一种可自动调整转向的爬楼方法及装置与流程

本发明涉及爬楼车领域，尤其涉及一种可自动调整转向的爬楼方法及装置。

背景技术：

爬楼设备按照其使用功能的不同大致可分为以下两类：第一种，主要用于协助残障人员上下楼梯的爬楼轮椅；第二种，主要用于在楼梯间搬运货物的爬楼搬运车。目前国内外的爬楼设备按照爬楼方式主要可分为以下三种：星轮式、脚足式和履带式。

星轮式：市面上最常见的电动爬楼车，使用轮组，主要有三轮组、四轮组、五轮组及多轮组式。星轮式爬楼车的爬楼机构由均匀分布在“丫”字形或“十”字形系杆上的若干脚轮构成。在平地行走时脚轮进行自转，爬楼梯时，由电机助力，脚轮一起以系杆中心进行公转，从而实现爬楼梯功能。如专利公告号为cn104973106b的中国专利公开的一种五轮转动爬楼推车。因其生产成本较低，易于生产制造，适宜用于辅助拉货等而得到广泛的应用。但其缺点在于无法自动爬楼，必须有操纵者辅助操作，由于存在重力因素的影响，易于沿着楼梯下滑，安全保障较差。

脚足式：该类型的爬楼机主要工作原理是通过两个支撑机构，通过铰链杆机构来不断使负重和支撑机构实现抬高和水平前移动作，模仿人爬楼动作，因此称为脚足式爬楼机。其优点在于控制较为精密，且模仿人工爬楼，运动平稳，且运动状态可以自行调整，适用于不同尺寸楼梯。其缺点在于开发成本和造价成本高，导致市场价格非常高，对于使用者的要求也较高，操作比较复杂。

履带式：爬楼原理较为直观简单，利用履带其优异的抓地性能实现爬楼，履带一般采用橡胶履带。其优点在于，在上下楼梯过程中重心波动小，运动非常平稳，在用户体验上优于其他两种类型的电动爬楼车。如专利公告号为cn104546328b的中国专利公开的一种可以电动控制上下台阶式楼梯的双模爬楼轮椅。

目前现有技术中的履带式爬楼设备中，多采用机械开关控制或简易继电器逻辑门电路控制等其它开环控制方式控制爬楼设备的上楼或下楼，其安全系数较低，行驶过程中存在较高电路安全风险，随着科技的进步，人们的日常生活越来越智能化，如果能将智能化控制技术应用于爬楼车，将会在很大程度上帮助残障人士以及其他一些需要使用爬楼设备的工作人员更加便利的进行载人、载轮椅、载货爬楼行动。

并且，履带式爬楼设备由于控制模式单一，因此仅仅可以做到前进(下楼)后退(上楼)动作，然而在实际操作当中，履带式爬楼设备在爬楼过程中难免会出现偏移等情况，其形成原因可能是楼梯本身结构问题，也可能使操作者操作问题，或者是乘坐者重心偏移等等多种情况。但是常规的爬楼设备并不能自身解决这一问题，只能够依靠操作者人为控制方向，而履带式爬楼设备相对来说较重，人为操作的时候既不方便也不安全，因此结合控制芯片来进行纠偏等安全隐患的排除也是本发明的重点。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种可自动调整转向的爬楼方法及装置，可以精确的判断出爬楼前行过程中是否出现了偏移，并且可自动进行转向控制完成纠偏。

作为本发明的另一目的在于对爬楼设备运行过程的急停信息和电机驱动进行监控，以在一定程度上降低行使安全风险。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种可自动调整转向的爬楼装置,包括载物平台、推杆、履带底盘、左电机、右电机，所述平台后端与履带底盘后端通过轴承或旋转套管机构连接，所述左电机驱动左履带轮转动，所述右电机驱动右履带轮转动，其特征在于：

