一种三足爬楼装置及其实现方法

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一种三足爬楼装置及其实现方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及楼道间助老助残运输技术领域，具体是一种既可平地代步，又适用于无电梯的场合，协助人上下楼或者搬送重物的爬楼装置。\n背景技术\n[0002] 新建的高层或小高层居民楼都配备了电梯以方便人们上下楼，但是，在小高层以下或者许多老旧的居民楼内电梯远未普及；同时随着人口老龄化进程的加快，老年人日益居多，他们在日常生活中买菜、饭后散步等都需要经常上下楼，有时甚至需要搬运一些重物，但是年老的身体条件却带来了很大的困扰甚至隐患。因此，设计一款平地代步与爬楼两用、稳定可靠的爬楼装置会大大的改善老年人的生活质量，让他们的出行更为方便，楼梯将不再成为他们出行的障碍。\n[0003] 目前，关于爬楼装置的文献资料虽然很多，例如中国专利申请号为\n201210330872.5的专利文献公开了一种双联星形机构电动爬楼梯轮椅，采用星形轮系作为爬楼梯机构，该轮椅爬楼时需要人工辅助支撑以调整重心的位置，因此爬楼过程不太平稳；\n另外该装置仅用于负重上下楼，无法在平地行走。中国专利申请号为201010533581.7的专利文献公开了采用自控式履带传动实现平地行走和爬楼梯双重功能的爬楼装置，适应能力高，但需要另外一人手扶把手辅助行走，履带传动易对台阶造成磨损和损坏。中国专利申请号为201210241517.0的专利文献公开了在轮椅下面增加六条可折叠机械腿模仿人腿爬楼梯动作的爬楼装置，整个过程座椅始终水平，对楼梯或台阶适应性广，但是包含关节很多，在换腿弯曲时，机械腿的受力复杂多变，对轮椅稳定性有一定影响。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是为了解决现有的爬楼装置在攀爬过程中存在的问题，提供一种平地行走与爬楼两用、装置重心稳定、爬楼过程平稳可靠的三足爬楼装置及其实现方法。\n[0005] 本发明一种三足爬楼装置采用的技术方案是：从上至下依次是工作台部件、重心调整装置、前后及上下伸缩装置和驱动行驶装置，工作台部件包括工作台、模式按钮、棘轮锁和T型把手，T型把手底部可转动地连接于工作台上表面的前沿中部，T型把手上部设有棘轮锁和模式按钮；工作台内部开有左、中、右3个相互平行的存储槽，左、中、右3个存储槽中分别置放的是电池模块、重心调整装置、控制系统；重心调整装置包括步进电机、质量块、丝杠及2根导柱，2根导柱一左一右穿过质量块上的通孔，中间的丝杠穿过质量块中间的螺纹孔，步进电机输出轴经联轴器和齿轮组连接于丝杠后端；工作台下方是包括有支撑板、主电动推杆、后副电动推杆和中副电动推杆的前后及上下伸缩装置，支撑板由前、中、后三块支撑板组成，均可前后滑动地连接于工作台；在中支撑板上表面中部沿纵向布置中副电动推杆，在后支撑板上表面中部沿纵向布置后副电动推杆，中副电动推杆前端是可伸缩端且与前支撑板后部的凸起相连接、后部顶在中支撑板的后部凸起上，后副电动推杆的前端是可伸缩且与中支撑板后部的凸起相连接、后部顶在后支撑板后部凸起上；主电动推杆由前、中、后三根主电动推杆组成，上端在竖直方向分别与各自正上方的前、中、后三块支撑板的底部中央固定在一起，下端均是可伸缩端；主电动推杆的下方是包括有距离传感器、前轮、中轮、后轮、足连接件、棘轮的驱动行驶装置；前、中、后轮各有左右两个车轮，前轮和中轮为转向轮，后轮的轮圈内装有轮毂电机；每个车轮的内圈靠车体一侧均设有锯齿，左右两个轮之间均设有水平的足连接件，每个足连接件中间装有一个距离传感器，且足连接件中间与主电动推杆的下部可伸缩端固定连接；在每个车轮和每个足连接件之间由车轮向车体中心依次装有与车轮共轴心线的推出弹簧、棘轮、弹簧压缩环和推入弹簧；每个车轮的锯齿与相应的每个棘轮形成内啮合棘轮结构，每个弹簧压缩环均通过钢线连接所述棘轮锁；所述前轮和中轮分别通过各自的副连接轴铰接副连接件，副连接件固定连接对应的足连接件；模式按钮、距离传感器、轮毂电机、步进电机、以及主电动推杆、后副电动推杆、中副电动推杆内的各自的电机均分别连接于控制系统，电池模块通过引线连接各个电机及控制系统。\n[0006] 本发明一种三足爬楼装置的实现方法采用的技术方案是具有爬楼梯模式、平地代步模式和下楼梯模式，所述爬楼梯模式包括以下步骤：\n[0007] 1）后部推出弹簧和后推入弹簧都处于压缩状态使棘轮机构锁止，操作者向上抬起T型把手，按下模式按钮输入信号到控制系统选择爬楼模式，控制系统输出信号控制后轮中的轮毂电机正转驱动后轮向前转动，直到控制系统接收到前距离传感器检测到前轮距台阶距离达到预设的阈值A时，控制系统控制轮毂电机停转；\n[0008] 2）控制系统控制前、中、后主电动推杆的三个电机同时正转使推杆都伸长至控制系统预设的阈值B时，控制步进电机反转，步进电机带动丝杠转动使质量块向后移动一定距离；\n[0009] 3）控制系统控制前主电动推杆中的电机反转使前主电动推杆缩短，前轮开始抬起，直到控制系统接收到前距离传感器检测到前距离传感器与台阶竖直面的水平距离并判断出距离发生突变时，前主电动推杆停止缩短；控制系统控制前主电动推杆中的电机继续反转使前主电动推杆进一步缩短，前轮继续抬高，直至前轮底部刚好和第一阶楼梯平面齐平，前主电动推杆停止缩短；\n[0010] 4）控制系统控制中副电动推杆中的电机正转使中副电动推杆伸长，推动前支撑板前移，直到控制系统接收到前距离传感器检测到与台阶的距离为阈值A时，中副电动推杆停止运动，控制系统控制步进电机正转使质量块向前移动直至回归中间位置；\n[0011] 5）控制系统控制中副电动推杆中的电机反转使中副电动推杆缩短，拉动中支撑板，中轮和后轮都向前移动，使工作台相对楼梯前进，直到控制系统接收到中距离传感器检测到中距离传感器与台阶的距离为阈值A时，中副电动推杆停止运动，爬完第一阶楼梯。