一种交替步进式爬楼装置的制作方法

1.本发明涉及爬楼设备技术领域，尤其涉及一种交替步进式爬楼装置。


背景技术：

2.爬楼装置作为一种辅助运输装置，具有爬楼功能，可用于高层搬运货物，减轻搬运工人的工作负荷，节省大量的人力。也可以用于承装轮椅上、下楼，满足老年人或残障人士的使用需要，改善老年人及残障人士的生活质量。
3.目前市场上，爬楼装置多以履带式、轮组式和步进式为主，而履带式爬楼装置在进行爬楼运动时，受力集中于楼梯的棱角处。但对于普通的居民楼，楼梯多数为水泥材质，履带对于楼梯棱角的损害较大，并且上楼过程中仍然存在抖动颠簸，安全性较低。而轮组式爬楼装置采用的是杠杆原理，在上楼过程中冲击感强、舒适度差，且只安全性及稳定性较低，不适于载人。步进式爬楼装置相较于上述两种形式，由于其上楼过程中传动平稳、冲击小且适于不同高度类型的楼梯而得到了广泛的应用。
4.然后，现有的步进式爬楼装置多为半自动爬楼装置，上楼过程中，重心稍微倾斜向下，需要外力辅助才能上、下楼，无法解放人力，且无法满足孤寡老人的使用需求，因此丞需一种自动爬楼装置，无需人力辅助就可实现自动上、下楼，以满足不同人群的使用需求。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种交替步进式爬楼装置，解决了现有技术中爬楼装置重心靠下需人力辅助上、下楼，不能自动上、下楼的技术问题。
7.(二)技术方案
8.为了达到上述目的，本发明提供了一种交替步进式爬楼装置，具体技术方案如下：
9.一种交替步进式爬楼装置，包括：
10.机架；
11.前爬楼机构，设于机架前端，包括第一曲柄机构和第二曲柄机构；
12.前驱动机构，通过传动机构与第一曲柄机构和第二曲柄机构相连，前驱动机构工作能够带动与传动机构相连的第一曲柄机构和第二曲柄机构交替上、下楼梯；
13.高度驱动机构，设于机架后端；
14.后滚轮机构，可移动地连接于机架后端，并与高度驱动机构相连，高度驱动机构工作能够带动后滚轮机构沿机架的高度方向移动，以使机架后端与机架前端高度一致；
15.后滚轮机构还适于上、下楼梯。
16.进一步，后滚轮机构包括：
17.伸缩架，滑动连接于机架上，并与高度驱动机构相连，高度驱动机构工作能够带动伸缩架沿机架的高度方向移动；
18.后转轴，转动连接于伸缩架底部，后转轴两端分别套设有后滚轮，后滚轮与后转轴
固定连接；
19.后驱动机构，与后转轴相连，后驱动机构工作能够带动后转轴和后滚轮同步转动，以实现上、下楼梯。
20.进一步，还包括摆杆机构，包括：
21.滑杆，设于伸缩架上；
22.摆杆电机，设于滑杆上；
23.曲柄，一端与摆杆电机相连，另一端与摆杆的中部相铰接，摆杆一端滑动连接于滑杆上，摆杆电机工作能够带动与曲柄铰接的摆杆的另一端抵接于楼梯上，以辅助后滚轮机构上、下楼梯。
24.进一步，伸缩机构为电动推缸，电动推缸延伸方向与机架的高度方向一致；
25.电动推缸固定端设于机架的顶部，动力输出端与伸缩架相连，电动推缸工作能够带动伸缩架滑动。
26.优选地，传动机构为链条传动机构，包括：
27.主动转轴，转动连接于机架上，与前驱动机构相连，前驱动机构工作能够带动主动转轴旋转；
28.主动链轮，套设于主动转轴的端部，并与主动转轴固定连接；
29.从动转轴，设于机架上；
30.从动链轮，套设于从动转轴的外周，并与从动转轴固定连接，从动链轮通过链条与主动链轮传动连接；
31.第一曲柄机构和第二曲柄机构设于从动转轴的两端；
32.前驱动机构工作能够带动主转动轴和主动链轮同步转动，以带动与主动链轮传动连接的从动链轮转动，以驱动第一曲柄机构和第二驱动机构动作。
33.进一步，前驱动机构和后驱动机构结构相同；
34.前驱动机构包括前驱动电机，前驱动电机通过前差速器与主动转轴相连，前驱动电机工作能够带动主动转轴转动；
35.后驱动机构包括后驱动电机，后驱动电机通过后差速器与后转轴相连，后驱动电机工作能够带动后转轴及设于后转动端部的后滚轮转动。
36.进一步，第一曲柄机构和第二曲柄机构结构相同，包括第一连杆和第二连杆；
37.第一连杆一端可固定地套设于从动链轮转轴的端部，另一端与第二连杆一端铰接，第二连杆的另一端滑动连接于机架上。
38.进一步，第二连杆上设置有导向槽，导向槽与第二连杆的延伸方向一致；
39.机架的底部设置有导向轴，导向轴的两端滑动连接于第一曲柄机构和第二曲柄机构的第二连杆的导向槽内。
40.进一步，第一曲柄机构和第二曲柄机构上还设有前滚轮；
41.前滚轮可转动地套设于前转轴的外周，前转轴设于第二连杆远离第一连杆的一端；
42.前滚轮上还设置有双向棘爪，前转轴的端部设置有棘轮，双向棘爪与齿轮相啮合，能够限定前滚轮的旋转方向。
