申请/专利权人：济南大学

申请日：2018-07-11

公开（公告）日：2024-02-02

公开（公告）号：CN109050693B

主分类号：B62D55/02

分类号：B62D55/02;G05B19/042

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.02#授权;2019.01.15#实质审查的生效;2018.12.21#公开

摘要：一种具有跟随功能的上台阶装置及其实现方法，解决了需要人力通过台阶将各种物品搬上较高的地点的问题，同时，还可以用于平地、楼道及其它崎岖地面等环境下货物的携带，通过履带带动可以实现原地转弯，极大的方便了使用者。

主权项：1.一种具有跟随功能的上台阶装置，其特征在于：包括跟随模块，跟随模块包括超声波发射器、超声波接收器和单片机IC1，单片机IC1的型号为STC11F02E；超声波发射器，由4个Header4超声波模块组合而成，由人随身携带；超声波接收器，由在车体前方安置的3个Header4超声波检测模块组成，可以检测到与人的距离，使车与人之间始终保持一定的距离，然后通过单片机IC1计算出数据，再利用串口通讯与控制模块进行信息交互；包括车架（1），车架（1）的下方前部设有前轮（3），车架（1）的下方后部设有后轮（4），前轮（3）为两左右对称的三星轮，后轮（4）为两左右对称的履带轮，前轮（3）和后轮（4）分别连接有驱动装置；所述单片机IC1的P1.7端接第一个Header4超声波检测模块（5）的ECHO1端，单片机IC1的P1.4端接第一个Header4超声波检测模块（5）的TRIG1端，单片机IC1的P1.6端接第二个Header4超声波检测模块（6）的ECHO2端，单片机IC1的P1.3端接第二个Header4超声波检测模块（6）的TRIG2端，单片机IC1的P1.5端接第三个Header4超声波检测模块（7）的ECHO3端，单片机IC1的P1.2端接第三个Header4超声波检测模块（7）的TRIG3端，第一个Header4超声波检测模块（5）、第二个Header4超声波检测模块（6）、第三个Header4超声波检测模块（7）的GND端分别接地；所述单片机IC1的VCC端接集成电路IC2的+5V端，单片机IC1的RX端接集成电路IC2的TX端，单片机IC1的TX端接集成电路IC2的RX端，集成电路IC2为Arduino单片机，集成电路IC2的GND端接地；所述集成电路IC2的A0端分别接集成电路IC3的IN1端和集成电路IC4的IN1端，集成电路IC2的A1端分别接集成电路IC3的IN2端和集成电路IC4的IN2端，集成电路IC2的A2端分别接集成电路IC3的IN3端和集成电路IC4的IN3端，集成电路IC2的A3端分别接集成电路IC3的IN4端和集成电路IC4的IN4端，集成电路IC2的A4端分别接集成电路IC3的ENA端和集成电路IC4的ENA端，集成电路IC2的A5端分别接集成电路IC3的ENB端和集成电路IC4的ENB端，集成电路IC3和集成电路IC4的型号为L289N；所述集成电路IC3的GND端接地，集成电路IC3的VCC端接12V电压，集成电路IC3的+5V端分别接集成电路IC5的VCC端、集成电路IC6的VCC端、集成电路IC7的VCC端和红外模块接收板（12）的VCC端，集成电路IC5和集成电路IC6均为高低电平触发电磁开关，集成电路IC7的型号为STC89C51，集成电路IC3的OUT1端接集成电路IC5的公共端，集成电路IC3的OUT2端接第一个12V马达（8）的负极，第一个12V马达（8）的正极接集成电路IC5的常开端，集成电路IC3的OUT3端接第二个12V马达（9）的负极，第二个12V马达（9）的正极接集成电路IC6的常开端，集成电路IC3的OUT4端接集成电路IC6的公共端，两个12V马达分别驱动两个三星轮；所述集成电路IC4的GND端接地，集成电路IC4的VCC端接24V电压，集成电路IC4的OUT1端接第一个24V马达（10）的正极，集成电路IC4的OUT2端接第一个24V马达（10）的负极，集成电路IC4的OUT3端接第二个24V马达（11）的正极，集成电路IC4的OUT4端接第二个24V马达（11）的负极，两个24V马达分别驱动两个履带轮；所述集成电路IC5的GND端接地，集成电路IC5的IN端接集成电路IC7的P0.1端，集成电路IC5的IN端接集成电路IC6的IN端，集成电路IC6的GND端接地，集成电路IC7的GND端接地，集成电路IC7的P0.0端接红外模块接收板（12）的OUT端，红外模块接收板（12）的GND端接地。

