CN107554227A - 移动式机器人高度自适应底盘及自适应方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式机器人高度自适应底盘及自适应方法。该移动式机器人高度自适应方法包括：在机器人底盘朝向地面侧的不同位置处设置有至少两个转轮机构和与至少两个所述转轮机构相对应的距离传感器，通过各所述距离传感器检测机器人底盘上对应各距离传感器的不同位置点与地面之间的竖直距离；获取各所述竖直距离，并根据各所述竖直距离，调整转轮机构的高度，使所述机器人底盘保持水平状态，所述水平状态为机器人底盘的台面垂直于重力方向时的状态。本发明的一个技术效果是提升底盘移动过程中的平稳性。

Description

移动式机器人高度自适应底盘及自适应方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体地，本发明涉及一种移动式机器人高度自适应底盘及自适应方法。

背景技术

随着时代的发展，科学技术的进步，移动式服务机器人已经开始进入人们的生活。移动式服务机器人具备基本的移动功能，包括前进、后退、转向等。现有技术中，实现该移动功能的关键机构为机器人的底盘系统。

现有的机器人底盘通常采用轮式底盘，轮式底盘虽然在运动速度及运动平顺性方面具有优势。但是，当行驶在非平整路面或路况较差的路面上时，底盘整体摆动较为明显，平而稳性较差，将造成服务机器人的底盘倾斜、震动等问题。而且，现有底盘系统的各转轮与地面之间的附着力会发生较大变化，发生打滑，从而影响底盘运行精度。

目前，解决机器人在移动过程中底盘的平衡问题，主要是将轮子以弹性悬挂的方式设置在机器人底盘下，减缓移动式机器人在移动过程中由于地面不平而导致的机器人底盘的摆动。然而，该被动式的减震方案，只能在一定程度上减缓底盘的摆动，不能保证机器人在非平整路面或路况较差的路面上运行时底盘的平衡，即在使用过程中机器人整体仍会产生颠簸，导致运输物体时不稳定。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种移动式机器人高度自适应底盘及自适应方法，以提高机器人移动过程的平稳性和可靠性。

根据本发明的第一方面，提供了一种移动式机器人高度自适应方法，包括：

在机器人底盘朝向地面侧的不同位置处设置有至少两个转轮机构和与至少两个转轮机构相对应的距离传感器，通过各距离传感器检测机器人底盘上对应各距离传感器的不同位置点与地面之间的竖直距离；

获取各竖直距离，并根据各该竖直距离，调整转轮机构的高度，使机器人底盘保持水平状态，水平状态为机器人底盘的台面垂直于重力方向时的状态。

可选地，根据各竖直距离，调整转轮机构的高度包括：

根据各竖直距离，计算底盘上不同位置点与地面之间的竖直距离的距离落差，得到第一竖直距离落差值；

根据该第一竖直距离落差值调整转轮机构的高度。

可选地，根据各竖直距离，调整转轮机构的高度包括：

将各竖直距离与预设竖直距离进行比较，得到第二竖直距离落差值；

根据该第二竖直距离落差值调整转轮机构的高度；

若竖直距离大于预设竖直距离，使第二竖直距离落差值大于零，则控制升高转轮机构的高度；

若竖直距离小于预设竖直距离，使第二竖直距离落差值小于零，则控制降低转轮机构的高度。

可选地，转轮机构的中心轴线与对应距离传感器之间沿平行于底盘平面的方向上的距离为第一水平距离；在机器人底盘上还设置有速度传感器，该速度传感器用于检测机器人在移动方向上的当前移动速度，方法还包括：

获取当前移动速度；

根据第一水平距离和当前移动速度，确定调整转轮机构的高度的调整时间；

在到达该调整时间时，根据竖直距离落差值调整转轮机构的高度。

可选地，转轮机构包括转轮、与转轮活动连接用于支撑机器人底盘的升降杆，转轮的转动方向包括正转方向和反转方向，对应每个转轮机构，设置至少两个距离传感器，两个距离传感器对称设置在升降杆两侧，其中一个距离传感器被配置位于转轮正转方向的前方，另一个距离传感器位于转轮反转方向的前方；方法还包括：

