只能是向楼梯扶手的钢筋栏杆方向旋转，即是向下、向后、向里旋转；而不能够反过来向远离楼梯扶手的钢筋栏杆方向旋转，即是不能够向上、向前、向外旋转。

在靠近两钢板挂钩21内侧边的钢筋轴挂钩19的边上，同时又是向下边焊接有两块横向移动定位限位铁块22，用以限制主框架5及其钢筋轴挂钩19不能向左或向右有稍微过量的横向移动。

拉挂三角支架钢板15上，也制作开挖有减重的中空孔23，也可以开挖制作成其它中空形状。

导向三角支架钢板14和拉挂三角支架钢板15，是被分割制作成两块三角支架钢板的。但也可以不分割开来，即是使用一整块钢板来制作并折弯成“n”字形状，再从上往下套住并安装在轮轴12的两端上。

机器人在上、下楼梯的前进中，也就是在机器人下部分的电力驱动行走控制系统2在工作时，即是机器人系统中的蓄电池电力，去驱动电机带动减速机，再带动机械行走齿轮10旋转，并且是严格地按照控制器的指令，去往上或往下旋转拨动楼梯栏杆里的一根根粗钢筋；从而使机器人自身顺着楼梯栏杆扶手，一节一节地逐步上升、或者是一节一节地逐步下降。从动行走转向系统3，此时也就是被其下部分的电力驱动行走控制系统2，通过主框架5上面的钢筋轴挂钩19，与拉挂三角支架钢板15下面的钢板挂钩21牢靠地活动饺接，被拖动并向前进。即是在沿着楼梯栏杆扶手斜面向上行进、或者是向下行进，一直到了楼梯栏杆扶手的水平扶手段处——即水平扶手的直角转弯处，也就是从动行走转向系统3沿扶手斜面向上行进、或者是向下行进到接近楼梯栏杆扶手的水平表面处。从动行走轮11再继续向前行进时，从动行走轮11处于楼梯栏杆扶手拐弯直角里面一侧的、圆锥面边缘上的最大外圆，就被楼梯栏杆水平扶手拦住不能够再向前进；此时正在向前运动的这个圆锥面边缘上的最大外圆，就产生了一个跨越栏杆水平扶手的向上的运动趋势。处于其下面的正在向前进的转向导向轮组16，因同时受到楼梯栏杆水平扶手的阻挡，也就同时产生了一个沿栏杆水平扶手内侧表面转向前进的一个运动趋势。而从动行走轮11处于楼梯栏杆扶手拐弯直角外面一侧的圆锥面边缘上的最大外圆，却因为没有任何物体阻挡而产生不出一个向上的运动趋势，来响应从动行走轮11另一端圆锥面边缘上的最大外圆向上的运动趋势，故无法形成从动行走轮11跨越栏杆水平扶手的可能性。同时机器人下部分的机械行走齿轮10仍然是在继续拨动钢筋栏杆向前进，这就造成处于楼梯栏杆扶手拐弯直角外面一侧的圆锥面边缘上的最大外圆，产生了以转向导向轮组16与水平扶手内侧表面的接触点(线)为圆(轴)心，以该圆(轴)心到栏杆扶手拐弯直角外面一侧的圆锥面边缘上的最大外圆面的距离为半径的水平圆旋转运动趋势。正好是与转向导向轮组16的一个沿栏杆水平扶手内侧表面转向前进的运动趋势响应起来，就使得转向导向轮组16的这个沿栏杆水平扶手内侧表面转向前进的运动趋势，变成了导向轮子的转向转动前进。这时处于栏杆扶手拐弯直角里面一侧的、且处于导向轮组16上方的圆锥面边缘上最大外圆，则因其圆锥斜表面与扶手水平表面上的边角是斜面锐角相交，而产生一个微小距离的滑动行进——即沿扶手水平表面上的边角转向前进了一个微小距离；则更促成了此时处于楼梯栏杆扶手拐弯直角外面一侧的圆锥面边缘上的最大外圆的水平圆旋转运动趋势，即刻就变成了一个空中水平的圆旋转运动，并立即就转向了一个直角90°。至此，导向轮子的转动前进，就引导着整个从动行走轮11安全、平稳、平滑地转向，并全部行进到了楼梯栏杆的水平扶手表面上，即安全、平稳、平滑地完成了一次跨越楼梯栏杆扶手的直角转弯处，并能顺利地继续向前进。再继续重复一次上述从动行走转向系统这个跨越栏杆扶手直角转向的程序步骤，就可以又一次安全、平稳、平滑地完成直角扶手的楼梯转弯并向前进。拉挂三角支架钢板宽边27的位置，正好处于楼梯栏杆扶手水平时的扶手高度的靠近下边，即是处于楼梯栏杆扶手拐弯直角外面一侧直角尖的竖直连线下边上。在机器人从动行走转向系统沿着楼梯栏杆扶手作直角转弯时，这个拉挂三角支架钢板宽边27，因为是被安装紧固在从动行走轮11在转弯直角外侧的钢轮轴12上面，所以它就只能是随着从动行走轮11的水平转向前进，而作一个空中的水平旋转转向前进。最多也不过是宽边27是靠着楼梯栏杆扶手直角拐弯外面一侧直角尖尖连成的竖直连线下边，来做了一个空中的水平旋转并转向直角90°，而且是将其下边拉挂着的机器人的中间部分和下面部分，也都同时联带拉着一起做了一个空中的水平旋转且转向了一个直角90°，并安全顺利地继续向前进。