\n[0012] 平地代步模式时，操作者按下模式按钮3输出信号到控制系统，扳动棘轮锁使棘轮机构失效，直线行驶时，控制系统输出信号控制轮毂电机正转或反转，驱动后轮使装置前进或倒退；转弯时，控制系统分别输出信号到后轮左右两个轮子的轮毂电机，使两个轮毂电机转速不一致，通过后轮左右轮转速差配合前轮和中轮实现转向。\n[0013] 本发明的有益效果：\n[0014] 1、本发明在工作台内设有重心调整装置、电池模块和控制系统，重心调整装置采用步进电机带动丝杠以调节质量块相对工作台前后位置从而保证爬楼过程装置重心的稳定性，前后及上下伸缩装置采用三根竖直布置的主电动推杆实现三足的高度升降，两根水平布置的副电动推杆实现爬楼过程的三足的水平移动，驱动行驶装置采用后轮轮毂电机驱动，前轮、中轮为转向轮布置，车轮上设有可开关的棘轮机构，一方面保证爬楼过程的安全性，另一方面利用棘轮反向锁止配合副电动推杆实现三足的不同移动组合，能协助爬楼亦可平地代步，爬楼过程姿态水平、装置重心可调、稳定可靠、车轮带棘轮反向锁止、安全性好。\n[0015] 2、本发明充分利用车轮特性，综合载人爬楼梯与平地代步两种功能，车轮采用可调棘轮实现反向锁止，解决了以车轮为足爬楼梯的可靠性与安全性。\n[0016] 3、本发明设有适应动作改变的重心调整装置，有效地保证了整体重心的稳定性。\n[0017] 4、本发明爬楼方式由水平和竖直两个运动方向组成，不存在曲线运动轨迹，有利于实现稳健的控制效果；同时工作台始终水平，使人安全感高、舒适性好。\n[0018] 下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细说明。\n附图说明\n[0019] 图1是本发明的整体结构示意图；\n[0020] 图2是图1中工作台及内部的重心调整装置结构分解示意图；\n[0021] 图3是图1中前后及上下伸缩装置结构爆炸图；\n[0022] 图4是图1中前轮、中轮和后轮及关联部件的局部结构示意图；\n[0023] 图5是图1拆去盖板后的3根主电动推杆都伸长及质量块后移时的爬楼状态示意图；\n[0024] 图6是在图5的基础上前主电动推杆缩短后的状态示意图；\n[0025] 图7是在图6的基础上前支撑板前移后的状态示意图；\n[0026] 图8是本发明的爬楼过程控制原理图。\n[0027] 图中：1.工作台；2.盖板；3.模式按钮；4.棘轮锁；5.T型把手；6.固定支座；7.支撑板；8.主电动推杆；9.距离传感器；10.前轮；11.中轮；12.后轮；13.轮毂电机；14.推出弹簧；\n15.足连接件；16.副连接件；17.T型连接板；18.主连接件；19.推入弹簧；20.弹簧压缩环；\n21.棘轮；22.主连接轴；23.副连接轴；24.步进电机；25.联轴器；26.齿轮组；27.主丝杠架；\n28.导柱；29.质量块；30.丝杠；31.副丝杠架；32.控制系统；33.电池模块；34.后副电动推杆；35.中副电动推杆；36.固定套；37.楼梯；\n[0028] 1a.存储槽；1b、1d.导向槽；1c.定位孔；7a.前支撑板；7b.中支撑板；7c.后支撑板；\n8a.前主电动推杆；8b.中主电动推杆；8c.后主电动推杆；9a.前距离传感器；9b.中距离传感器；9c.后距离传感器；15a.前足连接件；15 b.中足连接件；15c.后足连接件；17a.前T型连接板；17b.中T型连接板；17c.后T型连接板；19a.前推入弹簧；19b.中推入弹簧；19c.后推入弹簧；20 a.前弹簧压缩环；20 b.中弹簧压缩环；20c.后弹簧压缩环；21a.前棘轮；21 b.中棘轮；21c.后棘轮。\n具体实施方式\n[0029] 为便于理解，现规定空间方位如下：以爬楼的方向为“前”，以后轮的位置为“后”，相应地，面对着爬楼方向，可分为“左”、“右”、“上”、“下”的方位，沿前后方向为纵向，沿左右方向为横向，以下描述均遵从上述原则。\n[0030] 本发明具体结构如下：从上往下依次是工作台部件、重心调整装置、前后及上下伸缩装置和驱动行驶装置。\n[0031] 如图1所示，工作台部件由工作台1、盖板2、模式按钮3、棘轮锁4、T型把手5和固定支座6组成。工作台1是长方体平台结构，原始状态时与水平面平行，盖板2通过4个螺钉安装在工作台1上，形成工作台1的上表面，该上表面用于承载人或重物。固定支座6通过4个螺钉安装在工作台1上表面的前沿中部，T型把手5的底部左右两侧各固定连接一个定位轴，左右定位轴分别与固定支座6上的左右通孔有间隙地配合，使T型把手5可沿定位轴前后转动。