一种爬楼小车原地转向装置及其作业方法

1.本发明涉及爬楼机器人技术领域，具体为一种爬楼小车原地转向装置及其作业方法。


背景技术：

2.人们在日常生活中，需要携带货物爬楼，当货物的重量过大、或者人力所不能及的情况下，需要借助相应的工具，一般常用爬楼小车进行。在经过狭小楼道平台时一些爬楼小车往往原地转向比较困难。
3.运输货物繁多时一般采用爬楼小车运送，中国专利公开号为cn212047631u公开了一种全方位水平姿态爬楼机器人机械系统,该机械系统重心调节机构的直线滑轨损坏时维修较困难，需定期加注导轨油，转向机构使用旋转气缸只能实现0—180度转向，高度调节机构使用丝杠调节升起高度，不易实现准确的速度控制和定位精度，传动效率低。在经过狭小楼道平台需要原地转向时无法实现，转向机构人工成本较高，无法满足大量生产需求。
4.中国专利公开号为cn216266144u的专利公开了一种升降机构及爬楼机器人，由于爬楼机器人在经过狭小楼道平台时需要转向，该专利所述爬楼机器人仅仅只有升降机构并无原地转向装置，在经过狭小楼道平台时并不能实现原地转向。
5.中国专利公开号为cn114044061a的专利公开了一种爬楼机器人，该机器人转向系统通过控制电机的转速来实现整个机构的转向。电机旋转带动驱动滚轮，驱动滚轮带动履带实现转向，该转向系统转弯半径过大，在经过狭小楼道平台时无法实现原地转向。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术存在的技术问题，本发明提出了一种爬楼小车原地转向装置及其作业方法。
7.本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
8.一种爬楼小车原地转向装置，包括车体、平衡机构、升降转向机构、双头螺柱，所述平衡机构通过驱动轴和随动轴分别连接于所述车体下底面的第一安装支架和第二安装支架上，所述平衡机构的对称轴线与所述车体的对称轴线重合；所述升降转向机构通过所述双头螺柱连接于所述车体下底面的中间位置，所述升降转向机构的几何中心与所述车体的几何中心重合。
9.作为本发明的进一步改进，所述平衡机构包括驱动链轮、链条、配重、随动链轮、驱动电机，所述驱动链轮固定连接于所述驱动轴上，所述随动链轮固定连接于所述随动轴上，所述驱动电机通过联轴器与所述驱动轴连接，所述链条啮合于所述驱动链轮和所述随动链轮，所述配重通过圆柱销连接于所述链条上。
10.作为本发明的进一步改进，所述升降转向机构包括上底盘、销轴一、连接杆件一、连接轴一、连接杆件二、销轴二、连接轴二、电缸、万向轮、下底盘、连接杆件三、连接轴三、连接轴四、连接杆件四、螺钉。
11.作为本发明的进一步改进，所述连接杆件一的一端与所述连接轴一的一端空套相连，所述连接轴一的另一端嵌入所述上底盘侧边的凹槽内，所述连接杆件一的另一端和所述连接杆件四的一端与所述连接轴二的一端空套相连，所述连接杆件一与所述连接杆件二通过所述销轴一连接。
12.作为本发明的进一步改进，所述连接杆件二的一端通过所述销轴二连接于所述上底盘侧边上，所述连接杆件二的另一端和所述连接杆件三的一端与所述连接轴三空套相连。
13.作为本发明的进一步改进，所述电缸的一端与所述连接轴二通过铰链连接，所述电缸的另一端通过铰链与所述连接轴四相连，所述万向轮通过所述螺钉连接于所述下底盘的下方。
14.作为本发明的进一步改进，所述连接杆件三与所述连接杆件四通过所述销轴一连接，所述连接杆件四的另一端与所述连接轴四的一端空套相连，所述连接轴四的另一端嵌入所述下底盘侧边的凹槽内，所述连接杆件三的另一端通过所述销轴二连接于所述下底盘的侧边上。
15.一种爬楼小车原地转向装置的作业方法，应用上述的一种爬楼小车原地转向装置，包括以下步骤：
16.步骤(一)升起：电缸推出，驱动升降转向机构伸展，驱动车体升起，直到升降转向机构中的万向轮触地；
17.步骤(二)平衡：根据车体所载货物重量的失衡情况，驱动电机带动平衡机构中的链条上的配重前后移动，实现车体平衡；
18.步骤(三)转向：用扶手控制车体实现原地转向；
19.步骤(四)下降：电缸缩回，驱动升降转向机构收缩，驱动车体下降，直到车体底部两侧的履带触地。
20.本发明的有益效果是：
21.本发明通过采用电缸控制升降转向机构，可精确的控制升降的高度，电缸具有较高的刚性，抗冲击力较好，寿命长，人工维护成本低；采用电机控制平衡机构，可以精确调节配重的移动，实现快速平衡；升降转向机构结构简单，可靠性高，占用空间小，修理方便。总的来讲，本发明实现了爬楼小车原地零半径转向，克服了现有爬楼机构需大尺寸半径转向的难题，解决了机械式爬楼机构的关键共性技术。
附图说明
22.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