43.进一步，还包括制动机构，包括：
44.制动棘轮，套设于从动转轴的外周，与从动转轴固定连接，并位于从动链轮和机架之间；
45.制动棘爪，一端转动连接于机架上，另一端能够与制动棘轮双向啮合，以限定制动棘轮正转或反转，进而限制与制动棘轮固定连接的从动转轴转动，以对第一曲柄机构和第二曲柄机构进行制动。
46.(三)有益效果
47.本发明所公开的交替步进式爬楼装置，能够有效解决现有技术的不足。
48.本发明中，前爬楼机构包括第一曲柄机构和第二曲柄机构，前驱动机构通过传动机构带动第一曲柄机构和第二曲柄机构交替上、下楼梯。上、下楼梯时，高度驱动机构启动带动后滚轮机构沿机架高度方向移动，调节机架的重心位置不变，使机架前、后端高度一致，避免重心偏移导致倾翻。当到达设定高度后，后爬楼机构还适于上、下楼梯，完成爬楼。本发明提供的交替步进式爬楼装置可通过控制前驱动机构、高度调节机构和后爬楼机构协调动作完成自动上、下楼梯，可用于搬运货物，也可作为轮椅使用。当用于货物
49.搬运时，货物的重心位置不变，始终处于竖直状态，可实现货物的自动搬运，解放了人力，且提高了搬运效率。当作为轮椅使用时，无需人力辅助，可满足行走不便或孤寡老人的使用需求。
附图说明
50.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定，在附图中：
51.图1为具体实施方式中实施例一的交替步进式爬楼装置的第一视角的结构示意图；
52.图2为具体实施方式中实施例一的前爬楼机构、前驱动机构和传动机构的结构示意图；
53.图3为具体实施方式中实施例一的交替步进式爬楼装置的第二视角的结构示意图；
54.图4为具体实施方式中实施例一的后驱动机构和后滚轮的结构示意图；
55.图5为具体实施方式中实施例一和实施例二的传动机构的结构示意图；
56.图6为具体实施方式中实施例一和实施例二的第一曲柄机构和第二曲柄机构的结构示意图；
57.图7为具体实施方式中实施例一和实施例二的前滚轮及双向棘爪和棘轮的结构示意图；
58.图8为具体实施方式中实施例一的摆杆机构的结构示意图；
59.图9为具体实施方式中实施例二的交替步进式爬楼装置的结构是一体；
60.图10为具体实施方式中实施例二的摆杆机构的结构示意图；
61.图11为具体实施方式中实施例二的后驱动机构及后滚轮的结构示意图。
62.【附图标记说明】
63.1、机架；
64.2、前爬楼机构；
65.210a、第一曲柄机构；210b、第二曲柄机构；
66.211、第一连杆；212、第二连杆；213、导向槽；
67.220、前滚轮；230、前转轴；240、棘轮；
68.250、双向棘爪；251、第一棘爪；252、第二棘爪；253、推板；254、弹簧；
69.260、传动机构；261、主动转轴；262、主动链轮；263、从动转轴；264、从动链轮；265、链条；
70.270、前驱动机构；271、前驱动电机；272、前差速器；
71.3、高度驱动机构；
72.4/4'、后滚轮机构；
73.410/410'、后转轴；420/420'、后滚轮；
74.430/430'、后驱动机构；431/431'、后驱动电机；432、后差速器；
75.440/440'、伸缩架；
76.5/5'、摆杆机构；510、滑杆；520/520'、摆杆电机；530、曲柄；540、摆杆；550、滑块；
77.560'、四连杆机构；561'、第一连杆；562'、第二连杆；563'、第三连杆；564'、连板；
78.570'、连接杆；
79.6、控制器；7、导向轴；
80.8、制动机构；810、制动棘轮；820、制动棘爪。
具体实施方式
81.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
82.在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。
83.实施例一
84.参见图1至图8，本实施例提供了一种交替步进式爬楼装置，包括机架1、前爬楼机构2、高度驱动机构3、后滚轮机构4和控制器6。前爬楼机构2设于机架1的前端，包括第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b，前驱动机构270通过传动机构260与第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b相连，前驱动机构270工作能够带动第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b交替式上、下楼梯。高度驱动机构3设于机架1的后端，后滚轮机构4可移动地连接于机架1后端，并与高度驱动机构3相连，高度驱动机构3工作能够带动后滚轮机构4沿机架1的高度方向滑动，以使机架1后端高度与机架1前端高度一致，以使机架1的重心位置不变，后滚