T型把手5的上部设有棘轮锁4和模式按钮3，其设置位置以方便手动操作为准，模式按钮3有可选择的具有爬楼梯模式、平地代步模式和下楼梯模式，模式按钮3通过数据线与控制系统\n32的输入端相连接，棘轮锁4通过钢线绳连接驱动行驶装置中的弹簧压缩环20c。\n[0032] 如图1和图2所示，工作台1的左右两侧壁上均开有2个导向槽1b、1d和1个定位孔\n1c，2个导向槽1b、1d一前一后布置，长度方向是沿纵向，1个定位孔1c位于2个导向槽1b、1d的中间，工作台1内部开有左、中、右3个相互平行的存储槽1a，存储槽1a的长度方向是沿纵向，中间的存储槽1a中放置重心调整装置，左侧的存储槽1a中放置电池模块33，右侧的存储槽1a中放置控制系统32。电池模块33通过引线连接各个电机以及控制系统32的输入端，以提供电源。\n[0033] 重心调整装置由步进电机24、联轴器25、齿轮组26、主丝杠架27、2根导柱28、质量块29、丝杠30和副丝杠架31组成。2根导柱28左右布置，丝杠30位于2根导柱28中间并且与2根导柱28平行，丝杠30和2根导柱28的中间穿过质量块29上的相应的孔，丝杠30和2根导柱\n28的前端通过副丝杠架31用螺钉固定在中间的存储槽1a的前方，丝杠30和2根导柱28的后端通过主丝杠架27用螺钉固定在中间的存储槽1a的前方，2根导柱28一左一右穿过质量块\n29安装在主丝杠架27和副丝杠架31的定位孔中。丝杠30前后端分别位于主丝杠架27和副丝杠架31的几何中心位置，由轴承进行轴向定位。由步进电机24、联轴器25、齿轮组26组成的传动系统位于主丝杠架27后方，步进电机24通过控制线与控制系统32的输出端相连接，齿轮组26通过键连接装在丝杠30后端轴上，步进电机24的输出轴通过齿轮组26连接丝杠30后端，带动丝杠30运动。质量块29为长方体形，左中右均开有纵向通孔，其中中间的孔是螺纹孔，与丝杠30相互配合，左右两端通孔与两根导柱28配合，用于质量块29的前后导向。\n[0034] 如图1、2、3所示，在工作台1的下方是前后及上下伸缩装置，前后及上下伸缩装置包括支撑板7、主电动推杆8、T型连接板17、后副电动推杆34、中副电动推杆35等。\n[0035] 支撑板7由前支撑板7a、中支撑板7b、后支撑板7c组成，前支撑板7a、中支撑板7b和后支撑板7c均由水平板和垂直板组成，水平板位于工作台1的正下方与工作台1平行，垂直板是在水平板右侧端中部向上垂直延伸，位于工作台1的右侧，在垂直板左侧壁中部设有凸起，前支撑板7a和后支撑板7c上的垂直板凸起分别与工作台1右侧的2个导向槽1b、1d相配合，可沿槽前后滑动，中支撑板7b通过其上的垂直板凸起与工作台1右侧中部的定位孔1c相配合实现定位。\n[0036] T型连接板17由前T型连接板17a、中T型连接板17b、后T型连接板17c组成，均呈倒T型，位于工作台1的左侧，前T型连接板17a、中T型连接板17b和后T型连接板17c的右侧面上部均设有凸起，与支撑板7上的垂直板凸起形状一致；前T型连接板17a、后T型连接板17c上的凸起与工作台1左侧的导向槽1b、1d相配合，可沿槽前后滑动，中T型连接板17b上的凸起与工作台1左侧的定位孔1c相配合实现定位。前T型连接板17a、中T型连接板17b、后T型连接板17c右侧面下部均用螺钉分别与前支撑板7a、中支撑板7b和后支撑板7c的左侧面相固定。\n在中支撑板7b的上表面中部沿纵向布置中副电动推杆35，中副电动推杆35前后端分别通过固定套36固定，在后支撑板7c的上表面中部沿纵向布置后副电动推杆34，后副电动推杆34前后端分别通过另外的固定套36固定。中副电动推杆35前端是可伸缩端，可伸缩端通过螺栓与前支撑板7a后部的凸起相连接，后部顶在中支撑板7b的后部凸起上。后副电动推杆34的前端是可伸缩，该可伸缩端通过螺栓与中支撑板7b后部的凸起相连接，后部顶在后支撑板7c后部凸起上。中副电动推杆35和后副电动推杆34都是市购部件，内部均自带驱动电机，驱动电机驱动副电动推杆的前端可伸缩作前后伸长或缩短的运动，驱动电机均通过各自的控制线连接控制系统32的输出端。\n[0037] 在支撑板7的水平板的正下方是垂直的主电动推杆8，主电动推杆8由前主电动推杆8a、中主电动推杆8b和后主电动推杆8c组成，前主电动推杆8a、中主电动推杆8b和后主电动推杆8c分别位于前支撑板7a，中支撑板7b和后支撑板7c的正下方。前主电动推杆8a、中主电动推杆8b、后主电动推杆8c的上端在竖直方向均通过螺钉分别与其正上方的前支撑板\n7a，中支撑板7b、后支撑板7c的底部中央分别固定在一起，下端均是可伸缩。其中，前主电动推杆8a、中主电动推杆8b和后主电动推杆8c都是市购部件，它们各有内部的电机推动主电动推杆的下端伸长或缩短，每个电机都通过控制线与控制系统32的输出端相连。\n[0038] 如图1、2、3和图4所示，在主电动推杆8的下方是驱动行驶装置。驱动行驶装置包括距离传感器9、前轮10、中轮11、后轮12、轮毂电机13、足连接件15、棘轮21等。距离传感器9由前距离传感器9a、中距离传感器9b、后距离传感器9c组成。前轮10、中轮11、后轮12均有左右两个车轮，其中，前轮10和中轮11属于无动力车轮，为装置的转向轮，后轮12的轮圈内装有轮毂电机13，轮毂电机13通过控制线与控制系统32的输出端相连，可驱动后轮12转动。