爬楼梯装置及利用该装置上下楼梯的方法

摘要

本发明的爬楼梯装置，涉及运输机械领域。该爬楼梯装置包括车体、平移装置、升降装置、电控磁力吸盘、地面吸盘装置、摆杆平衡机构、舵机、摇杆、平衡杆、铁质板、地面铁质板；2组电控磁力吸盘在平移装置和升降装置组合运动驱使下交替与各台阶立面的铁质板吸附，从而可以带动车体实现攀爬楼梯动作。本发明旨在解决原有技术中爬楼梯装置耗能大、速度慢、平稳性低的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及运输机械领域，特指一种爬楼梯装置及利用该装置上下楼梯的方法。

背景技术

为解决多类人群上下楼梯困难的问题，公开(公告)号为111422273A的发明专利《一种爬楼梯装置及系统》公开了一种采用电磁吸盘与楼梯上铁质板吸附的爬楼梯装置，为以往的爬楼梯装置缺乏有效的防坠落措施难题提供了一种解决方法。图1是参照该专利的一种爬楼梯装置实施示意图，在爬楼过程中，2组升降推杆组003同时伸长并将车体001升起并且高于台阶平面，2组电动推杆002伸长并带动2组电控磁力吸盘004同时与楼梯立面的铁质板吸附，然后2组升降推杆组003收缩使车体001悬空；随后2组电动推杆002收缩从而带动车体001移动至楼梯平面之上。转动电机005的作用为当爬楼梯装置在到达平层前或由平层下台阶时，转动电机旋转90度角，使电控磁力吸盘004吸附面朝向地面，以便与地面的铁质板吸附。

可以看出在车体001悬空时，车体的电动推杆002与一端吸附在铁质板上的电控磁力盘004构成了一种悬臂梁支撑结构，为了使结构更稳定，原方案采用了双推杆做为梁体，磁盘吸附面为最大应力点；此种构造为实现安全可靠支撑就需要增加电控磁力吸盘004的电能以得到足够磁场，如果此爬楼梯装置由蓄电池作为动力源，则大大缩短了该装置连续工作时间。

而且采用悬臂梁支撑结构不仅需要增加梁体质量和强度以提高承载能力，同时悬臂梁结构上因承载动载荷，易产生晃动，装置在该阶段运行时难以提高速度。

原方案采用2组吸盘同时、逐级吸附各级台阶上的铁质板，2组升降推杆组003同时、逐级在台阶上升降的方式，而不是推杆组带动2组吸盘分别、交替、按台阶顺序依次的方式，从而造成动作繁冗、攀爬速度降低、能量浪费增加的结果。

采用转动电机005使电控磁力吸盘转动90度角以便与地面铁质板吸附的方式，吸附后车体移动后对吸盘产生的拉力方向与磁盘的吸附面不垂直，使受力方向不理想，从而需要更多电能来增加吸附力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电控磁力吸盘交替、依次与楼梯立面铁质板吸附、2组升降机构交替支撑台阶，即模仿人类步行上下楼梯方式的爬楼梯装置。

为实现上述目的，本发明提供的一种爬楼梯装置，包括车体、平移装置、升降装置；所述车体下方设有滚轮组，所述滚轮组在电机驱动下可以带动所述车体在地面上沿直线方向往复行进或转向；所述平移装置包括平移驱动机构和平移活动部件，平移活动部件一端与平移驱动机构活动相连，并可在所述平移驱动机构驱动下往复运动；所述升降装置包括升降驱动机构和升降活动部件，升降活动部件一端与升降驱动机构活动相连，另一端可以在所述升降驱动机构驱动下往复运动；所述车体上共设置2组平移装置与2组升降装置，所述2组平移装置的平移驱动机构固定安装在所述车体上；2组平移驱动机构相连的平移活动部件往复运动的方向与攀爬的楼梯立面垂直；2组升降装置的升降驱动机构分别固定安装于所述2组平移活动部件上，并且可以跟随所述平移活动部件往复运动；2组升降装置的升降活动部件可沿与被攀爬楼梯平面垂直方向往复运动；所述爬楼梯装置还包括2组电控磁力吸盘，所述电控磁力吸盘通过控制其电能导通或切断转换来产生或消除磁力；所述电控磁力吸盘通过连接件分别与2组所述升降活动部件固定连接或铰接；所述磁力吸盘的吸附面与攀爬楼梯时楼梯平面垂直并且朝向楼梯台阶的立面方向。

优选地，所述爬楼梯装置还包括地面吸盘装置，所述地面吸盘装置包括起落机构与电控磁力吸盘；所述起落机构一端固定安装或铰接于所述车体上，另一端连于所述电控磁力吸盘，所述电控磁力吸盘吸附面朝向地面；所述起落机构为电机、电磁铁、液压、气泵驱动的可向地面方向往复运动的执行机构。