确定转轮的转动方向；

当转轮正向转动时，控制位于转轮正转方向的前方的距离传感器检测竖直距离；

当转轮反向转动时，控制位于转轮反转方向的前方的距离传感器检测竖直距离。

本发明还提供了一种移动式机器人高度自适应底盘，包括：

底盘本体；

至少两个可相对底盘本体升降的转轮机构，各转轮机构分别设置在底盘本体的朝向地面侧的不同位置；

至少两个距离传感器，各距离传感器分别设置在与转轮机构对应的位置，距离传感器用于检测底盘本体上对应各个距离传感器的不同位置点与地面之间的竖直距离；

微处理器，设置在底盘本体上，该微处理器分别与转轮机构、距离传感器电连接，微处理器获取各竖直距离，并根据各竖直距离，控制调整转轮机构的高度，使机器人底盘保持水平状态，水平状态为底盘本体的台面垂直于重力方向时的状态。

可选地，微处理器配置为：

根据各竖直距离，计算底盘上不同位置点与地面之间的竖直距离的距离落差，得到第一竖直距离落差值，根据该第一竖直距离落差值调整转轮机构的高度；

或者，将各竖直距离与预设竖直距离进行比较，得到第二竖直距离落差值，根据该第二竖直距离落差值调整转轮机构的高度，

若竖直距离大于预设竖直距离，则控制升高转轮机构的高度；若竖直距离小于预设竖直距离，则控制降低转轮机构的高度。

可选地，该高度自适应底盘还包括速度传感器，该速度传感器设置在底盘本体上，速度传感器用于检测机器人在移动方向上的当前移动速度；

转轮机构的中心轴线与对应的距离传感器之间的沿平行于底盘本体平面的方向上的距离为第一水平距离，微处理器被配置为：

获取当前移动速度，根据第一水平距离和当前移动速度，确定调整转轮机构的高度的调整时间，并在到达调整时间时控制调整转轮机构的高度。

可选地，转轮机构包括转轮和升降杆，该升降杆设置在底盘本体朝向地面侧以支撑底盘本体，转轮活动连接在升降杆端部；

转轮的转动方向包括正转方向和反转方向，对应每个转轮机构，设置有至少两个距离传感器，两个距离传感器对称设置在升降杆的两侧，其中一个距离传感器被配置位于转轮正转方向的前方，另一个距离传感器位于转轮反转方向的前方；

微处理器被配置为：确定转轮的转动方向，并根据转动方向控制相应的距离传感器检测竖直距离。

可选地，转轮机构还包括升降电机，升降电机与微处理器形成电连接，升降电机在微处理器的控制下，调整转轮机构的高度；

升降杆为丝杠，丝杠螺纹连接在底盘本体上，并从底盘本体的下侧伸出，升降电机被配置为能驱动丝杠旋转，使丝杠相对于底盘本体上下移动，调整转轮机构的高度，转轮设置在丝杠的下端。

可选地，该高度自适应底盘还包括四个转轮机构，每个转轮机构上包括一个转轮；

四个转轮机构在底盘本体上分布的位置呈正方形的四角位置分布；或者，呈菱形的四角位置分布；

其中两个对称位置的转轮机构的转轮为驱动轮，另外两个转轮机构所连接的转轮为从动轮；

各驱动轮旁设置有驱动电机，驱动电机与微处理器电连接，用于根据微处理器的控制，驱动驱动轮转动。

本发明的有益效果为：在机器人底盘上设置至少两个距离传感器，通过各距离传感器获取底盘上不同位置点与地面之间的竖直距离，当机器人前方地面路况较差，如地面凹凸不平时，能根据各竖直距离调整转轮机构的高度，将转轮机构的高度调整到与路面的起伏情况相对应的高度保证机器人底盘始终保持在水平状态。本发明的技术方案能够有效减弱机器人行驶在凹凸不平路面上时其底盘出现的颠簸、倾斜现象，提高机器人移动过程的平稳性和可靠性。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明一实施例提供的移动式机器人高度自适应底盘的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的高度自适应方法的流程图；

