一种基于电磁吸附转向的爬楼梯机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，更具体为一种基于电磁吸附转向的爬楼梯机器人。

背景技术：

机器人作为一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器。对不同任务和特殊环境的适应性，也是机器人与一般自动。化装备的重要区别。非结构环境中的多功能全自主的移动机器人技术多年来一直是机器人研究中的热点问题之一，但是非结构环境给移动机器人的运动造成了自主决策和路径规划的困难，越障机器人的研究对扩展机器人的作业空间，在人不能到达或不便到达的环境中进行作业，具有重要的意义。越障机器人还可用于工业中的一些险难作业，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。其中，移动机器人从事各项事务响应任务时，楼梯是人造环境中的最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之一。

针对各种不同的运动环境，一直以来移动机器人所采用的运动方式大体包括轮式、履带式、足式等。国外对爬楼梯装置的研究开始得相对较早,最早的专利是1892年美国的bray发明的爬楼梯轮椅。此后，各国纷纷开始投入此项研究，其中美国、英国、德国和日本占主导地位，技术相对比较成熟，且有一些产品已经投入市场使用。我国对此类装置的研究虽然起步较晚，但近年来也涌。现了很多这方面的专利，然而投入实际使用的还很少。总结目前国内外现有的爬楼梯装置和专利,按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式、轮组式、步行式爬楼梯装置。下面分别对国外、国内各种类型装置的发展作简要介绍，并分析其各自优缺点。

目前一些工厂使用的机器人多采用轮式或履带式机器人，轮式机器人又有普通轮及麦克纳姆轮式。其中普通轮式机器人通过连杆式转向机构实现转向的，结构简单。履带式机器人也可通过连杆式转向机构实现转向，履带轮具有接地压力小，但所需的牵引力较大，也因为履带的结构特点使其具有良好的爬坡能力。履带由主动轮驱动，围绕着主动轮、负重轮、诱导轮和拖带轮的柔性链环。履带由履带板和履带销组成。履带销将各履带板连接起来构成履带链环。履带式爬楼梯机器人和普通轮式爬楼梯机器人在爬楼梯时依靠摩擦力来克服自身重力，存在一定的安全隐患，在工作过程中可能出现打滑、跌落等现象。为此，需要设计一个新的方案给予改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于电磁吸附转向的爬楼梯机器人，解决了背景技术中所提出的问题，满足实际使用需求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于电磁吸附转向的爬楼梯机器人，包括：机器人机身和侧爪支撑机构，所述机器人机身的内部设置有支撑柱机构，所述支撑柱机构包括转向电机、内花键轴、外花键轴、主轴盖板、电磁铁、复位弹簧、主轴和支撑板，所述内花键轴的下端与外花键轴连接、内花键轴的上端与转向电机的动力输出端连接，所述机器人机身的顶部且位于转向电机的两侧分别设置有电机固定架，所述电机固定架采用螺栓二分别与机器人机身和转向电机固定连接；

所述侧爪支撑机构对称且转动连接在机器人机身的两侧，所述侧爪支撑机构包括连接块和外侧臂，所述外侧臂呈阶梯型且下端与支撑板处于同一水平高度，所述外侧臂接近连接块的一端设置有连接臂，所述连接块的侧壁上设置有两个连接槽，所述连接槽内分别安装有上短轴和下短轴，所述上短轴与下短轴的两端分别安装有关节轴承且通过关节轴承与连接块转动连接，所述连接臂与上短轴和下短轴转动连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述外花键轴的上端与内花键轴的下端嵌合连接，且外花键轴的下端活动连接有主轴盖板，所述主轴盖板采用螺栓三和螺母水平固定在机器人机身的内壁上，所述外花键轴的下端向下延伸并与电磁铁固定连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述机器人机身的内部开设有限位槽，所述复位弹簧置于限位槽内且上端与电磁铁固定连接、复位弹簧的下端连接有机身轴承，所述机身轴承与限位槽的内底部镶嵌连接，所述主轴的上端与机身轴承转动连接、下端与支撑板的顶面中部连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述机器人机身的两侧分别设置有两个向内凹陷的固定槽，位于下方的两个固定槽内安装有侧臂内短轴，所述侧臂内短轴的两端分别设置有关节轴承且通过关节轴承与固定轴转动连接，所述侧臂内短轴的两端延伸至固定槽外且采用螺栓四固定。

作为本发明的一种优选实施方式，所述连接块的侧壁靠近机器人机身的一端连接有两个与固定槽对应的连接套管，位于下方的所述连接套管与侧臂内短轴转动连接，所述机器人机身的内部且位于固定槽的上方安装有关节驱动电机，所述关节驱动电机与位于上方的连接套管传动连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述连接块的顶部一侧安装有外侧臂电机，所述上短轴的上安装有连接键且上端轴的上端向上延伸并连接有电机轴，所述外侧臂电机的动力输出端与电机轴连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述机器人机身呈椭圆环形，且顶部采用螺栓一固定连接有机身上盖板。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明，利用支脚进行行走和攀爬大大提高了机器人爬楼梯过程的稳定性。而且结构简单易于控制和检修，制造成本也不会超过现有爬楼梯机器人的制造成本。在工作时，只要根据工作需要设定好程序就可以通过简单的操作控制机器人工作。具有工作稳定，效率高，安全性高，可行性强，应用范围广泛等优点。具体可应用于家庭，大中小型公司，工厂等环境。且其操作简单，不需要专门学习相关知识，可适用于各类人群。应用前景广阔，在未来工业快速发展的时代有很的发展前景。

