一种爬楼梯轮组及其组成的爬楼梯机器人

摘要

本发明公开了一种爬楼梯轮组及其组成的爬楼梯机器人，爬楼梯轮组包括轮架、转轴和三个轮子，每个轮子分别同轴固定设有一根轮轴，三个轮轴均与轮架转动连接，且三个轮轴均垂直于轮架，并呈等边三角形分布，每个轮轴上还同轴固定设有一个一级齿轮，转轴与轮架转动连接，且转轴垂直于轮架，且转轴与轮架的转动连接处位于三个轮轴之间的中部，转轴上位于三个一级齿轮之间同轴固定安装有一个二级齿轮，三个一级齿轮均与二级齿轮相互啮合，转轴转动以带动三个轮子同步同向转动，如此在转轴转动时，三个轮子均会同步同向转动，当遇到阶梯或楼梯时，轮架会相对转轴转动以使得位于上方的轮子与台阶或楼梯上一阶接触并实现爬楼梯轮组向上移动行走。

说明书

技术领域

本发明属于机器人领域，尤其涉及一种爬楼梯轮组及其组成的爬楼梯机器人。

背景技术

目前爬楼梯通常是采用走行腿式机器人，鲜有轮式爬楼梯机器人，但走行腿式爬楼梯机器人的控制较为复杂，其在平地走行和爬楼梯时的走行姿势不同，故需要采用不同的控制模式，且其负重通常比较小，对走行腿的结构强度要求较高。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的目的之一在于提供一种结构简单，且使用方便，同时运行稳定，可便捷的爬楼梯的爬楼梯轮组。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种爬楼梯轮组，包括轮架、转轴和三个轮子，所述轮架沿前后方向竖向设置，每个所述轮子分别同轴固定设有一根轮轴，三个所述轮轴均与所述轮架转动连接，且三个所述轮轴均垂直于所述轮架，并呈等边三角形分布，每个所述轮轴上还同轴固定设有一个一级齿轮，所述转轴与所述轮架转动连接，且所述转轴垂直于所述轮架，且所述转轴与所述轮架的转动连接处位于三个所述轮轴之间的中部，所述转轴上位于三个所述一级齿轮之间同轴固定安装有一个二级齿轮，三个所述一级齿轮均与所述二级齿轮相互啮合，所述转轴转动以带动三个所述轮子同步同向转动。

上述技术方案的有益效果在于：如此在转轴转动时，三个轮子均会同步同向转动，在平地走行时，其中两个轮子落地走行，而当遇到阶梯或楼梯时，轮架会相对转轴转动以使得位于上方的轮子与台阶或楼梯上一阶接触并实现爬楼梯轮组向上移动行走。

上述技术方案中所述轮架设有两个，两个所述轮架均沿前后方向竖向设置并沿左右方向间隔分布，所述转轴和三个所述轮轴均与两个所述轮架转动连接，且所述二级齿轮和三级齿轮均位于两个所述轮架之间。

上述技术方案的有益效果在于：如此使得其稳定性更佳，同时可把一级齿轮和二级齿轮均位于两个轮架之间以将其隐藏式设置。

上述技术方案中所述轮架为等边三角形，三个所述轮轴分别与所述轮架的三个顶角处转动连接。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，且布局方便。

上述技术方案中所述轮架为“人”字形板，三个所述轮轴分别与所述轮架的三个端部转动连接。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，且布局方便。

本发明的目的之二在于提供一种结构简单，且爬楼梯方便的爬楼梯机器人。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种爬楼梯机器人，包括车体、第一驱动件和多个如上所述的爬楼梯轮组，所述车体沿前后方向水平设置，所述车体的左右两侧分别设有至少两个所述爬楼梯轮组，且位于所述车体同一侧的多个所述爬楼梯轮组沿前后方向间隔分布，多个所述转轴分别与所述车体转动连接，所述第一驱动件安装在所述车体上，其用以与所述转轴传动连接以驱动所述车体前进或后退。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，且使得该爬楼机器人在平地行驶也可灵活的攀爬楼梯，且无需切换模式，其越野性能佳。

