连续撑跃式台阶攀爬机器人的多轴同步电传控制结构.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201620500819.9 (22)申请日 2016.05.27 (73)专利权人 佐扶智能科技 （上海） 有限公司 地址 201600 上海市浦东新区泥城镇新城 路2号3幢N8888室 (72)发明人 朱柳军 李全喜 陈佐夫 董彬 丁伟中 翁朝栋 (74)专利代理机构 上海申浩律师事务所 31280 代理人 乐卫国 (51)Int.Cl. A61G 5/06(2006.01) A61G 5/10(2006.01) (54)实用新型名称 连续撑跃式台阶攀爬机器人的多轴同步电 传。

2、控制结构 (57)摘要 本实用新型公开了一种连续撑跃式台阶攀 爬机器人的多轴同步电传控制结构， 包括两组动 力减速电机、 两组位角同步编码传感器、 以及多 轴同步控制驱动电路； 连续撑跃式台阶攀爬机器 人的前、 后撑杆轴分别与两组动力减速电机连 接， 两组位角同步编码传感器分别设置在连续撑 跃式台阶攀爬机器人的前、 后撑杆轴上， 两组位 角同步编码传感器均与多轴同步控制驱动电路 连接， 多轴同步控制驱动电路分别连接并控制两 组动力减速电机。 本实用新型采用同步驱动机构 来保证前、 后撑杆之间始终保持旋向、 旋角同步 一致， 确保了连续撑跃式台阶攀爬机器人前后同 步起降的安全平稳姿态。 权利要求。

3、书1页 说明书4页 附图8页 CN 205964321 U 2017.02.22 CN 205964321 U 1.连续撑跃式台阶攀爬机器人的多轴同步电传控制结构， 其特征在于， 包括两组动力 减速电机、 两组位角同步编码传感器、 以及多轴同步控制驱动电路； 连续撑跃式台阶攀爬机 器人的前、 后撑杆轴分别与两组动力减速电机连接， 两组位角同步编码传感器分别设置在 连续撑跃式台阶攀爬机器人的前、 后撑杆轴上， 两组位角同步编码传感器均与多轴同步控 制驱动电路连接， 多轴同步控制驱动电路分别连接并控制两组动力减速电机； 前、 后撑杆轴 分别在两组动力减速电机的驱动下转动， 同时前、 后撑杆轴上的位。

4、角同步编码传感器给出 的位角编码信息， 分别传送至多轴同步控制驱动电路， 经多轴同步控制驱动电路处理后再 反馈给前、 后动力减速电机， 作出相应的转速调整， 使前、 后撑杆轴同步转动。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 205964321 U 2 连续撑跃式台阶攀爬机器人的多轴同步电传控制结构 技术领域 0001 本实用新型涉及一种台阶攀爬机构， 具体来说涉及一种连续撑跃式台阶攀爬机器 人的多轴同步电传控制结构。 背景技术 0002 2015年9月9日， 在全球老龄工作领域有着重要影响的国际性非政府组织-国际助 老会发布了名为 2015全球老龄事业观察指数 的报告。 报告说， 全球60。

5、岁及以上人口约 9.01亿， 占世界人口12.3。 到2030年这一比例将达到16.5。 报告称目前中国是世界上老 龄人口最多的国家有2.09亿， 另外由于各种灾难和疾病造成的残障人士也逐年增加。 而轮 椅是老年人以及残障人士必不可少的代步工具， 普通轮椅只能平地行走， 不能上下阶梯。 为 解决这一问题目前市场上研究出具有攀爬功能的智能轮椅车， 主要为履带式和星轮式， 其 缺点是安全稳定性差且上下阶梯必须要他人协助。 这也是履带式和星轮式轮椅尽管实用新 型专利很多， 但是真正实施和推广很少的主要原因。 因此， 也有一些人想到了设计一种腿足 式的全方位水平姿态爬楼机器人及零半径转向、 爬楼方法。。

