專利名稱：一種家用樓梯搬運工機器人的制作方法
技術領域：
本發明申請，涉及一種機電一體化的、使用電力驅動的、能夠自己輕松上下樓梯、并能 運送重物的一種家用樓梯搬運工機器人系統。
背景技術：
按政府現行規定，現有的8層以下的低矮居民樓房， 一般是在樓梯邊安裝有由鋼筋、水 泥和木制扶手構成的一種通用的樓梯扶手欄桿，都是沒有設計安裝電梯的，也沒有能夠同時 提供使用機電系統的、可以載人載物上下樓梯的代步工具，來方便這里的人們生活——上下 樓梯和搬運重物。顯然，這給居住在這種低矮樓房里生活的廣大居民，特別是有老年人、病 人、或者是缺少強壯勞動力的家庭，造成了極大的生活困難與不方便。雖然在這方面，國內、 外目前都還幾乎是一片空白，但是這個問題的解決也并不困難，因為對于現代科技而言，解 決這個問題已經是非常簡單的事情了。所以人們在這個方面的生活需求，也就成了本發明申 請——一種家用樓梯搬運工機器人大展身手、造福于民的廣闊天地。

發明內容
本發明申請，設計提供了一種機電一體化的、使用電力驅動的、能夠自己輕松上下樓梯、 并能運送重物的一種家用樓梯搬運工機器人系統。如附圖1示，該機器人是由其下部分電力 驅動行走控制系統工作箱2、上部分從動行走轉向系統工作箱3和中間部分聯結支撐承重框 架系統工作箱4共同構成。 一種家用樓梯搬運工機器人，就是使用并沿著這種低矮樓房里普 遍安裝有的、即由鋼筋、水泥和木制扶手構成的一種通用的樓梯扶手欄桿(附圖i里的1示)， 輕快地上下樓梯。它可以很方便地讓腿腳不便的老年人、或病人坐著上下樓梯，也可以運載 上百公斤的重物輕松上下樓梯。 技術方案
本發明申請設計提供了一種機電一體化的、使用電力驅動的、能自己輕松上下樓梯運送 重物的一種家用搬運工機器人系統，如附圖l、 2、 3、 4示。
一種家用樓梯搬運工機器人，是專門配套安裝、使用行進在由鋼筋、水泥和木制扶手構 成的一種通用的樓梯扶手欄桿l上的，包括通用的限位開關、感應開關、限位鋼板、限位鋼筋 等等。還包括機器人下部分的電力驅動行走控制系統工作箱2，及其里面安裝使用的機械行 走齒輪IO、未在附圖中畫出來的電動機、蝸輪蝸桿減速機、齒輪減速機、充電蓄電池、電力 電子控制器、繼電器、行程開關、電纜線纜、動力電線、接插件、機械控制器、移動限位彈
簧、傳感器、機器人的操縱開關等。還包括機器人上部分的從動行走轉向系統工作箱3，未 在附圖中畫出來的系統工作箱3的前后箱子面上安裝的排障除塵刷子、及其里面安裝使用的 從動行走輪11、安裝在從動行走輪11上的輪子軸承13、安裝在從動行走輪11里面的輪軸 12、緊固輪軸12的螺帽17、與螺帽17配合使用的緊固平墊片彈墊片18;及安裝并緊固在輪 軸12—端上的導向三角支架鋼板.14、轉向導向輪組16、穿軸孔24、中間挖空孔23;.以及安 裝并緊固在輪軸12另一端上的拉掛三角支架鋼板15、穿軸孔25、支架15下部分的拉掛三角 支架鋼板寬邊27、寬邊27兩端角下邊向上翻巻起來的鋼板掛鉤21。還包括機器人中間部分 的聯結支撐承重框架系統工作箱4，及構成其結構的主框架5、椅子扶手6、座椅框架平面7、 安裝電力驅動行走控制系統工作箱2的支撐框架平面9、定位伸縮支撐桿8、坐者的踏腳板一 —即運貨時的承重支架板26、未在附圖中畫出來的椅子扶手前面的金屬護欄等；以及安裝固 定在主框架5上面的鋼筋軸掛鉤19、安裝固定在鋼筋軸掛鉤19上邊的旋轉定位限向鐵塊20、 和安裝固定在鋼筋軸掛鉤19下邊的橫向移動定位限位鐵塊22。
圖中2示為機器人下部分的電力驅動行走控制系統工作箱，是安裝在支撐框架平面9上 面工作的；就是該系統中的蓄電池電力，去驅動電機、經過減速機來帶動機械行走齒輪10旋 轉，并且是嚴格地按照電力電子控制器的指令，去往上或往下旋轉撥動樓梯欄桿里的一根根 粗鋼筋，從而使機器人自身順著(由機器人上部分的從動行走轉向系統來保證實現)樓梯欄 桿扶手， 一節一節地逐步上升或者是一節一節地逐歩下降；即是這樣輕松方便地前進上下樓 梯，非常安全穩當地運送人員、或者是運送重物上下到達各個目的地樓層的。
工作箱2的外形，既可以如圖1示的制作成一個長方體工作箱，也可以按其中的子系統 個數，分別制作成為幾個小的各種形狀的工作箱來共同構成；
動力電源系統，可以是使用普通的、或專用的充電蓄電池系統，電源電壓必須滿足使用 人身安全低電壓的基本要求，如直流12V、 18V、 24V、 36V，或其它方便適用的電壓數值；充 電蓄電池系統應配套使用專用的、或簡易的安全充電機系統；可以安裝使用聲光報警器、或 警示系統，也可以不安裝使用報警系統。
使用的電動機，可以是直流永磁微型小電機，也可以是其它種類型的電動機。
可以使用帶自鎖功能的蝸輪蝸桿減速機，也可以使用其它種類型的減速機，此時需要同 時另外加裝一個自動鎖定機構，以保證減速機械停轉后的穩定不轉動和保證機械行走齒輪IO 不會因機器人自重力作用、或貨物重力作用而自動旋轉。
經過減速后的機械行走齒輪10的轉速是依實際使用需求設定的，既可以設定為10轉/ 分鐘 30轉/分鐘，也可以依其它使用情況而設定為其它的需要使用的轉數。
機械行走齒輪10的尺寸數據可以設計為，由齒根部構成的圓直徑約為300mm，齒根間距 約15mm 17mm，齒深約為16 mm 18 mm，也可以依照配套使用樓梯扶手欄桿里的鋼筋間 距、鋼筋粗細的不同，按其實際使用需求來設定機械行走齒輪10的尺寸數據為其它數值的數 據。
.機械行走齒輪10的齒輪平面，在電力驅動行走控制系統工作箱2里面的安裝位置是緊挨 著樓梯欄桿鋼筋的，以便于行走齒輪10的輪齒與欄桿鋼筋相交嚙合。而齒輪平面安裝的角度， 可以是與水平面夾角成0°的水平放置安裝，即齒輪平面與欄桿鋼筋垂直相交時。由于機器 人在行進的過程中是同時在上升、或是同時在下降，所以齒輪的工作輪齒與欄桿鋼筋接觸磨 損的距離是要長一些；僅僅是在樓梯欄桿水平扶手轉彎處，只有1根或2根欄桿鋼筋與齒輪 的工作輪齒接觸磨損的距離是要短一些。也可以是按照樓梯欄桿扶手斜面與水平面的夾角度 數，來傾斜安裝齒輪平面與水平面的夾角，或者是按一般樓梯欄桿扶手斜面與水平面的通用 夾角數30°來傾斜安裝，讓齒輪的工作輪齒與欄桿鋼筋傾斜相交嚙合；此時齒輪的工作輪齒 與欄桿鋼筋接觸磨損的距離就會要短一些，僅僅是在樓梯欄桿水平扶手轉彎處，只有1根或 2根欄桿鋼筋與齒輪的工作輪齒接觸磨損的距離是要長一些。
機器人驅動行走系統里的2個機械行走齒輪10安裝的相互位置，就是要保證它們相互平 行的軸心線之間的距離，在機械行走齒輪10的齒輪平面與欄桿鋼筋垂直相交時，應該安裝為 樓梯扶手欄桿里鋼筋欄桿的水平間距平均數的0.5倍、或1.5倍、或2。5倍，等等以此類推。 而在齒輪平面與欄桿鋼筋成一定角度傾斜相交時，這2個機械行走齒輪10相互平行的軸心線 之間的距離，就應該安裝為樓梯扶手欄桿里鋼筋欄桿的傾斜(按齒輪平面與欄桿鋼筋相交的 角度傾斜)間距平均數的0.5倍、或1.5倍、或2.5倍，等等以此類推。
上述的l個電機、1個減速機和1個機械行走齒輪1.0，就可以構成1個機械行走齒輪變 速箱小系統。由2個這種機械行走齒輪變速箱小系統，就共同組成了機器人的驅動行走系統。 這2個機械行走齒輪10上的在行進中連續工作著的輪齒，都是連續地進進出出、并排列在樓 梯扶手欄桿里每一根鋼筋所在位置的連線上，而呈現出左右小幅度地超出該連線即擺動向前 行進。