轮机构4还适于上、下楼梯。控制器6与前驱动机构270、高度驱动机构3和后滚轮机构4通讯连接，控制器6上设置有预设程序，通过控制器6按预设程序控制前驱动机构270、高度驱动机构3和后滚轮机构4启停，带动第一曲柄机构210a、第二曲柄机构210b、后滚轮机构4协同动作，完成爬楼。
85.具体使用时，基于交替步进式爬楼装置位于第一预设位置，第一预设位置即楼梯底部位置，控制前驱动机构270启动带动第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b交替式上、下楼梯，同时控制高度驱动机构3启动，带动后滚轮机构4沿机架1的高度方向移动，调节机架1的后端高度，使机架1的前、后端高度一致，以使机架1重心位置不变。当前爬楼机构2攀爬至第二预设位置时，第二预设位置为第三层楼梯位置，控制后滚轮机构4启动上、下楼梯。当前爬楼机构2的第一曲柄机构210a或第二曲柄机构210b位于第三位置时，第三预设位置为楼梯顶部，控制前驱动机构270停止，高度驱动机构3启动，在后滚轮机构4上、下楼梯时，高度驱动机构3带动后滚轮机构沿机架1向上移动，以使机架1后端高度与前端高度一致。本实施例中，通过将后滚轮机构4可移动地设于机架1上，在高度驱动机构3的带动下沿机架1的高度方向移动，以使机架1的前、后端高度一致，使重心始终处于机架1的几何中心位置，可防止重心偏移导致交替步进式爬楼装置倾翻。使用过程中，通过控制器6控制前驱动机构270、高度驱动机构3和后爬楼机构4的启停实现自动上、下楼梯，提高了交替步进式爬楼装置的自动化程度。交替步进式爬楼装置可作为搬运货物的输送装置，也可作为轮椅使用，使用范围广，可满足不同场景的使用需求。
86.具体地，参见3及图4，后滚轮机构4包括伸缩架440、后转轴410、后滚轮420和后驱动机构430，伸缩架440滑动连接于机架1上，并与高度驱动机构3相连，伸缩架440的延伸方向与机架1的高度方向一致，高度驱动机构3工作能够带动伸缩架440沿机架1的高度方向滑动。进一步，后驱动机构430包括后驱动电机431和后差速器432，后驱动电机431通过后差速器432与后转轴410相连，后转轴410的两端设置有后滚轮420。后滚轮420上设置有方孔，后转轴410的端部对应设置有方轴，后滚轮420通过方孔套设于后转轴410的方轴的外周，以实现后滚轮420与后转轴410的固定连接，后驱动电机431工作能够带动后转轴410和后滚轮420同步转动。本实施例中，后转轴410分为两个后半转轴，两个后半转轴间通过后差速器432相连，能够带动两个后半转轴及设于后半转轴上的后滚轮420差速转动。
87.进一步，参见图1、图3及图8，还包括摆杆机构5，包括滑杆510、摆杆电机520、曲柄530和摆杆540。其中，滑杆510设于伸缩架440上，摆杆电机520设于滑杆510上，摆杆电机520的动力输出轴与曲柄530一端相连，曲柄530另一端与摆杆540的中部相铰接，摆杆540一端通过滑块550滑动连接于滑杆510的外周，摆杆电机520工作能够带动曲柄530转动，进而带动与曲柄530相铰接的摆杆540的另一端抵接于楼梯上，以辅助后滚轮420上、下楼梯。控制器6分别与后驱动电机431和摆杆电机520相连，通过控制器6控制后驱动电机431和摆杆电机520的启停，带动后滚轮420和摆杆540协同动作以完成后滚轮机构4上、下楼梯。
88.进一步，本实施例中高度驱动机构3为电动推缸，电动推缸的延伸方向与机架1的高度方向一致。具体地，电动推缸的固定端设于机架1的顶部，动力输出端与伸缩架440相连，电动推缸工作能够带动伸缩架440沿机架1的高度方向滑动，以实现机架1后端高度调节。电动推缸还与控制器6通讯连接，通过控制器6控制电动推缸的启停，进而带动伸缩架440沿机架1滑动，以使机架1前、后端高度一致。
89.本发明中，高度驱动机构3不限于电动推缸，其它能够带动伸缩架440沿机架1高度方向的机构，例如滚珠丝杠、气缸、液压缸、齿轮齿条等均在本发明的保护范围内。