每个车轮的内圈靠车体一侧均设有锯齿。左右两个轮之间都设有水平的足连接件15，足连接件\n15由两端的竖直固定板，中间的U型槽以及连接竖直固定板和U型槽的轴组成，其中U型槽前侧面安装有距离传感器9，距离传感器9通过数据线与控制系统32的输入端相连。足连接件\n15的U型槽水平面与主电动推杆8的下部可伸缩端通过螺栓固定在一起。具体地：前轮10左右两个轮之间设有水平的前足连接件15a，前足连接件15a中间的U型槽前侧面安装有距离传感器9 a，前足连接件15a的U型槽水平面与前主电动推杆8a下部可伸缩端固定在一起；中轮11左右两个轮之间设有水平的中足连接件15b，中足连接件15b中间的U型槽前侧面安装有距离传感器9 b，中足连接件15b的U型槽水平面与中主电动推杆8b下部可伸缩端固定在一起；后轮12左右两个轮之间设有水平的后足连接件15c，后足连接件15 c中间的U型槽前侧面安装有距离传感器9 c，后足连接件15 c的U型槽水平面与后主电动推杆8c下部可伸缩端固定在一起。前距离传感器9a、中距离传感器9b、后距离传感器9c均通过各自信号线与控制系统32的输入端相连，将检测的距离信号送入控制系统32中。\n[0039] 下面描述车轮与足连接件15之间的关联连接结构。如图4所示，关联连接结构包括推入弹簧19、弹簧压缩环20、棘轮21等。推入弹簧19由前推入弹簧19a、中推入弹簧19b、后推入弹簧19c组成。弹簧压缩环20由前弹簧压缩环20a、中弹簧压缩环20 b和后弹簧压缩环20c组成。棘轮21由前棘轮21a、中棘轮21b、后棘轮21c组成。在后轮12的关联部件中，后足连接件15c的两端分别通过后部的主连接件18固定连接后部的主连接轴22，后部的主连接轴22的轴心线与后足连接件15c的中心线共线。后部的主连接件18是一块矩形连接板，后部的主连接轴22一端通过焊接与后部的主连接件18固定，另一端轴向固定在后轮12中心处的轴承中，与后轮12共轴心连接。在后部的主连接轴22上套有后推入弹簧19c、后弹簧压缩环20c、后棘轮21c以及后部的推出弹簧14，后棘轮21c通过键连接装配在后部的主连接轴22上，与后轮12的内圈的锯齿形成内啮合棘轮结构，以防止后轮12倒退。在后棘轮21c和后轮12之间是后部的推出弹簧14，也即后部的推出弹簧14套在靠后棘轮21c外侧的后部主连接轴22上。\n后弹簧压缩环20c是一个钢线拉动的薄环，套在后靠棘轮21c内侧的后部主连接轴22上，后推入弹簧19c套在后弹簧压缩环20c和后部的主连接件18之间的后主连接轴22上，也即位于后弹簧压缩环20c的内侧，后弹簧压缩环20c通过钢线连接T型把手5上的棘轮锁4。后部推出弹簧14和后推入弹簧19c常态下都处于压缩状态，手动扳动棘轮锁4通过钢线拉动弹簧压缩环20c时，带动推入弹簧19c向车体中心压缩，后部的推出弹簧14相应伸长将后棘轮21c向车体中心推出，使后部的棘轮机构脱扣失效。\n[0040] 中轮11关联部件中，中足连接件15b的两端分别通过中间的主连接件18固定连接副连接件16，副连接件16是凸缘叉结构，其内侧是凸缘面，凸缘面与中足连接件15b的两端用螺栓固定装配在一起，其外侧是叉体，叉体通过固定销与中间的副连接轴23内端铰接在一起，铰接处形成万向节，使得中间的副连接轴23可绕副连接件16在水平面内转动。副连接轴23与中轮11之间的关联部件均与后轮12的关联部件相同，简述如下：副连接轴23外端固定在中轮11的轴承中，中棘轮21b通过键连接安装在副连接轴23上，与中轮11的内圈的锯齿形成内啮合棘轮结构，以防止中轮11倒退。中轮11中的中间的推出弹簧14套在靠中棘轮21b外侧的副连接轴23上，中弹簧压缩环20b套在靠中棘轮21b内侧的副连接轴23上，通过钢线连接棘轮锁4，中推入弹簧19b套在中弹簧压缩环20b和副连接轴23形成的空间中，中间的推出弹簧14和中推入弹簧19b常态下都处于压缩状态，扳动棘轮锁4通过钢线拉动中弹簧压缩环20b并带动中推入弹簧19b向车体中心压缩，中间的推出弹簧14相应伸长将中棘轮21b向车体中心推出，使棘轮机构失效。\n[0041] 前轮10的关联部件与中轮11的完全一致，参见图4中的前轮10的关联部件，包括前推入弹簧19a、前弹簧压缩环20a、前棘轮21a等。前轮10的关联部件不再赘述。\n[0042] 为便于理解，现规定由前支撑板7a、前主电动推杆8a、前足连接件15a和前轮10等关联部件组成的部分称为第一足；由中支撑板7b、中主电动推杆8b、中足连接件15b和中轮\n11等关联部件组成的部分称为第二足；由后支撑板7c、后主电动推杆8c、后足连接件15c和后轮12等关联部件组成的部分称为第三足。\n[0043] 本发明有三种动作模式，分别是爬楼梯模式、平地代步模式和下楼梯模式，可通过T型把手5上的模式按钮3来选择。\n[0044] 在爬楼梯模式下，本发明装置全程需依次执行以下6大步骤：\n[0045] 步骤1，常态下后部推出弹簧14和后推入弹簧19c都处于压缩状态，使棘轮机构锁止。爬第一阶楼梯：如图3和图5所示，操作者向上抬起T型把手5，按下模式按钮3输入信号到控制系统32选择爬楼模式，控制系统32输出信号控制后轮12中的轮毂电机13正转驱动后轮\n12向前转动，驱动整个三足爬楼装置前行，直到控制系统32接收到前距离传感器9a检测到前轮10距台阶距离达到控制系统32预设的距离阈值A时（阈值A一般为50mm左右），控制系统\n32控制轮毂电机13停转，则后轮12停止转动。