图3为本发明另一实施例提供的高度自适应方法的流程图；

图4为本发明一实施例提供的移动式机器人高度自适应底盘处于水平位置的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的移动式机器人高度自适应底盘沿预定方向行驶的示意图；

图6为本发明一实施例提供的移动式机器人高度自适应底盘行驶至不平整地面的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1、2所示，本发明提供了一种移动式机器人高度自适应方法，该方法包括：

S201：在机器人底盘朝向地面侧的不同位置处设置有至少两个转轮机构和与至少两个转轮机构相对应的距离传感器105，

S202：通过各距离传感器105检测机器人底盘上对应各距离传感器的不同位置点与地面之间的竖直距离；

S203：获取各竖直距离，并根据各竖直距离，调整转轮机构的高度，使机器人底盘保持水平状态，水平状态为机器人底盘的台面垂直于重力方向时的状态。

转轮机构用于支撑机器人底盘，至少两个转轮机构能够对机器人底盘起到支撑作用。转轮机构相对于机器人底盘可升降调节。

每个距离传感器105在底盘本体101上的位置与一个转轮机构在机器人底盘上的位置相对应。距离传感器105用于检测其自身位置下方的底面与底盘本体101之间的竖直距离。其检测到的竖直距离用作调整与其对应的转轮机构的高度的参数。

距离传感器可以是激光传感器或声学传感器等，本发明不对此进行限制，能够实现距离测量的传感器都可以应用在本发明的方案中。在一种实施例中，距离传感器为激光距离传感器。激光距离传感器配置为可以从底盘本体101沿竖直方向向地面发射激光，并接收经地面反射后返回的的信号，从而检测该地面位置距离底盘本体101的竖直距离。激光距离传感器的可靠性高，并且响应速度快。

上述机器人底盘保持水平状态指，底盘本体101的上台面基本垂直于重力的作用方向。底盘本体101的上台面不随地面的凹凸起伏而摆动，保持基本水平的状态，为放置在底盘本体的上台面上的物体提供稳定的支撑面。

本发明实施例通过在机器人底盘上配置距离传感器以及可相对底盘上下运动实现升降动作的转轮机构，通过距离传感器检测底盘本体上对应各个距离传感器的不同位置点与地面之间的竖直距离，根据各竖直距离，控制转轮机构升降，调整转轮机构的高度，从而达到针对地面起伏情况的适应性主动调整，使机器人底盘能始终保持水平，减弱甚至避免移动式机器人在行进过程中其底盘随地面起伏而出现的倾斜、摆动等现象。这样，移动式机器人能够满足实际应用的需求，其在运输物品时，放置在底盘台面上的物品不易出现掉落、倾覆等情况，提高机器人移动过程的平稳性和可靠性。

在本发明的一种实施方式中，根据各竖直距离，调整转轮机构的高度包括：

根据各个距离传感器获取的竖直距离，计算机器人底盘上不同位置点与地面之间的竖直距离的距离落差，得到第一竖直距离落差值；

根据第一竖直距离落差值调整转轮机构的高度。

该第一竖直距离落差值为底盘本体上不同距离传感器的位置点与被检测的地面位置点之间的高度的差值。参见图5，该图中，Y_1i(i＝1,2,3,4)分别表示距离传感器Ai(i＝1,2,3,4)与地面之间的竖直距离，示例性的，以两个转轮机构的调节简单说明转轮机构的调节步骤，第一竖直距离落差值为任一两个竖直距离的差值，如Y₁₁与Y₁₂的差值，或者Y₁₁与Y₁₃的差值等。根据该第一数值距离落差值，可以对应调整转轮机构的高度，如当Y₁₁-Y₁₂的差值为0.5cm，则表示距离传感器A1对应检测的地面存在凹陷；或者距离传感器A2对应检测的地面存在凸起。将距离传感器A1对应的转轮机构的高度调高0.5cm，增大该转轮机构底端与机器人底盘之间的距离；或将距离传感器A2对应的转轮机构的高度调低0.5cm，减小该转轮机构底端与机器人底盘之间的距离；以适应地面状况，保证底盘始终保持水平。