90.本实施例中，参见图2及图5，传动机构260对称设于机架的左右两端，为链条传动机构，包括主动链轮262、主动转轴261、从动链轮264和从动转轴263。具体地，主动转轴261的两端分别通过轴承转动连接于机架1的左右两端，主动链轮262套设于主动转轴261的外周，并通过平键与主动转轴261固定连接，并位于机架1内侧。从动转轴263的中心部位通过轴承转动连接于机架1上，从动链轮264套设于从动转轴263的外周，并通过平键与从动转轴263固定连接，也位于机架1内侧，从动链轮264与主动链轮262通过链条265传动连接，前驱动机构与主动转轴261相连。进一步，从动转轴263的两端设有方轴，第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b上对应设置有方孔，第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b分别通过方孔套设于从动转轴263端部方轴的外周，以实现第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b与从动转轴263的固定连接，前驱动机构270工作，带动主动转轴261和主动链轮262转动，主动链轮262通过链条265带动从动链轮264转动，进而带动第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b交替式抵接于楼梯上。本实施例中，第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b模仿人左、右脚设置，实现步行式爬楼动作，动作平稳，具有良好的客户体验度。
91.本实施例中，前驱动机构270与后驱动机构430的结构相同，包括前驱动电机271，前驱动电机271通过前差速器272与主动转轴261相连。对应地，主动转轴261也分为左主动转轴和右主动转轴，左主动转轴和右主动转轴间通过前差速器272相连，前驱动电机271工作能够带动左主动转轴和右主动转轴差速转动，进而与左、右主动转轴相连的前爬楼机构2差速转动。前驱动电机271与控制器6通讯连接，可通过控制器6控制前驱动电机271的启停。
92.作为优选方案，参见图1、图2及图6，第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b结构相同，均包括第一连杆211和第二连杆212，第一连杆211的一端套设于从动转轴263的外周，并与从动转轴263固定连接，另一端与第二连杆212的一端铰接，第二连杆212的另一端滑动连接于机架1上。作为优选方案，第二连杆212的上设置有导向槽213，导向槽213的延伸方向与第二连杆212的延伸方向一致，机架1上对应设置有导向轴7，导向轴7的两端分别滑动连接于第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b的第二连杆212的导向槽213内，以实现第二连杆212与机架1的滑动连接。本实施例中，第一曲柄机构210a和第二曲柄机210b的初始位置不同，成对称式设置，以实现第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b交替式上、下楼梯。
93.进一步，参见图7，第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b的第二连杆212的端部还设置有前转轴230，前滚轮220通过轴承转动连接于前转轴230的外周。前转轴230的端部还设置有棘轮240，前滚轮220上对应设置有双向棘爪250，双向棘爪250能够与棘轮240相啮合，以限定前滚轮220的滚动方向。具体地，双向棘爪250包括推板253、第一棘爪251和第二棘爪252。其中，第一棘爪251和第二棘爪252对称设置，第一棘爪251一端转动连接于前滚轮220上，第一棘爪251的另一端一侧通过弹簧254与前滚轮220连接，另一侧能够与棘轮240相啮合。同样的，第二棘爪252一端转动连接于前滚轮220上，第二棘爪252另一端一侧通过弹簧254与前滚轮220连接，另一侧能够与棘轮240相啮合。推板253滑动连接于前滚轮220上，并置于第一棘爪251和第二棘爪252之间，推板253适于在第一棘爪251和第二棘爪252之间双向滑动。
94.在爬楼时，推动推板253向第一棘爪251方向滑动时，推板253推动第一棘爪251与