在所述爬楼装置上设置有三轴传感器，用于检测所述爬楼装置前行方向是否出现偏移；

当检测到出现偏移时，控制装置自动根据所述三轴传感器的数值判断所述装置的偏移方向以及偏移程度，从而控制所述左电机和/或右电机，从而实现爬楼过程中的转向调节。

进一步地，在所述装置左右两侧设置有姿态传感器及测距传感器，姿态传感器用于检测车体是否发生翻车，并在出现翻车时自动切断左右电机的供电；所述控制装置还根据所述测距传感器获取装置与墙壁或栅栏之间的距离的变化，从而判断爬楼装置前行方向是否出现偏移以及偏移的程度。优选地，所述测距传感器包括毫米波雷达、激光传感器或图像传感器。对于栅栏，所述装置根据周期性获取的传感器数据判断与栅栏之间的距离变化。

进一步地，作为本发明的优选实施例，检测是否出现偏移还可以根据三轴传感器和测距传感器测得的数值进行综合判断。

作为本发明的技术方案，还包括操作面板，所述操作面板设置有模式切换开关、左右转向开关，通过所述模式切换开关可以切换到手动操作模式，当进入手动操作模式后，可以通过控制所述左右转向开关实现转向。

进一步地，还包括急停开关以及前后换挡开关，均连接控制装置；所述急停开关用于输出急停指令，所述控制装置响应于所述急停指令不输出左电机驱动指令和右电机驱动指令；前后换挡开关用于输出前进指令或后退指令。

进一步地，为了避免出现卡带、坡度过大等异常时电机驱动仍然不中断的安全性问题，还设置有康铜电阻，用于对电机驱动过载进行检测，并且连续三次预设间隔内检测到过载时阻断所述驱动。

根据本发明的技术方案，还提供一种可自动调整转向的爬楼方法，根据设置在所述装置的三轴传感器和/或外置传感器判断爬楼装置前行方向是否出现偏移以及偏移的程度；当检测到出现偏移时，控制装置自动根据偏移方向以及偏移程度，控制所述左电机和/或右电机转向和转速，从而实现爬楼过程中的转向调节。

爬楼装置的行进模式包括前进模式、后退模式、左转模式、右转模式，其中，第一驱动电流和第二驱动电流分别驱动左电机和右电机的正向转动或逆向转动，从而实现前进、后退、左转或右转；

所述第一驱动电流和第二驱动电流分别连接有康铜电阻，用于检测第一驱动电流和第二驱动电流是否出现过载，当期在预设时间内出现多次过载时，截断所述第一驱动电流和第二驱动电流；

检测急停信号，当出现急停信号时，响应于所述急停指令停止对电机的驱动。

进一步地，所述方法还包括手动操作模式，当进入手动操作模式后，可以通过控制控制面板上的转向开关实现转向。

本发明的有益效果：

1、采用前行偏移检测，并根据检测结果可以自动实现爬楼设备的转向调节，实现纠偏，避免了由于旧式履带式爬楼车在爬楼过程中有可能由于偏移而导致的安全隐患。

2、采用智能中央控制器驱动，中央处理器对所有驱动模块(包括驱动电机，液压推杆，各个操作开关)进行实时监测，并且采用自恢复保险，过载监测，急停短路等多重软硬件结合的电路保护，可以使得整个系统安全稳定系数更高，行驶过程中杜绝旧式履带爬楼车的可能出现的电路故障，并且对于履带式爬楼车增加更多智能化功能提供基础。

3、可通过内部设置三轴加速度器和/或外置传感器以外部参照物进行偏移进行检测，有良好的监测可靠度，可以检测履带式爬楼车的运动状态和位置，便于中央处理器对履带式爬楼车物理状态的监控，因此可以优化中央处理器对于履带式爬楼车的控制，可进行自动纠偏、自动循迹行走等多项功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一的第一整体结构示意图；

图2是本发明实施例一的第一局部结构示意图；

图3是本发明实施例一的第一局部结构的侧视图；

图4是本发明实施例一的控制系统的原理图；

图5是本发明实施例的控制面板盒结构示意图

图6是本发明实施例二的控制方法流程图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便于对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好地理解。