當然也可以使用l個、或3個、或4個、或更多的這樣的行走齒輪變速箱小系統，來組 成其它種類型式機器人的驅動行走系統。
或者是使用一個大減速機，通過機械齒輪和軸的傳動，來同時帶動多個小直徑的機械行 走齒輪10并排列成一行；也使這些齒輪的工作輪齒連續排列，進進出出在樓梯扶手欄桿里每 一根鋼筋所在位置的連線上，它們也會左右小幅度地超出該連線并擺動向前進，即構成另一
種機器人的驅動行走系統。
電力電子控制器，就是使用一套電子控制電路及其電力電子器件，通過變化控制供給電 機的電源電壓和電流，來操縱控制機械行走齒輪10轉速的快慢和轉動的方向，以達到控制機 器人上升或下降的快慢和前進的方向。
繼電器、行程開關、電纜線纜、動力電線、接插件、機械控制器，都是電力電子控制器 的組成、或執行機構、或與其它電器、機械聯結的自動控制機構。
移動限位彈簧，是用來自動調節變速齒輪箱安裝位置的微小變化間距，即自動調節2個
機械行走齒輪io在行進工作中輪齒的相互間距，以自動去適應鋼筋欄桿間距不完全均等的復
雜變化狀態。
傳感器是自動反饋機械執行情況信息給控制器系統，以達到精確控制機器人行走狀況的 目的。
機器人的操縱開關，可以是直接安裝使用在機器人身上的。如安裝在椅子扶手6邊上的 開關盒，由坐者自己操作控制機器人前進。也可以是使用拖動線纜(或加了金屬軟管的)開 關盒，由主人拿在手中在機器人旁邊行走操控，也可以由坐者自己拿在手中操控。更可以是 使用各類聲控遙控、超聲波遙控、射線遙控開關等，來遠距離操作控制機器人的行進狀態。 顯然，這些遙控開關，可以是使用帶編碼程序的，也可以是使用非編碼程序的；既可以是單 控開關，也可以是多控開關；不拘一格。機器人也可以進行升級成為智能機器人。就是在系統里增加單片機、微電腦、語音芯片、 語音識別芯片、視頻芯片、攝像頭、感光器件、麥克、喇叭、各種功能傳感器、線纜線束等; 就可以實現智能機器人與主人會話交流，互動工作，并按主人的意愿去勤奮工作。
圖中3示為機器人上部分的從動行走轉向系統工作箱3，是安放并工作在欄桿的木制扶 手表面上的。它承擔著引導機器人沿著樓梯欄桿扶手表面行進和轉向的關鍵任務。
工作箱3的外形如圖1示，也可以制作成其它形狀的工作箱罩子，來保護里面的機器系統。
在從動行走轉向系統工作箱3的前后箱子面板上，圍著欄桿扶手上、內、外的三個表面 邊，安裝有排障除塵刷子(未在附圖中畫出)，以便系統在行進中能自動地清潔欄桿扶手表面， 確保從動行走轉向系統的正常工作環境。
從動行走轉向系統里的內部結構如圖2所示，從動行走輪ll，是由其中間的行走直圓筒 形圓面，及其兩端的兩個圓錐面，共同構成此特定的從動行走輪11的輪子形狀及外表面。由 于從動行走輪11是行走在樓梯欄桿扶手上表面上的，所以從動行走輪11中間的行走直圓筒
形圓面的長度，應不小于樓梯欄桿扶手上表面的寬度。而其中間的行走直圓筒形圓面的中心 圓，和與其平行的圓錐面邊緣上最大外圓，同時與一個通過它們兩個圓心的平面相交時，在 這兩個圓心連線一側的兩個面圓交點的連線距離，應不小于樓梯欄桿扶手上表面寬度的21/2 倍。從動行走輪11兩端的圓錐面邊緣上最大外圓的直徑,應略小于樓梯扶手欄桿拐彎處水平 扶手里面側面的長度，也即是略小于該處上下樓梯欄桿斜面扶手之間的垂直間距；但應同時 是大于從動行走輪ll中間的行走直圓筒形圓的外徑。以免從動行走輪ll在快速行進中，可 能會從樓梯欄桿扶手斜面、或是扶手水平表面上滑落出去，而影響了從動行走轉向系統的跟 隨行進、主動轉彎等功能的正常發揮。
從動行走輪11里面的輪軸12，是通過裝在輪子里的兩個軸承13，而與從動行走輪11聯 結成為一個可以相對轉動的機械整體。并與輪軸12兩端上的緊固螺帽17、與螺帽17相配套 使用的平墊片彈墊片18等，共同構成了一個從動行走輪機械整體。加上輪軸12兩端上分別 安裝緊固的導向三角支架鋼板14,及其上面安裝使用的轉向導向輪組16，和拉掛三角支架鋼 板15等重要部件，就共同構造成了機器人的一個完整無缺的從動行走轉向機器系統。
圖中4示為機器人中間部分的聯結支撐承重框架系統工作箱4，它是在中間往上聯結上 部分的從動行走轉向系統工作箱3，和往下聯結下部分的電力驅動行走控制系統工作箱2，從 而構造成一個完整無缺的機器人；并承擔著機器人讓人乘坐和運送貨物的基本功能。
它是由其構造件主框架5、椅子扶手6、座椅框架平面7、安裝電力驅動行走控制系統工 作箱2的支撐框架平面9、定位伸縮支撐桿8、坐者的踏腳板——即運貨時的承重支架板26、 以及未在附圖中畫出來的椅子扶手前面的金屬護欄等構成。
主框架5，就是把鋼管，或角鋼折彎成圖4里所示的"U"字形狀的三邊框架，開口向 上，兩個上端管口 (或角鋼)下部兩邊的穿孔中，安裝穿有長(或短)鋼筋19，并從管子里 外將鋼筋19與管子5焊接成一個牢固的機械整體——鋼筋軸掛鉤19，以便安裝掛靠在拉掛 三角支架鋼板寬邊27兩個端角下邊向上翻巻起來的鋼板掛鉤21上面工作。又如圖1示，在 主框架5上面還安裝有使用活動螺栓、或使用活動銷軸、銷釘等機械聯結方式安裝的座椅框 架平面7、椅子扶手6和定位伸縮支撐桿8。
座椅框架平面7，是一個焊接制作成的封閉平面角鐵框架，或制作成封閉平面鋼管框架。 里面中間以小扁鐵、或去邊小角鐵等聯接加固加強，上面可鋪設安裝中粗承重鋼絲網，或加 裝承重粗鋼絲等。為使坐者不會因自身重力而向前自由滑出座椅，應使座椅框架平面7與椅 子靠背板-——即主框架5所在的垂直平面之間的夾角不大于90。，并由定位伸縮支撐桿8上 面定位點的活動聯結來確定保證。為使坐者舒適，也應制作有臨時的椅靠背板和椅坐墊，來 供坐者使用，而在不坐人時，即裝貨運貨時拿掉存放起來。
椅子扶手6可以不銹鋼管，或普通鋼管，或其它型材制作。因其與座椅框架平面7、主 框架5，是以活動螺栓、或使用活動銷軸、銷釘聯結成了 2個豎立的平行四邊形框架，故它 可以很方便地折疊收攏起來，以減少不使用時占用的空間。椅子扶手6前面的金屬保護欄桿， 也可以使用鋼管制作，既可以制作成一根直鋼管桿子護欄，也可以制作成一根向上拱起的圓 弧形鋼管桿子護欄，更可以制作成一個向上豎起的、長方形的、可拆卸的活動封閉框架，并 使用簡單的通用掛鉤、螺栓等機械聯接方式，在椅子扶手6前端兩邊、或座椅框架平面7前 端兩邊上安裝固定，或拆卸下來。長方形框架保護欄桿，在座椅不用收攏時，就可以反轉下 來用以框住即鎖定整個座椅成收攏狀態，以便暫時擱置或掛放。
安裝電力驅動行走控制系統工作箱2的支撐框架平面9，可以制作成角鋼封閉框架平面， 或制作成鋼管封閉框架平面。同時使用活動螺栓、或使用活動銷軸、銷釘等機械聯結方式， 來與其上面的座椅框架平面7裝配成一個牢固的機械聯結整體。同時支撐框架平面9與座椅 框架平面7也構成了兩邊豎立的平行四邊形框架，故在拿掉了它上面裝載的電力驅動行走控 制系統工作箱2以后，也可以很方便地折疊收攏起來，以減少不使用時占用的空間。支撐框 架平面9框架里面空間，也要以小扁鐵、或去邊小角鐵、或粗鋼絲等來聯接加固。電力驅動 行走控制系統工作箱2在支撐框架平面9上面的安裝，既可以是使用滑板、或使用滑道來推 入和拉出，并以螺栓、或螺絲、或插銷等機械方式來定位鎖死；也可以是隨時對其解鎖并拖 拉出來。支撐框架平面9，也可以是用去邊小角鐵、或小扁鐵，與其上面的座椅框架平面7 焊接成一個牢固的機械聯結整體。電力驅動行走控制系統工作箱2是被固定安裝在其上面， 并以螺栓、或螺絲、或插銷等機械方式來定位鎖死以后，也就是不維修時基本上很少再拿出 來了。