附图说明

图1为本发明所述基于电磁吸附转向的爬楼梯机器人的结构图一；

图2为本发明所述基于电磁吸附转向的爬楼梯机器人的结构图二；

图3为本发明所述机器人机身的截面图。

图中:11、机身上盖板；12、螺栓一；13、机器人机身；14、主轴；15、支撑板；16、转向电机；17、螺栓二；18、电机固定架；21、连接块；22、外侧臂电机；23、外侧臂；24、电机轴；25、关节轴承；26、连接键；27、上短轴；28、螺栓三；29、下短轴；31、关节驱动电机；32、内花键轴；33、外花键轴；34、主轴盖板；36、螺母；37、电磁铁；38、螺栓四；40、侧臂内短轴；41、复位弹簧；42、机身轴承。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于电磁吸附转向的爬楼梯机器人，包括：机器人机身13和侧爪支撑机构，机器人机身13的内部设置有支撑柱机构，支撑柱机构包括转向电机16、内花键轴32、外花键轴33、主轴盖板34、电磁铁37、复位弹簧41、主轴14和支撑板15，内花键轴32的下端与外花键轴33连接、内花键轴32的上端与转向电机16的动力输出端连接，机器人机身13的顶部且位于转向电机16的两侧分别设置有电机固定架18，电机固定架18采用螺栓二17分别与机器人机身13和转向电机16固定连接，通过转向电机16来带动机器人机身13做转向运动；

侧爪支撑机构对称且转动连接在机器人机身13的两侧，侧爪支撑机构包括连接块21和外侧臂23，外侧臂23呈阶梯型且下端与支撑板15处于同一水平高度，外侧臂23接近连接块21的一端设置有连接臂，连接块21的侧壁上设置有两个连接槽，连接槽内分别安装有上短轴27和下短轴29，上短轴27与下短轴29的两端分别安装有关节轴承25且通过关节轴承25与连接块21转动连接，连接臂与上短轴27和下短轴29转动连接，侧爪支撑机构从两侧来对机器人机身13进行支撑，在进行爬楼梯动作的时候，侧爪支撑机构先与上层台阶接触，然后在带动机器人机身13向上移动。

由控制系统和执行系统两大部分组成，即由控制系统进行计算和控制执行系统的工作状态，由执行系统进行相应的操作以实现我们所想达到的目的。控制系统主要部分为单片机。当电磁铁驱动器接收一个脉冲信号，它就驱动电磁铁吸附和分离，同时机器人内部步进电机接收脉冲信号旋转一定的角度实现机器人的转向，它的旋转是以固定的角度一步步运行的。通过控制系统里单片机的运算，对执行系统输入相应的命令，然后执行系统中的步进电机转动一定的角度，带动机器人总成转动，以达到我们的工作目的

进一步改进地，外花键轴33的上端与内花键轴32的下端嵌合连接，且外花键轴33的下端活动连接有主轴盖板34，主轴盖板34采用螺栓三28和螺母36水平固定在机器人机身13的内壁上，外花键轴33的下端向下延伸并与电磁铁37固定连接，外花键轴33与内花键轴32连接后可以进行一定程度的伸缩调节。

进一步改进地，机器人机身13的内部开设有限位槽，复位弹簧41置于限位槽内且上端与电磁铁37固定连接、复位弹簧41的下端连接有机身轴承42，机身轴承42与限位槽的内底部镶嵌连接，主轴14的上端与机身轴承42转动连接、下端与支撑板15的顶面中部连接，电磁铁37通电后对主轴14上端的金属板进行吸附并带动支撑板15与主轴14上移，在电磁铁37断电后复位弹簧41推动金属板下移，使支撑板15与主轴14复位，利用电磁吸附转向装置爬楼梯动作通过简单的升降和侧爪的辅助运动完成。

进一步改进地，机器人机身13的两侧分别设置有两个向内凹陷的固定槽，位于下方的两个固定槽内安装有侧臂内短轴40，侧臂内短轴40的两端分别设置有关节轴承25且通过关节轴承25与固定轴转动连接，侧臂内短轴40的两端延伸至固定槽外且采用螺栓四38固定，连接块21通过侧壁内短轴与机器人机身13转动连接。

进一步改进地，连接块21的侧壁靠近机器人机身13的一端连接有两个与固定槽对应的连接套管，位于下方的连接套管与侧臂内短轴40转动连接，机器人机身13的内部且位于固定槽的上方安装有关节驱动电机31，关节驱动电机31与位于上方的连接套管传动连接，通过关节驱动电机31来驱动连接块21，使连接块21进行转动。

进一步改进地，连接块21的顶部一侧安装有外侧臂23电机22，上短轴27的上安装有连接键26且上端轴的上端向上延伸并连接有电机轴24，外侧臂23电机22的动力输出端与电机轴24连接，通过外侧壁电机来驱动外侧壁，使外侧壁转动，达到调节的效果。

具体地，机器人机身13呈椭圆环形，且顶部采用螺栓一12固定连接有机身上盖板11。

本发明在使用时，在有台阶的工作条件下，本设计的机器人通过单片机程序控制以及传感器对地形状况的识别，当遇到台阶时程序控制电磁铁37断电机器人机体升高，两侧爪伸出支撑在上一级台阶上，当侧爪固定后程序控制电磁铁37通电，机器人主轴14收缩入机体内部，侧爪通过关节转动将机身移动到上一级台阶表面，在转角处通过程序控制机器人内部的步进电机旋转一定的步距角，以此往复循环实现多级台阶的攀爬。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。

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