为了便于理解，接下来的动作再细分为4个具体步骤：\n[0046] 步骤a：如图2和图5所示，控制系统32控制三根主电动推杆8中的三个电机同时正转使三根主电动推杆8的推杆都伸长至控制系统32预设的长度阈值B时（阈值B一般为150mm左右），接着控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24反转，步进电机24经联轴器25、齿轮组26带动丝杠30转动，使质量块29向后移动一定距离。\n[0047] 步骤b：如图3和图6所示，由于前距离传感器9a与前轮10的底部不在一直线上，因此前主电动推杆8a的动作需分两步，第一步，控制系统32控制前主电动推杆8a中的电机反转使前主电动推杆8a缩短，前轮10开始抬起，直到控制系统32接收到前距离传感器9a检测到本传感器与台阶竖直面的水平距离并通过比较判断出距离发生突变（即前距离传感器9a恰好过了一个台阶高度）时，前主电动推杆8a停止缩短；第二步，控制系统32控制前主电动推杆8a中的电机继续反转使前主电动推杆8a进一步缩短，前轮10继续抬高，经过一定时间后，前轮10底部刚好和第一阶楼梯平面齐平，前主电动推杆8a停止缩短。\n[0048] 步骤c：如图3和图7所示，控制系统32控制中副电动推杆35中的电机正转使中副电动推杆35伸长，推动前支撑板7a前移进而使第一足相对工作台1前伸，直到控制系统32接收到前距离传感器9a检测到与台阶的距离为阈值A时，中副电动推杆35停止运动，接着控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24正转，步进电机24带动丝杠30转动，使质量块29向前移动直至回归中间位置。\n[0049] 步骤d：如图3、图4、图7所示，控制系统32控制中副电动推杆35中的电机反转使中副电动推杆35缩短，中副电动推杆35前端本应拉动前支撑板7a继而带动第一足向后移动，但是在棘轮21a的锁止作用下，使前轮10不能反转，此时前轮10受到较大的静摩擦力而静止不动，而中副电动推杆35受到第一足给它向前的反作用力，由于中副电动推杆35固定在中支撑板8b上，因此它拉动中支撑板8b进而带动第二足，第二足带动第三足，中轮11和后轮12都向前移动，使工作台1相对楼梯37前进，直到控制系统32接收到中距离传感器9b检测到本传感器与台阶的距离为阈值A时，中副电动推杆35停止运动。此时第一阶楼梯爬完。\n[0050] 步骤2，爬第二阶楼梯，分两步，首先是第一足动作，细分为3个具体步骤：\n[0051] 步骤a：控制系统32控制三根主电动推杆8中的电机正转使三根主电动推杆8的推杆都伸长阈值B，接着控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24反转，步进电机24带动丝杠\n30转动，使质量块29向后移动一定距离。\n[0052] 步骤b：由于前距离传感器9a与前轮10的底部不在一直线上，因此前主电动推杆8a的动作需分两步，第一步，控制系统32控制前主电动推杆8a中的电机反转使前主电动推杆\n8a缩短，前轮10开始抬起，直到控制系统32接收到前距离传感器9a检测到本传感器与台阶竖直面的水平距离并通过比较判断出距离发生突变（即前距离传感器9a恰好过了一个台阶高度）时前主电动推杆8a停止缩短；第二步，控制系统32控制前主电动推杆8a中的电机继续反转使前主电动推杆8a进一步缩短，前轮10继续抬高，经过一定时间后，前轮10底部刚好和第二阶楼梯平面齐平，前主电动推杆8a停止缩短。\n[0053] 步骤c：控制系统32控制中副电动推杆35中的电机正转使中副电动推杆35伸长，推动支撑板7a进而使第一足相对工作台1前伸，直到控制系统32接收到前距离传感器9a检测到与台阶的距离为阈值A时中副电动推杆35停止运动，接着控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24正转，步进电机24带动丝杠30转动，质量块29向前移动直至回归中间位置。\n[0054] 接下来是第二足动作，细分为2个具体步骤：\n[0055] 步骤d：由于中距离传感器9b与中轮11的底部不在一直线上，因此中主电动推杆8b的动作需分两步，第一步，控制系统32控制中主电动推杆8b中的电机反转使中主电动推杆\n8b缩短，中轮11开始抬起，直到控制系统32接收到中距离传感器9b检测到本传感器与台阶竖直面的水平距离并通过比较判断出距离发生突变（即前距离传感器9b恰好过了一个台阶高度）时中主电动推杆8b停止缩短；第二步，控制系统32控制中主电动推杆8b中的电机继续反转使中主电动推杆8b进一步缩短，中轮11继续抬高，经过一定时间后，中轮11底部刚好和第一阶楼梯平面齐平，中主电动推杆8b停止缩短。\n[0056] 步骤e：控制系统32控制中副电动推杆35中的电机反转使中副电动推杆35缩短，中副电动推杆35前端本应拉动前支撑板7a继而带动第一足向后移动，但是在棘轮21a的锁止作用下，前轮10不能反转，此时前轮10受到较大的静摩擦力而静止不动，而中副电动推杆35受到第一足给它向前的反作用力，由于中副电动推杆35固定在中支撑板8b上，因此它拉动中支撑板8b进而带动第二足，第二足带动第三足，中轮11和后轮12都向前移动，工作台1相对楼梯37前进，直到控制系统32接收到后距离传感器9c检测到本传感器与台阶的距离为阈值A时中副电动推杆35停止运动。