全文数据：一种具有跟随功能的上台阶装置及其实现方法技术领域本发明涉及一种具有跟随功能的上台阶装置及其实现方法，属于上台阶装置技术领域。背景技术在各大风景名胜山上，挑山工,大概自古就有.山上千年古刹所用的一切建筑材料,都是从山下运上来的.泰山挑山工起源于哪个年代已无从考证,大概自有了香客游人起就有了挑山工吧.泰山海拔1540多米,足有6000多级石级,山顶上游客、道士的日常用品,庙宇、山路维修改造原料,大都是挑山工用双肩挑上去的.尽管泰山早已修建了索道,那似乎只是为匆匆而过的游人修建的,挑山工并未因此而减少。然而，现今随着经济的进步和发展，人力价值越来越高，挑山工也越来越少，因此许多山上的商家只得自行挑送物资，带来了生产经营带来了极大的不便。在一些建造的比较早的小区，没有安装过电梯，但是现今居住在这样的楼里的大多数为老年人，行动不便，上楼时带着东西会十分不便。因此需要一种可以“爬”楼梯的机械装置，实现搭载货物负重并攀爬楼梯。国外对爬楼梯项目的研究开始的相对较早，最早的专利视1982年美国的Bray发明的爬楼梯轮椅。此后各国纷纷开始投入此项研究，其中美国、英国、德国和日本占主导地位，技术相对比较成熟，且有一部分产品投入市场使用。我国对此类装置的研究虽然起步较晚，但近年来也涌现了很多这方面的专利，然而实际投入使用的还很少。总结目前国内外现有的爬楼梯装置和专利，按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式、轮组式、步行式以及其他辅助式爬楼梯装置。其中履带式爬楼梯装置的原理类似于履带装甲兵车或坦克，其原理简单，技术也比较成熟。履带式结构的传动效率比较高，行走时重心波动很小，运动非常平稳，且使用地形范围较广，在不规则的楼梯上也可以使用。但是其运动够灵活，爬楼梯时也会对楼梯边缘造成一定损坏，在平地使用的阻力较大；轮组式爬楼梯装置采用星形轮系，活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯的平稳性不高，重心起伏会较大，而且多轮组式装置体积较大，难以在普通居民房内使用；步行式爬楼梯装置爬楼梯运动平稳，适合不同尺寸的楼梯，但是对于控制的要求很高，操作较为复杂，在地面行走的运动幅度不大，行动缓慢；其他辅助装置，国内研究的主要是手动爬楼梯装置，结构简单，造价低廉，但是设计中存在稳定性不高、难以适应多种不同尺寸楼梯、费力费时、自锁等问题。发明内容本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种具有跟随功能的上台阶装置及其实现方法，解决了需要人力通过台阶将各种物品搬上较高的地点的问题，同时，还可以用于平地、楼道及其它崎岖地面等环境下货物的携带，通过履带带动可以实现原地转弯，极大的方便了使用者。为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种具有跟随功能的上台阶装置，包括跟随模块，跟随模块包括超声波发射器、超声波接收器和单片机IC1，单片机IC1的型号为STC11F02E；超声波发射器，由4个Header4超声波模块组合而成，由人随身携带；超声波接收器，由在车体前方安置的3个Header4超声波检测模块组成，可以检测到与人的距离，使车与人之间始终保持一定的距离，然后通过单片机IC1计算出数据，再利用串口通讯与控制模块进行信息交互。