定位伸縮支撐桿8，如圖1示，可使用一根粗鋼管里面套一根可以在其中自由抽插活動 的細鋼管的方式來制作；即使用粗細不一的兩組兩根鋼管， 一組鋼管的一端聯結在座椅框架 平面7的前端邊上，另一組鋼管的一端聯結在主框架5的下端邊上，然后就可以把細鋼管插 入粗鋼管里面即構成。其限位支撐的定位點，可以根據定位伸縮支撐桿8需要伸縮的位置和 需要支撐的角度，來設計為多個活動聯結定位點。即是在鋼管上選定的每個定位點處鉆上--個穿孔，以便隨時安裝插銷、或螺栓、或螺絲等，來對該定位點進行機械定位鎖死保證。也 可以使用其它的機械方式來實現。如在定位伸縮支撐桿8伸縮到其長度的最短處定位點時， 就是可以在細鋼管上該定位點處焊接一圈粗鋼絲，來實現其可靠的定位保證。
坐者的踏腳板一一即運貨時的承重支架板26，可用小角鋼框架內加薄木板、或用小塊厚
木板來制作。既可以制作成對開的兩塊板子，或制作成前后兩塊板子，也可制作成上下摞放 的兩塊板子；均為單支點固定聯接，即是以單支點為圓心，把板子方便地旋轉收入支撐框架 平面9靠前(外)端部位上面，又可以很方便地旋轉向前(外)打開伸出，成為一個有三個 邊的開放框架板；再以小角鐵去活動聯接，并構成封閉此開放框架板開口的一個邊。該踏腳、 承重支架板26，也可以制作成向前拉伸出來和向里推入進去的一塊板子，即是可以抽插伸縮 放置的一塊整板子。也可以用合頁鉸結支撐框架平面9的前端平面與其上面的這塊板子，制 作成板子向上翻開鋪平即可使用，用后再向上折疊合攏——即已經是平放在支撐框架平面9 的前端平面上了。
機器人上部分從動行走轉向系統3里的導向三角支架鋼板14 (又見圖3)上開有穿軸孔 24。導向三角支架鋼板14面板下邊安裝的轉向導向輪組16，是由2個導向小輪子組成。2個 導向小輪子的輪側面是垂直于三角支架鋼板平面的，2個導向小輪子的行走接觸面朝向從動 行走輪11的方向一邊。2個導向小輪子一前一后排列的連線方向，與從動行走輪11前進的 方向一致。且導向輪軸心線與從動行走輪ll的軸心線在空間上是相互垂直的。2個導向小輪 子前后外端點的連線長度，不小于從動行走輪ll的圓錐體斜面邊緣上的最大外圓直徑。導向 輪組在導向三角支架鋼板14上安裝的位置，是要在從動行走轉向系統工作時，使導向輪組正 好處于樓梯欄桿扶手水平時的扶手高度的正中間位置，略有一點高低也無妨，但是無論如何 也不能超出樓梯欄桿扶手水平時的扶手高度之外去。
轉向導向輪組16，也可以根據各種不同的使用需求，改換安裝成l個直徑大一點的導向 輪子。其直徑要與2個導向小輪子前后外端點的連線長度相當，也是不小于從動行走輪ll的 圓錐體斜面邊緣上的最大外圓直徑。
也可以改換安裝成3個、或4個直徑更小一點的導向輪子來構成。其導向小輪子前后外 端點的連線長度，也要與2個導向小輪子前后外端點的連線長度相當，也是不小于從動行走 輪11的圓錐體斜面邊緣上的最大外圓直徑。
為了減輕機器人重量，導向三角支架鋼板14制作開挖成23示的中部空間形狀，也可以 開挖制作成其它中空形狀。
機器人上部分從動行走轉向系統3里的拉掛三角支架鋼板15 (又見圖4)上面開有穿軸 孔25。拉掛三角支架鋼板寬邊27的位置，應該正好處于樓梯欄桿扶手水平時的扶手高度的 靠近下邊，略有一點超出也無妨，但絕不能全部超出在樓梯欄桿水平時的欄桿扶手高度之外。
在拉掛三角支架鋼板寬邊27的兩個端角下邊，制作有兩個向上翻巻起來的鋼板掛鉤21， 鋼板掛鉤21的掛鉤中間，是用來專門安裝放置可旋轉的主框架5上端兩邊的鋼管(或角鋼) 上焊接著的長(或短)的鋼筋軸掛鉤19的。，
在靠近兩個鋼板掛鉤21內側邊的鋼筋軸掛鉤19的邊上，向上邊焊接有兩塊旋轉定位限 向鐵塊20，用以限制主框架5及其鋼筋軸掛鉤19只能是向樓梯扶手的鋼筋欄桿方向旋轉， 即是向下、向后、向里旋轉；而不能夠反過來向遠離樓梯扶手的鋼筋欄桿方向旋轉，即是不 能夠向上、向前、向外旋轉。 .
在靠近兩鋼板掛鉤21內側邊的鋼筋軸掛鉤19的邊上，同時又是向下邊焊接有兩塊橫向 移動定位限位鐵塊22，用以限制主框架5及其鋼筋軸掛鉤19不能向左或向右有稍微過量的 橫向移動。
拉掛三角支架鋼板15上，也制作開挖有減重的中空孔23，也可以開挖制作成其它中空 形狀。
導向三角支架鋼板14和拉掛三角支架鋼板15，是被分割制作成兩塊三角支架鋼板的。 但也可以不分割開來，即是使用一整塊鋼板來制作并折彎成"n"字形狀，再從上往下套住并 安裝在輪軸12的兩端上。
機器人在上、下樓梯的前進中，也就是在機器人下部分的電力驅動行走控制系統2在工 作時，即是機器人系統中的蓄電池電力，去驅動電機帶動減速機，再帶動機械行走齒輪10旋 轉，并且是嚴格地按照控制器的指令，去往上或往下旋轉撥動樓梯欄桿里的一根根粗鋼筋； 從而使機器人自身順著樓梯欄桿扶手， 一節一節地逐歩上升、或者是一節一節地逐步下降。 從動行走轉向系統3，此時也就是被其下部分的電力驅動行走控制系統2，通過主框架5上面 的鋼筋軸掛鉤19，與拉掛三角支架鋼板15下面的鋼板掛鉤21牢靠地活動餃接，被拖動并向 前進。即是在沿著樓梯欄桿扶手斜面向上行進、或者是向下行進，-一直到了樓梯欄桿扶手的 水平扶手段處——即水平扶手的直角轉彎處，也就是從動行走轉向系統3沿扶手斜面向上行 進、或者是向下行進到接近樓梯欄桿扶手的水平表面處。從動行走輪ll再繼續向前行進時， 從動行走輪ll處于樓梯欄桿扶手拐彎直角里面一側的、圓錐面邊緣上的最大外圓，就被樓梯 欄桿水平扶手攔住不能夠再向前進；此時正在向前運動的這個圓錐面邊緣上的最大外圓，就 產生了一個跨越欄桿水平扶手的向上的運動趨勢。處于其下面的正在向前進的轉向導向輪組 16，因同時受到樓梯欄桿水平扶手的阻擋，也就同時產生了一個沿欄桿水平扶手內側表面轉 向前進的一個運動趨勢。而從動行走輪11處于樓梯欄桿扶手拐彎直角外面一側的圓錐面邊緣 上的最大外圓，卻因為沒有任何物體阻擋而產生不出一個向上的運動趨勢，來響應從動行走 輪11另一端圓錐面邊緣上的最大外圓向上的運動趨勢，故無法形成從動行走輪11跨越欄桿 水平扶手的可能性。同時機器人下部分的機械行走齒輪10仍然是在繼續撥動鋼筋欄桿向前
進，這就造成處于樓梯欄桿扶手拐彎直角外面一側的圓錐面邊緣上的最大外圓，產生了以轉 向導向輪組16與水平扶手內側表面的接觸點(線)為圓(軸)心，以該圓(軸)心到欄桿扶 手拐彎直角外面一側的圓錐面邊緣上的最大外圓面的距離為半徑的水平圓旋轉運動趨勢。正 好是與轉向導向輪組16的一個沿欄桿水平扶手內側表面轉向前進的運動趨勢響應起來，就使 得轉向導向輪組16的這個沿欄桿水平扶手內側表面轉向前進的運動趨勢，變成了導向輪子的 轉向轉動前進。這時處于欄桿扶手拐彎直角里面一側的、且處于導向輪組16上方的圓錐面邊 緣上最大外圓，則因其圓錐斜表面與扶手水平表面上的邊角是斜面銳角相交，而產生一個微 小距離的滑動行進——即沿扶手水平表面上的邊角轉向前進了一個微小距離；則更促成了此 時處于樓梯欄桿扶手拐彎直角外面一側的圓錐面邊緣上的最大外圓的水平圓旋轉運動趨勢， 即刻就變成了一個空中水平的圓旋轉運動，并立即就轉向了一個直角90。。至此，導向輪子 的轉動前進，就引導著整個從動行走輪ll安全、平穩、平滑地轉向，并全部行進到了樓梯欄 桿的水平扶手表面上，即安全、平穩、平滑地完成了一次跨越樓梯欄桿扶手的直角轉彎處， 并能順利地繼續向前進。再繼續重復一次上述從動行走轉向系統這個跨越欄桿扶手直角轉向 的程序步驟，就可以又一次安全、平穩、平滑地完成直角扶手的樓梯轉彎并向前進。拉掛三 角支架鋼板寬邊27的位置，正好處于樓梯欄桿扶手水平時的扶手高度的靠近下邊，即是處于 樓梯欄桿扶手拐彎直角外面一側直角尖的豎直連線下邊上。在機器人從動行走轉向系統沿著 樓梯欄桿扶手作直角轉彎時，這個拉掛三角支架鋼板寬邊27，因為是被安裝緊固在從動行走 輪11在轉彎直角外側的鋼輪軸12上面，所以它就只能是隨著從動行走輪11的水平轉向前進， 而作一個空中的水平旋轉轉向前進。最多也不過是寬邊27是靠著樓梯欄桿扶手直角拐彎外面 一側直角尖尖連成的豎直連線下邊，來做了一個空中的水平旋轉并轉向直角90° ，而且是將 其下邊拉掛著的機器人的中間部分和下面部分，也都同時聯帶拉著一起做了一個空中的水平 旋轉且轉向了一個直角90。，并安全順利地繼續向前進。 發明優點