上述技术方案中位于所述车体左右两侧的所述爬楼梯轮组的个数一致。

上述技术方案的有益效果在于：如此使得其稳定性更佳。

上述技术方案中所述车体左右两侧的爬楼梯轮组呈左右对称分布。

上述技术方案的有益效果在于：如此使得其稳定性更佳，且更加美观，同时便于车体在攀爬楼梯时稳定性更佳。

上述技术方案中相互对称的两个所述转轴延伸至同轴连接固定或一体成型，且所述第一驱动件设有多个，相互对称的两个所述爬楼梯轮组共同对应一个所述第一驱动件，多个所述第一驱动件分别安装在所述车体上，且每个所述第一驱动件分别与对应的且一体成型的两个所述转轴传动连接。

上述技术方案的有益效果在于：如此使得相互对称的两个爬楼梯轮组同步移动，且可减少第一驱动件设置的个数。

上述技术方案中所述第一驱动件设有多个，多个所述第一驱动件与多个所述爬楼梯轮组一一对应，多个所述第一驱动件均安装在所述车体上，每个所述第一驱动件分别与对应的所述转轴传动连接。

上述技术方案的有益效果在于：如此使得各个爬楼梯轮组的转速可分别独立控制，以使得整个爬楼梯机器人可灵活的移动，如可转弯或原地掉头等。

上述技术方案中所述车体包括三个子车体，三个所述子车体沿前后方向依次顺序设置，且相邻两个所述子车体相互靠近的一端分别竖向转动连接，位于中间的所述子车体的两侧分别设有至少两个所述爬楼梯轮组，余下两个所述子车体的两侧分别设有至少一个所述爬楼梯轮组，每个所述爬楼梯轮组对应的第一驱动件安装在对应的所述子车体上。

上述技术方案的有益效果在于：如此使得其在平地走行时，可将前后两两端的两个子车体向上翻转至翘起，以减少能耗损失。

上述技术方案中所述车体还包括两个翻转件，两个所述翻转件分别与位于两端的两个所述子车体一一对应，两个所述翻转件分别安装在位于中间的所述子车体上，且其驱动端分别与对应的所述子车体传动连接，所述翻转件用以驱动对应的所述子车体向上翻转至翘起，或向下翻转至复位。

上述技术方案的有益效果在于：如此使得其自动化程度高，可通过翻转件驱动对应的子车体向上翻转至翘起或向下翻转至复位。

上述技术方案中所述翻转件包括第二驱动件、第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端与所述第二连杆的一端相互转动连接，所述第一连杆的另一端与位于中间的所述子车体的上端转动连接，所述第二连杆的另一端构成所述翻转件的驱动端，并与对应的所述子车体的上端转动连接，所述第二驱动件安装在位于中间的所述子车体上，且其驱动端与对应的所述第一连杆传动连接，所述第二驱动件用以驱动对应的所述第一连杆沿前后方向摆转以带动对应的所述子车体上下翻转。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，且驱动方便，同时稳定性佳。

上述技术方案中位于中间的所述子车体的上端设有两个铰座，且两个所述铰座分别与两个所述第一连杆一一对应，每个所述第一连杆的另一端分别固定设有一根铰轴，所述铰轴垂直于对应的所述第一连杆，且其两端分别突出于对应的所述第一连杆，所述第一连杆的另一端分别伸入到对应的所述铰座内，且每个所述铰轴分别与对应的所述铰座转动连接，所述第二驱动件的驱动端与对应的所述铰轴传动连接，所述第二驱动件用以驱动对应的所述铰轴正转或反转以带动对应的所述第一连杆沿前后方向摆转。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单。

上述技术方案中所述第二驱动件包括伸缩件和第三连杆，所述铰轴的一端穿出至对应的所述铰座外，并与所述第三连杆的一端垂直连接固定，所述伸缩件转动安装在位于中间的所述子车体上，且其伸缩端与对应的所述第三连杆的另一端转动连接，所述伸缩件伸长或收缩以带动所述第三连杆前后摆转，并带动对应的所述铰轴正转或反转，所述第三连杆构成所述第二驱动件的驱动端。