6、 但由于其结构复杂、 移动速度 慢， 对不同台阶高度的自适应性差， 也未能得到推广。 0003 比如， 名称为 “全方位水平姿态爬楼机器人及零半径转向、 爬楼方法” ， 申请号为 “CN201310285367.8” 的在先申请， 描述了这样的特征 “本实用新型提供了一种全方位水平 姿态爬楼机器人， 包括下台面及位于其上方的上台面， 在下台面的下方设有带动其升降的 至少两组下台面升降机构， 在上台面的下方设有带动其升降的至少四组上台面升降机构， 其特征在于： 下台面与上台面在水平方向上前后错开， 在下台面与上台面之间设有支撑转 动板， 支撑转动板底部设有直线移动单元， 直线移动单元的底部设于下。

7、台面上， 在上台面上 设有转动机构， 转动机构与支撑转动板固定连接。 ” 由上述描述可以看出， 整个爬行机构和 爬行方法都很复杂， 腿足多、 整个传动关系繁琐导致 移动速度慢， 且对不同楼梯的自适应 性差， 安全可靠性得不到保障。 因此该实用新型并不实用。 0004 又比如， 中国专利公告号为CN 104925162 B公开了一种电动爬楼机器人， 包括： 爬 楼机台， 该爬楼机台上纵向设置有两通槽； 爬楼机台的下部对称设置有两油马达， 任一油马 达的出力轴均与一丝杠相连接， 丝杠安装于爬楼机台上； 两个丝杠当中， 每个丝杠均贯穿一 油缸， 油缸内具有与所述丝杠相适配的内螺纹， 油缸与丝杠构成螺。

8、纹传动副； 所述油缸的顶 部与一离合器固定连接， 离合器位于通槽内部， 离合器的顶端放置有载人板， 油缸通过离合 器带动载人板移动； 其中， 两个油缸通过活塞杆的伸缩与前后交替运动实现上楼。 但是这种 结构在爬楼时， 重心不稳， 存在安全隐患。 0005 本申请人申请了一种连续撑跃式台阶攀爬机器人， 其中前、 后撑杆之间需要始终 保持旋向、 旋角同步一致， 确保了轮椅车身前后同步起降的安全平稳姿态。 因此保证前后撑 杆旋向、 旋角同步一致的机构设计， 就显得尤为重要。 实用新型内容 说 明 书 1/4 页 3 CN 205964321 U 3 0006 针对上述问题， 本实用新型的目的在于提供。

9、一种连续撑跃式台阶攀爬机器人的多 轴同步电传控制结构， 以使连续撑跃式台阶攀爬机器人在爬升过程中， 前、 后撑杆之间始终 保持旋向、 旋角同步一致， 确保了轮椅车身前后同步起降的安全平稳姿态。 0007 为了实现上述目的， 本实用新型的技术方案如下： 0008 连续撑跃式台阶攀爬机器人的多轴同步电传控制结构， 其特征在于， 包括两组动 力减速电机、 两组位角同步编码传感器、 以及多轴同步控制驱动电路； 连续撑跃式台阶攀爬 机器人的前、 后撑杆轴分别与两组动力减速电机连接， 两组位角同步编码传感器分别设置 在连续撑跃式台阶攀爬机器人的前、 后撑杆轴上， 两组位角同步编码传感器均与多轴同步 控制驱。

10、动电路连接， 多轴同步控制驱动电路分别连接并控制两组动力减速电机。 0009 前、 后撑杆在前、 后动力减速电机的驱动下， 分别随着前、 后撑杆轴做圆周运动， 同 时通过撑杆轴上的位角同步编码传感器给出的位角编码信息， 分别传送至多轴同步控制 驱动电路， 经多轴同步控制驱动电路处理后再反馈给前、 后动力减速电机， 作出相应的转速 调整， 使前、 后撑杆位角同步。 0010 本实用新型采用同步驱动机构来保证前、 后撑杆之间始终保持旋向、 旋角同步一 致， 确保了连续撑跃式台阶攀爬机器人前后同步起降的安全平稳姿态。 0011 本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚 地。