优选地，所述爬楼梯装置还包括摆杆平衡机构，所述摆杆平衡机构包括电机及减速机、连杆机构、平衡杆；所述摆杆平衡机构固定安装于每一组所述升降活动部件朝向地面端，所述电机及减速机输出轴为所述连杆结构提供动力，所述电机及减速机固定安装于所述升降活动部件上；所述平衡杆为所述连杆机构的一个摇杆，一端通过铰接点与连杆结构相连，另一端向外延伸，平衡杆在电机驱动下可在平移活动部件运行方向与朝向车体底部方向之间摆动。

优选地，所述平移装置、升降装置为电机、液压、气泵驱动的可做往复运动的执行机构。

优选地，所述平移活动部件一端与平移驱动机构活动相连、升降活动部件一端与升降驱动机构活动相连，其连接方式为铰接、活塞、丝杠螺母、滚珠丝杠、皮带、绳索、链条。

优选地，所述爬楼梯装置包括的平移装置、升降装置，其数量为2组或2组以上。

本发明还提供所述爬楼梯装置的上下楼梯方法，其实施步骤为：所述楼梯的立面上安装有可被磁铁磁化的铁质板，平移装置、升降装置、电控磁力吸盘按照有无连接关系分为A组、B组；A组的平移装置、升降装置组合运动使该组的电控磁力吸盘与所述车体所在台阶立面的铁质板吸附；随后A组的平移装置、升降装置组合运动带动车体向下一台阶移动；B组的平移装置、A组的平移装置组合运动带动B组的电控磁力吸盘与所述下一台阶立面的铁质板吸附；随后A组的电控磁力吸盘磁力被消除。

优选地，当所述爬楼梯装置由平层下台阶或台阶上平层前，所述楼梯的平层靠近楼梯处地面上安装有所述铁质板，所述地面吸盘装置上的电控磁力吸盘与所述铁质板吸附；在A组或B组的电控磁力吸盘与楼梯立面的铁质板吸附后，或者爬楼梯装置由楼梯到达平层后，所述地面吸盘装置上的电控磁力吸盘磁力被消除。

优选地，在一组电控磁力吸盘与楼梯立面上铁质板吸附，升降活动部件与升降驱动机构相对运动并且带动车体上升或下降时，所述平衡杆摆动至车体方向并且与所述电控磁力吸盘吸附平面平行，以防止此时爬楼梯装置因重心偏置而侧倾。

优选地，所述爬楼梯装置上下楼梯台阶时，A组与B组电控磁力吸盘交替与各级台阶立面上的铁质板依次吸附。

本发明采用2组吸盘交替吸附的方式，即一组吸盘吸附后另一组吸盘才释放的方式保证了在攀爬楼梯时爬楼梯装置一直有与楼梯近似刚性固定的安全保护措施。

本发明采用2组升降装置交替支撑各级台阶的方式，成倍增加了爬行跨度，提高了装置的实用性。

本发明采用2组升降装置交替支撑各级台阶、车体边沿到达预攀爬台阶后滚轮组先着地的方法，使车体在整个攀爬过程中下方都有对地支撑，如该装置改造后用于载人，不仅增加了安全系数，并使得上下楼梯过程运行平稳，减少使用者心里顾虑。

本发明内容里的地面吸盘装置在上下高于楼梯的平台层时使用，本发明的摆杆平衡机构为预防单组升降装置升降时车体重心偏置而产生的侧倾。

总之，本发明改进后的爬楼梯装置攀爬速度可以大幅提高，运行更加平稳可靠，能耗也显著降低，能够帮助特殊人群解决攀爬楼梯困难问题。

附图说明

图1是背景技术的实施示意图。

图2是本发明实施例爬楼梯装置结构立体示意图。

图3是本发明实施例的摆杆平衡机构俯视图。

图4是本发明实施例的爬楼梯装置爬楼梯状态示意图。

附图标记如下：

车体001、电动推杆002、升降推杆组003、电控磁力吸盘004、转动电机005、车体100、平移装置110、升降装置120、电控磁力吸盘140、地面吸盘装置150、摆杆平衡机构160、舵机161、摇杆162、平衡杆163、铁质板171、地面铁质板172

