CN104931013A - 一种检测楼梯高度和深度的触角式探测装置及方法 - Google Patents

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周其洪
邹鲲
舒畅
陶程杰
朱庆云
袁晨旺
孙书行
吴爱东
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Abstract

本发明提供了一种检测楼梯高度和深度的触角式探测装置及方法。所述的检测楼梯高度和深度的触角式探测装置，其特征在于，包括：超声波传感器和触角式探测装置，所述的超声波传感器设于爬楼机器人的机械腿的外壁底部并可随机械腿的抬升而抬升，所述的触角式探测装置包括支撑架，所述的支撑架固定在爬楼机器人机械腿的外壁上，支撑架上设有电机和L形触角驱动轴，L形触角驱动轴上设有L形触角，电机可经由L形触角驱动轴带动L形触角旋转，所述的L形触角驱动轴上设有角度传感器，L形触角的前端设有碰撞传感器。本发明成本低廉，技术简单，分辨率高，信息准确，可以适用推广于其他自动检测装置。

Description

一种检测楼梯高度和深度的触角式探测装置及方法
技术领域
本发明涉及了一种适用于爬楼机器人检测所爬楼梯高度和深度的方法，利用触角式探测装置上的碰撞传感器，角度传感器，整合机械腿上的超声波传感器检测的信息，精确计算出楼梯高度和深度，使爬楼机器人能够根据不同楼梯调整相应动作。
背景技术
爬楼机器人是利用两组电动推杆分别抬升，并在一组推杆抬升的时候，利用步进电机控制另一组被悬空的推杆向前运动来实现爬楼的基本动作。本发明的触角式探测装置是利用超声波传感器测距，角度传感器测量触角所转角度，通过单片机程序实现楼梯高度和深度的测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测楼梯高度和深度的触角式探测装置及方法，实现楼梯高深度的自动检测可以帮助爬楼机器人调整腿部抬升的高度和悬空的推杆向前移动的距离，从而实现爬楼机器人适应各种楼梯的功能。
为了达到上述目的，本发明提供了一种检测楼梯高度和深度的触角式探测装置，其特征在于，包括：超声波传感器和触角式探测装置，所述的超声波传感器设于爬楼机器人的机械腿的外壁底部并可随机械腿的抬升而抬升，所述的触角式探测装置包括支撑架，所述的支撑架固定在爬楼机器人机械腿的外壁上，支撑架上设有电机和L形触角驱动轴，L形触角驱动轴上设有L形触角，电机可经由L形触角驱动轴带动L形触角旋转，所述的L形触角驱动轴上设有角度传感器，L形触角的前端设有碰撞传感器。
优选地，所述的超声波传感器的高度低于楼梯的单个台阶的高度h。
优选地，所述的L形触角驱动轴的高度Ha大于楼梯的单个台阶的高度h，且小于楼梯的两个台阶的高度2h。
优选地，所述的电机、超声波传感器、角度传感器和碰撞传感器均连接单片机。
本发明还提供了一种采用上述的检测楼梯高度和深度的触角式探测装置检测楼梯深度的方法，其特征在于，包括：在爬楼机器人向楼梯前进的过程中，利用超声波传感器测量爬楼机器人的机械腿离楼梯底部的距离，达到指定距离S后，爬楼机器人停止前进，启动触角式探测装置，使L形触角逆时针旋转，当碰撞传感器传出发生碰断信号时，电机停转，L形触角停止转动；控制爬楼机器人的机械腿抬升，在抬升过程中，超声波传感器检测到距离值会发生突变，将突变后的值Z记录，与指定距离S相减，得到楼梯的深度X＝Z-S。
本发明还提供了一种采用上述的检测楼梯高度和深度的触角式探测装置检测楼梯高度的方法，其特征在于，包括：
第一步：在爬楼机器人向楼梯前进的过程中，利用超声波传感器测量爬楼机器人的机械腿离楼梯底部的距离，达到指定距离S后，爬楼机器人停止前进，启动触角式探测装置，使L形触角逆时针旋转，当碰撞传感器传出发生碰断信号时，电机停转，L形触角停止转动；读取此时的角度传感器所测量到的旋转角度Φ，控制触角式探测装置返回原位；
