CN201058083Y - 自动行驶、上下楼梯载人机器人 - Google Patents

Abstract

一种自动行驶、上下楼梯载人机器人，其技术方案中设置了行驶机构，滑动机架机构，座椅推进机构，自转弯机构和控制电路机构，本实用新型是根据人体工程学原理，采用机电一体化设计，直流电机驱动，可以自动行驶，上下楼梯台阶；在楼梯入户台阶上，完成自转向，进入房间。可以控制行进速度和方向；操纵方便、灵活。行驶和上下楼梯过程中，驾驶者身体不会倾斜，平稳、安全、可靠。

Description

自动行驶、上下楼梯载人机器人

技术领域：

本实用新型属于一种机器人，特别是一种自动行驶、上下楼梯载人机器人。

背景技术：

现有残疾人使用的轮椅，只能在平路或坡度比较小的路面行驶，用手搬动车轮驱动。如果遇到楼梯台阶将无法行驶，只能依靠他人帮助解决，很不方便。或者说离开他人帮助自己则毫无办法。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种自动行驶、上下楼梯的载人机器人。机电一体化，采用人体工程学原理，结构设计合理，性能稳定，行驶方便，灵活。能有效地解决现有轮椅不能上下楼梯，依靠人力驱动行使的缺陷。

本实用新型的技术方案包括行驶机构、滑动机架机构、座椅推进机构、自转弯机构和控制电路机构，其特征是：

在行驶机构中，机架上通过螺栓连接推杆固定端，机架与上拉杆一端和下拉杆架一端通过销轴连接，分别组成转动副，后轮立杆与上拉杆另一端和下拉杆架另一端通过销轴连接，分别组成转动副，机架、上拉杆、下拉杆架、后轮立杆构成平行四连杆机构；推杆动杆端通过螺栓连接滑道架，滑道架通过螺栓连接滑道，推杆动杆端连接滑道架和滑道；驱动轮连接驱动轮叉轴插入机架组成转动副，驱动轮叉轴连接转向手轮，万向轮通过螺栓连接在机架上，转向支架通过销轴连接在后轮立杆上，组成转动副并构成自转弯行驶机构；

在滑动机架机构中，推杆固定端通过螺栓连接蜗轮减速机，蜗轮减速机两侧通过螺栓连接两个前腿套管，前轴穿过两个前腿套管和蜗轮减速机，前轴键连接蜗轮减速机，前轴两端键连接滑动机构下拉杆一端，前腿套管通过销轴连接滑动机构上拉杆一端组成转动副，后腿通过销轴连接滑动机构上拉杆和滑动机构下拉杆另一端，分别组成转动副，前腿套管、滑动机构上拉杆、后腿和滑动机构下拉杆构成平行四连杆机构；推杆动杆端通过螺栓连接滑道机架，滑道机架通过螺栓连接滑动轴承，滑道连接滑动轴承，电机连接螺杆旋入滑动机架，螺杆与滑动机架组成螺杆副；

在座椅推进机构中，座椅架通过螺栓连接滑动轴承，滑道连接滑动轴承，电机连接螺杆，螺杆旋入座椅架，组成螺杆副。

上述的行驶机构的滑道架通过螺栓连接滑道，滑道穿过连接在滑道机架上的滑动轴承，同时穿过连接在座椅架上的滑动轴承，滑道将行驶机构、滑动机架机构和座椅推进机构连接在一起。

上述的座椅推进机构中，电机连接螺杆旋入座椅架，座椅架连接滑动轴承，电机传动连接螺杆。

上述的行驶机构中，驱动电机通过螺栓连接在驱动轮中心上，驱动电机的轴通过螺母连接在驱动轮叉轴上，驱动轮叉轴插入机架组成转动副，驱动轮叉轴连接转向手轮，作为从动轮的万向轮通过螺栓连接在机架上。

本实用新型具有的优点：将行驶机构、滑动机架机构、座椅推进机构通过滑道(1)连接在一起，在添加自转弯机构和控制电路机构，并采用人机工程原理，设计成机电一体化产品，完成自动行驶，上下楼梯台阶，可自转弯360°的载人功能。该机器人是机电一体化产品，采用人体工程学原理，结构设计合理，性能稳定，行驶方便，灵活。它有效地解决了现有轮椅不能上下楼梯，依靠人力驱动行使的缺陷。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3本实用新型行驶机构图。