在本发明的一种实施方式中，针对三个或三个以上的转轮机构，根据各竖直距离，调整转轮机构的高度还可以采用以下方式：

根据各个距离传感器获取的竖直距离，判断是否存在竖直距离相等的转轮机构；

若存在，则以该相等的竖直距离作为基准，分别计算其它竖直距离与该基准竖直距离之间的第一竖直距离落差值。之后根据各第一竖直距离落差值，分别对应调整竖直距离不等于基准竖直距离的转轮机构的高度。

若不存在，则以任意一个竖直距离作为基准，分别计算其它竖直距离与该基准竖直距离之间的第一竖直距离落差值。之后根据各第一竖直距离落差值，分别对应调整其它转轮机构的高度。

在本发明的一种实施方式中，机器人底盘上配置了四个转轮机构。当该机器人底盘行驶到如图5所示的地形时，可见四个距离传感器A_i(i＝1,2,3,4)获取的竖直距离Y_1i(i＝1,2,3,4)均不相等。其中竖直距离Y₁₃与转轮机构当前的高度一致，则选择Y₁₃作为基准竖直距离。进一步地，计算其它竖直距离Y_1i(i＝1,2,4)与Y₁₃之间的第一竖直距离落差值。最后，根据各第一竖直距离落差值分别调整竖直距离Y_1i(i＝1,2,4)所对应的转轮机构的高度。

本发明的一种实施方式中，根据各竖直距离，调整转轮机构的高度的方式还可以是：

当机器人在水平道路上(即不存在凹凸地面的情形)行驶时，获取当前机器人底盘与地面之间的竖直距离，将该竖直距离作为基准竖直距离；

在之后的行进过程中，将各个距离传感器获取的竖直距离与该基准竖直距离进行比较；

根据比较结果调整对应转轮机构的高度。

举例来说，将机器人放置在水平面上，机器人设置成自行调整到适当高度，并获取基准竖直距离。例如，将机器人应用在餐厅中，用于执行送餐任务。将机器人放置在餐厅的水平地面上，机器人设置成能自行将机器人底盘的高度调整至与餐桌高度一致，以便执行送餐任务。机器人自动调整高度后，将此时距离传感器获取的竖直距离作为基准竖直距离。

图5中Mi(i＝1,2,3,4)表示用于升降转轮机构的装置，C表示用于运算处理的微处理器，通过M驱动调整转轮机构的高度。图6为转轮机构调整后的情况。如果转轮机构实时的高度与当前检测的竖直距离一致，则可以不对该转轮机构的高度进行调整。这种实施方式的优点在于，在达到机器人底盘保持水平状态的前提下，尽量对少数转轮机构进行高度调整，简化机器人整体的高度调整动作。进而提高调整动作的可靠性。

通过上述调整步骤，可以将转轮机构的高度调节到与行进位置的地面高度一致，使机器人底盘保持水平状态。上述调节方式的运算过程简单，便于软件的配置，为开发和应用提供了便利。进一步地，运算过程简单能够提高机器人底盘的响应速度，提高机器人底盘调整姿态的速度，使移动式机器人对于地面的凹凸起伏做出快速响应。

如图3所示，在本发明的另一种实施方式中，根据各竖直距离，调整转轮机构的高度包括：

S302：将各竖直距离与预设竖直距离进行比较，得到第二竖直距离落差值；

S306：根据第二竖直距离落差值调整转轮机构的高度；

S3061：若竖直距离大于预设竖直距离，使第二竖直距离落差值大于零，则控制升高转轮机构的高度；

S3062：若竖直距离小于预设竖直距离，使第二竖直距离落差值小于零，则控制降低转轮机构的高度。

上述预设竖直距离作为移动式机器人实时测量的竖直距离的比较标准，预设竖直距离根据使用场景需求进行设置。

上述预设竖直距离可以是当机器人在水平平整地面上时，通过距离传感器测量的底盘与地面之间的距离。根据实际应用情况的不同，用户可以设定该预设竖直距离，并保存在移动式机器人的微处理器中。预设竖直距离不同，底盘本体距离水平平整地面的高度不同。根据实际情况灵活配置预设竖直距离，提高了移动式机器人的适用范围，能够适应不同场合、不同情况下的初始高度要求。