此时第二阶楼梯爬完。\n[0057] 步骤3，爬第三阶及以上楼梯：分三步，首先是第一足动作，细分为3个具体步骤：\n[0058] 步骤a：控制系统32控制三根主电动推杆8中的电机正转使三根主电动推杆8的推杆都伸长一定距离阈值A，接着控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24反转，步进电机24带动联轴器25、齿轮组26、丝杠30转动，质量块29向后移动一定距离。\n[0059] 步骤b：由于前距离传感器9a与前轮10的底部不在一直线上，因此前主电动推杆8a的动作需分两步，第一步，控制系统32控制前主电动推杆8a中的电机反转使前主电动推杆\n8a缩短，前轮10开始抬起，直到控制系统32接收到前距离传感器9a检测到本传感器与台阶竖直面的水平距离并通过比较判断出距离发生突变（即前距离传感器9a恰好过了一个台阶高度）时前主电动推杆8a停止缩短；第二步，控制系统32控制前主电动推杆8a中的电机继续反转使前主电动推杆8a进一步缩短，前轮10继续抬高，经过一定时间后，前轮10底部刚好和第三阶楼梯平面齐平，前主电动推杆8a停止缩短。\n[0060] 步骤c：控制系统32控制中副电动推杆35中的电机正转使中副电动推杆35伸长，推动支撑板7a进而使第一足相对工作台1前伸，直到控制系统32接收到前距离传感器9a检测到与台阶的距离为阈值A时中副电动推杆35停止运动，接着控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24正转，步进电机24带动联轴器25、齿轮组26、丝杠30转动，质量块29向前移动直至回归中间位置。\n[0061] 接下来是第二足动作，细分为2个具体步骤：\n[0062] 步骤d：由于中距离传感器9b与中轮11的底部不在一直线上，因此中主电动推杆8b的动作需分两步，第一步，控制系统32控制中主电动推杆8b中的电机反转使中主电动推杆\n8b缩短，中轮11开始抬起，直到控制系统32接收到中距离传感器9b检测到本传感器与台阶竖直面的水平距离并通过比较判断出距离发生突变（即前距离传感器9b恰好过了一个台阶高度）时中主电动推杆8b停止缩短；第二步，控制系统32控制中主电动推杆8b中的电机继续反转使中主电动推杆8b进一步缩短，中轮11继续抬高，经过一定时间后，中轮11底部刚好和第二阶楼梯平面齐平，中主电动推杆8b停止缩短。\n[0063] 步骤e：控制系统32控制中副电动推杆35中的电机反转使中副电动推杆35缩短，同时后副电动推杆34中的电机正转使后副电动推杆34伸长，中副电动推杆35前端本应拉动前支撑板7a继而带动第一足向后移动，但是在棘轮21a的锁止作用下，前轮10不能反转，此时前轮10受到较大的静摩擦力而静止不动，而中副电动推杆35受到第一足给它向前的反作用力，由于中副电动推杆35固定在中支撑板8b上，因此它拉动中支撑板8b进而带动第二足前进，中轮11向前移动，工作台1相对楼梯37前进，同时第二足带动第三足，但是由于后副电动推杆34的伸长抵消了第二足本应带动第三足移动的距离，因此第三足原地不动，即后轮12原地不动。直到控制系统32接收到后距离传感器9c检测到本传感器与台阶的距离为阈值A时中副电动推杆35停止运动。\n[0064] 最后是第三足动作，细分为2个具体步骤：\n[0065] 步骤f：控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24正转，步进电机24带动联轴器\n25、齿轮组26、丝杠30转动，质量块29向前移动一定距离。由于后距离传感器9c与后轮12的底部不在一直线上，因此后主电动推杆8c的动作需分两步，第一步，控制系统32控制后主电动推杆8c中的电机反转使后主电动推杆8c缩短，后轮12开始抬起，直到控制系统32接收到后距离传感器9c检测到本传感器与台阶竖直面的水平距离并通过比较判断出距离发生突变（即后距离传感器9c恰好过了一个台阶高度）时后主电动推杆8c停止缩短；第二步，控制系统32控制后主电动推杆8c中的电机继续反转使后主电动推杆8c进一步缩短，后轮12继续抬高，经过一定时间后，后轮12底部刚好和第一阶楼梯平面齐平，后主电动推杆8c停止缩短。\n[0066] 步骤g：控制系统32控制后副电动推杆34中的电机反转使后副电动推杆34缩短，后副电动推杆34前端本应拉动中支撑板7b继而带动第二足、第二足带动第一足向后移动，但是在前轮10中的棘轮21a和中轮11中的棘轮21b的锁止作用下，前轮10和中轮11不能反转，此时前轮10和中轮11受到较大的静摩擦力而静止不动，而后副电动推杆34受到第二足给它向前的反作用力，第二足带动第三足前进，后轮12向前移动，直到控制系统32接收到后距离传感器9c检测到本传感器与台阶的距离为阈值A时后副电动推杆34停止运动。控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24反转使重心调整装置中的质量块29后移一定距离回归中间位置。