11、了解。 附图说明 0012 图1为连续撑跃式台阶攀爬机器人的示意图。 0013 图2为支撑架体的示意图。 0014 图3为连续撑跃式台阶攀爬机器人的另一方向示意图。 0015 图4为连续撑跃式台阶攀爬机器人的示意图。 0016 图5为连续撑跃式台阶攀爬机器人爬升台阶时的状态示意图。 0017 图6为连续撑跃式台阶攀爬机器人爬升台阶时的状态示意图。 0018 图7为连续撑跃式台阶攀爬机器人爬升台阶时的状态示意图。 0019 图8为连续撑跃式台阶攀爬机器人爬升台阶时的状态示意图。 0020 图9为连续撑跃式台阶攀爬机器人爬升台阶时的状态示意图。 0021 图10为连续撑跃式台阶攀爬机器人爬升台阶时。

12、的状态示意图。 0022 图11为同步驱动机构的原理示意图。 0023 各附图中的标号表示如下： 0024 1轮椅座、 2支撑架体、 3控制器、 4水平调节电推杆、 5变距电推杆、 6平台平衡连杆、 7 前平衡连杆、 8后平衡连杆、 9前动力驱动轮、 10后动力驱动轮、 11前撑杆、 12后撑杆、 13、 圆弧 过渡结构、 14圆弧过渡结构、 15多轴同步控制驱动电路、 16水平移动电推杆、 17脚踏板、 18前 动力减速电机、 19后动力减速电机、 20前撑杆位角编码器、 21后撑杆位角编码器、 22前悬侧 梁、 23后悬侧梁、 24前撑杆轴、 25后撑杆轴、 26前超声距离探测器、 27后。

13、超声距离探测器、 28 前转向侧架横梁、 29后主轴。 具体实施方式 说 明 书 2/4 页 4 CN 205964321 U 4 0025 为了使本实用新型实现的技术手段、 创作特征、 达成目的与功效易于明白了解， 下 面结合具体实施例进一步阐述本实用新型。 0026 在本实用新型的描述中， 术语 “左端、 右端、 前端、 后端、 左侧、 右侧、 向内、 向外” 等 仅仅是为了方便描述和限定， 而不能理解为对本实用新型的限制。 0027 参见图1-4， 本实用新型公开了一种连续撑跃式台阶攀爬机器人， 包括支撑架体2 和设置在支撑架体上的支撑平台； 支撑平台可以用于放置物品， 也可以用以坐人。。

14、 本实施例 以坐人为例， 支撑平台为一轮椅座1。 0028 轮椅座1包括坐垫、 靠背和扶手， 轮椅座1通过导轨或者滑块可以前后移动的设置 在支撑架体2上， 且轮椅座1与驱动其前后移动的水平移动电推杆16连接。 当使用者需要坐 在上面时， 可以通过调节水平移动电推杆16， 带动轮椅座1向前移动， 方便使用者坐下。 0029 支撑架体2包括前、 后支撑联动组件， 前、 后支撑联动组件分别与前、 后悬侧梁(22、 23)的一端连接， 前、 后悬侧梁(22、 23)的另一端铰接在一起； 前、 后支撑联动组件之间还设 置有变距电推杆5， 前、 后悬侧梁(22、 23)与变距电推杆5形成三角架体， 通过变。

15、距电推杆5的 伸缩运动改变前、 后动力驱动轮的轮距， 来适应楼梯梯步步距。 0030 前支撑联动组件包括前撑杆轴24、 两个分别设置在前撑杆轴24两端的前撑杆11； 后支撑联动组件包括后撑杆轴25、 两个分别设置在后撑杆轴25两端的后撑杆12。 前、 后支撑 联动组件之间通过同步驱动机构连接； 参见图11， 同步驱动机构包括两组分别用以驱动两 个撑杆轴转动的前、 后动力减速电机(18、 19)、 两组分别设置在两个撑杆轴上的位角同步编 码传感器(20、 21)、 以及多轴同步控制驱动电路15； 两组位角同步编码传感器(20、 21)均与 多轴同步控制驱动电路15连接， 多轴同步控制驱动电路15。