本發明申請的優點
1、 設計提供了一種機電一體化的、使用電力驅動的、能自己輕松上下樓梯運送重物的家 用搬運工機器人系統，來徹底解除居住在這種沒有電梯、沒有其它機電設施代歩工具的低矮 樓房里的廣大居民，特別是有老年人、病人、或者是缺少強壯勞動力的家庭，多年來承受的 極大生活困苦。
2、 做到了與時共進，也是在不斷地改善和提高那些暫時不能居住新高樓的、低矮樓房里 的居民們的生活質量與生活水平。 3、 家用樓梯搬運工機器人構思新穎、簡潔、完善；可以隨裝隨用，隨拆隨收，安裝、使 用、收藏都很方便。
4、 家用樓梯搬運工機器人設計巧妙、完美、優秀；結構簡單、緊湊、可靠；技術先進、 簡捷、方便；產品實用、結實、安全、可靠；填補了國內外城市建設的一個不大不小的空白。
5、 .因家用樓梯搬運工機器人產品實用、構思新穎、設計巧妙、結構簡單、技術先進，故 該產品的制作成本也會很低，市場上也能做到價廉物美。
6、 既是一種適合于居住在低矮樓房里的普通廣大民眾的居家用品，也必將是搬家公司、 物業公司、建筑公司非常適宜選用的一種新工具裝備。


圖1是機器人安裝行走在通用樓梯欄桿扶手上的運行及其結構全貌示意圖；圖2是機器 人從動行走轉向系統工作箱3里面的從動行走轉向系統結構示意圖；圖3是機器人從動行走 轉向系統里的導向三角支架鋼板14及其上面安裝的轉向導向輪組16的結構示意圖；圖4是 機器人拉掛三角支架鋼板15及與其下面拉掛著的聯結支撐承重框架系統工作箱4里的主框架 5的聯結結構示意圖。
如附圖所示l是由鋼筋、水泥和木制扶手構成的一種通用的樓梯扶手欄桿；2是機器人 下部分的電力驅動行走控制系統工作箱；3是機器人上部分的從動行走轉向系統工作箱；4是 機器人中間部分的聯結支撐承重框架系統工作箱；5是聯結支撐承重框架系統里的主框架；6 是椅子扶手；7是座椅框架平面；8是定位伸縮支撐桿；9是安裝電力驅動行走控制系統工作 箱的支撐框架平面；10是機械行走齒輪；11是從動行走轉向系統里的從動行走輪；12是從 動行走輪子軸；13是從動行走輪子軸承；14是導向三角支架鋼板；15是拉掛三角支架鋼板； 16是導向三角支架鋼板上面安裝使用的轉向導向輪組；17是輪軸的配合緊固螺帽；18是與
螺帽配合使用的緊固平墊片彈墊片；19是主框架上端的鋼筋軸掛鉤；20是安裝固定在鋼筋軸
掛鉤上邊的旋轉定位限向鐵塊；21是拉掛三角支架鋼板寬邊兩個端角下邊向上翻巻起來的鋼
板掛鉤；22是安裝固定在鋼筋軸掛鉤下邊的橫向移動定位限位鐵塊；23是三角支架鋼板為減 輕重量而在其中間開挖的空孔；24是導向三角支架的穿軸孔；25是拉掛三角支架的穿軸孔； 26是坐者的踏腳板一一即運貨時的承重支架板；27是拉掛三角支架鋼板寬邊。
具體實施例方式
下面再結合附圖，對本發明申請的具體實施方式
作進一步的詳細說明 附圖1所示，是本發明申請的一個實施例。
附圖1所示的一種家用樓梯搬運工機器人，是由其上部分從動行走轉向系統工作箱3、
中間部分聯結支撐承重框架系統工作箱4、和下部分電力驅動行走控制系統工作箱2共同構 成。這三個系統工作箱，是可以在通用的樓梯扶手欄桿上，很方便、簡單地安裝上去，或拆 卸下來的。下面就從這三大系統工作箱入手來對此具體實施方式
作進一步的詳細說明。
機器人上部分從動行走轉向系統工作箱3里面的內部結構如圖2所示，包括有從動行走 輪ll，是由其中間的行走直圓筒形圓面，及其兩端的兩個圓錐面，共同構成此特定的從動行 走輪11的輪子形狀及外表面。由于從動行走輪11是行走在樓梯欄桿扶手上表面上的，所以 從動行走輪ll中間的行走直圓筒形圓面的長度，應不小于樓梯欄桿扶手上表面的寬度。而其 中間的行走直圓筒形圓面的中心圓，和與其平行的圓錐面邊緣上最大外圓，同時與一個通過 它們兩個圓心的平面相交時，在這兩個圓心連線一側的兩個面圓交點的連線距離，應不小于 樓梯欄桿扶手上表面寬度的21/2倍。從動行走輪11兩端的圓錐面邊緣上最大外圓的直徑，應 略小于樓梯扶手欄桿拐彎處水平扶手里面側面的長度，也即是略小于該處上下樓梯欄桿斜面 扶手之間的垂直間距；但應同時是大于從動行走輪ll中間的行走直圓筒形圓的外徑。從動行 走輪11里面的輪軸12，是通過裝在輪子里的兩個軸承13，而與從動行走輪11聯結成為一個 可以相對轉動的機械整體。并與輪軸12兩端上的緊固螺帽17、與螺帽17相配套使用的平墊 片彈墊片18等，共同構成了一個從動行走輪機械整體。
機器人上部分從動行走轉向系統3里的導向三角支架鋼板14，上面開有穿軸孔24，下邊 安裝有轉向導向輪組16，是由2個導向小輪子組成。2個導向小輪子的輪側面是垂直于三角 支架鋼板平面的，2個導向小輪子的行走接觸面朝向從動行走輪11的方向一邊。2個導向小 輪子一前一后排列的連線方向，與從動行走輪il前進的方向一致。且導向輪軸心線與從動行 走輪ll的軸心線在空間上是相互垂直的。2個導向小輪子前后外端點的連線長度，不小于從 動行走輪11的圓錐體斜面邊緣上的最大外圓直徑。
導向輪組在導向三角支架鋼板14上安裝的位置，是要在從動行走轉向系統工作時，使導 向輪組正好處于樓梯欄桿扶手水平時的扶手高度的正中間位置。
為了減輕機器人重量，導向三角支架鋼板14制作開挖成23示的中部空間形狀，也可以 開挖制作成其它中空形狀。
機器人上部分從動行走轉向系統3里的拉掛三角支架鋼板15，上面開有穿軸孔25。拉掛 三角支架鋼板寬邊27的位置，應該正好處于樓梯欄桿扶手水平時的扶手高度的靠近下邊。
在拉掛三角支架鋼板寬邊27的兩個端角下邊，制作有兩個向上翻巻起來的鋼板掛鉤2i， 鋼板掛鉤21的掛鉤中間，是用來專門安裝放置可旋轉的主框架5上端兩邊的鋼管(或角鋼) 上焊接著的長(或短)的鋼筋軸掛鉤19的。
在靠近兩個鋼板掛鉤21內側邊的鋼筋軸掛鉤19的邊上，向上邊焯接有兩塊旋轉定位限 向鐵塊20，用以限制主框架5及其鋼筋軸掛鉤19只能是向樓梯扶手的鋼筋欄桿方向旋轉， 而不能夠反過來向遠離樓梯扶手的鋼筋欄桿方向旋轉。
在靠近兩鋼板掛鉤21內側邊的鋼筋軸掛鉤19的邊上，同時又是向下邊焊接有兩塊橫向 移動定位限位鐵塊22，用以限制主框架.5及其鋼筋軸掛鉤19不能向左或向右有稍微過量的 橫向移動。
拉掛三角支架鋼板15上，也制作開挖有減重的中空孔23，也可以開挖制作成其它中空 形狀。