第二步，通过旋转角度Φ，触角长度L，触角深度B，L形触角驱动轴的高度Ha，指定距离S，计算楼梯的高度h，计算过程为：定义L形触角的外壁与L形触角驱动轴的高度Ha处的水平面的交点与L形触角的顶角之间的距离B1为辅助触角深度，由几何分析可知：
B1＝L/tanΦ  (a)，
且Ha-h/(B-B1)＝sinΦ  (b)，
由式(a)和式(b)得到楼梯的高度h＝Ha-BsinΦ+LcosΦ。
本发明模仿蚂蚁触角探测功能，利用超声波获得的距离信息，到达指定距离后进行动作，具体动作是通过控制电机逆时针旋转，在旋转过程中接收到碰撞传感器的碰撞信息时，控制电机停转并记录当前角度传感器的角度信息，计算楼梯高度，随后再控制电机顺时针旋转将触角式探测装置返回原位。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明利用简单的机械装置，针对实际使用中的楼梯高度，深度都在一定的范围的特点，配合传感器采取必要信息，直接通过运算公式得到楼梯信息，成本低廉，技术简单，分辨率高，信息准确，可以适用推广于其他自动检测装置。
2、可适用与其他自动检验装置，原理清晰，技术成熟，装置简单，成本低廉，可推广型强；
3、可自由选择安装位置，只需给定初始距离信息，可方便得出高度信息；
4、可适应楼梯高深度的不同变化，采用单片机进行中心控制，测量精度高，易实现批量生产。
附图说明
图1为检测楼梯高度和深度的触角式探测装置结构示意图；
图2为本发明的应用示意图；
图3为本发明的计算原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例
如图1所示，本发明的检测楼梯高度和深度的触角式探测装置，包括：超声波传感器1和触角式探测装置，所述的超声波传感器2设于爬楼机器人的机械腿5的外壁底部并可随机械腿5的抬升而抬升，所述的触角式探测装置包括支撑架，所述的支撑架固定在爬楼机器人机械腿5的外壁上，支撑架上设有电机和L形触角驱动轴，L形触角驱动轴上设有L形触角4，电机可经由L形触角驱动轴带动L形触角4旋转，所述的L形触角驱动轴上设有角度传感器3，L形触角4的前端设有碰撞传感器2。所述的超声波传感器2的高度低于楼梯的单个台阶的高度h。所述的L形触角驱动轴的高度Ha大于楼梯的单个台阶的高度h，且小于楼梯的两个台阶的高度2h。所述的电机、超声波传感器1、角度传感器3和碰撞传感器2均连接单片机。当L形触角4位于其初始位置时，L形触角4的一条边处于竖直状态，另一条边处于水平状态，并向前延伸。
采用上述的检测楼梯高度和深度的触角式探测装置检测楼梯深度的方法为：在爬楼机器人向楼梯前进的过程中，利用超声波传感器1测量爬楼机器人的机械腿5离楼梯底部的距离，达到指定距离S后，爬楼机器人停止前进，启动触角式探测装置，使L形触角4逆时针旋转，如图2所示，当碰撞传感器2传出发生碰断信号给单片机时，单片机控制电机停转，L形触角4停止转动；控制爬楼机器人的机械腿5抬升，在抬升过程中，超声波传感器1检测到距离值会发生突变，将突变后的值Z记录，与指定距离S相减，得到楼梯的深度X＝Z-S。
采用上述的检测楼梯高度和深度的触角式探测装置检测楼梯高度的方法为：
第一步：在爬楼机器人向楼梯前进的过程中，利用超声波传感器1测量爬楼机器人的机械腿5离楼梯底部的距离，达到指定距离S后，爬楼机器人停止前进，启动触角式探测装置，使L形触角4逆时针旋转，当碰撞传感器2传出发生碰断信号给单片机时，单片机控制电机停转，L形触角4停止转动；单片机控制读取并记录此时的角度传感器3所测量到的旋转角度Φ，控制触角式探测装置返回原位；
第二步，如图3所示，通过旋转角度Φ，触角长度L，触角深度B，L形触角驱动轴的高度Ha，指定距离S，计算楼梯的高度h，计算过程为：定义L形触角4的外壁与L形触角驱动轴的高度Ha处的水平面的交点与L形触角4的顶角之间的距离B1为辅助触角深度，由几何分析可知：
B1＝L/tanΦ  (a)，
且Ha-h/(B-B1)＝sinΦ  (b)，
由式(a)和式(b)得到楼梯的高度h＝Ha-BsinΦ+LcosΦ。