下面将结合附图，对本发明实施例的技术方案进行描述。

实施例1

如图1所示，一种可自动调整转向的爬楼装置,包括载物平台7、推杆、履带底盘15、左电机131、右电机141，所述平台后端与履带底盘后端通过轴承或旋转套管结构18连接，在底盘15的前后端的左右两侧均设置有车轮19，于左侧车轮19上和于右侧车轮19上分别一一对应绕设有履带16，履带16的内齿采用htd-m齿，所述左电机131驱动左侧车轮19转动，所述右电机141驱动右侧车轮转动，其特征在于：

在所述爬楼装置上设置有三轴传感器，用于检测所述爬楼装置前行方向是否出现偏移；

当检测到出现偏移时，控制装置自动根据所述三轴传感器/或外置传感器的数值判断所述装置的偏移方向以及偏移程度，从而控制所述左电机131和/或右电机141，从而实现爬楼过程中的转向调节。

优选地，在所述装置左右两侧的前后两个部分分别设置有外置传感器，所述控制装置还根据所述传感器获取装置与墙壁或栅栏之间的距离的变化，从而判断爬楼装置前行方向是否出现偏移以及偏移的程度。所述外置传感器为测距传感器，具体包括红外超声波探测器、毫米波雷达、激光传感器或图像传感器等。对于栅栏，所述装置根据周期性获取的传感器数据判断与栅栏之间的距离变化：在设备同一侧安装的传感器中，其前端外置传感器检测和尾部外置传感器在爬楼车行动过程中都检测与栅栏距离相等，并且该距离并无变化，则可以判断此时爬楼车行动是成直线行动；当检测到前端传感器与栅栏距离与后端传感器与栅栏距离并不相等情况下，判断此时产生偏移，通过两者距离进行对比和计算可以得出偏移角度，针对该偏移角度控制芯片控制两侧电机输出不同转速进行自动纠偏修复。

结合图2和图3,其中方向x为底盘15的下楼行使方向，方向y为底盘15的爬楼行使方向，以及后续记载中涉及左转或右转也是以下楼行使方向为基准的左转或右转，而以爬楼方向为基准的左转或右转本领域技术人员很容易推知，因此不赘述。

图1所示，右电机盒14内设置有右电机141(图中未具体示意)和减速箱，右电机141的输出轴与右侧车轮19通过减速箱传动连接，驱动右侧车轮19转动以驱动右侧履带16转动。优选地，左电机131和右电机141均采用现有技术中的电磁失电制动电机，电磁失电制动电机在电机的尾部有一个电磁抱刹，电磁失电制动电机通电时电磁抱刹也通电吸合，这时电磁抱刹对电机不制动，当电磁失电制动电机断电时电磁抱刹也断电，电磁抱刹在弹簧的作用下刹住制动电机。

如图4所示，这种爬楼设备的控制系统还包括电源17、前端操作装置121、中央控制装置122以及第一驱动电流检测装置1226和第二驱动电流检测装置1227。

电源17用于为控制系统提供电能，本实施例中，电源17采用电池箱，设置于底盘15上,如图2所示。电源17的供电输出端连接有调压装置171，用于对电源17的输出电压进行调压处理，且调压装置171设置多个电压输出端以分别自各电压输出端输出不同电压。

前端操作装置121，用于输出控制消息，具体的，控制消息包括：急停指令、前进指令或后退指令、左转指令或右转指令。

中央控制装置122，用于接收来自前端操作装置121的控制消息驱动左电机131和/或右电机141执行操作或止停左电机131和右电机141执行操作。

中央控制装置122响应于急停指令止停左电机131和止停右电机141执行操作；中央控制装置122响应于前进指令驱动左电机131和右电机141同时等速正向转动，中央控制装置122响应于后退指令驱动左电机131和右电机141同时反向等速转动。本实施例中，中央控制装置122响应于左转指令驱动左电机131反向转动和右电机141正向转动，中央控制装置122响应于右转指令驱动左电机131正向转动和右电机141反向转动。其他实施中，中央控制装置122响应于左转指令驱动左电机131正向转动和右电机141正向转动且左电机131转速小于右电机141转速、或只驱动右电机141正向转动；中央控制装置122响应于右转指令驱动左电机131正向转动和右电机141正向转动且左电机131转速大于右电机141转速、或只驱动左电机131正向转动。