上述從動行走輪機械體、導向三角支架部件和拉掛三角支架部件，就共同構造成了機器 人的一個完整無缺的從動行走轉向機器系統。
機器人中間部分聯結支撐承重框架系統工作箱4里面，由其構造件主框架5、椅子扶手6、 座椅框架平面7、支撐框架平面9、定位伸縮支撐桿8、坐者的踏腳板——即運貨時的承重支 架板26、以及未在附圖中畫出來的椅子扶手前面的金屬護欄等構成。
主框架5，就是把鋼管折彎成圖4里所示的"U"字形狀的三邊框架，開口向上，兩個 上端管口下部兩邊的穿孔中，安裝穿有長鋼筋i9，并從管子里外將鋼筋19與管子5焊接成 一個牢固的機械整體——鋼筋軸掛鉤19，以便安裝掛靠在鋼板掛鉤21上面工作。又如圖1 示，在主框架5上面還有使用活動螺栓安裝的座椅框架平面7、椅子扶手6和定位伸縮支撐 桿8。
座椅框架平面7，是一個焊接制作成的封閉平面角鐵框架。里面中間以去邊小角鐵聯接 加固加強，上面可鋪設安裝中粗承重鋼絲網。為使坐者不會因自身重力而向前自由滑出座椅， 應使座椅框架平面7與椅子靠背板——即主框架5所在的垂直平面之間的夾角不大于90° ， 并由定位伸縮支撐桿8上面定位點的活動聯結來確定保證。為使坐者舒適，也應制作有臨時 的椅靠背板和椅坐墊，來供坐者使用，而在不坐人時，即裝貨運貨時拿掉存放起來。
椅子扶手6以不銹鋼管制作。因其與座椅框架平面7、主框架5，是以活動螺栓、或使用 活動銷軸、銷釘聯結成了 2個豎立的平行四邊形框架，故它可以很方便地折疊收攏起來。椅 子扶手6前面的金屬保護欄桿，使用鋼管制作，可以制作成一個向上豎起的、長方形的、可 拆卸的活動封閉框架，并使用簡單的螺栓，在椅子扶手6前端兩邊，和座椅框架平面.7前端 兩邊上安裝固定
支撐框架平面9，可以制作成角鋼封閉框架平面。同時使用活動螺栓，來與其上面的座 椅框架平面7裝配成一個牢固的機械聯結整體，同時就與座椅框架平面7構成了兩邊豎立的
平行四邊形框架，在不裝載工作箱2時，就可以很方便地折疊收攏起來。支撐框架平面9框 架里面空間，也要以去邊小角鐵來聯接加固。工作箱2在支撐框架平面9上面的安裝，可以 是使用滑道來推入和拉出，并以插銷方式來定位鎖死；也可以是隨時對其解鎖并拖拉出來。
定位伸縮支撐桿8，如圖1示，可使用一根粗鋼管里面套一根可以在其中自由抽插活動 的細鋼管的方式來制作；即使用粗細不一的兩組兩根鋼管， 一組鋼管的一端聯結在座椅框架 平面7的前端邊上，另一組鋼管的一端聯結在主框架5的下端邊上，然后就可以把細鋼管插 入粗鋼管里面即構成。其限位支撐的定位點，可以根據定位伸縮支撐桿8需要伸縮的位置和 需要支撐的角度來確定。即是在鋼管上選定的一個定位點處鉆上一個穿孔，以便隨時安裝插 銷來對該定位點進行機械定位鎖死保證。
坐者的踏腳板——即運貨時的承重支架板26，可用小角鋼框架內加薄木板來制作?？梢?br> 制作成對開的兩塊板子，為單支點固定聯接，即是以單支點為圓心，把板子方便地旋轉收入
支撐框架平面9靠前(外)端部位上面，又可以很方便地旋轉向前(外)打開伸出，成為一 個有三個邊的開放框架板；再以小角鐵去活動聯接，并構成封閉此開放框架板開口的一個邊。 機器人下部分電力驅動行走控制系統工作箱2的外形，如圖l示為長方體。 動力電源系統，可以是使用普通的充電蓄電池系統，電源電壓使用直流24V，應配套使 用專用的安全充電機系統；可以安裝使用聲光報警器系統。 使用的是直流永磁微型小電機。
使用帶自鎖功能的蝸輪蝸桿減速機，以保證減速機械停轉后的穩定不轉動和保證機械行 走齒輪10不會因機器人自重力作用、或貨物重力作用而自動旋轉。
經過減速后的機械行走齒輪10的轉速設定為10轉/分鐘 30轉/分鐘。
機械行走齒輪10的尺寸數據設計為，由齒根部構成的圓直徑約為300mm,齒根間距約15 mm 17mm，齒深約為16咖 18咖。
機械行走齒輪10的齒輪平面，在電力驅動行走控制系統工作箱2里面的安裝位置是緊挨 著樓梯欄桿鋼筋的，以便于行走齒輪10的輪齒與欄桿鋼筋相交嚙合。而齒輪平面安裝的角度， 是按一般樓梯欄桿扶手斜面與水平面的通用夾角數30。來傾斜安裝，讓齒輪的工作輪齒與欄 桿鋼筋傾斜相交嚙合。此時齒輪的工作輪齒與欄桿鋼筋接觸磨損的距離就會要短一些，僅僅 是在樓梯欄桿水平扶手轉彎處，只有1根或2根欄桿鋼筋與齒輪的工作輪齒接觸磨損的距離 是要長一些。
機器人驅動行走系統里的2個機械行走齒輪10安裝的相互位置，在齒輪平面與欄桿鋼筋 成30°角度傾斜相交時，要保證它們相互平行的軸心線之間的距離，應該安裝為樓梯扶手欄 桿里鋼筋欄桿傾斜的30°間距平均數的0. 5倍。
由1個小電機、1個蝸輪蝸桿減速機和1個機械行走齒輪10，就可以構成1個機械行走 齒輪變速箱小系統。而由2個這種機械行走齒輪變速箱小系統，就共同組成了機器人的驅動 行走系統。這2個機械行走齒輪10上的在行進中連續工作著的輪齒，都是連續地進進出出、 并排列在樓梯扶手欄桿里每一根鋼筋所在位置的連線上，而呈現出左右小幅度地超出該連線 即擺動向前行進。
電力電子控制器，就是使用一套電子控制電路及其電力電子器件，通過變化控制供給電 機的電源電壓和電流，來操縱控制機械行走齒輪10轉速的快慢和轉動的方向，以達到控制機 器人上升或下降的快慢和前進的方向。繼電器、機械控制器，都是電力電子控制器的組成、 或執行機構、或與其它機械聯結的自動控制機構。
移動限位彈簧，是用來自動調節變速齒輪箱安裝位置的微小變化間距，即自動調節2個 機械行走齒輪IO在行進工作中輪齒的相互間距，以自動去適應鋼筋欄桿間距不完全均等的復 雜變化狀態。
傳感器是自動反饋機械執行情況信息給控制器系統，以達到精確控制機器人行走狀況的 目的。
機器人的操縱開關，可以使用拖動線纜(或加了金屬軟管的)開關盒，由主人拿在手中 在機器人旁邊行走操控，也可以由坐者自己拿在手中操控。
至此，機器人的三大組成系統工作箱已經分別構成，只要是把它安裝在一般通用的樓梯 扶手欄桿上面，即可方便地開機使用了。
本發明申請的最佳實施方案之一，就是圖l所示的這個實施例。
2權利要求
1、一種家用樓梯搬運工機器人，是專門配套安裝、使用行進在由鋼筋、水泥和木制扶手構成的一種通用的樓梯扶手欄桿(1)上的，包括通用的限位開關、感應開關、限位鋼板、限位鋼筋等等；其特征在于還包括機器人下部分的電力驅動行走控制系統工作箱(2)，及其里面安裝使用的機械行走齒輪(10)、未在附圖中畫出來的電動機、蝸輪蝸桿減速機、齒輪減速機、充電蓄電池、電力電子控制器、繼電器、行程開關、電纜線纜、動力電線、接插件、機械控制器、移動限位彈簧、傳感器、機器人的操縱開關等；還包括機器人上部分的從動行走轉向系統工作箱(3)，未在附圖中畫出來的系統工作箱(3)的前后箱子面上安裝的排障除塵刷子、及其里面安裝使用的從動行走輪(11)、安裝在從動行走輪(11)上的輪子軸承(13)、安裝在從動行走輪(11)里面的輪軸(12)、緊固輪軸(12)的螺帽(17)、與螺帽(17)配合使用的緊固平墊片彈墊片(18)；及安裝并緊固在輪軸(12)一端上的導向三角支架鋼板(14)、轉向導向輪組(16)、穿軸孔(24)、中間挖空孔(23)；以及安裝并緊固在輪軸(12)另一端上的拉掛三角支架鋼板(15)、穿軸孔(25)、支架(15)下部分的拉掛三角支架鋼板寬邊(27)、寬邊(27)兩端角下邊向上翻卷起來的鋼板掛鉤(21)；還包括機器人中間部分的聯結支撐承重框架系統工作箱(4)，及構成其結構的主框架(5)、椅子扶手(6)、座椅框架平面(7)、安裝電力驅動行走控制系統工作箱(2)的支撐框架平面(9)、定位伸縮支撐桿(8)、坐者的踏腳板——即運貨時的承重支架板(26)、未在附圖中畫出來的椅子扶手前面的金屬護欄等；以及安裝固定在主框架(5)上面的鋼筋軸掛鉤(19)、安裝固定在鋼筋軸掛鉤(19)上邊的旋轉定位限向鐵塊(20)、和安裝固定在鋼筋軸掛鉤(19)下邊的橫向移動定位限位鐵塊(22)。