作为上述技术方案的进一步改进：一种具有跟随功能的上台阶装置，包括车架，车架的下方前部设有前轮，车架的下方后部设有后轮，前轮为两左右对称的三星轮，后轮为两左右对称的履带轮，前轮和后轮分别连接有驱动装置。所述单片机IC1的P1.7端接第一个Header4超声波检测模块的ECHO1端，单片机IC1的P1.4端接第一个Header4超声波检测模块的TRIG1端，单片机IC1的P1.6端接第二个Header4超声波检测模块的ECHO2端，单片机IC1的P1.3端接第二个Header4超声波检测模块的TRIG2端，单片机IC1的P1.5端接第三个Header4超声波检测模块的ECHO3端，单片机IC1的P1.2端接第三个Header4超声波检测模块的TRIG3端，第一个Header4超声波检测模块、第二个Header4超声波检测模块、第三个Header4超声波检测模块的GND端分别接地。所述单片机IC1的VCC端接集成电路IC2的+5V端，单片机IC1的RX端接集成电路IC2的TX端，单片机IC1的TX端接集成电路IC2的RX端，集成电路IC2为Arduino单片机，集成电路IC2的GND端接地。所述集成电路IC2的A0端分别接集成电路IC3的IN1端和集成电路IC4的IN1端，集成电路IC2的A1端分别接集成电路IC3的IN2端和集成电路IC4的IN2端，集成电路IC2的A2端分别接集成电路IC3的IN3端和集成电路IC4的IN3端，集成电路IC2的A3端分别接集成电路IC3的IN4端和集成电路IC4的IN4端，集成电路IC2的A4端分别接集成电路IC3的ENA端和集成电路IC4的ENA端，集成电路IC2的A5端分别接集成电路IC3的ENB端和集成电路IC4的ENB端，集成电路IC3和集成电路IC4的型号为L289N。所述集成电路IC3的GND端接地，集成电路IC3的VCC端接12V电压，集成电路IC3的+5V端分别接集成电路IC5的VCC端、集成电路IC6的VCC端、集成电路IC7的VCC端和红外模块接收板的VCC端，集成电路IC5和集成电路IC6均为高低电平触发电磁开关，集成电路IC7的型号为STC89C51，集成电路IC3的OUT1端接集成电路IC5的公共端，集成电路IC3的OUT2端接第一个12V马达的负极，第一个12V马达的正极接集成电路IC5的常开端，集成电路IC3的OUT3端接第二个12V马达的负极，第二个12V马达的正极接集成电路IC6的常开端，集成电路IC3的OUT4端接集成电路IC6的公共端，两个12V马达分别驱动两个三星轮。所述集成电路IC4的GND端接地，集成电路IC4的VCC端接24V电压，集成电路IC4的OUT1端接第一个24V马达的正极，集成电路IC4的OUT2端接第一个24V马达的负极，集成电路IC4的OUT3端接第二个24V马达的正极，集成电路IC4的OUT4端接第二个24V马达的负极，两个24V马达分别驱动两个履带轮。所述集成电路IC5的GND端接地，集成电路IC5的IN端接集成电路IC7的P0.1端，集成电路IC5的IN端接集成电路IC6的IN端，集成电路IC6的GND端接地，集成电路IC7的GND端接地，集成电路IC7的P0.0端接红外模块接收板的OUT端，红外模块接收板的GND端接地。