发明优点

本发明申请的优点：

1、设计提供了一种机电一体化的、使用电力驱动的、能自己轻松上下楼梯运送重物的家用搬运工机器人系统，来彻底解除居住在这种没有电梯、没有其它机电设施代步工具的低矮楼房里的广大居民，特别是有老年人、病人、或者是缺少强壮劳动力的家庭，多年来承受的极大生活困苦。

2、做到了与时共进，也是在不断地改善和提高那些暂时不能居住新高楼的、低矮楼房里的居民们的生活质量与生活水平。

3、家用楼梯搬运工机器人构思新颖、简洁、完善；可以随装随用，随拆随收，安装、使用、收藏都很方便。

4、家用楼梯搬运工机器人设计巧妙、完美、优秀；结构简单、紧凑、可靠；技术先进、简捷、方便；产品实用、结实、安全、可靠；填补了国内外城市建设的一个不大不小的空白。

5、因家用楼梯搬运工机器人产品实用、构思新颖、设计巧妙、结构简单、技术先进，故该产品的制作成本也会很低，市场上也能做到价廉物美。

6、既是一种适合于居住在低矮楼房里的普通广大民众的居家用品，也必将是搬家公司、物业公司、建筑公司非常适宜选用的一种新工具装备。

附图说明

图1是机器人安装行走在通用楼梯栏杆扶手上的运行及其结构全貌示意图；图2是机器人从动行走转向系统工作箱3里面的从动行走转向系统结构示意图；图3是机器人从动行走转向系统里的导向三角支架钢板14及其上面安装的转向导向轮组16的结构示意图；图4是机器人拉挂三角支架钢板15及与其下面拉挂着的联结支撑承重框架系统工作箱4里的主框架5的联结结构示意图。