2、 如權利要求1所述的一種家用樓梯搬運工機器人，其特征在于所述機器人下部分的 電力驅動行走控制系統工作箱(2)，是安裝在支撐框架平面(9)上面工作的；就是該系統中 的蓄電池電力，去驅動電機、經過減速機來帶動機械行走齒輪(10)旋轉，并且是嚴格地按 照電力電子控制器的指令，去往上或往下旋轉撥動樓梯欄桿里的一根根粗鋼筋，從而使機器 人自身順著(由機器人上部分的從動行走轉向系統來保證實現)樓梯欄桿扶手， 一節一節地逐歩上升或者是一節一節地逐歩下降；即是這樣輕松方便地前進上下樓梯，非常安全穩當地 運送人員、或者是運送重物上下到達各個目的地樓層的；工作箱(2)的外形，既可以如圖1示的制作成一個長方體工作箱，也可以按其中的子系 統個數，分別制作成為幾個小的各種形狀的工作箱來共同構成；動力電源系統，可以是使用普通的、或專用的充電蓄電池系統，電源電壓必須滿足使用 人身安全低電壓的基本要求，如直流12V、 18V、 24V、 36V,或其它方便適用的電壓數值；充 電蓄電池系統應配套使用專用的、或簡易的安全充電機系統；可以安裝使用聲光報警器、或警示系統，也可以不安裝使用報警系統；使用的電動機，可以是直流永磁微型小電機，也可以是其它種類型的電動機；可以使用帶自鎖功能的蝸輪蝸桿減速機，也可以使用其它種類型的減速機，此時需要同 時另外加裝一個自動鎖定機構，以保證減速機械停轉后的穩定不轉動和保證機械行走齒輪 (10)不會因機器人自重力作用、或貨物重力作用而自動旋轉； .經過減速后的機械行走齒輪(10)的轉速是依實際使用需求設定的，既可以設定為10轉 /分鐘 30轉/分鐘，也可以依其它使用情況而設定為其它的需要使用的轉數；機械行走齒輪(10)的尺寸數據可以設計為，由齒根部構成的圓直徑約為300mm，齒根 間距約15mm 17mm，齒深約為16 mm 18 mm，也可以依照配套使用樓梯扶手欄桿里的鋼 筋間距、鋼筋粗細的不同，按其實際使用需求來設定機械行走齒輪(10)的尺寸數據為其它 數值的數據；機械行走齒輪(10)的齒輪平面，在電力驅動行走控制系統工作箱(2)里面的安裝位置 是緊挨著樓梯欄桿鋼筋的，以便于行走齒輪(10)的輪齒與欄桿鋼筋相交嚙合；而齒輪平面 安裝的角度，可以是與水平面夾角成0°的水平放置安裝，即齒輪平面與欄桿鋼筋垂直相交 時，由于機器人在行進的過程中是同時在上升、或是同時在下降，所以齒輪的工作輪齒與欄 桿鋼筋接觸磨損的距離是要長一些，僅僅是在樓梯欄桿水平扶手轉彎處，只有1根或2根欄 桿鋼筋與齒輪的工作輪齒接觸磨損的距離是要短一些；也可以是按照樓梯欄桿扶手斜面與水 平面的夾角度數，來傾斜安裝齒輪平面與水平面的夾角，或者是按一般樓梯欄桿扶手斜面與 水平面的通用夾角數30。來傾斜安裝，讓齒輪的工作輪齒與欄桿鋼筋傾斜相交嚙合，此時齒 輪的工作輪齒與欄桿鋼筋接觸磨損的距離就會要短一些，僅僅是在樓梯欄桿水平扶手轉彎處， 只有1根或2根欄桿鋼筋與齒輪的工作輪齒接觸磨損的距離是要長一些；機器人驅動行走系統里的2個機械行走齒輪(10)安裝的相互位置，就是要保證它們相 互平行的軸心線之間的距離，在機械行走齒輪(10)的齒輪平面與欄桿鋼筋垂直相交時，應 該安裝為樓梯扶手欄桿里鋼筋欄桿的水平間距平均數的0. 5倍、或1.5倍、或2.5倍，等等 以此類推；而在齒輪平面與欄桿鋼筋成一定角度傾斜相交時，這2個機械行走齒輪(10)相 互平行的軸心線之間的距離，就應該安裝為樓梯扶手欄桿里鋼筋欄桿的傾斜(按齒輪平面與 欄桿鋼筋相交的角度傾斜)間距平均數的0.5倍、或1.5倍、或2.5倍，等等以此類推；上述的1個電機、1個減速機和1個機械行走齒輪(10)，就可以構成1個機械行走齒輪 變速箱小系統，由2個這種機械行走齒輪變速箱小系統，就共同組成了機器人的驅動行走系 統；這2個機械行走齒輪(10)上的在行進中連續工作著的輪齒，都是連續地進進出出、并排列在樓梯扶手欄桿里每一根鋼筋所在位置的連線上，而呈現出左右小幅度地超出該連線即 擺動向前行進；當然也可以使用l個、或3個、或4個、或更多的這樣的行走齒輪變速箱小系統，來組 成其它種類型式機器人的驅動行走系統；或者是使用一個大減速機，通過機械齒輪和軸的傳動，來同時帶動多個小直徑的機械行 走齒輪(10)并排列成一行，也使這些齒輪的工作輪齒連續排列，進進出出在樓梯扶手欄桿 里每一根鋼筋所在位置的連線上，它們也會左右小幅度地超出該連線并擺動向前進，即構成 另一種機器人的驅動行走系統；電力電子控制器，就是使用一套電子控制電路及其電力電子器件，通過變化控制供給電 機的電源電壓和電流，來操縱控制機械行走齒輪(10)轉速的快慢和轉動的方向，以達到控 制機器人上升或下降的快慢和前進的方向；繼電器、行程開關、電纜線纜、動力電線、接插件、機械控制器，都是電力電子控制器 的組成、或執行機構、或與其它電器、機械聯結的自動控制機構；移動限位彈簧，是用來自動調節變速齒輪箱安裝位置的微小變化間距，即自動調節2個 機械行走齒輪(10)在行進工作中輪齒的相互間距，以自動去適應鋼筋欄桿間距不完全均等 的復雜變化狀態；傳感器是自動反饋機械執行情況信息給控制器系統，以達到精確控制機器人行走狀況的 目的；機器人的操縱開關，可以是直接安裝使用在機器人身上的，如安裝在椅子扶手(6)邊上 的開關盒，由坐者自己操作控制機器人前進；也可以是使用拖動線纜(或加了金屬軟管的) 開關盒，由主人拿在手中在機器人旁邊行走操控，也可以由坐者自己拿在手中操控；更可以 是使用各類聲控遙控、超聲波遙控、射線遙控開關等，來遠距離操作控制機器人的行進狀態; 顯然，這些遙控開關，可以是使用帶編碼程序的，也可以是使用非編碼程序的；既可以是單 控開關，也可以是多控開關，不拘一格；機器人也可以進行升級成為智能機器人，就是在系統里增加單片機、微電腦、語音芯片、 語音識別芯片、視頻芯片、攝像頭、感光器件、麥克、喇叭、各種功能傳感器、線纜線束等， 就可以實現智能機器人與主人會話交流，互動工作，并按主人的意愿去勤奮工作。