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

以下，将结合附图进一步详细说明本发明优选的实施例，实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

参考图2，本发明实施例的爬楼梯装置,包括车体100、平移装置110、升降装置120；所述车体下方设有滚轮组，所述滚轮组在电机驱动下可以带动所述车体100在地面上沿直线方向往复行进或转向；所述平移装置110包括平移驱动机构和平移活动部件，本实施例中平移装置110为电机驱动的丝杠螺母类滑动平台，平移活动部件为其上的滑块。所述升降装置120包括升降驱动机构和升降活动部件，本例中所述升降装置120为电动推杆，升降活动部件为其上的活动推杆。所述车体100左右两侧共水平固定安装2组平移装置110，2组升降装置120分别安装在所述平移装置的滑块上，并且推杆的推动方向朝向车体100下方。2组电控磁力吸盘140通过横杆分别固定安装在推杆上，吸附面与平移装置110的滑块运行方向垂直。所述电控磁力吸盘140在电能通或断状态时产生或被取消磁力。

所述爬楼梯装置还包括地面吸盘装置150，所述地面吸盘装置150包括起落机构与电控磁力吸盘；所述起落机构一端固定安装或铰接于所述车体上，另一端连于所述电控磁力吸盘，所述电控磁力吸盘吸附面朝向地面；所述起落机构为电机、电磁铁、液压、气泵驱动的可向地面方向往复运动的执行机构，本实施例中地面吸盘装置150安装在车体100下方。

参考图2、图3，所述爬楼梯装置还包括摆杆平衡机构160，所述摆杆平衡机构160包括电机及减速机、连杆机构、平衡杆163；本实施例中电机及减速机合并构成舵机161，连杆机构还包括摇杆162，所述摆杆平衡机构160固定安装于每个推杆下的横杆上。所述舵机161输出轴为所述连杆结构提供动力，并置于摇杆162的一个转动轴上。所述平衡杆163为所述连杆结构的另一个摇杆，通过铰接点与连杆结构相连，平衡杆163在电机驱动下可在与平移活动部件运行方向与朝向车体底部方向之间摆动。

参考图4、实施例爬楼梯装置的上下楼梯方法为：所述楼梯的立面上都安装有可被磁铁磁化的铁质板171，车体100一侧的平移装置、升降装置、电控磁力吸盘设为A组、另一侧的设为B组；此实施例图示为向上攀爬楼梯状态，A组在车体行进方向左侧，B组在右侧；A组的平移装置110、升降装置120组合运动使该组的电控磁力吸盘140与下面的铁质板171吸附；随后A组的平移装置110、升降装置120组合运动，即升起、前推动作，带动车体100向上一台阶移动；当车体100到达上一级台阶即车体最低点高于台阶平面后，A组的升降装置下落并使滚轮101落在楼梯平台上。随后B组的平移装置、A组的平移装置、滚轮101组合运动，即一起带动车体朝楼梯立面方向平移，从而带动B组的电控磁力吸盘去吸附这个台阶立面的铁质板；B组吸盘完成吸附后，A组的电控磁力吸盘磁力被消除，即完成了一级台阶的攀爬动作；如此A组B组交替动作，完成整个楼梯的攀爬。

需要说明的是，本实施例的爬楼梯装置不仅可以上楼梯，还可以下楼梯，具体操作为参照上述过程的相反动作。

当所述爬楼梯装置由台阶至平层或由平层下台阶前，所述楼梯的平层靠近楼梯处的地面上安装有地面铁质板172；下楼梯时，所述地面吸盘装置150上的电控磁力吸盘首先与所述地面铁质板172吸附，在A组或B组的电控磁力吸盘与平台下第一级台阶立面的铁质板171吸附后，所述地面吸盘装置上的电控磁力吸盘磁力被消除，起落机构将吸盘提起；如爬楼梯装置由楼梯至平层则动作为：车体到达平层后运行至铁质板172上方，地面吸盘装置150上的电控磁力吸盘与所述地面铁质板172吸附，A组或B组的电控磁力吸盘与楼梯立面的铁质板171的吸附随即被释放。

参照图4，A组升降装置120将车体100举升离开地面，此时A组的电控磁力吸盘140吸附在立面的一块铁质板171上，虽然爬楼梯装置与楼梯此时近似于刚性连接，但车体100的重心与车体支撑点偏置，所述支撑点即A组的升降装置120。为保持车体平衡，重心偏置造成产生的扭矩需要A组电控磁力吸盘与铁质板之间的摩擦力增加来抵消，增加磁盘吸附力需要更多电能或增加了吸盘的质量。本实施例采用平衡杆方式仅在收放时舵机消耗电力，将平衡杆163伸向车体100重心位置下方起到支撑作用，以减少重心偏执产生的扭矩。

所述爬楼梯装置上下楼梯台阶时，A组与B组电控磁力吸盘交替依次与各级台阶立面上的铁质板吸附，2组升降机构也是交替支撑各级台阶来实现攀爬楼梯的动作。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求书为准。