[发明专利]一种全方位水平姿态爬楼机器人机械系统及方法

权利要求书

1.一种全方位水平姿态爬楼机器人机械系统，其特征在于，包括前进单元组、垂直运动单元组、固定焊接架(1)、转向机构、重心调节机构和高度调节机构，其中：

前进单元组，由控制器控制的动力滚筒(15)带动的行进轮(14)；

垂直运动单元组，由套筒(16)连接动力滚筒(15)和丝杠(13)，丝杠连接固定电缸(12)至固定焊接架(1)上；

转向机构，包括连接在固定焊接架(1)上的转向的旋转气缸(19)和支撑架(21)；

重心调节机构，连接在固定焊接架(1)上直线滑轨(11)和重心调节块(17)；

高度调节机构，连接在固定焊接架(1)顶部的升降架连接件(4)、活塞式电缸(6)和承载重物的载物台(7)；

通过控制器控制前进单元组行进，控制器控制靠近楼梯的垂直运动单元组固定电缸(12)升降，控制行进轮(14)升起与楼梯等高，通过重心调节机构移动改变重心，随后将其余行进轮(14)依次升起与楼梯等高；

通过控制器控制旋转气缸(19)进行角度旋转；

通过控制器控制剪叉式升降架的高度调节。

2.根据权利要求1所述的一种全方位水平姿态爬楼机器人机械系统，其特征在于，所述前进单元组的动力滚筒(15)带动的行进轮(14)至少有三组，各组行进轮(14)为一对，由连接轴连接。

3.根据权利要求1所述的一种全方位水平姿态爬楼机器人机械系统，其特征在于，所述固定焊接架(1)为双层框架结构，旋转气缸(19)连接于框架底部，升降架连接件(4)连接于框架顶部，直线滑轨(11)横跨于框架中部连接在框架两端。

4.根据权利要求1所述的一种全方位水平姿态爬楼机器人机械系统，其特征在于，所述垂直运动单元组中，套筒(16)滚动连接在每个动力滚筒(15)内侧的连接轴上；固定电缸(12)上部通过固定垫片(18)固定在固定焊接架(1)上。

5.根据权利要求1所述的一种全方位水平姿态爬楼机器人机械系统，其特征在于，所述转向机构的旋转气缸(19)通过连接在固定焊接架(1)底部的旋转气缸连接座(21)连接，支撑架(21)连接在旋转气缸(19)下方，支撑架(21)为框形架。

6.根据权利要求1所述的一种全方位水平姿态爬楼机器人机械系统，其特征在于，所述高度调节机构包括设于升降架连接件(4)上下方的载物台(7)和升降架底座(2)；载物台(7)和升降架底座(2)上分别设有滑槽；升降架连接件(4)为剪刀叉形结构，在剪刀叉的一端设有贯穿滑槽的连杆(23)，剪刀叉的另一端分别固定在载物台(7)和升降架底座(2)上。

7.根据权利要求6所述的一种全方位水平姿态爬楼机器人机械系统，其特征在于，所述贯穿升降架底座(2)上滑槽的连杆(23)上连接有活塞式电缸(8)，活塞式电缸(8)的活塞杆连接在连杆(23)上，活塞式电缸(8)的活塞缸连接在升降架底座(2)端部。

8.根据权利要求1所述的一种全方位水平姿态爬楼机器人机械系统，其特征在于，所述控制器安装在固定焊接架(1)上，动力滚筒(15)上安装有与控制器连接的传感器。

9.一种全方位水平姿态爬楼机器人机械系统的爬楼方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)直线行走时，前进单元中的三组动力滚筒(15)带动行进轮(14)行走；

2)爬楼运动时，控制器根据传感器感应位置信号，控制最靠近楼梯的一组电动缸(12)带动丝杠(13)连接动力滚筒(15)向上升起，第一组行进轮(14)升起至与第一级楼梯等高，其余两组动力滚筒(15)前进，使第一组行进轮与第一级楼梯接触，同时重心调节块(17)移动改变重心保持稳定；

前进到一定距离后，第二组电动缸(12)驱动，使第二组行进轮(14)上升到与第一级楼梯等高，同时其余两组动力滚筒(15)前进，使第二组行进轮与第一级楼梯接触，同时重心调节块(17)再次移动；

再次前进一定距离，使第三组行进轮(14)上升到与第一级楼梯等高，同时其余两组动力滚筒(15)提供前进动力，使第三组行进轮成功稳定地与第一级楼梯接触，同时重心调节块(17)再次移动，依次循环重复，爬楼运动完成；

3)进行转向运动时，机器人机械系统整体位于水平面上，三组升降机构丝杠(13)同时进行上升，至支撑架(21)完全与地面接触，三组升降机构处于悬空状态，稳定后，控制器根据传感器感应位置信号控制旋转气缸(19)进行角度旋转，转向完成后，升降机构丝杠(13)同步下降，至完全接触到地面停止；

4)高度调节时，控制器控制活塞式电缸(8)活塞杆(6)往复运动，带动推杆(3)左右移动，同时带动推杆(3)上的连接剪杆(4)相对绕连杆(23)转动，完成高度调节。