图4是图3的A-A剖视图

图5是本实用新型滑动机架机构图。

图6是图5的B-B剖视图。

图7是本实用新型座椅推进机构图。

图8是本实用新型自转弯机构图。

图9是本实用新型控制电路原理图。

具体实施方式：

见图1-9，具体结构如下：本实用新型的主要结构包括：行驶机构、滑动机架机构、座椅推进机构、自转弯机构、控制电路机构。见图1-4，行驶机构分别设有驱动电机42，它通过螺栓连接在驱动轮41中心上，驱动电机42的轴通过螺母连接在驱动轮叉轴38上，驱动轮叉轴38连接转向手轮37，驱动轮叉轴38插入机架11组成转动副，万向轮47通过螺栓连接在机架11上，推杆28固定端通过螺栓连接机架11，上拉杆21一端和下拉杆架22一端通过销轴连接机架11，分别组成转动副，上拉杆21另一端和下拉杆架22另一端通过销轴连接后轮立杆20，分别组成转动副，机架11、上拉杆21、下拉杆架22、后轮立杆20构成平行四连杆机构。后轴39穿过后轮立杆20通过螺母固紧，后轴39两端连接后轮18组成转动副。见图8，转向支架15通过销轴连接在后轮立杆20上组成转动副，构成自转弯行驶机构。推杆28动杆端通过螺栓连接滑道架29，滑道架29通过螺栓连接滑道1，滑道1穿过连接在滑道机架29上的滑动轴承44，同时穿过连接在座椅架25上的滑动轴承33，滑道1将行驶机构、滑动机架机构和座椅推进机构连接在一起。

推杆28动杆端连接滑道架29，能和滑道1上升与下降。滑道架29通过螺栓连接推杆28动杆端，滑道架29通过螺栓连接电机43机座和电机31机座。下拉杆架22连接螺杆套13，螺杆套13连接螺杆14组成螺杆副，螺杆14连接减速器26和电机27。闭合推杆28开关k3正向，推杆28连接滑道架29与附图1虚线内部件上升，反之，开关k3反向，则下降。

见图5、6，滑动机构分别设有前腿套管4，通过螺钉连接前腿传感器45(k2)和前脚传感器5(k6)，与前传感器8(k14)，推杆30固定端通过螺栓连接蜗轮减速机3，蜗轮减速机3两侧通过螺栓连接两个前腿套管4，前轴46穿过两个前腿套管4和蜗轮减速机3，前轴46通过平键连接蜗轮减速机3，前轴46两端通过平键连接滑动机构下拉杆23一端，前腿套管4通过销轴连接滑动机构上拉杆24一端组成转动副，后腿16通过销轴连接滑动机构上拉杆24和滑动机构下拉杆23另一端分别组成转动副，前腿套管4、滑动机构上拉杆24、后腿16、滑动机构下拉杆23构成平行四连杆机构。后腿16通过螺钉连接后腿传感器17(k8)。推杆30固定端可垂直滑道1上升与下降。推杆30动杆端通过螺栓连接滑道机架7，滑道机架7通过螺栓连接滑动轴承44，滑道1连接滑动轴承44，电机43连接螺杆2旋入滑动机架7，螺杆2与滑动机架7组成螺杆副，可使滑动机架机构在滑道1上滑动。

见图7，座椅推进机构上的座椅架25通过螺栓连接滑动轴承33，滑道1连接滑动轴承33，电机31连接螺杆35，螺杆35旋入座椅架25组成螺杆副，可使座椅架25在滑道1上滑动。

见图9，控制电路机构如下：

上楼梯电路：总开关K和24V电源串联在总电路上。

驱动电机(42)电路：驱动电机(42)连接双向开关k1，正向电路是k1串联前腿传感器k2和前传感器k14，并联在总电路上；反向电路并联在总电路上。推杆(28)电路：推杆(28)连接双向开关k3，正向电路是k3串联前轮传感器k11串联后轮传感器k12和推杆(28)内限位开关，并联在总电路上；反向电路是k3串联推杆(28)内限位开关，并联在总电路上。电机(43)电路：电机(43)连接双向开关k4，正向电路是k4串联下楼传感器k15串联前传感器k12和限位开关k10，并联在总电路上；反向电路是k4串联限位开关k17，并联在总电路上。电机(6)电路：电机(6)连接双向开关k7，正向电路是k7串联前脚传感器k6，并联在总电路上；反向电路是k7串联后脚传感器k8并联在总电路上。推杆(30)电路：推杆(30)连接双向开关k5，正向电路是k5串联前脚传感器k6串联后脚传感器k8串联推杆(30)内限位开关，并联在总电路上；反向电路是k5串联推杆(30)内限位开关，并联在总电路上。电机(31)电路：电机(31)连接双向开关k13，正向电路是k13串联限位开关k9，并联在总电路上；反向电路是k13串联限位开关k17，并联在总电路上。电机(27)电路：电机(27)连接双向开k16，正向电路是k16串联前轮传感器k11，并联在总电路上；反向电路是k16串联后轮传感器k12，并联在总电路上。