此时第三阶楼梯爬完，然后继续爬剩余的楼梯，在距休息平台差三阶的楼梯之前的爬楼梯流程步骤与步骤3完全一致。\n[0067] 步骤4，爬距休息平台差三阶的楼梯。分三步，首先是第一足动作，细分为3个具体步骤：\n[0068] 步骤a：控制系统32控制三根主电动推杆8中的电机正转使三根主电动推杆8的推杆都伸长一定距离为阈值B，接着控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24反转，步进电机\n24带动联轴器25、齿轮组26、丝杠30转动，质量块29向后移动一定距离。\n[0069] 步骤b：由于前距离传感器9a与前轮10的底部不在一直线上，因此前主电动推杆8a的动作需分两步，第一步，控制系统32控制前主电动推杆8a中的电机反转使前主电动推杆\n8a缩短，前轮10开始抬起，直到控制系统32接收到前距离传感器9a检测到本传感器与台阶竖直面的水平距离并通过比较判断出距离发生突变（即前距离传感器9a恰好过了一个台阶高度）时前主电动推杆8a停止缩短；第二步，控制系统32控制前主电动推杆8a中的电机继续反转使前主电动推杆8a进一步缩短，前轮10继续抬高，经过一定时间后，前轮10底部刚好和休息平台平面齐平，前主电动推杆8a停止缩短。\n[0070] 步骤c：控制系统32控制中副电动推杆35中的电机正转使中副电动推杆35伸长，推动支撑板7a进而使第一足相对工作台1前伸，直到控制系统32接收到前距离传感器9a检测到与台阶的距离为阈值A时中副电动推杆35停止运动，接着控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24正转，步进电机24带动联轴器25、齿轮组26、丝杠30转动，质量块29向前移动直至回归中间位置。\n[0071] 接下来是第二足动作，细分为2个具体步骤：\n[0072] 步骤d：由于中距离传感器9b与中轮11的底部不在一直线上，因此中主电动推杆8b的动作需分两步，第一步，控制系统32控制中主电动推杆8b中的电机反转使中主电动推杆\n8b缩短，中轮11开始抬起，直到控制系统32接收到中距离传感器9b检测到本传感器与台阶竖直面的水平距离并通过比较判断出距离发生突变（即前距离传感器9b恰好过了一个台阶高度）时中主电动推杆8b停止缩短；第二步，控制系统32控制中主电动推杆8b中的电机继续反转使中主电动推杆8b进一步缩短，中轮11继续抬高，经过一定时间后，中轮11底部刚好和距休息平台差一阶的楼梯平面齐平，中主电动推杆8b停止缩短。\n[0073] 步骤e：控制系统32控制后副电动推杆34中的电机正转使后副电动推杆34伸长，推动中支撑板7b继而也带动前支撑板7a向前移动，即第二足和第一足向前移动，工作台1相对楼梯37前进，直到控制系统32接收到中距离传感器9b检测到本传感器与台阶的距离为一定（例如阈值为50mm）时后副电动推杆34停止运动。\n[0074] 最后是第三足动作，细分为2个具体步骤：\n[0075] 步骤f：控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24正转，步进电机24带动联轴器\n25、齿轮组26、丝杠30转动，质量块29向前移动一定距离。由于后距离传感器9c与后轮12的底部不在一直线上，因此后主电动推杆8c的动作需分两步，第一步，控制系统32控制后主电动推杆8c中的电机反转使后主电动推杆8c缩短，后轮12开始抬起，直到控制系统32接收到后距离传感器9c检测到本传感器与台阶竖直面的水平距离并通过比较判断出距离发生突变（即后距离传感器9c恰好过了一个台阶高度）时后主电动推杆8c停止缩短；第二步，控制系统32控制后主电动推杆8c中的电机继续反转使后主电动推杆8c进一步缩短，后轮12继续抬高，经过一定时间后，后轮12底部刚好和距休息平台差两阶的楼梯平面齐平，后主电动推杆8c停止缩短。\n[0076] 步骤g：控制系统32控制后副电动推杆34中的电机反转使后副电动推杆34缩短，后副电动推杆34前端本应拉动中支撑板7b继而带动第二足、第二足带动第一足向后移动，但是在前轮10中的棘轮21a和中轮11中的棘轮21b的锁止作用下，前轮10和中轮11不能反转，此时前轮10和中轮11受到较大的静摩擦力而静止不动，而后副电动推杆34受到第二足给它向前的反作用力，第二足带动第三足前进，后轮12向前移动，直到控制系统32接收到后距离传感器9c检测到本传感器与台阶的距离为阈值A时后副电动推杆34停止运动。控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24反转使重心调整装置中的质量块29后移一定距离回归中间位置。此时距休息平台差三阶的楼梯爬完。\n[0077] 步骤5，爬距休息平台差两阶的楼梯。分两步，首先是第二足动作，细分为2个具体步骤：\n[0078] 步骤a：由于中距离传感器9b与中轮11的底部不在一直线上，因此中主电动推杆8b的动作需分两步，第一步，控制系统32控制中主电动推杆8b中的电机反转使中主电动推杆\n8b缩短，中轮11开始抬起，直到控制系统32接收到中距离传感器9b检测到本传感器与台阶竖直面的水平距离并通过比较判断出距离发生突变（即前距离传感器9b恰好过了一个台阶高度）时中主电动推杆8b停止缩短；第二步，控制系统32控制中主电动推杆8b中的电机继续反转使中主电动推杆8b进一步缩短，中轮11继续抬高，经过一定时间后，中轮11底部刚好和休息平台平面齐平，中主电动推杆8b停止缩短。