或者，上述预设竖直距离还可以是机器人出厂前预设在微处理器中的固定参数。例如，预设竖直距离为1米或其它数值。移动式机器人处在应用环境下时，能够将转轮机构的高度自动调节到与预设竖直距离一致，以该高度为初始高度开始工作。这种固定预设竖直距离的方式能够更准确的控制转轮机构的实际高度，提高底盘本体的平衡性。

在机器人执行任务前可以预先将各个转轮机构的高度调整到与预设竖直距离一致的高度位置，统一各转轮机构的高度。

如图3所示，在机器人底盘执行任务时，先执行步骤S301，距离传感器获取竖直距离。之后进行步骤S302，将获取的各个竖直距离与预设竖直距离进行比较，得到第二竖直距离落差值。如图4所示，在采用第二竖直距离落差值的实施方式中，Y_0i(i＝1,2,3,4)代表上述预设竖直距离；如图5所示，Y_1i(i＝1,2,3,4)则代表上述各距离传感器实时检测的竖直距离。竖直距离由距离传感器Ai(i＝1,2,3,4)检测得到。上述第二竖直距离落差值△Y_i＝Y_1i-Y_0i(i＝1、2、3、4)。运算处理过程由微处理器C完成。而后，根据第二竖直距离落差值，由各升降装置Mi(i＝1,2,3,4)驱动调整各个转轮机构的高度。

进一步地，如图3所示，执行步骤S306，根据第二竖直距离落差值调整转轮机构。

S3061：若检测到的竖直距离大于预设竖直距离，则说明被检测的地面向下凹陷，地面与机器人底盘之间的距离增大，第二竖直距离落差值△Y_i大于零。相应地，控制转轮机构的高度升高△Y_i，增大转轮机构底部的转轮与机器人底盘之间的距离，使转轮机构的高度与地面的凹陷高度相匹配。进而使机器人底盘保持水平状态。

S3062：若检测到的竖直距离小于预设竖直距离，则说明被检测的地面向上凸起，地面与机器人底盘之间的距离减小，第二竖直距离落差值△Y_i小于零。相应地，控制转轮机构的高度降低△Y_i，减小转轮机构底部的转轮与机器人底盘之间的距离，使转轮机构的高度与地面的凸起高度相匹配。进而使机器人底盘保持水平状态。

若第二竖直距离落差值△Y_i＝0，则不需要调整转轮机构的高度。图6为移动式机器人行驶在不平整路面上，转轮机构的高度经过调整后的示意图。

通过预设竖直距离，根据实时检测的竖直距离与高预设竖直距离的比较结果控制调整转轮机构的高度的方式准确性更高，便于机器人底盘做出更准确的响应，能够更好的使底盘本体保持水平状态，平稳性更好。

在本发明的进一步的实施方式中，转轮机构的中心轴线与对应距离传感器之间沿平行于底盘平面的方向上的距离为第一水平距离；在机器人底盘上还设置有速度传感器，速度传感器用于检测机器人在移动方向上的当前移动速度。此时，在上述步骤S302之后，方法还包括：

S303：判断第二竖直距离落差值是否为0，若为0，则返回步骤S301，否则，进入步骤S304；

S304：获取当前移动速度；根据第一水平距离和当前移动速度，确定调整转轮机构的高度的调整时间T_i；

S305：计时，并判断当前是否达到调整时间T_i，是则进入步骤S306，否则，返回步骤S305；

S306：根据第二竖直距离落差值调整转轮机构的高度。

第一水平距离为转轮机构的中心轴线与对应的距离传感器沿底盘平面方向上的距离，第一水平距离是由距离传感器和转轮机构在底盘本体上的设置位置确定的固定值。距离传感器被配置为检测位于其正下方的地面与机器人底盘之间的竖直距离。