下楼梯电路：总开关K和24V电源串联在总电路上。

驱动电机(42)电路：驱动电机(42)连接双向开关k1，正向电路是k1串联前腿传感器k2和前传感器k14，并联在总电路上；反向电路并联在总电路上。推杆(28)电路：推杆(28)连接双向开关k3，正向电路是k3串联前轮传感器k11串联后轮传感器k12和推杆(28)内限位开关，并联在总电路上；反向电路是k3串联推杆(28)内限位开关，并联在总电路上。电机(43)电路：电机(43)连接双向开关k4，正向电路是k4串联下楼传感器k15串联前传感器k12和限位开关k10，并联在总电路上；反向电路是k4串联限位开关k17，并联在总电路上。电机(6)电路：电机(6)连接双向开关k7，正向电路是k7串联前脚传感器k6，并联在总电路上；反向电路并联在总电路上。推杆(30)电路：推杆(30)连接双向开关k5，正向电路是k5串联前脚传感器k6串联后脚传感器k8串联推杆(30)内限位开关，并联在总电路上；反向电路是k5串联推杆(30)内限位开关，并联在总电路上。电机(31)电路：电机(31)连接双向开关k13，正向电路是k13串联限位开关k9，并联在总电路上；反向电路是k13串联限位开关k17，并联在总电路上。电机(27)电路：电机(27)连接双向开k16，正向电路是k16串联前轮传感器k11，并联在总电路上；反向电路并联在总电路上。

本实用新型工作原理：

一、选择行驶程序

插入车钥匙接通电源40开关K。1、闭合驱动电机42开关k1，驱动轮41转动，机器人行驶。转动转向手柄37可完成行驶转向。

二、选择上楼梯程序

1、闭合驱动电机42开关k1(正向)，机器人行驶到前腿传感器45k2接触到楼梯台阶，k2(常闭)打开，机器人停止行驶。

2、闭合推杆28开关k3(正向)，推杆28动杆端连接机架11和附图1虚线内部件上升至推杆28内部限位开关断开，推杆28上升停止。

3、闭合电机43开关k4(正向)，电机43连接螺杆2转动，滑动机架7向前移动，至前腿传感器45k2接触到楼梯台阶k2(常闭)打开移动停止。

4、闭合推杆30开关k5(正向)，推杆30固定端向下移动，至前脚传感器5k6接触楼梯台阶k6(常闭)打开移动停止。k6(常闭)打开，同时电机6开关k7(反向)闭合(k6、k7连动)，电机6连接前轴46、滑动机构下拉杆23和滑动机构上拉杆24转动，后脚16向下移动，至后脚传感器17k8接触楼梯台阶k8(常闭)打开，电机6停止转动，后脚28向下移动停止。

5、闭合电机31开关54(k13)(正向)，电机31连接螺杆35转动，驱动座椅架25前移至接触限位开关34(k9)(常闭)移动停止。

6、推杆28开关k3(反向)闭合，推杆28固定端向上升至推杆28内部限位开关断开，推杆28上升停止。

7、同时闭合电机43开关k4(反向)、电机31开关k13反向，电机43连接螺杆2反向转动、电机31连接螺杆35反向转动，电机43与电机31同步，机架11向前移动至接触限位开关32(k17)(常闭)打开移动停止。

8、闭合推杆28开关k3(正向)，推杆28固定端向下移动至驱动轮41，万向轮47与前轮传感器9(k11)同步接触到楼梯台阶k11(常闭)打开，推杆28固定端向下移动停止。同时闭合电机27开关k16(k11与k16连动)，电机27连接减速器26连接螺杆14转动，下拉杆架22绕销轴10向下转动，至后轮18与后轮传感器19k12同步接触到楼梯台阶k12(常闭)打开，后轮18向下移动停止。上第二级台阶反复上述动作。上第三级台阶时因第一级到第三级高度相同，前脚与后脚位置没有变化，所以第4、8步骤省略。