如附图所示：1是由钢筋、水泥和木制扶手构成的一种通用的楼梯扶手栏杆；2是机器人下部分的电力驱动行走控制系统工作箱；3是机器人上部分的从动行走转向系统工作箱；4是机器人中间部分的联结支撑承重框架系统工作箱；5是联结支撑承重框架系统里的主框架；6是椅子扶手；7是座椅框架平面；8是定位伸缩支撑杆；9是安装电力驱动行走控制系统工作箱的支撑框架平面；10是机械行走齿轮；11是从动行走转向系统里的从动行走轮；12是从动行走轮子轴；13是从动行走轮子轴承；14是导向三角支架钢板；15是拉挂三角支架钢板；16是导向三角支架钢板上面安装使用的转向导向轮组；17是轮轴的配合紧固螺帽；18是与螺帽配合使用的紧固平垫片弹垫片；19是主框架上端的钢筋轴挂钩；20是安装固定在钢筋轴挂钩上边的旋转定位限向铁块；21是拉挂三角支架钢板宽边两个端角下边向上翻卷起来的钢板挂钩；22是安装固定在钢筋轴挂钩下边的横向移动定位限位铁块；23是三角支架钢板为减轻重量而在其中间开挖的空孔；24是导向三角支架的穿轴孔；25是拉挂三角支架的穿轴孔；26是坐者的踏脚板——即运货时的承重支架板；27是拉挂三角支架钢板宽边。

具体实施方式

下面再结合附图，对本发明申请的具体实施方式作进一步的详细说明：

附图1所示，是本发明申请的一个实施例。

附图1所示的一种家用楼梯搬运工机器人，是由其上部分从动行走转向系统工作箱3、中间部分联结支撑承重框架系统工作箱4、和下部分电力驱动行走控制系统工作箱2共同构成。这三个系统工作箱，是可以在通用的楼梯扶手栏杆上，很方便、简单地安装上去，或拆卸下来的。下面就从这三大系统工作箱入手来对此具体实施方式作进一步的详细说明。

机器人上部分从动行走转向系统工作箱3里面的内部结构如图2所示，包括有从动行走轮11，是由其中间的行走直圆筒形圆面，及其两端的两个圆锥面，共同构成此特定的从动行走轮11的轮子形状及外表面。由于从动行走轮11是行走在楼梯栏杆扶手上表面上的，所以从动行走轮11中间的行走直圆筒形圆面的长度，应不小于楼梯栏杆扶手上表面的宽度。而其中间的行走直圆筒形圆面的中心圆，和与其平行的圆锥面边缘上最大外圆，同时与一个通过它们两个圆心的平面相交时，在这两个圆心连线一侧的两个面圆交点的连线距离，应不小于楼梯栏杆扶手上表面宽度的2^1/2倍。从动行走轮11两端的圆锥面边缘上最大外圆的直径，应略小于楼梯扶手栏杆拐弯处水平扶手里面侧面的长度，也即是略小于该处上下楼梯栏杆斜面扶手之间的垂直间距；但应同时是大于从动行走轮11中间的行走直圆筒形圆的外径。从动行走轮11里面的轮轴12，是通过装在轮子里的两个轴承13，而与从动行走轮11联结成为一个可以相对转动的机械整体。并与轮轴12两端上的紧固螺帽17、与螺帽17相配套使用的平垫片弹垫片18等，共同构成了一个从动行走轮机械整体。

机器人上部分从动行走转向系统3里的导向三角支架钢板14，上面开有穿轴孔24，下边安装有转向导向轮组16，是由2个导向小轮子组成。2个导向小轮子的轮侧面是垂直于三角支架钢板平面的，2个导向小轮子的行走接触面朝向从动行走轮11的方向一边。2个导向小轮子一前一后排列的连线方向，与从动行走轮11前进的方向一致。且导向轮轴心线与从动行走轮11的轴心线在空间上是相互垂直的。2个导向小轮子前后外端点的连线长度，不小于从动行走轮11的圆锥体斜面边缘上的最大外圆直径。

导向轮组在导向三角支架钢板14上安装的位置，是要在从动行走转向系统工作时，使导向轮组正好处于楼梯栏杆扶手水平时的扶手高度的正中间位置。

为了减轻机器人重量，导向三角支架钢板14制作开挖成23示的中部空间形状，也可以开挖制作成其它中空形状。

机器人上部分从动行走转向系统3里的拉挂三角支架钢板15，上面开有穿轴孔25。拉挂三角支架钢板宽边27的位置，应该正好处于楼梯栏杆扶手水平时的扶手高度的靠近下边。

在拉挂三角支架钢板宽边27的两个端角下边，制作有两个向上翻卷起来的钢板挂钩21，钢板挂钩21的挂钩中间，是用来专门安装放置可旋转的主框架5上端两边的钢管(或角钢)上焊接着的长(或短)的钢筋轴挂钩19的。