\n[0079] 步骤b：控制系统32控制后副电动推杆34中的电机正转使后副电动推杆34伸长，推动中支撑板7b继而也带动前支撑板7a向前移动，即第二足和第一足向前移动，工作台1相对楼梯37前进，直到控制系统32接收到中距离传感器9b检测到本传感器与台阶的距离为阈值A时后副电动推杆34停止运动。\n[0080] 最后是第三足动作：细分为2个具体步骤：\n[0081] 步骤f：控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24正转，步进电机24带动联轴器\n25、齿轮组26、丝杠30转动，质量块29向前移动一定距离。由于后距离传感器9c与后轮12的底部不在一直线上，因此后主电动推杆8c的动作需分两步，第一步，控制系统32控制后主电动推杆8c中的电机反转使后主电动推杆8c缩短，后轮12开始抬起，直到控制系统32接收到后距离传感器9c检测到本传感器与台阶竖直面的水平距离并通过比较判断出距离发生突变（即后距离传感器9c恰好过了一个台阶高度）时后主电动推杆8c停止缩短；第二步，控制系统32控制后主电动推杆8c中的电机继续反转使后主电动推杆8c进一步缩短，后轮12继续抬高，经过一定时间后，后轮12底部刚好和距休息平台差一阶的楼梯平面齐平，后主电动推杆8c停止缩短。\n[0082] 步骤g：控制系统32控制后副电动推杆34中的电机反转使后副电动推杆34缩短，后副电动推杆34前端本应拉动中支撑板7b继而带动第二足、第二足带动第一足向后移动，但是在前轮10中的棘轮21a和中轮11中的棘轮21b的锁止作用下，前轮10和中轮11不能反转，此时前轮10和中轮11受到较大的静摩擦力而静止不动，而后副电动推杆34受到第二足给它向前的反作用力，第二足带动第三足前进，后轮12向前移动，直到控制系统32接收到后距离传感器9c检测到本传感器与台阶的距离为阈值A时后副电动推杆34停止运动。控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24反转使重心调整装置中的质量块29后移一定距离回归中间位置。此时距休息平台差两阶的楼梯爬完。\n[0083] 步骤6，爬距休息平台差一阶的楼梯。只有第三足动作，细分为2个具体步骤：\n[0084] 步骤f：控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24正转，步进电机24带动联轴器\n25、齿轮组26、丝杠30转动，质量块29向前移动一定距离。由于后距离传感器9c与后轮12的底部不在一直线上，因此后主电动推杆8c的动作需分两步，第一步，控制系统32控制后主电动推杆8c中的电机反转使后主电动推杆8c缩短，后轮12开始抬起，直到控制系统32接收到后距离传感器9c检测到本传感器与台阶竖直面的水平距离并通过比较判断出距离发生突变（即后距离传感器9c恰好过了一个台阶高度）时后主电动推杆8c停止缩短；第二步，控制系统32控制后主电动推杆8c中的电机继续反转使后主电动推杆8c进一步缩短，后轮12继续抬高，经过一定时间后，后轮12底部刚好和休息平台平面齐平，后主电动推杆8c停止缩短。\n[0085] 步骤g：控制系统32控制中副电动推杆35中的电机反转使后中电动推杆35缩短，中副电动推杆35前端本应拉动前支撑板7a继而带动第一足向后移动，但是在前轮10中的棘轮\n21a的锁止作用下，前轮10不能反转，此时前轮10受到较大的静摩擦力而静止不动，而中副电动推杆35受到第一足给它向前的反作用力，中副电动推杆35带动第二足继而同时带动第三足前进，中轮11和后轮12都向前移动，直到中副电动推杆35收缩到初始位置（如图3所示）时停止运动。控制系统32输出脉冲信号控制步进电机24反转使重心调整装置中的质量块29后移一定距离回归中间位置。此时距休息平台差一阶的楼梯爬完。\n[0086] 需平地代步时，操作者按下模式按钮3输出信号到控制系统32选择平地代步模式，并扳动棘轮锁4使6个车轮上的棘轮机构失效，主电动推杆8与中副电动推杆35、后副电动推杆34均处于图1所示的初始状态并在整个过程中不工作。直线行驶时，控制系统32输出信号控制轮毂电机13正转或反转，驱动后轮12使装置前进或倒退；转弯时，控制系统32分别输出信号到后轮12左右两个轮子的轮毂电机13，使两个轮毂电机13转速不一致，通过后轮12左右轮转速差配合前轮10和中轮11实现转向。\n[0087] 在下楼梯模式时，由于爬楼梯模式中的每一步动作都具有稳定性与可逆性，因此下楼梯模式步骤与爬楼梯模式步骤完全相反，因此不再赘述。\n[0088] 如图8所示，三足爬楼装置在爬楼过程中，通过距离传感器9实时检测离台阶的水平，将距离信号输入到控制系统32中，控制系统32根据该输入计算判断装置的状态，并发出相应的动作指令控制步进电机24正反转带动丝杠30使质量块29前后移动、主电动推杆8电机正反转带动推杆伸缩从而使三足升降、副电动推杆34、35电机正反转带动推杆使支撑板7进退、后轮12中的轮毂电机13正反转带动后轮12转动使装置前进或倒退，实现爬楼过程中每一步所设定的动作。