9、当上升到最后一级台阶时，闭合电机43开关k4(正向)，电机43连接螺杆2转动，滑动机架7向前移动。至接触到限位开关36(k10)(常闭)打开移动停止。

10、闭合推杆30开关k5(正向)，推杆30固定端向下移动，至后脚传感器17(k8)接触楼梯台阶k8(常开)闭合。同时电机6开关k7(正向)闭合(k8、k7连动)，电机6连接蜗轮减速机3连接前轴46连接滑动机构下拉杆23和滑动机构上拉杆24转动，后脚16向上移动至前脚传感器5(k6)接触到楼梯台阶推杆30固定端向下移动停止。

11、闭合电机31开关54k13(正向)，电机31连接螺杆35转动，驱动座椅架25前移至接触限位开关34(k9)(常闭)移动停止。

12、推杆28开关k3(反向)闭合，推杆28固定端向上升至推杆28内部限位开关断开，推杆28上升停止。

13、同时闭合电机43开关k4(反向)、电机31开关54(k13)反向，电机43连接螺杆2反向转动、电机31连接螺杆35反向转动，电机43与电机31同步，机架11向前移动至接触限位开关32(k10)(常闭)打开移动停止。

14、闭合推杆28开关k3(正向)，推杆28固定端向下移动至后轮传感器31(k12)同步接触到楼梯台阶k12(常开)闭合，同时闭合电机27开关55(k16)(k12与k6连动)，电机27连接减速器26和螺杆14转动，下拉杆架22绕销轴10向上转动，至前轮传感器9(k11)接触到楼梯台阶k11(常闭)打开，推杆28固定端向下移动停止。

三、择下楼梯程序

1、机器人行驶到距楼梯台阶边沿，前传感器8(k14)打开，驱动轮41停止转动。闭合电机43开关k4(正向)，电机43连接螺杆2转动，滑动机架7连接滑动机架机构向前移动至下楼传感器12(k15)打开停止。

2、闭合推杆30开关k5(正向)，推杆30固定端向下移动，至后脚传感器17(k8)接触到楼梯台阶时k8(常开)闭合，同时闭合电机6开关k7(正向)，电机6连接蜗轮减速机3，传动前轴46、滑动机构下拉杆23、滑动机构上拉杆24和后腿16，平行四连杆机构绕前轴46转动，后腿16向上移动，后脚传感器17(k8)与前脚传感器5(k6)同步接触到楼梯台阶，推杆30固定端向下移动停止。

3、闭合电机31开关k13(正向)，电机31连接螺杆35转动，驱动座椅架25前移动至接触限位开关34(k9)停止。

4、电机43开关k4(反向)闭合，同步电机31开关k13(反向)闭合，电机43连接螺杆2反向转动，电机31连接螺杆35反向转动，电机31与电机43同步，机架11向前移动至接触限位开关32(k17)停止。

5、闭合推杆28开关k3(正向)，推杆28固定端连接机架11向下移动至后轮18与后轮传感器19(k12)(常开)接触到楼梯台阶时，闭合电机27开关55(k16)(正向)，电机27连接减速器26连接螺杆14连接下拉杆架22连接上拉杆21和后轮立杆20平行四连杆机构绕销轴10向上转动，至驱动轮41，万向轮47、前轮传感器9k11与后轮18、后轮传感器19(k12)同步接触到楼梯台阶，推杆28固定端向下移动停止。下第二级台阶反复上述动作。

6、当下到前脚是地面后脚是最后一级楼梯台阶时，闭合电机43开关k4(正向)，电机43连接螺杆2转动，滑动机架7连接滑动机架机构向前移动至限位开关36(k10)打开停止。

7、闭合推杆30开关k5(正向)，推杆30固定端向下移动，至后脚传感器17(k8)接触到楼梯台阶时k8(常开)闭合，同时闭合电机6开关k7(反向)，电机6连接蜗轮减速机3连接前轴46连接下拉杆23连接上拉杆24和后腿16平行四连杆机构绕前轴46转动，后腿16向上移动后脚传感器17(k8)与前脚传感器5(k6)同步接触到楼梯台阶，推杆30固定端向下移动停止。(同第16步)

8、闭合电机31开关k13(正向)，电机31连接螺杆35转动，驱动座椅25前移动至接触限位开关34(k9)停止。(同第17步)