第一驱动电流检测装置1226，用于检测输入左电机131的第一驱动电流并反馈至中央控制装置122。本实施例中，采用霍尔传感器检测，第一驱动电流检测装置1226其检测端作用于第一驱动电流输入的主电路上。在其他实施例中，也可以采用其他编码器检测。

第二驱动电流检测装置1227，用于检测输入右电机141的第二驱动电流并反馈至中央控制装置122。本实施例中，采用霍尔传感器检测，第二驱动电流检测装置1227其检测端作用于第二驱动电流输入的主电路上。在其他实施例中，也可以采用其他编码器检测。

其中，前端操作装置121包括急停开关、前后换挡开关和左右换向开关。

急停开关1211，优选地采用按钮型开关，闭合时输出急停指令。

前后换挡开关1212，优选地采用三挡船型开关，中间档位为置零档，两端档位中的一档闭合时输出前进指令、另一档闭合时输出后退指令。

左右换向开关1213，优选地采用三挡船型开关，中间档位为置零档，两端档位中的一档闭合时输出左转指令、另一档闭合时输出右转指令。

其中，中央控制装置122包括中央处理模块1221、第一驱动模块1222和第二驱动模块1223。

中央处理模块1221，其信号输入端连接急停开关1211、前后换挡开关1212和左右转向开关1213，以接收来自前端操作装置121的控制消息并输出左电机驱动指令和/或右电机驱动指令，其中，左电机驱动指令包括左电机正向转动指令或左电机反向转动指令，右电机驱动指令包括右电机正向转动指令或右电机反向转动指令。

另外，中央处理模块1221通过总线还连接有蜂鸣器、电源指示灯和液晶显示屏。

第一驱动模块1222，用于接收左电机驱动指令，其控制信号输入端连接中央处理模块1221的左电机驱动指令输出端，在接收到左电机正向转动指令时使得第一驱动电流正向输入左电机131以驱动左电机131正向转动，在接收到左电机反向转动指令时使得第一驱动电流反现输入左电机131以驱动左电机131反向转动。

第二驱动模块1223，用于接收右电机驱动指令，其控制信号输入端连接中央处理模块1221的右电机驱动指令输出端，在接收到右电机正向转动指令时使得第二驱动电流正向输入右电机141以驱动右电机141正向转动，在接收到右电机反向转动指令时使得第二驱动电流反向输入右电机141以驱动右电机141反向转动。

中央处理模块1221通过pwm脉宽调制作用于第一驱动模块1222以调节第一驱动电流和作用于第二驱动模块1223以调节第二驱动电流。

第一开关电路1224，用于控制左电机131的电磁抱刹的线圈的得电或失电，其输入端连接调压模块相应的输出端、输出端连接左电机131的电磁抱刹的线圈的输入端，控制端连接中央处理模块1221的信号输出端，响应于开启信号导通，响应于关闭信号截止。

第二开关电路1225，用于控制右电机141的电磁抱刹的线圈的得电或失电，其输入端连接调压模块相应的输出端、输出端连接右电机141的电磁抱刹的线圈的输入端，控制端连接中央处理模块1221的信号输出端，响应于开启信号导通，响应于关闭信号截止。

此外，还设置有康铜电阻，用于对电机驱动过载进行检测，并且连续三次预设间隔内检测到过载时阻断所述驱动。

结合图5，扶手2的中部设置有控制面板盒3，前端操作装置122设置控制面板盒3上，包括急停开关20、前后换挡开关19和左右转向开关18，电源指示灯24和显示器25也设置在控制面板盒3上,控制面板盒3与扶手2的内部以及连接处皆预留有孔、槽以便电路布线。