23.图1为本发明的整体结构示意图；
24.图2为本发明的平衡机构的主视图；
25.图3为本发明的配重的局部放大图；
26.图4为本发明的升降转向机构的主视图；
27.图5为本发明的升降转向机构的侧视图。
28.图中：101、车体；102、扶手；103、双头螺柱；104、第一安装支架；105、驱动轴；106、驱动电机；107、平衡机构；108、升降转向机构；109、第二安装支架；110、随动轴；111、履带；
201、驱动链轮；202、链条；203、配重；204、随动链轮；301、圆柱销；401、上底盘；402、销轴一；403、连接杆件一；404、连接轴一；405、连接杆件二；406、销轴二；407、连接轴二；408、电缸；409、万向轮；410、下底盘；411、连接杆件三；412、连接轴三；413、连接轴四；414、连接杆件四；501、螺钉。
具体实施方式
29.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。
30.如图1所示，一种爬楼小车原地转向装置，包括车体101、平衡机构107、升降转向机构108、双头螺柱103，所述平衡机构107通过驱动轴105和随动轴110分别连接于车体101下底面的第一安装支架104和第二安装支架109，所述平衡机构107的对称轴线与所述车体101的对称轴线重合；所述升降转向机构108通过所述双头螺柱103连接于车体101下底面的中间位置，所述升降转向机构108的几何中心与所述车体101的几何中心重合。通过所述双头螺柱103连接所述车体101可以实现多次拆装并且不会损坏被联接件，所述平衡机构107的对称轴线与所述车体101的对称轴线重合以及所述升降转向机构108的几何中心与所述车体101的几何中心重合增加了爬楼小车的稳定性。
31.如图2所示，所述平衡机构107包括驱动链轮201、链条202、配重203、随动链轮204、驱动电机106，所述驱动链轮201连接于所述驱动轴105并与之固定，所述随动链轮204连接于随动轴110并与之固定，所述驱动电机106通过联轴器与驱动轴105连接，所述链条202啮合于所述驱动链轮201和所述随动链轮204，所述配重203连接于所述链条202。
32.如图3所示，所述配重203通过所述圆柱销301连接于所述链条202上。通过所述圆柱销301将所述配重203与所述链条202连接能够方便拆卸，以便选择不同的配重来适应不同的工作环境。
33.如图4所示，所述升降转向机构108包括上底盘401、连接杆件一403、连接杆件二405、连接杆件三411、连接杆件四414、销轴一402、销轴二406、连接轴一404、连接轴二407、连接轴三412、连接轴四413、螺钉501、万向轮409、下底盘410、电缸408，所述连接杆件二405的一端通过销轴二406连接于所述上底盘401的侧边，所述连接杆件二405的另一端和所述连接杆件三411的一端与连接轴三412空套相连；所述连接杆件一403的一端与所述连接轴一404的一端空套相连，所述连接轴一404的另一端嵌入所述上底盘401侧边的凹槽内，所述连接杆件一403的另一端和所述连接杆件四414的一端与所述连接轴二407的一端空套相连，所述连接杆件一403与所述连接杆件二405通过所述销轴一402连接；所述连接杆件三411与所述连接杆件四414通过所述销轴一402连接，所述连接杆件四414的另一端与所述连接轴四413的一端空套相连，所述连接轴四413的另一端嵌入所述下底盘410侧边的凹槽内，所述连接杆件三411的另一端通过所述销轴二406连接于所述下底盘410的侧边；所述电缸408的一端与所述连接轴二407通过铰链连接。
34.如图5所示，所述电缸408的另一端通过铰链与所述连接轴四413相连，所述万向轮409通过所述螺钉501连接于所述下底盘410的下方。通过铰链将所述电缸408与所述连接轴四413、连接轴二407连接可以实现低磨损、高寿命。
35.本发明的优势在于可以实现爬楼小车原地零半径转向。
36.一种爬楼小车原地转向装置的作业方法，应用上述的一种爬楼小车原地转向装置，包括以下步骤：
37.步骤(一)升起：电缸408推出，驱动升降转向机构108伸展，驱动车体101升起，直到升降转向机构108中的万向轮409触地。
38.步骤(二)平衡：根据车体101所载货物重量的失衡情况，驱动电机106带动平衡机构107中的链条202上的配重203前后移动，实现车体101平衡。
39.步骤(三)转向：用扶手102控制车体101实现原地转向。
40.步骤(四)下降：电缸408缩回，驱动升降转向机构108收缩，驱动车体101下降，直到车体101底部两侧的履带111触地。