棘轮240解除啮合，第二棘爪252仍与棘轮240相啮合，前滚轮220顺时针旋转，以保证爬楼时前滚轮220向前滚动。当第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b位于第三预设位置时，推动推板253至中位，第一棘爪251在弹簧254的弹簧力的作用下复位与棘轮240相啮合，第二棘爪252仍与棘轮240啮合，前滚轮220双向制动，以保证后滚轮机构4爬楼时，前爬轮机构2不动作，保证了爬楼时的安全性。下楼时，推动推板253向第二棘爪252方向滑动时，推板253推动第二棘爪252与棘轮240解除啮合，第一棘爪251仍与棘轮240相啮合，前滚轮220只能逆时针旋转，以实现下楼时前滚轮220向前滚动，完成下楼操作。本实施例中，通过控制推板253的移动方向，进而控制前滚轮220的转动方向，避免上、下楼梯时前滚轮220反向转动导致滑落，进而提高了交替步进式爬楼装置的使用安全性。
95.进一步，参见图2，还包括制动机构8，用于对第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b进行制动。具体地，制动机构8包括制动棘轮810和制动棘爪820，其中制动棘轮810通过平键套设于从动转轴263的外周，制动棘爪8208一端转动连接于机架1上，另一端能够与制动棘轮820双向啮合，以限定制动棘轮820正转或反转。具体到本实施例中，爬楼时，制动棘爪820与制动棘轮810反向啮合，制动棘轮810正常转动。当前爬楼机构2攀爬至楼梯顶部时，制动棘爪820与制动棘轮810正向啮合，制动棘轮810不转动，进而限定从动转轴263的转动，以限制第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b动作。本实施例中，通过设置制动机构8对第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b进行机械制动，以防止前驱动电机271出现故障，通过控制器6不能控制前驱动电机271停止，导致第一曲柄机构210a和第二曲柄机构210b继续动作出现事故，对本实施例的交替步进式爬楼装置进行机械防护，保证了使用安全性。
96.实施例二
97.本实施例与实施例一不同之处仅在于后滚轮机构和摆杆机构的结构不同，其它部分均与实施例一的结构相同。
98.参见图9及图10，本实施例中摆杆机构5'包括摆杆电机520'及对称设置的四连杆机构560'，两个四连杆机构560'通过连接杆570'相连，摆杆电机520'与其中一个四连杆机构560'相连。具体地，四连杆机构560'包括第一连杆561'、第二连杆562'、第三连杆563'及连板564'。其中，第一连杆561'为l型连杆，第一连杆561'一端垂直设于伸缩架440'上，第二连杆562'和第三连杆563'一端分别与第一连杆561'铰接，另一端与连板564'铰接，摆杆电机520'设于第一连杆561'上，动力输出端与第二连杆562'相连，连接杆570'的两端分别与两个四连杆机构560'的连板564'相连，摆杆电机520'工作能够带动与其相连的四连杆机构560'的第二连杆562'转动，进而带动连板564'摆动，连板564'通过连接杆570'将动力传递给另一个四连杆机构560'的连板564'上，以使两个四连杆机构560'同步摆动，同时两个四连杆机构560'的连板564'均抵接于楼梯上，以辅助后滚轮机构4'上、下楼梯。本实施例中，连板564'带动连接杆570'转动时，需要一定的空间，因此后滚轮机构4'对应设置为分体结构。
99.具体地，参见图11，后滚轮机构4'包括对称设置的后滚轮420'、后转轴410'和后驱动结构430'。后转轴410'可转动地设于伸缩架440'的底部，后滚轮420'通过平键固定套设于后转轴410'的一端，后转轴410'另一端与后驱动机构430'相连，后驱动机构430'工作能够带动后转轴410'及后滚轮420'转动。进一步，后驱动机构430'具体为后驱动电机431'，后驱动电机431'设于伸缩架440'上，后驱动电机431'的动力输出轴为花键轴，后转轴410'上
对应设置有花键槽，花键轴插接于花键槽内以实现后驱动电机431'与后转轴410'的连接。
100.上述为本发明的自动爬楼梯装置的具体结构，应用上述装置上、下楼梯时，只需通过控制器6控制前驱动机构270和后驱动机构430的驱动电机、摆杆电机443和高度驱动机构3的启停、带动对应的第一曲柄机构210a、第二曲柄机构210b、摆杆442和后滚轮420协调动作就可完成上、下楼梯。上、下楼梯时，机架1前端和后端高度始终一致，重心始终处于机架1的中心位置，无需外力辅助，提高了装置的自动化程度，可满足不同场景的使用需求。通过控制推板253的滑动方向，进而实现控制前滚轮220转动方向的目的，可避免交替步进式爬楼装置滑落，提高了爬楼装置的使用安全性。
101.以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都涵盖在本发明的保护范围内。