Claims (6)

1.一种检测楼梯高度和深度的触角式探测装置，其特征在于，包括：超声波传感器(1)和触角式探测装置，所述的超声波传感器(2)设于爬楼机器人的机械腿(5)的外壁底部并可随机械腿(5)的抬升而抬升，所述的触角式探测装置包括支撑架，所述的支撑架固定在爬楼机器人机械腿(5)的外壁上，支撑架上设有电机和L形触角驱动轴，L形触角驱动轴上设有L形触角(4)，电机可经由L形触角驱动轴带动L形触角(4)旋转，所述的L形触角驱动轴上设有角度传感器(3)，L形触角(4)的前端设有碰撞传感器(2)。
2.如权利要求1所述的检测楼梯高度和深度的触角式探测装置，其特征在于，所述的电机、超声波传感器(1)、角度传感器(3)和碰撞传感器(2)均连接单片机。
3.如权利要求1所述的检测楼梯高度和深度的触角式探测装置，其特征在于，所述的超声波传感器(2)的高度低于楼梯的单个台阶的高度h。
4.如权利要求1所述的检测楼梯高度和深度的触角式探测装置，其特征在于，所述的L形触角驱动轴的高度Ha大于楼梯的单个台阶的高度h，且小于楼梯的两个台阶的高度2h。
5.一种采用权利要求2-4中任一项所述的检测楼梯高度和深度的触角式探测装置检测楼梯深度的方法，其特征在于，包括：在爬楼机器人向楼梯前进的过程中，利用超声波传感器(1)测量爬楼机器人的机械腿(5)离楼梯底部的距离，达到指定距离S后，爬楼机器人停止前进，启动触角式探测装置，使L形触角(4)逆时针旋转，当碰撞传感器(2)传出发生碰断信号时，电机停转，L形触角(4)停止转动；控制爬楼机器人的机械腿(5)抬升，在抬升过程中，超声波传感器(1)检测到距离值会发生突变，将突变后的值Z记录，与指定距离S相减，得到楼梯的深度X＝Z-S。
6.一种采用采用权利要求2-4中任一项所述的检测楼梯高度和深度的触角式探测装置检测楼梯高度的方法，其特征在于，包括：
第一步：在爬楼机器人向楼梯前进的过程中，利用超声波传感器(1)测量爬楼机器人的机械腿(5)离楼梯底部的距离，达到指定距离S后，爬楼机器人停止前进，启动触角式探测装置，使L形触角(4)逆时针旋转，当碰撞传感器 (2)传出发生碰断信号时，电机停转，L形触角(4)停止转动；读取此时的角度传感器(3)所测量到的旋转角度Φ，控制触角式探测装置返回原位；
第二步，通过旋转角度Φ，触角长度L，触角深度B，L形触角驱动轴的高度Ha，指定距离S，计算楼梯的高度h，计算过程为：定义L形触角(4)的外壁与L形触角驱动轴的高度Ha处的水平面的交点与L形触角(4)的顶角之间的距离B1为辅助触角深度，由几何分析可知：
B1＝L/tanΦ   (1)，
且Ha-h/(B-B1)＝sinΦ   (2)，
由式(1)和式(2)得到楼梯的高度h＝Ha-BsinΦ+LcosΦ。
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