上述技术方案的有益效果在于：如此使得其驱动方便，同时便于控制，无需复杂的控制系统。

附图说明

图1为本发明实施例1所述的爬楼梯轮组的立视图；

图2为本发明实施例1所述的爬楼梯轮组的内侧视图；

图3为本发明实施例2所述的爬楼梯机器人的侧视图；

图4为本发明实施例3所述的爬楼梯机器人的前视图；

图5为本发明实施例4所述的爬楼梯机器人的前视图；

图6为本发明实施例5所述的爬楼梯机器人的立视图；

图7为本发明实施例5所述的爬楼梯机器人爬楼梯时的状态图。

图中：1爬楼梯轮组、11轮架、12转轴、121二级齿轮、13轮子、131轮轴、132一级齿轮、2车体、21子车体、22翻转件、221第二驱动件、2211伸缩件、2212第三连杆、222第一连杆、223第二连杆、224铰座、225铰轴、3第一驱动件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供了一种爬楼梯轮组，包括轮架11、转轴12和三个轮子13，所述轮架11沿前后方向竖向设置，每个所述轮子13分别同轴固定设有一根轮轴131，三个所述轮轴131均与所述轮架11转动连接，且三个所述轮轴131均垂直于所述轮架11，并呈等边三角形分布，每个所述轮轴131上还同轴固定设有一个一级齿轮132，所述转轴12与所述轮架11转动连接，且所述转轴12垂直于所述轮架11，且所述转轴12与所述轮架11的转动连接处位于三个所述轮轴131之间的中部，所述转轴12上位于三个所述一级齿轮132之间同轴固定安装有一个二级齿轮121，三个所述一级齿轮132均与所述二级齿轮121相互啮合，所述转轴12转动以带动三个所述轮子13同步同向转动，如此在转轴转动时，三个轮子均会同步同向转动，在平地走行时，其中两个轮子落地走行，而当遇到阶梯或楼梯时，轮架会相对转轴转动以使得位于上方的轮子与台阶或楼梯上一阶接触并实现爬楼梯轮组向上移动行走。

优选的，上述技术方案中所述轮架11设有两个，两个所述轮架11均沿前后方向竖向设置并沿左右方向间隔分布，所述转轴12和三个所述轮轴131均与两个所述轮架11转动连接，且所述二级齿轮121和三级齿轮均位于两个所述轮架11之间，如此使得其稳定性更佳，同时可把一级齿轮和二级齿轮均位于两个轮架之间以将其隐藏式设置。

进一步优选的，上述技术方案中所述轮架11为等边三角形，三个所述轮轴131分别与所述轮架11的三个顶角处转动连接，其结构简单，且布局方便。

更进一步优选的，上述技术方案中所述轮架11为“人”字形板，三个所述轮轴131分别与所述轮架11的三个端部转动连接，其结构简单，且布局方便。

其中，优选的，所述轮子的直径比一级齿轮的直径最少大1cm。

实施例2

如图3所示，本实施例提供了一种爬楼梯机器人，包括车体2、第一驱动件3和多个如实施例1所述的爬楼梯轮组1，所述车体2沿前后方向水平设置，所述车体2的左右两侧分别设有至少两个所述爬楼梯轮组1，且位于所述车体2同一侧的多个所述爬楼梯轮组1沿前后方向间隔分布，多个所述转轴12分别与所述车体2转动连接，所述第一驱动件3安装在所述车体2上，其用以与所述转轴12传动连接以驱动所述车体2前进或后退，其结构简单，且使得该爬楼机器人在平地行驶也可灵活的攀爬楼梯，且无需切换模式，其越野性能佳。

上述技术方案中位于所述车体2左右两侧的所述爬楼梯轮组1的个数一致，如此使得其稳定性更佳。

上述技术方案中所述车体2左右两侧的爬楼梯轮组1呈左右对称分布，如此使得其稳定性更佳，且更加美观，同时便于车体在攀爬楼梯时稳定性更佳。

上述技术方案中所述第一驱动件3为电机，其中，所述电机优选的为伺服电机。

实施例3

同实施例2，其区别在于，如图4所示，上述技术方案中相互对称的两个所述转轴12延伸至同轴连接固定或一体成型，且所述第一驱动件3设有多个，相互对称的两个所述爬楼梯轮组1共同对应一个所述第一驱动件3，多个所述第一驱动件3分别安装在所述车体2上，且每个所述第一驱动件3分别与对应的且一体成型的两个所述转轴12传动连接，如此使得相互对称的两个爬楼梯轮组同步移动，且可减少第一驱动件设置的个数，如此可降低成本。

