CN106142050B - 一种车轮高低差自适应的移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及移动机器人领域，具体涉及一种车轮高低差自适应的移动机器人，该移动机器人包括车轮、伸缩臂、驱动源、水平传感器、惯性传感器和控制中心，该移动机器人还包括加权调整单元和伸缩臂动作控制单元，该加权调整单元与惯性传感器连接，该加权调整单元对惯性信息的加权值逐渐变化进而调整。本发明通过设计一种车轮高低差自适应的移动机器人，通过惯性传感器提高伸缩杆的伸缩精确度，提高移动机器人的稳定性，防止翻车。
Description
技术领域
本发明涉及移动机器人领域，具体涉及一种车轮高低差自适应的移动机器人。
背景技术
移动机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
智能移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。
现有的野外移动机器人，一般采用常规驱动模块，如具有弹性调节的智能四驱论，或者车轮可高低变化的驱动模块。
特别是车轮可高低变化的驱动模块所对应的移动机器人，在移动过程中，控制车轮高低变化的伸缩臂会产生振动的问题，严重降低伸缩精确度，甚至会导致移动机器人翻车。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种车轮高低差自适应的移动机器人，提高移动时的稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种车轮高低差自适应的移动机器人，
该移动机器人包括车轮、伸缩臂、驱动源、水平传感器、惯性传感器和控制中心；其中，该伸缩臂设置在移动机器人主体和车轮之间，并通过伸缩运动带动对应车轮实现高低差变化；该驱动源使伸缩臂进行伸缩运动；该水平传感器设置在移动机器人主体上，用于检测移动机器人主体的水平位置并输出水平信息；该惯性传感器设置在伸缩臂上，用于检测作用于伸缩臂的惯性力并输出惯性信息；该控制中心用于产生伸缩臂伸缩动作的控制指令；
该移动机器人还包括加权调整单元和伸缩臂动作控制单元，该加权调整单元与惯性传感器连接，该加权调整单元对惯性信息的加权值逐渐变化进而调整；该伸缩臂动作控制单元分别与伸缩臂、水平传感器、控制中心和加权调整单元连接，该伸缩臂动作控制单元根据水平信息、控制指令以及加权调整后的惯性信息，控制伸缩臂进行伸缩运动。
其中，较佳方案是：该加权调整单元包括快速调整模块和慢速调整模块，该快速调整模块在伸缩臂快速运动时使惯性信息的加权值逐渐增大，该慢速调整模块在伸缩臂慢速运动时使惯性信息的加权值逐渐减小。
其中，较佳方案是：该加权调整单元包括一快慢速变化阈值，该快速调整模块和慢速调整模块均通过与快慢速变化阈值对比，判断伸缩臂运动时是快速运动或慢速运动。
其中，较佳方案是：该加权调整单元还包括一幅度调整模块，该幅度调整模块根据水平信息的变化幅度调整快速调整模块和慢速调整模块的加权值变化幅度。
其中，较佳方案是：该移动机器人包括四个车轮，该任一一车轮均设置有对应的伸缩臂，该伸缩臂独立控制其对应的车轮伸缩运动。
其中，较佳方案是：该移动机器人还包括一与控制中心连接的扫描模块，该扫描模块用于扫描行进前方的环境，并将扫描模块的扫描结果传输到控制中心，该控制中心根据扫描结果紧急制动驱动源，停止移动机器人移动。
其中，较佳方案是：该扫描结果包括出现坑洼状况、出现阻挡物状况。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种车轮高低差自适应的移动机器人，通过惯性传感器提高伸缩杆的伸缩精确度，提高移动机器人的稳定性，防止翻车。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明车轮高低差自适应的移动机器人的结构示意图；
图2是本发明车轮高低差自适应的移动机器人的控制框图；
图3是本发明加权调整单元的控制框图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供一种车轮11高低差自适应的移动机器人的优选实施例。
一种车轮11高低差自适应的移动机器人，包括车轮11、伸缩臂12、驱动源13、水平传感器22、惯性传感器23和控制中心21；其中，该伸缩臂12设置在移动机器人主体14和车轮11之间，并通过伸缩运动带动对应车轮11实现高低差变化；该驱动源13使伸缩臂12进行伸缩运动；该水平传感器22设置在移动机器人主体14上，用于检测移动机器人主体14的水平位置并输出水平信息；该惯性传感器23设置在伸缩臂12上，用于检测作用于伸缩臂12的惯性力并输出惯性信息；该控制中心21用于产生伸缩臂12伸缩动作的控制指令；该移动机器人还包括加权调整单元24和伸缩臂动作控制单元25，该加权调整单元24与惯性传感器23连接，该加权调整单元24对惯性信息的加权值逐渐变化进而调整；该伸缩臂动作控制单元25分别与伸缩臂12、水平传感器22、控制中心21和加权调整单元24连接，该伸缩臂动作控制单元25根据水平信息、控制指令以及加权调整后的惯性信息，控制伸缩臂12进行伸缩运动。