在靠近两个钢板挂钩21内侧边的钢筋轴挂钩19的边上，向上边焊接有两块旋转定位限向铁块20，用以限制主框架5及其钢筋轴挂钩19只能是向楼梯扶手的钢筋栏杆方向旋转，而不能够反过来向远离楼梯扶手的钢筋栏杆方向旋转。

在靠近两钢板挂钩21内侧边的钢筋轴挂钩19的边上，同时又是向下边焊接有两块横向移动定位限位铁块22，用以限制主框架5及其钢筋轴挂钩19不能向左或向右有稍微过量的横向移动。

拉挂三角支架钢板15上，也制作开挖有减重的中空孔23，也可以开挖制作成其它中空形状。

上述从动行走轮机械体、导向三角支架部件和拉挂三角支架部件，就共同构造成了机器人的一个完整无缺的从动行走转向机器系统。

机器人中间部分联结支撑承重框架系统工作箱4里面，由其构造件主框架5、椅子扶手6、座椅框架平面7、支撑框架平面9、定位伸缩支撑杆8、坐者的踏脚板——即运货时的承重支架板26、以及未在附图中画出来的椅子扶手前面的金属护栏等构成。

主框架5，就是把钢管折弯成图4里所示的“U”字形状的三边框架，开口向上，两个上端管口下部两边的穿孔中，安装穿有长钢筋19，并从管子里外将钢筋19与管子5焊接成一个牢固的机械整体——钢筋轴挂钩19，以便安装挂靠在钢板挂钩21上面工作。又如图1示，在主框架5上面还有使用活动螺栓安装的座椅框架平面7、椅子扶手6和定位伸缩支撑杆8。

座椅框架平面7，是一个焊接制作成的封闭平面角铁框架。里面中间以去边小角铁联接加固加强，上面可铺设安装中粗承重钢丝网。为使坐者不会因自身重力而向前自由滑出座椅，应使座椅框架平面7与椅子靠背板——即主框架5所在的垂直平面之间的夹角不大于90°，并由定位伸缩支撑杆8上面定位点的活动联结来确定保证。为使坐者舒适，也应制作有临时的椅靠背板和椅坐垫，来供坐者使用，而在不坐人时，即装货运货时拿掉存放起来。

椅子扶手6以不锈钢管制作。因其与座椅框架平面7、主框架5，是以活动螺栓、或使用活动销轴、销钉联结成了2个竖立的平行四边形框架，故它可以很方便地折叠收拢起来。椅子扶手6前面的金属保护栏杆，使用钢管制作，可以制作成一个向上竖起的、长方形的、可拆卸的活动封闭框架，并使用简单的螺栓，在椅子扶手6前端两边，和座椅框架平面7前端两边上安装固定

支撑框架平面9，可以制作成角钢封闭框架平面。同时使用活动螺栓，来与其上面的座椅框架平面7装配成一个牢固的机械联结整体，同时就与座椅框架平面7构成了两边竖立的平行四边形框架，在不装载工作箱2时，就可以很方便地折叠收拢起来。支撑框架平面9框架里面空间，也要以去边小角铁来联接加固。工作箱2在支撑框架平面9上面的安装，可以是使用滑道来推入和拉出，并以插销方式来定位锁死；也可以是随时对其解锁并拖拉出来。

定位伸缩支撑杆8，如图1示，可使用一根粗钢管里面套一根可以在其中自由抽插活动的细钢管的方式来制作；即使用粗细不一的两组两根钢管，一组钢管的一端联结在座椅框架平面7的前端边上，另一组钢管的一端联结在主框架5的下端边上，然后就可以把细钢管插入粗钢管里面即构成。其限位支撑的定位点，可以根据定位伸缩支撑杆8需要伸缩的位置和需要支撑的角度来确定。即是在钢管上选定的一个定位点处钻上一个穿孔，以便随时安装插销来对该定位点进行机械定位锁死保证。