控制面板盒3内装有安全带，用于紧固轮椅或者货物。

实施例2

根据本发明的技术方案，还提供一种可自动调整转向的爬楼方法，根据设置在所述装置的三轴传感器和/或外置传感器判断爬楼装置前行方向是否出现偏移以及偏移的程度；当检测到出现偏移时，控制装置自动根据偏移方向以及偏移程度，控制所述左电机和/或右电机转向和转速，从而实现爬楼过程中的转向调节。

爬楼装置的行进模式包括前进模式、后退模式、左转模式、右转模式，其中，第一驱动电流和第二驱动电流分别驱动左电机和右电机的正向转动或逆向转动，从而实现前进、后退、左转或右转；

所述第一驱动电流和第二驱动电流分别连接有康铜电阻，用于检测第一驱动电流和第二驱动电流是否出现过载，当期在预设时间内出现多次过载时，截断所述第一驱动电流和第二驱动电流；

检测急停信号，当出现急停信号时，响应于所述急停指令停止对电机的驱动。

进一步地，所述方法还包括手动操作模式，当进入手动操作模式后，可以通过控制控制面板上的转向开关实现转向。

如图6所示,其为本发明对电机进行前进后退或左右转向的闭环控制流程。首先，执行步骤s1001，启动控制系统；

接着执行步骤s1002，程序初始化,并点亮电源指示灯，蜂鸣器短暂蜂鸣，并在显示屏上输出电量显示；

接着执行步骤s1003，中央处理模块1221判断来自前端操作装置121的控制消息是否包括急停指令，即判断急停开关处于闭合状态或断开状态。若在步骤s1003确定控制消息包括急停指令，即急停开关闭合，则返回步骤s1002，重新程序初始化，中央处理模块1221处理不输出执行指令，止停左电机131和右电机141执行操作；

若在步骤s1003若确定控制消息不包括急停指令，即急停开关断开，则接着执行步骤s1004，中央处理模块1221通过第一开关电路1224启动左电机131的电磁抱刹和通过第二开关电路1225启动右电机141的电磁抱刹；

接着执行步骤s1005，中央处理模块1221判断来自前端操作装置121的控制消息的具体指令以判断爬楼设备行进模式；

若确定控制消息只含有前进指令，即爬楼设备进入前进模式，则执行以下步骤：

步骤s2001，中央处理模块1221同时输出左电机正向转动指令和右电机正向转动指令，第一驱动模块1222响应于左电机正向转动指令驱动左电机131正向转动，第二驱动模块1223响应于右电机正向转动指令驱动右电机141正向转动；

步骤s2002,第一驱动电流检测装置1226检测输入左电机131的第一驱动电流并反馈至中央处理模块1221，第二驱动电流检测装置1227检测输入右电机141的第二驱动电流并反馈至中央处理模块1221，中央处理模块1221判断第一驱动电流和第二驱动电流是否过载；

若在步骤s2002，确定第一驱动电流和第二驱动电流均未过载，则执行步骤s2003，中央处理模块1221重新判断控制消息是否依然只含有前进指令；

若在步骤s2003，确定控制消息依然只含有前进指令，则重新执行步骤s2001，中央处理模块1221继续输出左电机正向转动指令和右电机正向转动指令，第一驱动模块1222响应于左电机正向转动指令驱动左电机131正向转动，第二驱动模块1223响应于右电机正向转动指令驱动右电机141正向转动。

若在步骤s2003，确定控制消息不只含有前进指令，则返回步骤s1005，中央处理模块1221重新判断来自前端操作装置121的控制消息的具体指令以判断爬楼设备行进模式。