3、如權利要求1所述的一種家用樓梯搬運工機器人，其特征在于所述機器人上部分的 從動行走轉向系統工作箱(3)，是安放并工作在欄桿的木制扶手表面上的；它承擔著引導機 器人沿著樓梯欄桿扶手表面行進和轉向的關鍵任務； 工作箱(3)的外形如圖l示，也可以制作成其它形狀的工作箱罩子，來保護里面的機器 系統；在從動、行走轉向系統工作箱(3)的前后箱子面板上，圍著欄桿扶手上、內、外的三個表 面邊，安裝有排障除塵刷子(未在附圖中畫出)，以便系統在行進中能自動地清潔欄桿扶手表 面，確保從動行走轉向系統的正常工作環境；從動行走轉向系統里的內部結構如圖2所示，從動行走輪(ll)，是由其中間的行走直圓 筒形圓面，及其兩端的兩個圓錐面，共同構成此特定的從動行走輪(11)的輪子形狀及外表 面；由于從動行走輪(11)是行走在樓梯欄桿扶手上表面上的，所以從動行走輪(11)中間 的行走直圓筒形圓面的長度，應不小于樓梯欄桿扶手上表面的寬度；而其中間的行走直圓筒 形圓面的中心圓，和與其平行的圓錐面邊緣上最大外圓，同時與一個通過它們兩個圓心的平 面相交時，在這兩個圓心連線一側的兩個面圓交點的連線距離，應不小于樓梯欄桿扶手上表 面寬度的21/2倍；從動行走輪(11)兩端的圓錐面邊緣上最大外圓的直徑，應略小于樓梯扶手 欄桿拐彎處水平扶手里面側面的長度，也即是略小于該處上下樓梯欄桿斜面扶手之間的垂直 間距，但應同時是大于從動行走輪(ll)中間的行走直圓筒形圓的外徑，以免從動行走輪(ll) 在快速行進中，可能會從樓梯欄桿扶手斜面、或是扶手水平表面上滑落出去，而影響了從動 行走轉向系統的跟隨行進、主動轉彎等功能的正常發揮；從動行走輪(11)里面的輪軸(12)，是通過裝在輪子里的兩個軸承(13)，而與從動行 走輪(11)聯結成為一個可以相對轉動的機械整體，并與輪軸(12)兩端上的緊固螺帽(17)、 與螺帽(17)相配套使用的平墊片彈墊片(18)等，共同構成了一個從動行走輪機械整體； 加上輪軸(12)兩端上分別安裝緊固的導向三角支架鋼板(14)、及其上面安裝使用的轉向導 向輪組(16)，和拉掛三角支架鋼板(15)等重要部件，就共同構造成了機器人的一個完整無 缺的從動行走轉向機器系統。
4、如權利要求1所述的一種家用樓梯搬運工機器人，其特征在于所述機器人中間部分 的聯結支撐承重框架系統工作箱(4)，是在中間往上聯結上部分的從動行走轉向系統工作箱 (3)，和往下聯結下部分的電力驅動行走控制系統工作箱(2),從而構造成一個完整無缺的 機器人，并承擔著機器人讓人乘坐和運送貨物的基本功能；它是由其構造件主框架(5)、椅子扶手(6)、座椅框架平面(7)、安裝電力驅動行走控 制系統工作箱(2)的支撐框架平面(9)、定位伸縮支撐桿(8)、坐者的踏腳板——即運貨時 的承重支架板(26)、以及未在附圖中畫出來的椅子扶手前面的金屬護欄等構成；主框架(5)，就是把鋼管，或角鋼折彎成圖4里所示的"U"字形狀的三邊框架，開口 向上，兩個上端管口 (或角鋼)下部兩邊的穿孔中，安裝穿有長(或短)鋼筋(19)，并從管 子里外將鋼筋(19)與管子(5)焊接成一個牢固的機械整體——鋼筋軸掛鉤(19)，以便安 裝掛靠在拉掛三角支架鋼板寬邊(27)兩個端角下邊向上翻巻起來的鋼板掛鉤(21)上面工 作；又如圖1示，在主框架(5)上面還安裝有使用活動螺栓、或使用活動銷軸、銷釘等機械 聯結方式安裝的座椅框架平面(7)、椅子扶手(6)和定位伸縮支撐桿(8);座椅框架平面(7)，是一個焊接制作成的封閉平面角鐵框架，或制作成封閉平面鋼管框 架，里面中間以小扁鐵、或去邊小角鐵等聯接加固加強，上面可鋪設安裝中粗承重鋼絲網， 或加裝承重粗鋼絲等；為使坐者不會因自身重力而向前自由滑出座椅，應使座椅框架平面(7) 與椅子靠背板——即主框架(5)所在的垂直平面之間的夾角不大于90° ，并由定位伸縮支 撐桿(8)上面定位點的活動聯結來確定保證；為使坐者舒適，也應制作有臨時的椅靠背板和 椅坐墊，來供坐者使用，而在不坐人時，即裝貨運貨時拿掉存放起來；椅子扶手(6)可以不銹鋼管，或普通鋼管，或其它型材制作；因其與座椅框架平面(7)、主框架(5)，是以活動螺栓、或使用活動銷軸、銷釘聯結成了 2個豎立的平行四邊形框架， 故它可以很方便地折疊收攏起來，以減少不使用時占用的空間；椅子扶手(6)前面的金屬保 護欄桿，也可以使用鋼管制作，既可以制作成一根直鋼管桿子護欄，也可以制作成一根向上 拱起的圓弧形鋼管桿子護欄，更可以制作成一個向上豎起的、長方形的、可拆卸的活動封閉 框架，并使用簡單的通用掛鉤、螺栓等機械聯接方式，在椅子扶手(6)前端兩邊、或座椅框 架平面(7)前端兩邊上安裝固定，或拆卸下來；長方形框架保護欄桿，在座椅不用收攏時， 就可以反轉下來用以框住即鎖定整個座椅成收攏狀態，以便暫時擱置或掛放；安裝電力驅動行走控制系統工作箱(2)的支撐框架平面(9)，可以制作成角鋼封閉框架 平面，或制作成鋼管封閉框架平面，同時使用活動螺栓、或使用活動銷軸、銷釘等機械聯結 方式，來與其上面的座椅框架平面(7)裝配成一個牢固的機械聯結整體；同時支撐框架平面 (9)與座椅框架平面(7)也構成了兩邊豎立的平行四邊形框架，故在拿掉了它上面裝載的 電力驅動行走控制系統工作箱(2)以后，也可以很方便地折疊收攏起來，以減少不使用時占 用的空間；支撐框架平面(9)框架里面空間，也要以小扁鐵、或去邊小角鐵、或粗鋼絲等來 聯接加固；電力驅動行走控制系統工作箱(2)在支撐框架平面(9)上面的安裝，既可以是 使用滑板、或使用滑道來推入和拉出，并以螺栓、或螺絲、或插銷等機械方式來定位鎖死， 也可以是隨時對其解鎖并拖拉出來；支撐框架平面(9)，也可以是用去邊小角鐵、或小扁鐵， 與其上面的座椅框架平面(7)焊接成一個牢固的機械聯結整體，電力驅動行走控制系統工作 箱(2)是被固定安裝在其上面，并以螺栓、或螺絲、或插銷等機械方式來定位鎖死以后，也 就是不維修時基本上很少再拿出來了 ；定位伸縮支撐桿(8)，如圖1示，可使用一根粗鋼管里面套一根可以在其中自由抽插活 動的細鋼管的方式來制作，即使用粗細不一的兩組兩根鋼管， 一組鋼管的一端聯結在座椅框 架平面(7)的前端邊上，另一組鋼管的一端聯結在主框架(5)的下端邊上，然后就可以把 細鋼管插入粗鋼管里面即構成；其限位支撐的定位點，可以根據定位伸縮支撐桿(8)需要伸 縮的位置和需要支撐的角度，來設計為多個活動聯結定位點，即是在鋼管上選定的每個定位 點處鉆上一個穿孔，以便隨時安裝插銷、或螺栓、或螺絲等，來對該定位點進行機械定位鎖 死保證；也可以使用其它的機械方式來實現，如在定位伸縮支撐桿(8)伸縮到其長度的最短 處定位點時，就是可以在細鋼管上該定位點處焊接一圈粗鋼絲，來實現其可靠的定位保證；坐者的踏腳板——即運貨時的承重支架板(26)，可用小角鋼框架內加薄木板、或用小塊 厚木板來制作；既可以制作成對開的兩塊板子，或制作成前后兩塊板子，也可制作成上下摞 放的兩塊板子，均為單支點固定聯接，即是以單支點為圓心，把板子方便地旋轉收入支撐框 架平面(9)靠前(外)端部位上面，又可以很方便地旋轉向前(外)打開伸出，成為一個有 三個邊的開放框架板，再以小角鐵去活動聯接，并構成封閉此開放框架板開口的一個邊；該 踏腳、承重支架板(26)，也可以制作成向前拉伸出來和向里推入進去的一塊板子，即是可以 抽插伸縮放置的一塊整板子；也可以用合頁鉸結支撐框架平面(9)的前端平面與其上面的這 塊板子，制作成板子向上翻開鋪平即可使用，用后再向上折疊合攏——即已經是平放在支撐 框架平面(9)的前端平面上了。