一种具有跟随功能的上台阶装置的实现方法:当在平地时，跟随模块将发射器与接收器的状态通过串口通讯传输给Arduino单片机，Arduino单片机根据二者之间的通讯协议解读，决定车体的直行还转弯；Arduino单片机模块通过引脚A0-A3控制L289N电机驱动器来控制24V电机和12V电机的正负电压来控制电机的正反转，实现车体的前进和倒退动作，Arduino单片机模块通过引脚A4-A5控制L289N电机驱动器的使能端，通过修改电机的电压占空比来控制电机转速，实现差速转弯。当即将上台阶时，由控制者通过红外遥控器按下按键发射信号，车体上的红外模块接收板会根据接收到的信号通过OUT引脚将信息传给STC89C51单片机，然后STC89C51单片机一直处于扫描引脚P0.1状态的状态下，当接收到原设定为“开”的信号时，STC89C51单片机将会通过引脚P0.0给高低电平触发电磁开关IN引脚一个低电平，三星轮开始转动，给车体支撑力，将车体首部上撑。本发明采取以上技术方案，具有以下优点：本发明针对没有电梯的老旧楼房住户和在山上的商店用户，解决了背景技术中需要人力通过台阶将各种物品搬上较高的地点的问题，同时，本发明还可以用于平地、楼道及其它崎岖地面等环境下货物的携带，通过履带带动可以实现原地转弯，极大的方便了使用者。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。附图说明附图1是本发明实施例中具有跟随功能的上台阶装置的结构示意图；附图2是本发明实施例中跟随模块的电路原理图。图中，1-车架；2-车斗；3-前轮；4-后轮；5-第一个Header4超声波检测模块；6-第二个Header4超声波检测模块；7-第三个Header4超声波检测模块；8-第一个12V马达；9-第二个12V马达；10-第一个24V马达；11-第二个24V马达；12-红外模块接收板。具体实施方式实施例，如附图1所示，一种具有跟随功能的上台阶装置，包括车架1，车架1上设有车斗2，车架1的下方前部设有前轮3，车架1的下方后部设有后轮4，前轮3为两左右对称的三星轮，后轮4为两左右对称的履带轮，前轮3和后轮4分别连接有驱动装置；如附图2所示，一种具有跟随功能的上台阶装置，包括跟随模块，跟随模块包括超声波发射器、超声波接收器和单片机IC1，单片机IC1的型号为STC11F02E；超声波发射器，由4个Header4超声波模块组合而成，由人随身携带；超声波接收器，由在车体前方安置的3个Header4超声波检测模块组成，可以检测到与人的距离，使车与人之间始终保持一定的距离，然后通过单片机IC1计算出数据，再利用串口通讯与控制模块进行信息交互。单片机IC1的P1.7端接第一个Header4超声波检测模块5的ECHO1端，单片机IC1的P1.4端接第一个Header4超声波检测模块5的TRIG1端，单片机IC1的P1.6端接第二个Header4超声波检测模块6的ECHO2端，单片机IC1的P1.3端接第二个Header4超声波检测模块6的TRIG2端，单片机IC1的P1.5端接第三个Header4超声波检测模块7的ECHO3端，单片机IC1的P1.2端接第三个Header4超声波检测模块7的TRIG3端，第一个Header4超声波检测模块5、第二个Header4超声波检测模块6、第三个Header4超声波检测模块7的GND端分别接地；单片机IC1的VCC端接集成电路IC2的+5V端，单片机IC1的RX端接集成电路IC2的TX端，单片机IC1的TX端接集成电路IC2的RX端，集成电路IC2为Arduino单片机，集成电路IC2的GND端接地；集成电路IC2的A0端分别接集成电路IC3的IN1端和集成电路IC4的IN1端，集成电路IC2