16、分别连接并控制两组动力减速电 机(18、 19)。 前、 后撑杆(11、 12)在前、 后动力减速电机(18、 19)的驱动下， 围绕撑杆轴(24、 25)做圆周运动， 同时通过撑杆轴上的位角同步编码传感器(20、 21)给出的位角编码信息， 分别传送至多轴同步控制驱动电路15， 经多轴同步控制驱动电路15处理后， 经过A路驱动反 馈给 后动力减速电机19， 作出相应的转速调整， 经过B路驱动反馈给前动力减速电机18， 作 出相应的转速调整， 达到前、 后撑杆位角同步的目的。 前、 后撑杆(11、 12)的前端均为圆弧过 渡结构(13、 14)。 0031 两个后动力驱动轮10设置在后主轴29。

17、上， 后主轴29通过轴承连接后撑杆轴25上； 两个前动力驱动轮9设置在前转向侧架横梁28上， 前转向侧架横梁28通过轴承连接前撑杆 轴24上。 后动力驱动轮10、 前动力驱动轮9分别通过独立的电机控制。 且前撑杆11长度大于 前动力驱动轮9的直径； 后撑杆12长度大于后动力驱动轮10的直径。 0032 在前转向侧架横梁28上设置有前超声距离探测器26， 在后主轴29上设置有后超声 距离探测器27。 前超声距离探测器26、 后超声距离探测器27用以检测动力驱动轮与台阶垂 直梯面的间距。 另外， 需要指出的是， 支撑平台(轮椅座1)与前转向侧架横梁28之间设置有 平台平衡连杆6， 通过平台平衡连杆。

18、6带动支撑平台与前转向侧架横梁28同步运动； 前转向 侧架横梁28与后主轴29之间依次通过前平衡连杆7、 后平衡连杆8连接， 通过前平衡连杆7和 后平衡连杆8带动前转向侧架横梁28与后主轴29同步运动。 在座椅姿态调整过程中， 平台平 衡连杆6、 前平衡连杆7、 后平衡连杆8通过联动作用， 将前转向侧架横梁28下的前超声距离 探测器26调整至与台阶垂直梯面垂直， 将位于轮椅后主轴上的后超声距离探测器27调整至 与台阶垂直梯面垂直。 说 明 书 3/4 页 5 CN 205964321 U 5 0033 前转向侧架横梁28上设置有脚踏板17。 0034 轮椅座1与支撑架体之间还设置有用以调节支撑。

19、平台角度的水平调节电推杆4； 通 过水平调节电推杆4可以调节轮椅座1的倾斜角度。 在水平调节电推杆4上设置有倾角传感 器， 实现自动调控， 即在爬升过程中， 支撑架体2与轮椅座1之间的角度在不断变化， 倾角传 感器将该信息传输给控制装置， 控制装置控制水平调节电推杆4做伸缩运动， 以保证轮椅座 1始终保持水平状态。 0035 本实用新型的控制器3安装在轮椅座1的右扶手上， 以方便使用者操作。 0036 本实用新型的使用过程如下： 0037 第一、 二阶台阶的爬升： 预先通过调节变距电推杆5来改变前、 后动力 驱动轮(9、 10)的轮距， 来适应台阶面的宽度。 控制连续撑跃式台阶攀爬机器人后退，。