9、电机43开关k4反向闭合，同步电机31开关k13反向闭合，电机43连接螺杆2反向转动，电机31连接螺杆35反向转动，电机31与电机43同步，机架11向前移动至接触限位开关32(k17)停止。(同第18步)

10、闭合推杆28开关k3，推杆28固定端连接机架11向下移动至后轮18与后轮传感器19(k12)(常开)接触到楼梯台阶时，闭合电机27(反向)开关k16，电机27连接减速器连接螺杆14连接下拉杆架22连接上拉杆21和后轮立杆20平行四连杆机构绕销轴10向上转动，至驱动轮41，万向轮47、前轮传感器9(k11)与后轮18、后轮传感器19(k12)同步接触到楼梯台阶，推杆28固定端向下移动停止。(同第19步)

四、自转弯程序

驱动电机42通过螺栓连接在驱动轮41中心上，驱动电机42的轴通过螺母连接在驱动轮叉轴38上，驱动轮叉轴38连接转向手轮37，驱动轮叉轴38插入机架11组成转动副，万向轮47通过螺栓连接在机架11上，作为机器人行驶的动力，操作转向手轮37可以转向。驱动轮41、万向轮47、后轮18完成行驶转向功能。当需要小转弯转向时，推杆30动杆端收缩到最小时，前腿套管4、后腿16距地面距离40mm，下落转向支架15使后轮18离开地面。机器人由驱动轮41、万向轮47、转向支架15三点支撑。驱动轮41绕转向支架15自转弯。

Claims (4)

1.一种自动行驶、上下楼梯载人机器人，包括行驶机构，滑动机架机构，座椅推进机构，自转弯机构，控制电路机构，其特征在于：

在行驶机构中，机架上通过螺栓连接推杆固定端，机架与上拉杆一端和下拉杆架一端通过销轴连接，分别组成转动副，后轮立杆与上拉杆另一端和下拉杆架另一端通过销轴连接，分别组成转动副，机架、上拉杆、下拉杆架、后轮立杆构成平行四连杆机构；推杆动杆端通过螺栓连接滑道架，滑道架通过螺栓连接滑道，推杆动杆端连接滑道架和滑道；驱动轮连接驱动轮叉轴插入机架组成转动副，驱动轮叉轴连接转向手轮，万向轮通过螺栓连接在机架上，转向支架通过销轴连接在后轮立杆上，组成转动副并构成自转弯行驶机构；

在滑动机架机构中，推杆固定端通过螺栓连接蜗轮减速机，蜗轮减速机两侧通过螺栓连接两个前腿套管，前轴穿过两个前腿套管和蜗轮减速机，前轴键连接蜗轮减速机，前轴两端键连接滑动机构下拉杆一端，前腿套管通过销轴连接滑动机构上拉杆一端组成转动副，后腿通过销轴连接滑动机构上拉杆和滑动机构下拉杆另一端，分别组成转动副，前腿套管、滑动机构上拉杆、后腿和滑动机构下拉杆构成平行四连杆机构；推杆动杆端通过螺栓连接滑道机架，滑道机架通过螺栓连接滑动轴承，滑道连接滑动轴承，电机连接螺杆旋入滑动机架，螺杆与滑动机架组成螺杆副；

在座椅推进机构中，座椅架通过螺栓连接滑动轴承，滑道连接滑动轴承，电机连接螺杆，螺杆旋入座椅架，组成螺杆副。

2.根据权利要求1所述的自动行驶、上下楼梯载人机器人，其特征在于：行驶机构的滑道架通过螺栓连接滑道，滑道穿过连接在滑道机架上的滑动轴承，同时穿过连接在座椅架上的滑动轴承，滑道将行驶机构、滑动机架机构和座椅推进机构连接在一起。

3.根据权利要求1所述的自动行驶、上下楼梯载人机器人，其特征在于：座椅推进机构中，电动机连接螺杆旋入座椅架，座椅架连接滑动轴承，电机传动连接螺杆。

4.根据权利要求1所述的自动行驶、上下楼梯载人机器人，其特征在于：行驶机构中，驱动电机通过螺栓连接在驱动轮中心上，驱动电机的轴通过螺母连接在驱动轮叉轴上，驱动轮叉轴插入机架组成转动副，驱动轮叉轴连接转向手轮，作为从动轮的万向轮通过螺栓连接在机架上。

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