的A1端分别接集成电路IC3的IN2端和集成电路IC4的IN2端，集成电路IC2的A2端分别接集成电路IC3的IN3端和集成电路IC4的IN3端，集成电路IC2的A3端分别接集成电路IC3的IN4端和集成电路IC4的IN4端，集成电路IC2的A4端分别接集成电路IC3的ENA端和集成电路IC4的ENA端，集成电路IC2的A5端分别接集成电路IC3的ENB端和集成电路IC4的ENB端，集成电路IC3和集成电路IC4的型号为L289N；集成电路IC3的GND端接地，集成电路IC3的VCC端接12V电压，集成电路IC3的+5V端分别接集成电路IC5的VCC端、集成电路IC6的VCC端、集成电路IC7的VCC端和红外模块接收板12的VCC端，集成电路IC5和集成电路IC6均为高低电平触发电磁开关，集成电路IC7的型号为STC89C51，集成电路IC3的OUT1端接集成电路IC5的公共端，集成电路IC3的OUT2端接第一个12V马达的负极，第一个12V马达的正极接集成电路IC5的常开端，集成电路IC3的OUT3端接第二个12V马达的负极，第二个12V马达的正极接集成电路IC6的常开端，集成电路IC3的OUT4端接集成电路IC6的公共端，两个12V马达分别驱动两个三星轮；集成电路IC4的GND端接地，集成电路IC4的VCC端接24V电压，集成电路IC4的OUT1端接第一个24V马达的正极，集成电路IC4的OUT2端接第一个24V马达的负极，集成电路IC4的OUT3端接第二个24V马达的正极，集成电路IC4的OUT4端接第二个24V马达的负极，两个24V马达分别驱动两个履带轮；集成电路IC5的GND端接地，集成电路IC5的IN端接集成电路IC7的P0.1端，集成电路IC5的IN端接集成电路IC6的IN端，集成电路IC6的GND端接地，集成电路IC7的GND端接地，集成电路IC7的P0.0端接红外模块接收板12的OUT端，红外模块接收板12的GND端接地。一种具有跟随功能的上台阶装置的实现方法，当在平地时，跟随模块将发射器与接收器的状态通过串口通讯传输给Arduino单片机，Arduino单片机根据二者之间的通讯协议解读，决定车体的直行还转弯。Arduino单片机模块通过引脚A0-A3控制L289N电机驱动器来控制24V电机和12V电机的正负电压来控制电机的正反转，实现车体的前进和倒退动作，Arduino单片机模块通过引脚A4-A5控制L289N电机驱动器的使能端，通过修改电机的电压占空比来控制电机转速，实现差速转弯。12V电机的L289N驱动器与24V驱动器的控制信号并联，而控制器给两个12V电机的电压分别由STC89C51控制两个高低电平触发电磁开关来控制，而高低电平触发电磁开关处于常开状态（L289N供给12V电机的电压的导线处于断开状态）。当即将上台阶时，跟随模块、Arduino单片机、L289N电机驱动和在平地时状态没有改变，由控制者通过红外遥控器按下按键发射信号，车体上的红外模块接收板12会根据接收到的信号通过OUT引脚将信息传给STC89C51单片机，然后STC89C51单片机一直处于扫描引脚P0.1状态的状态下，当接收到原设定为“开”的信号时，则STC89C51单片机将会通过引脚P0.0给高低电平触发电磁开关IN引脚（两个开关并联）一个低电平，这时候L289N供给12V电机的电压的导线处于接通状态，12V电机将和24V电机有相同的电压信号，这样三星轮开始转动，给车体支撑力，将车体首部上撑。