20、 位于后主轴29上 的后超声距离探测器27开始自动检测， 至合适距离时， 通过控制系统控制连续撑跃式台阶 攀爬机器人停下， 连续撑跃式台阶攀爬机器人处于爬楼准备状态。 后撑杆轴25转动， 带动后 撑杆12翻转至上一阶台阶， 后撑杆轴25继续转动， 在台阶面对后撑杆12的反作用力下， 后撑 杆12慢慢竖立撑起来， 后撑杆轴25、 后动力驱动轮10逐渐上升， 直至后撑杆12与台阶面垂 直， 此时后动力驱动轮10离地； 然后后撑杆轴25继续转动， 后撑杆12向后倾斜， 后撑杆轴25、 后动力驱动轮10逐渐下降， 直至后动力驱动轮10落地， 后动力驱动轮10完成第一阶台阶的 爬升。 然后， 采用相同的。

21、原理， 后动力驱动轮10带动连续撑跃式台阶攀爬机器人后退， 通过 后超声距离探测器27的定位， 再进行爬升， 后动力驱动轮10完成第二阶台阶的爬升。 此时， 连续撑跃式台阶攀爬机器人的前动力驱动轮10靠近第一阶台阶并准备爬升第一阶台阶。 0038 参见图5-10， 中间台阶的爬升： 控制连续撑跃式台阶攀爬机器人后退， 位于后主轴 29上的后超声距离探测器27开始自动检测， 至合适距离时， 通过控制系统控制连续撑跃式 台阶攀爬机器人停下， 连续撑跃式台阶攀爬机器人处于爬楼准备状态。 后撑杆轴25转动， 带 动后撑杆12翻转至上一阶台阶， 后撑杆轴25继续转动， 在台阶面对后撑杆12的反作用力下，。

22、 后撑杆12慢慢竖立撑起来， 后撑杆轴25、 后动力驱动轮10逐渐上升， 直至后撑杆12与台阶面 垂直， 此时后动力驱动轮10离地； 然后后撑杆轴25继续转动， 后撑杆12向后倾斜， 后撑杆轴 25、 后动力驱动轮10逐渐下降， 直至后动力驱动轮10落地， 后动力驱动轮10完成一阶台阶的 爬升。 同理， 在这个过程中， 同步地， 前撑杆轴24与后撑杆轴25同步转动， 前撑杆11翻转至上 一阶台阶， 前撑杆轴24继续转动， 在台阶面对前撑杆11的反作用力下， 前撑杆11慢慢竖立撑 起来， 前撑杆轴24、 前动力驱动轮9逐渐上升， 直至前撑杆11与台阶面垂直， 此时前动力驱动 轮9离地； 然后前撑。

23、杆轴24继续转动， 前撑杆11向后倾斜， 前撑杆轴24、 前动力驱动轮9逐渐 下降， 直至前动力驱动轮9落地； 完成一阶台阶的攀爬。 0039 在前动力驱动轮9经过最后两时台阶时， 后撑杆轴25、 后撑杆12不再运 动， 采用相 同的原理， 前撑杆轴24、 前撑杆11带动前动力驱动轮9完成爬升。 0040 以上显示和描述了本实用新型的基本原理、 主要特征和本实用新型的优点。 本行 业的技术人员应该了解， 本实用新型不受上述实施例的限制， 上述实施例和说明书中描述 的只是本实用新型的原理， 在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各 种变化和改进， 这些变化和改进都落入要求保护的本实。

24、用新型的范围内。 本实用新型要求 的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。 说 明 书 4/4 页 6 CN 205964321 U 6 图1 说 明 书 附 图 1/8 页 7 CN 205964321 U 7 图2 说 明 书 附 图 2/8 页 8 CN 205964321 U 8 图3 说 明 书 附 图 3/8 页 9 CN 205964321 U 9 图4 说 明 书 附 图 4/8 页 10 CN 205964321 U 10 图5 图6 说 明 书 附 图 5/8 页 11 CN 205964321 U 11 图7 图8 说 明 书 附 图 6/8 页 12 CN 205964321 U 12 图9 图10 说 明 书 附 图 7/8 页 13 CN 205964321 U 13 图11 说 明 书 附 图 8/8 页 14 CN 205964321 U 14 。