5、如權利要求3所述的一種家用樓梯搬運工機器人，其特征在于所述機器人上部分從 動行走轉向系統(3)里的導向三角支架鋼板(14)(又見圖3)上開有穿軸孔(24)，導向三 角支架鋼板(14)面板下邊安裝的轉向導向輪組(16)，是由2個導向小輪子組成，2個導向 小輪子的輪側面是垂直于三角支架鋼板平面的，2個導向小輪子的行走接觸面朝向從動行走 輪(11)的方向一邊；2個導向小輪子一前一后排列的連線方向，與從動行走輪(11)前進 的方向一致，且導向輪軸心線與從動行走輪(11)的軸心線在空間上是相互垂直的；2個導 向小輪子前后外端點的連線長度，不小于從動行走輪(11)的圓錐體斜面邊緣上的最大外圓 直徑；導向輪組在導向三角支架鋼板(14)上安裝的位置，是要在從動行走轉向系統工作時， 使導向輪組正好處于樓梯欄桿扶手水平時的扶手高度的正中間位置，略有一點高低也無妨， 但是無論如何也不能超出樓梯欄桿扶手水平時的扶手高度之外去；轉向導向輪組(16)，也可以根據各種不同的使甩需求，改換安裝成1個直徑大--點的導 向輪子，其直徑要與2個導向小輪子前后外端點的連線長度相當，也是不小于從動行走輪(ll)的圓錐體斜面邊緣上的最大外圓直徑；也可以改換安裝成3個、或4個直徑更小一點的導向輪子來構成，其導向小輪子前后外 端點的連線長度，也要與2個導向小輪子前后外端點的連線長度相當，也是不小于從動行走 輪(11)的圓錐體斜面邊緣上的最大外圓直徑;為了減輕機器人重量，導向三角支架鋼板(14)制作開挖成(23)示的中部空間形狀， 也可以開挖制作成其它中空形狀；
6、 如權利要求3所述的一種家用樓梯搬運工機器人，其特征在于所述機器人上部分從動行走轉向系統(3)里的拉掛三角支架鋼板(15)(又見圖4)上面開有穿軸孔(25)，拉掛 三角支架鋼板寬邊(27)的位置，應該正好處于樓梯欄桿扶手水平時的扶手高度的靠近下邊， 略有一點超出也無妨，但絕不能全部超出在樓梯欄桿水平時的欄桿扶手高度之外；在拉掛三角支架鋼板寬邊(27)的兩個端角下邊，制作有兩個向上翻巻起來的鋼板掛鉤 (21)，鋼板掛鉤(21)的掛鉤中間，是用來專門安裝放置可旋轉的主框架(5)上端兩邊的 鋼管(或角鋼)上焊接著的長(或短)的鋼筋軸掛鉤(19)的；在靠近兩個鋼板掛鉤(21)內側邊的鋼筋軸掛鉤(19)的邊上，向上邊焊接有兩塊旋轉 定位限向鐵塊(20)，用以限制主框架(5)及其鋼筋軸掛鉤(19)只能是向樓梯扶手的鋼筋 欄桿方向旋轉，即是向下、向后、向里旋轉，而不能夠反過來向遠離樓梯扶手的鋼筋欄桿方 向旋轉，即是不能夠向上、向前、向外旋轉；在靠近兩鋼板掛鉤(21)內側邊的鋼筋軸掛鉤(19)的邊上，同時又是向下邊焊接有兩 塊橫向移動定位限位鐵塊(22)，用以限制主框架(5)及其鋼筋軸掛鉤(19)不能向左或向 右有稍微過量的橫向移動；拉掛三角支架鋼板(15)上，也制作開挖有減重的中空孔(23)，也可以開挖制作成其它 中空形狀；導向三角支架鋼板(14)和拉掛三角支架鋼板(15)，是被分割制作成兩塊三角支架鋼板 的，但也可以不分割開來，即是使用一整塊鋼板來制作并折彎成"n"字形狀，再從上往下套 住并安裝在輪軸(12)的兩端上。
7、 如權利要求1至6所述的--種家用樓梯搬運工機器人，其特征在于所述機器人在上、 下樓梯的前進中，也就是在機器人下部分的電力驅動行走控制系統(2)在工作時，即是機器 人系統中的蓄電池電力，去驅動電機帶動減速機，再帶動機械行走齒輪(10)旋轉，并且是 嚴格地按照控制器的指令，去往上或往下旋轉撥動樓梯欄桿里的-根根粗鋼筋，從而使機器 人自身順著樓梯欄桿扶手， 一節一節地逐歩上升、或者是一節一節地逐歩下降；從動行走轉向系統(3)，此時也就是被其下部分的電力驅動行走控制系統(2)，通過主框架(5)上面的 鋼筋軸掛鉤(19)，與拉掛三角支架鋼板(15)下面的鋼板掛鉤(21)牢靠地活動餃接，被拖 動并向前進；即是在沿著樓梯欄桿扶手斜面向上行進、或者是向下行進； 一直到了樓梯欄桿 扶手的水平扶手段處——即水平扶手的直角轉彎處，也就是從動行走轉向系統(3)沿扶手斜 面向上行進、或者是向下行進到接近樓梯欄桿扶手的水平表面處；從動行走輪(11)再繼續 向前行進時，從動行走輪(11)處于樓梯欄桿扶手拐彎直角里面一側的、圓錐面邊緣上的最 大外圓，就被樓梯欄桿水平扶手攔住不能夠再向前進；此時正在向前運動的這個圓錐面邊緣 上的最大外圓，就產生了一個跨越欄桿水平扶手的向上的運動趨勢；處于其下面的正在向前 進的轉向導向輪組(16)，因同時受到樓梯欄桿水平扶手的阻擋，也就同時產生了一個沿欄桿 水平扶手內側表面轉向前進的一個運動趨勢；而從動行走輪(11)處于樓梯欄桿扶手拐彎直 角外面一側的圓錐面邊緣上的最大外圓，卻因為沒有任何物體阻擋而產生不出一個向上的運 動趨勢，來響應從動行走輪(11)另一端圓錐面邊緣上的最大外圓向上的運動趨勢，故無法 形成從動行走輪(11)跨越欄桿水平扶手的可能性；同時機器人下部分的機械行走齒輪(10) 仍然是在繼續撥動鋼筋欄桿向前進，這就造成處于樓梯欄桿扶手拐彎直角外面一側的圓錐面 邊緣上的最大外圓，產生了以轉向導向輪組(16)與水平扶手內側表面的接觸點(線)為圓 (軸)心，以該圓(軸)心到欄桿扶手拐彎直角外面一側的圓錐面邊緣上的最大外圓面的距 離為半徑的水平圓旋轉運動趨勢，正好是與轉向導向輪組(16)的一個沿欄桿水平扶手內側 表面轉向前進的運動趨勢響應起來，就使得轉向導向輪組(16)的這個沿欄桿水平扶手內側 表面轉向前進的運動趨勢，變成了導向輪子的轉向轉動前進；這時處于欄桿扶手拐彎直角里 面一側的、且處于導向輪組(16)上方的圓錐面邊緣上最大外圓，則因其圓錐斜表面與扶手 水平表面上的邊角是斜面銳角相交，而產生一個微小距離的滑動行進——即沿扶手水平表面 上的邊角轉向前進了一個微小距離，則更促成了此時處于樓梯欄桿扶手拐彎直角外面一側的 圓錐面邊緣上的最大外圓的水平圓旋轉運動趨勢，即刻就變成了一個空中水平的圓旋轉運動， 并立即就轉向了一個直角9(T ;至此，導向輪子的轉動前進，就引導著整個從動行走輪Ul) 安全、平穩、平滑地轉向，并全部行進到了樓梯欄桿的水平扶手表面上，即安全、平穩、平 滑地完成了一次跨越樓梯欄桿扶手的直角轉彎處，并能順利地繼續向前進；再繼續重復一次 上述從動行走轉向系統這個跨越欄桿扶手直角轉向的程序步驟，就可以又一次安全、平穩、 平滑地完成直角扶手的樓梯轉彎并向前進；拉掛三角支架鋼板寬邊(27)的位置，正好處于 樓梯欄桿扶手水平吋的扶手高度的靠近下邊，即是處于樓梯欄桿扶手拐彎直角外面-,l直角 尖的豎直連線下邊上；在機器人從動行走轉向系統沿著樓梯欄桿扶手作直角轉彎時，這個拉 掛三角支架鋼板寬邊(27)，因為是被安裝緊固在從動行走輪(11)在轉彎直角外側的鋼輪軸 (12)上面，所以它就只能是隨著從動行走輪(11)的水平轉向前進，而作一個空中的水平 旋轉轉向前進；最多也不過是寬邊(27)是靠著樓梯欄桿扶手直角拐彎外面一側直角尖尖連 成的豎直連線下邊，來做了一個空中的水平旋轉并轉向直角9(T ，而且是將其下邊拉掛著的 機器人的中間部分和下面部分，也都同時聯帶拉著一起做了一個空中的水平旋轉且轉向了一 個直角90° ，并安全順利地繼續向前進。
全文摘要
本發明申請，涉及一種機電一體化的、使用電力驅動的、能夠自己輕松上下樓梯、并能運送重物的一種家用樓梯搬運工機器人系統，是由其上部分從動行走轉向系統工作箱3、中間部分聯結支撐承重框架系統工作箱4和下部分電力驅動行走控制系統工作箱2共同構成。我國8層以下的不設電梯的低矮樓房，里面都普遍安裝有由鋼筋、水泥和木制扶手構成的一種通用的樓梯扶手欄桿，家用樓梯搬運工機器人，就是使用并沿著這種樓梯扶手欄桿輕快地上下樓梯。它可以很方便地讓腿腳不便的老年人、或病人坐著上下樓梯，也可以運載上百公斤的重物輕松上下樓梯，因而也必將是搬家公司、物業公司、建筑公司非常適宜選用的一種新工具裝備。
文檔編號B62D57/00GK101357653SQ200810048808
公開日2009年2月4日 申請日期2008年8月14日 優先權日2008年8月14日
發明者海 任 申請人:海 任