实施例4

同实施例2，其区别在于，如图5所示，上述技术方案中所述第一驱动件3设有多个，多个所述第一驱动件3与多个所述爬楼梯轮组1一一对应，多个所述第一驱动件3均安装在所述车体2上，每个所述第一驱动件3分别与对应的所述转轴12传动连接，如此使得各个爬楼梯轮组的转速可分别独立控制，以使得整个爬楼梯机器人可灵活的移动，如可转弯或原地掉头等，如此使得其占用空间小，控制灵活。

实施例5

如图6所示，上述技术方案中所述车体2包括三个子车体21，三个所述子车体21沿前后方向依次顺序设置，且相邻两个所述子车体21相互靠近的一端分别竖向转动连接，位于中间的所述子车体21的两侧分别设有至少两个所述爬楼梯轮组1，余下两个所述子车体21的两侧分别设有至少一个所述爬楼梯轮组1，每个所述爬楼梯轮组1对应的第一驱动件3安装在对应的所述子车体21上，如此使得其在平地走行时，可将前后两两端的两个子车体向上翻转至翘起，以减少能耗损失。

上述技术方案中所述车体2还包括两个翻转件22，两个所述翻转件22分别与位于两端的两个所述子车体21一一对应，两个所述翻转件22分别安装在位于中间的所述子车体21上，且其驱动端分别与对应的所述子车体21传动连接，所述翻转件22用以驱动对应的所述子车体21向上翻转至翘起，或向下翻转至复位，如此使得其自动化程度高，可通过翻转件驱动对应的子车体向上翻转至翘起或向下翻转至复位。

上述技术方案中所述翻转件22包括第二驱动件221、第一连杆222和第二连杆223，所述第一连杆222的一端与所述第二连杆223的一端相互转动连接，所述第一连杆222的另一端与位于中间的所述子车体21的上端转动连接，所述第二连杆223的另一端构成所述翻转件22的驱动端，并与对应的所述子车体21的上端转动连接，所述第二驱动件221安装在位于中间的所述子车体21上，且其驱动端与对应的所述第一连杆222传动连接，所述第二驱动件221用以驱动对应的所述第一连杆222沿前后方向摆转以带动对应的所述子车体21上下翻转，其结构简单，且驱动方便，同时稳定性佳。

上述技术方案中位于中间的所述子车体21的上端设有两个铰座224，且两个所述铰座224分别与两个所述第一连杆222一一对应，每个所述第一连杆222的另一端分别固定设有一根铰轴225，所述铰轴225垂直于对应的所述第一连杆222，且其两端分别突出于对应的所述第一连杆222，所述第一连杆222的另一端分别伸入到对应的所述铰座224内，且每个所述铰轴225分别与对应的所述铰座224转动连接，所述第二驱动件221的驱动端与对应的所述铰轴225传动连接，所述第二驱动件221用以驱动对应的所述铰轴225正转或反转以带动对应的所述第一连杆222沿前后方向摆转。

上述技术方案中所述第二驱动件221包括伸缩件2211和第三连杆2212，所述铰轴225的一端穿出至对应的所述铰座224外，并与所述第三连杆2212的一端垂直连接固定，所述伸缩件2211转动安装在位于中间的所述子车体21上，且其伸缩端与对应的所述第三连杆2212的另一端转动连接，所述伸缩件2211伸长或收缩以带动所述第三连杆2212前后摆转，并带动对应的所述铰轴225正转或反转，所述第三连杆2212构成所述第二驱动件221的驱动端，如此使得其驱动方便，同时便于控制，无需复杂的控制系统。

上述技术方案中所述伸缩件2211为伸缩电缸，其结构简单，且运行方便，优选的，所述伸缩电缸为伺服伸缩电缸。

其中，在平地走行时，可将位于两端的两个子车体21向上翻转至翘起，并使得其对应的爬楼梯轮组脱离地面，同时将其对应的第一驱动件进行断电处理，由位于中间的子车体上的第一驱动件带动整个爬楼梯机器人移动，而在爬楼梯时，可使得位于后方的子车体向下翻转至水平以复位，而位于前方的子车体向下翻转至略微翘起，但所有的第一驱动件均通电。

其中,所述第二连杆的另一端与对应的所述子车体的上端的转动连接方式和参考第一连杆与位于中间的子车体的转动连接方式(即采用铰座和铰轴来实现,在此不作赘述)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。