41.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种爬楼小车原地转向装置，包括车体(101)、平衡机构(107)、升降转向机构(108)、双头螺柱(103)，其特征在于：所述平衡机构(107)通过驱动轴(105)和随动轴(110)分别连接于所述车体(101)下底面的第一安装支架(104)和第二安装支架(109)上，所述平衡机构(107)的对称轴线与所述车体(101)的对称轴线重合；所述升降转向机构(108)通过所述双头螺柱(103)连接于所述车体(101)下底面的中间位置，所述升降转向机构(108)的几何中心与所述车体(101)的几何中心重合。2.根据权利要求1所述的一种爬楼小车原地转向装置，其特征在于：所述平衡机构(107)包括驱动链轮(201)、链条(202)、配重(203)、随动链轮(204)、驱动电机(106)，所述驱动链轮(201)固定连接于所述驱动轴(105)上，所述随动链轮(204)固定连接于所述随动轴(110)上，所述驱动电机(106)通过联轴器与所述驱动轴(105)连接，所述链条(202)啮合于所述驱动链轮(201)和所述随动链轮(204)，所述配重(203)通过圆柱销(301)连接于所述链条(202)上。3.根据权利要求1所述的一种爬楼小车原地转向装置，其特征在于：所述升降转向机构(108)包括上底盘(401)、销轴一(402)、连接杆件一(403)、连接轴一(404)、连接杆件二(405)、销轴二(406)、连接轴二(407)、电缸(408)、万向轮(409)、下底盘(410)、连接杆件三(411)、连接轴三(412)、连接轴四(413)、连接杆件四(414)、螺钉(501)。4.根据权利要求3所述的一种爬楼小车原地转向装置，其特征在于：所述连接杆件一(403)的一端与所述连接轴一(404)的一端空套相连，所述连接轴一(404)的另一端嵌入所述上底盘(401)侧边的凹槽内，所述连接杆件一(403)的另一端和所述连接杆件四(414)的一端与所述连接轴二(407)的一端空套相连，所述连接杆件一(403)与所述连接杆件二(405)通过所述销轴一(402)连接。5.根据权利要求3所述的一种爬楼小车原地转向装置，其特征在于：所述连接杆件二(405)的一端通过所述销轴二(406)连接于所述上底盘(401)侧边上，所述连接杆件二(405)的另一端和所述连接杆件三(411)的一端与所述连接轴三(412)空套相连。6.根据权利要求3所述的一种爬楼小车原地转向装置，其特征在于：所述电缸(408)的一端与所述连接轴二(407)通过铰链连接，所述电缸(408)的另一端通过铰链与所述连接轴四(413)相连，所述万向轮(409)通过所述螺钉(501)连接于所述下底盘(410)的下方。7.根据权利要求3所述的一种爬楼小车原地转向装置，其特征在于：所述连接杆件三(411)与所述连接杆件四(414)通过所述销轴一(402)连接，所述连接杆件四(414)的另一端与所述连接轴四(413)的一端空套相连，所述连接轴四(413)的另一端嵌入所述下底盘(410)侧边的凹槽内，所述连接杆件三(411)的另一端通过所述销轴二(406)连接于所述下底盘(410)的侧边上。8.一种爬楼小车原地转向装置的作业方法，其特征在于：应用权利要求1至7中任一项所述的一种爬楼小车原地转向装置，包括以下步骤：步骤(一)升起：电缸(408)推出，驱动升降转向机构(108)伸展，驱动车体(101)升起，直到升降转向机构(108)中的万向轮(409)触地；步骤(二)平衡：根据车体(101)所载货物重量的失衡情况，驱动电机(106)带动平衡机构(107)中的链条(202)上的配重(203)前后移动，实现车体(101)平衡；步骤(三)转向：用扶手(102)控制车体(101)实现原地转向；
步骤(四)下降：电缸(408)缩回，驱动升降转向机构(108)收缩，驱动车体(101)下降，直到车体(101)底部两侧的履带(111)触地。

技术总结
本发明涉及爬楼机器人技术领域，具体为一种爬楼小车原地转向装置及其作业方法，装置包括车体、平衡机构、升降转向机构、双头螺柱；平衡机构包括驱动链轮、链条、配重、随动链轮、驱动电机，通过驱动轴和随动轴分别连接于车体下底面的安装支架和安装支架，其对称轴线与车体的对称轴线重合；升降转向机构包括上底盘、连接杆件、销轴、连接轴、螺钉、下底盘、电缸，以及万向轮，通过双头螺柱连接于车体下底面的中间位置，其几何中心与车体的几何中心重合。本发明采用电缸控制升降转向机构，电机控制平衡机构，在爬楼小车经过狭小楼道平台时，可实现原地零半径转向，克服了现有爬楼机构需大尺寸半径转向的难题，解决了机械式爬楼机构的关键共性技术。性技术。性技术。


技术研发人员：刘有余 方钊 胡国栋 鹿松松 李红伟
受保护的技术使用者：安徽工程大学
技术研发日：2023.05.20
技术公布日：2023/9/6