[发明专利]一种爬楼梯机器人

说明书

本发明公开了一种爬楼梯机器人，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，并将其传达给驱动控制单元，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；本发明采用模块化，动态齿轮式的行进机构设计，基于多传感器融合的方法进行平地和楼梯攀爬时的参数检测，实现轮组在平地和楼梯状态自由切换，具有良好的环境适应性，选取以四连杆机构为基本运动单元的四轮式机器人悬架机构，几何通过性好，驱动电路设计合理，控制易于实现，具有良好的续航能力，可广泛用于行李箱、婴儿推车、大型垃圾桶等物品。

技术领域：

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种爬楼梯机器人。

背景技术：

近年来，随着经济的高速发展，楼房越来越高，电梯的使用也越来越频繁，但是在没有电梯的楼房，而且诸如天桥、旅游景点的楼梯还是会对上下搬运带来不便。目前，国内外设计了多种结构的爬楼机器人，其基本结构包括履带式、轮式、足式和复合式,这些机构大多结构复杂，造价昂贵，受到体积、重量以及稳定性等的限制，目前还未广泛应用于实际生活。

如现有专利申请号为CN201310244311.8的一种四足爬楼梯机器人机构和申请专利号为CN201620066524.5的一种可越障机器人，前者足式爬楼梯装置爬楼梯时运动平稳，但是它对控制要求高，操作复杂，动作迟缓，后者采用球形的整体结构，虽然具有出色的越障能力，然而其结构复杂质量大，承载能力、平稳性、安全性较差。为解决爬楼梯机器人使用受限的问题，本发明提出一种兼顾平地行走和阶梯攀爬,结构简单、效率较高、控制相对容易,具有越障和避障功能的爬楼梯机器人。

发明内容：

技术问题：本发明目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种爬楼梯机器人，以解决在没有电梯的楼房，诸如天桥、旅游景点上下搬运不便的问题。

技术方案：本发明的一种爬楼梯机器人，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；所述的感知单元、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。

进一步的技术方案在于，所述的行进机构包括轮体、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。

进一步的技术方案在于，所述外轮辐介于在内轮辐和轮辋之间，所述轮辋采用模块化设计，轮辋上装配有羊角纹外胎，在所述车轮上下楼梯状态下，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。

进一步的技术方案在于，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。

进一步的技术方案在于，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。

进一步的技术方案在于，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。