另外，若在步骤s2002，确定第一驱动电流过载则通过脉宽调制降低第一驱动电流和/或确定第二驱动电流过载则通过脉宽调制降低第二驱动电流，即执行步骤s2004。

若经小于或等于三次脉宽调制调节后，第一驱动电流和第二驱动电流均不再过载，则执行步骤s2003，中央处理模块1221重新判断控制消息是否依然只含有前进指令。

若经三次脉宽调制调节后，第一驱动电流和/或第二驱动电流依然过载，则返回步骤s1002，重新程序初始化，中央处理模块1221不输出执行指令，止停左电机131和右电机141执行操作。

若确定控制消息只含有后退指令，即爬楼设备进入后退模式，则执行以下步骤s2001、s2002、s2003、s2003，其步骤前进模式类似，在此不再累述：

若确定控制消息含有左转指令，即爬楼设备进入左转模式，则执行以下步骤：

步骤s4001，判断左电机131和右电机141是否处于转动状态，即确定此时是处于启动时左转还是行使中左转；

若在步骤s4001，确定左电机131和右电机141均处于静止状态，即启动时左转,则接着执行步骤s4002，中央处理模块1221同时输出左电机反向转动指令和右电机正向转动指令，第一驱动模块1222响应于左电机反向转动指令驱动左电机131反向转动，第二驱动模块1223响应于右电机正向转动指令驱动右电机141正向转动；

步骤s4003，第一驱动电流检测装置1226检测输入左电机131的第一驱动电流并反馈至中央处理模块1221，第二驱动电流检测装置1227检测输入右电机141的第二驱动电流并反馈至中央处理模块1221，中央处理模块1221判断第一驱动电流和第二驱动电流是否过载；

若在步骤s4003，确定第一驱动电流和第二驱动电流均未过载，则执行步骤s4004，中央处理模块1221重新判断控制消息是否依然含有左转指令；

若在步骤s4004，确定控制消息依然含有左转指令，则继续执行步骤s4002，中央处理模块1221继续输出左电机反向转动指令和右电机正向转动指令，第一驱动模块1222响应于左电机反向转动指令驱动左电机131反向转动，第二驱动模块1223响应于右电机正向转动指令驱动右电机141正向转动；

若在步骤s4004，确定控制消息依然不含有左转指令，则返回步骤s1005，中央处理模块1221重新判断来自前端操作装置121的控制消息的具体指令以判断爬楼设备行进模式；

另外，若在步骤s4003，确定第一驱动电流过载则通过脉宽调制降低第一驱动电流和/或确定第二驱动电流过载则通过脉宽调制降低第二驱动电流，即执行步骤s4005；

若在步骤s4005，经小于或等于三次脉宽调制调节后，第一驱动电流和第二驱动电流均不再过载，则重新执行步骤s4004，中央处理模块1221重新判断控制消息是否依然含有左转指令；

若在步骤s4005，经三次脉宽调制调节后，第一驱动电流过载和/或第二驱动电流依然过载，则返回步骤s1002，程序重新初始化，中央处理模块1221不输出执行指令，止停左电机131和右电机141执行操作；

另外，若在步骤s4001，确定左电机131和右电机141处于转动状态，即确定此时是处于行使中左转，则接着执行步骤s4006，中央处理模块1221不再输出左电机131正向转动指令使左电机131在两秒内降速为零，通过脉宽调制调速调节使右电机141在两秒内降速至20％输出速度，作运算延迟三百微秒后，继续执行步骤s4002以及后续步骤。

若确定控制消息含有右转指令，即爬楼设备进入右转模式，则执行步骤s5001-s5006,其步骤左转模式类似，在此不再累述。

进一步地，所述第一驱动电流和第二驱动电流分别连接有康铜电阻，用于检测第一驱动电流和第二驱动电流是否出现过载，当期在预设时间内出现多次过载时，截断所述第一驱动电流和第二驱动电流；

进一步地，可以切换到手动操作模式，当进入手动操作模式后，可以通过控制控制面板上的转向开关实现转向。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。