[发明专利]一种爬楼梯机器人

权利要求书

1.一种爬楼梯机器人，其特征在于：包括行进机构、由四轮组驱动的车架机构、感知单元和驱动控制单元；其中感知单元、驱动控制单元配置于车架机构上，感知单元用于感知机器人姿态、前方楼梯及四周墙壁的参数，并将其反馈给驱动控制单元，驱动控制单元用于驱动行进机构中的可变形车轮的行走和转向。

2.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人，其特征在于：所述行进机构包括轮体、轮毂、轮座和微型避震器；所述可变形轮轮体采用伸缩式辐条设计，包括轮辋、内轮辐和外轮辐，内轮辐固定的以轮毂为圆心等间隔设置12个单位；所述单位径向设有等同数量的微型避震器，微型避震器以螺纹连接的方式嵌在轮座内；所述轮毂外侧设有微型驱动电机。

3.根据权利要求2所述的爬楼梯机器人，其特征在于：所述外轮辐介于内轮辐和轮辋之间，所述轮辋采用模块化设计，轮辋上装配有羊角纹外胎，在所述车轮上楼梯状态下，车轮任一步行轮足接触到台阶棱边的，外轮辐都会凹陷回内轮辐中直至下一步行轮足触碰到该棱边，凹陷处卡住台阶爬升。

4.根据权利要求1所述的一种爬楼梯机器人，其特征在于：所述由四轮组驱动的车架机构包括载荷平台、底盘、悬架机构；其中悬架机构包括四个第一支撑杆、两个第二支撑、杆八个第一连杆和四个第二连杆；所述载荷平台固定连接悬架机构上，第一支撑杆的下端铰链在轮毂上，第一支撑杆的上端均与两个平行的第一连杆外端铰接，两个平行第一连杆的内端通过第二连杆铰链在载荷平台上，第一支撑杆、第一连杆与第二连接杆构成直角梯形框架，轮轴间的两个第一支撑杆上端通过第二支撑杆铰链。

5.根据权利要求4所述的一种爬楼梯机器人，其特征在于：所述载荷平台包括承重台和载物架；载物架设置于承重台上，承重台通过两个减震器搭载在底盘上，载物架采用十字形弹性卡槽，可适用于多种承载物。

6.根据权力要求1所述的一种爬楼梯机器人，其特征在于：所述感知单元包括激光测距传感器、前视声纳传感器、倾角传感器；其中前视声纳传感器位于底盘前端中央，倾角传感器位于底盘前端两侧，激光测距传感器位于底盘中部两侧，倾角传感器、激光测距传感器和声纳传感器将捕获的前方楼梯及两侧墙壁参数信息反馈至驱动控制单元。

7.根据权利要求6所述的一种爬楼梯机器人，其特征在于：所述倾角传感器用于测量机器人机架倾斜角α判断是否到达楼梯顶部或底部平台；所述前视声纳传感器所测参数为楼梯距离机器人距离，即可变形轮变形预设距离值L，机器人行驶方向与楼梯中线夹角，即偏移角θ，θ越小越好，理想状态值为0；所述激光测距传感器用于测量机器人中心到左右墙壁或楼梯边缘的距离值分别为L1、L2，令β＝L1/L2，β的理想状态值为1。

8.根据权力要求1所述的一种爬楼梯机器人，其特征在于：所述驱动控制单元包括动力能源、控制开关、驱动电机和单片机控制器；其中动力电源设置在底盘中部，选用24V的直流铅酸电池组实现自主供电，所述控制开关位于承重台上，控制整个爬楼机器人的电源供给，所述驱动电机采取集中控制——分散驱动的方式，包括四轮组上的微型驱动电机和底盘尾部的主驱动电机，所述单片机控制器输入端接入感知单元，输出至主驱动电机的输入端，主驱动电机输出至微型驱动电机的输入端。

9.根据权利要求8所述的一种爬楼梯机器人，其特征在于：所述主驱动电机采用无刷直流电机，所述微型驱动电机采用步进电机。