具体地，本移动机器人主要通过控制中心21对整个驱动系统进行控制，包括控制移动机器人的移动方向、速度，以及伸缩杆的伸缩状况，实现大方向控制，确保移动机器人能够正常移动。同时，伸缩臂动作控制单元25根据加权调整单元24反馈的数据，对伸缩臂12进行微调，实现微方向控制，确保移动机器人既能正常移动，又能稳定移动。
其中，水平传感器22属于角度传感器的一种，其作用就是测量载体的水平度，又叫倾角传感器，工程上常叫水平仪或倾角仪。双轴水平传感器22可以同时测量两个方向的水平角度，因此可以定出整个被测面的水平度。移动机器人通过水平传感器22测量器水平信息，即水平角度，避免移动机器人在移动时由于角度过于倾斜而翻车。
其中，惯性传感器23是检测和测量加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度(DoF)运动的传感器。惯性传感器23是解决导航、定向和运动载体控制的重要部件。惯性传感器23包括加速度计(或加速度传感计)和角速度传感器(陀螺)以及它们的单、双、三轴组合IMU(惯性测量单元)，AHRS(包括磁传感器的姿态参考系统)。MEMS加速度计是利用传感质量的惯性力测量的传感器，通常由标准质量块(传感元件)和检测电路组成。IMU主要由三个MEMS加速度传感器及三个陀螺和解算电路组成。从而提高移动机器人的移动稳定性。
参考图1，移动机器人的移动模块包括车轮11、伸缩臂12、驱动源13，驱动源13与移动机器人主体14连接，伸缩臂12设置在车轮11与驱动源13之间，使车轮11相对于移动机器人主体14实现远离和接近的操作。
进一步地，该移动机器人包括四个车轮11，该任一一车轮11均设置有对应的伸缩臂12，该伸缩臂12独立控制其对应的车轮11伸缩运动。
在本实施例中，该移动机器人还包括一与控制中心21连接的扫描模块，该扫描模块用于扫描行进前方的环境，并将扫描模块的扫描结果传输到控制中心21，该控制中心21根据扫描结果紧急制动驱动源13，停止移动机器人移动。
其中，该扫描结果包括出现坑洼状况、出现阻挡物状况。
如图3所示，本发明提供一种加权调整单元24的较佳实施例。
该加权调整单元24包括快速调整模块241和慢速调整模块242，该快速调整模块241在伸缩臂12快速运动时使惯性信息的加权值逐渐增大，该慢速调整模块242在伸缩臂12慢速运动时使惯性信息的加权值逐渐减小。
进一步地，该加权调整单元24包括一快慢速变化阈值，该快速调整模块241和慢速调整模块242均通过与快慢速变化阈值对比，判断伸缩臂12运动时是快速运动或慢速运动。
同时，该加权调整单元24还包括一幅度调整模块243，该幅度调整模块243根据水平信息的变化幅度调整快速调整模块241和慢速调整模块242的加权值变化幅度。
以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。
Claims (7)
1.一种车轮高低差自适应的移动机器人，其特征在于：
该移动机器人包括车轮、伸缩臂、驱动源、水平传感器、惯性传感器和控制中心；其中，该伸缩臂设置在移动机器人主体和车轮之间，并通过伸缩运动带动对应车轮实现高低差变化；该驱动源使伸缩臂进行伸缩运动；该水平传感器设置在移动机器人主体上，用于检测移动机器人主体的水平位置并输出水平信息；该惯性传感器设置在伸缩臂上，用于检测作用于伸缩臂的惯性力并输出惯性信息；该控制中心用于产生伸缩臂伸缩动作的控制指令；
该移动机器人还包括加权调整单元和伸缩臂动作控制单元，该加权调整单元与惯性传感器连接，该加权调整单元对惯性信息的加权值逐渐变化进而调整；该伸缩臂动作控制单元分别与伸缩臂、水平传感器、控制中心和加权调整单元连接，该伸缩臂动作控制单元根据水平信息、控制指令以及加权调整后的惯性信息，控制伸缩臂进行伸缩运动。
2.根据权利要求1所述的移动机器人，其特征在于：该加权调整单元包括快速调整模块和慢速调整模块，该快速调整模块在伸缩臂快速运动时使惯性信息的加权值逐渐增大，该慢速调整模块在伸缩臂慢速运动时使惯性信息的加权值逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的移动机器人，其特征在于：该加权调整单元包括一快慢速变化阈值，该快速调整模块和慢速调整模块均通过与快慢速变化阈值对比，判断伸缩臂运动时是快速运动或慢速运动。
4.根据权利要求2所述的移动机器人，其特征在于：该加权调整单元还包括一幅度调整模块，该幅度调整模块根据水平信息的变化幅度调整快速调整模块和慢速调整模块的加权值变化幅度。
5.根据权利要求1所述的移动机器人，其特征在于：该移动机器人包括四个车轮，该任一一车轮均设置有对应的伸缩臂，该伸缩臂独立控制其对应的车轮伸缩运动。
6.根据权利要求1所述的移动机器人，其特征在于：该移动机器人还包括一与控制中心连接的扫描模块，该扫描模块用于扫描行进前方的环境，并将扫描模块的扫描结果传输到控制中心，该控制中心根据扫描结果紧急制动驱动源，停止移动机器人移动。
7.根据权利要求6所述的移动机器人，其特征在于：该扫描结果包括出现坑洼状况、出现阻挡物状况。
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