坐者的踏脚板——即运货时的承重支架板26，可用小角钢框架内加薄木板来制作。可以制作成对开的两块板子，为单支点固定联接，即是以单支点为圆心，把板子方便地旋转收入支撑框架平面9靠前(外)端部位上面，又可以很方便地旋转向前(外)打开伸出，成为一个有三个边的开放框架板；再以小角铁去活动联接，并构成封闭此开放框架板开口的一个边。

机器人下部分电力驱动行走控制系统工作箱2的外形，如图1示为长方体。

动力电源系统，可以是使用普通的充电蓄电池系统，电源电压使用直流24V，应配套使用专用的安全充电机系统；可以安装使用声光报警器系统。

使用的是直流永磁微型小电机。

使用带自锁功能的蜗轮蜗杆减速机，以保证减速机械停转后的稳定不转动和保证机械行走齿轮10不会因机器人自重力作用、或货物重力作用而自动旋转。

经过减速后的机械行走齿轮10的转速设定为10转/分钟～30转/分钟。

机械行走齿轮10的尺寸数据设计为，由齿根部构成的圆直径约为300mm，齿根间距约15mm～17mm，齿深约为16mm～18mm。

机械行走齿轮10的齿轮平面，在电力驱动行走控制系统工作箱2里面的安装位置是紧挨着楼梯栏杆钢筋的，以便于行走齿轮10的轮齿与栏杆钢筋相交啮合。而齿轮平面安装的角度，是按一般楼梯栏杆扶手斜面与水平面的通用夹角数30°来倾斜安装，让齿轮的工作轮齿与栏杆钢筋倾斜相交啮合。此时齿轮的工作轮齿与栏杆钢筋接触磨损的距离就会要短一些，仅仅是在楼梯栏杆水平扶手转弯处，只有1根或2根栏杆钢筋与齿轮的工作轮齿接触磨损的距离是要长一些。

机器人驱动行走系统里的2个机械行走齿轮10安装的相互位置，在齿轮平面与栏杆钢筋成30°角度倾斜相交时，要保证它们相互平行的轴心线之间的距离，应该安装为楼梯扶手栏杆里钢筋栏杆倾斜的30°间距平均数的0.5倍。

由1个小电机、1个蜗轮蜗杆减速机和1个机械行走齿轮10，就可以构成1个机械行走齿轮变速箱小系统。而由2个这种机械行走齿轮变速箱小系统，就共同组成了机器人的驱动行走系统。这2个机械行走齿轮10上的在行进中连续工作着的轮齿，都是连续地进进出出、并排列在楼梯扶手栏杆里每一根钢筋所在位置的连线上，而呈现出左右小幅度地超出该连线即摆动向前行进。

电力电子控制器，就是使用一套电子控制电路及其电力电子器件，通过变化控制供给电机的电源电压和电流，来操纵控制机械行走齿轮10转速的快慢和转动的方向，以达到控制机器人上升或下降的快慢和前进的方向。继电器、机械控制器，都是电力电子控制器的组成、或执行机构、或与其它机械联结的自动控制机构。

移动限位弹簧，是用来自动调节变速齿轮箱安装位置的微小变化间距，即自动调节2个机械行走齿轮10在行进工作中轮齿的相互间距，以自动去适应钢筋栏杆间距不完全均等的复杂变化状态。

传感器是自动反馈机械执行情况信息给控制器系统，以达到精确控制机器人行走状况的目的。

机器人的操纵开关，可以使用拖动线缆(或加了金属软管的)开关盒，由主人拿在手中在机器人旁边行走操控，也可以由坐者自己拿在手中操控。

至此，机器人的三大组成系统工作箱已经分别构成，只要是把它安装在一般通用的楼梯扶手栏杆上面，即可方便地开机使用了。

本发明申请的最佳实施方案之一，就是图1所示的这个实施例。