权利要求：1.一种具有跟随功能的上台阶装置，其特征在于：包括跟随模块，跟随模块包括超声波发射器、超声波接收器和单片机IC1，单片机IC1的型号为STC11F02E；超声波发射器，由4个Header4超声波模块组合而成，由人随身携带；超声波接收器，由在车体前方安置的3个Header4超声波检测模块组成，可以检测到与人的距离，使车与人之间始终保持一定的距离，然后通过单片机IC1计算出数据，再利用串口通讯与控制模块进行信息交互。2.如权利要求1所述的一种具有跟随功能的上台阶装置，其特征在于：包括车架（1），车架（1）的下方前部设有前轮（3），车架（1）的下方后部设有后轮（4），前轮（3）为两左右对称的三星轮，后轮（4）为两左右对称的履带轮，前轮（3）和后轮（4）分别连接有驱动装置。3.如权利要求1所述的一种具有跟随功能的上台阶装置，其特征在于：所述单片机IC1的P1.7端接第一个Header4超声波检测模块（5）的ECHO1端，单片机IC1的P1.4端接第一个Header4超声波检测模块（5）的TRIG1端，单片机IC1的P1.6端接第二个Header4超声波检测模块（6）的ECHO2端，单片机IC1的P1.3端接第二个Header4超声波检测模块（6）的TRIG2端，单片机IC1的P1.5端接第三个Header4超声波检测模块（7）的ECHO3端，单片机IC1的P1.2端接第三个Header4超声波检测模块（7）的TRIG3端，第一个Header4超声波检测模块（5）、第二个Header4超声波检测模块（6）、第三个Header4超声波检测模块（7）的GND端分别接地。4.如权利要求3所述的一种具有跟随功能的上台阶装置，其特征在于：所述单片机IC1的VCC端接集成电路IC2的+5V端，单片机IC1的RX端接集成电路IC2的TX端，单片机IC1的TX端接集成电路IC2的RX端，集成电路IC2为Arduino单片机，集成电路IC2的GND端接地。5.如权利要求4所述的一种具有跟随功能的上台阶装置，其特征在于：所述集成电路IC2的A0端分别接集成电路IC3的IN1端和集成电路IC4的IN1端，集成电路IC2的A1端分别接集成电路IC3的IN2端和集成电路IC4的IN2端，集成电路IC2的A2端分别接集成电路IC3的IN3端和集成电路IC4的IN3端，集成电路IC2的A3端分别接集成电路IC3的IN4端和集成电路IC4的IN4端，集成电路IC2的A4端分别接集成电路IC3的ENA端和集成电路IC4的ENA端，集成电路IC2的A5端分别接集成电路IC3的ENB端和集成电路IC4的ENB端，集成电路IC3和集成电路IC4的型号为L289N。6.如权利要求5所述的一种具有跟随功能的上台阶装置，其特征在于：所述集成电路IC3的GND端接地，集成电路IC3的VCC端接12V电压，集成电路IC3的+5V端分别接集成电路IC5的VCC端、集成电路IC6的VCC端、集成电路IC7的VCC端和红外模块接收板（12）的VCC端，集成电路IC5和集成电路IC6均为高低电平触发电磁开关，集成电路IC7的型号为STC89C51，集成电路IC3的OUT1端接集成电路IC5的公共端，集成电路IC3的OUT2端接第一个12V马达（8）的负极，第一个12V马达（8）的正极接集成电路IC5的常开端，集成电路IC3的OUT3端接第二个12V马达（9）的负极，第二个12V马达（9）的正极接集成电路IC6的常开端，集成电路IC3的OUT4端接集成电路IC6的公共端，两个12V马达分别驱动两个三星轮。7.如权利要求6所述的一种具有跟随功能的上台阶装置，其特征在于：所述集成电路IC4的GND端接地，集成电路IC4的VCC端接24V电压，集成电路IC4的OUT1端接第一个24V马达（10）的正极，集成电路IC4的OUT2端接第一个24V马达（10）的负极，集成电路IC4的OUT3端接第二个24V马达（11）的正极，集成电路IC4的OUT4端接第二个24V马达（11）的负极，两个24V马达分别驱动两个履带轮。8.如权利要求7所述的一种具有跟随功能的上台阶装置，其特征在于：所述集成电路IC5的GND端接地，集成电路IC5的IN端接集成电路IC7的P0.1端，集成电路IC5的IN端接集成电路IC6的IN端，集成电路IC6的GND端接地，集成电路IC7的GND端接地，集成电路IC7的P0.0端接红外模块接收板（12）的OUT端，红外模块接收板（12）的GND端接地。9.一种如权利要求1所述的具有跟随功能的上台阶装置的实现方法，其特征在于：当在平地时，跟随模块将发射器与接收器的状态通过串口通讯传输给Arduino单片机，Arduino单片机根据二者之间的通讯协议解读，决定车体的直行还转弯；Arduino单片机模块通过引脚A0-A3控制L289N电机驱动器来控制24V电机和12V电机的正负电压来控制电机的正反转，实现车体的前进和倒退动作，Arduino单片机模块通过引脚A4-A5控制L289N电机驱动器的使能端，通过修改电机的电压占空比来控制电机转速，实现差速转弯。10.如权利要求9所述的一种具有跟随功能的上台阶装置的实现方法，其特征在于：当即将上台阶时，由控制者通过红外遥控器按下按键发射信号，车体上的红外模块接收板（12）会根据接收到的信号通过OUT引脚将信息传给STC89C51单片机，然后STC89C51单片机一直处于扫描引脚P0.1状态的状态下，当接收到原设定为“开”的信号时，STC89C51单片机将会通过引脚P0.0给高低电平触发电磁开关IN引脚一个低电平，三星轮开始转动，给车体支撑力，将车体首部上撑。

百度查询： 济南大学 一种具有跟随功能的上台阶装置及其实现方法

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