在该实施方式中，以图3、5所示为例，其中S_1i(i＝1,2,3,4)代表上述第一水平距离。通过速度传感器测得机器人底盘在地面上的移动速度V1。根据公式T_i＝S_1i/V1(i＝1,2,3,4)，可以计算得到转轮移动到达凹陷或凸出的地面的时间T_i。

上述时间T_i即为调整时间。如图3的步骤S305所示，在经过调整时间的时长后，即达到调整时间时，再执行步骤S306，对转轮机构的高度进行调整。此时，转轮机构已经移动到了之前被距离传感器检测的地面处。进一步地，可以再结合转轮的半径、转动速度等因素，更精确的计算转轮到达凹陷或凸出的时间，从而调整转轮机构的高度。

这种对转轮机构的高度的调整方式能够更准确的使转轮机构的高度适应地面的高低起伏状况，在转轮机构移动到地面出现起伏的位置时，再对转轮机构的高度进行调整，机器人底盘保持水平状态的性能得到有效提高。

图3所示的实施方式是将采用第二竖直距离落差值调整转轮机构的方法与根据当前移动速度计算调整时间的方式结合实施的实施方式。这种实施方式能够在适当的时间点准确的对转轮机构的高度进行调整，提高机器人底盘保持水平状态的能力，减少底盘台面发生倾斜的情况。需要说明的是，图3所示的实施方式是一种可选的方案，本发明并不限制步骤S304在方案中执行的先后顺序。在实际应用中，步骤S304可以是与步骤S302同时执行的。

在本发明的一种实施方式中，转轮机构包括转轮、与转轮活动连接用于支撑机器人底盘的升降杆，对应每个转轮机构，设置至少两个距离传感器，至少两个距离传感器对称设置在升降杆两侧；该方法还包括：

确定机器人的移动方向；

根据机器人的移动方向，控制位于转轮机构的移动方向侧的距离传感器检测竖直距离。

一般的，转轮的转动方向包括正转方向和反转方向，故也可以根据确定转轮的转动方向来判断机器人的移动方向，进而控制对应侧的距离传感器检测竖直距离。此时，其中一个距离传感器被配置位于转轮正转方向的前方，另一个距离传感器位于转轮反转方向的前方；方法还包括：

确定转轮的转动方向；

当转轮正向转动时，控制位于转轮正转方向的前方的距离传感器检测竖直距离；

当转轮反向转动时，控制位于转轮反转方向的前方的距离传感器检测竖直距离。

如图1所示，上述转轮103直接与地面接触，转轮103可以旋转驱动机器人底盘移动。升降杆102支撑在转轮103与底盘本体101之间，将底盘本体架起。升降杆102与底盘本体101的相对高度可以调节，从而调整转轮103与底盘本体101之间的距离。

在这种实施方式中，转轮的转动方向设置成包括正转方向和反转方向。如图5所示，转轮沿正转方向转动时，机器人底盘向图5中的左侧方向移动；相反的，转轮沿反转方向转动时，机器人底盘向图5中的右侧移动。

这种配置方式使得机器人底盘至少有两个移动方向。在机器人底盘向左侧或右侧移动时，都需要对其移动方向的前方的地面进行检测，以获取相应的竖直距离。进而使机器人底盘保持水平状态。所以，对应着每个转轮机构，设置两个距离传感器。

其中一个距离传感器被设置在转轮正转方向的前方，当转轮沿正转方向旋转时，该传感器能够检测转轮移动方向的前方的地面；另一个距离传感器则设置在转轮反转方向的前方，当转轮沿反转方向旋转时，该传感器能够检测转轮移动方向的前方的地面。

在获取竖直距离之前，先确定转轮的转动方向。根据转动方向，控制转轮前方的距离传感器检测竖直距离，进而调整升降杆的高度。

这种实施方式的效果在于，可以根据移动式机器人移动的方向，控制移动方向侧的距离传感器检测移动前方的地面状况，灵活性提升，并且能够执行更复杂的任务。进一步地，在向不同方向移动时，转轮机构的高度也能够根据地面的高低起伏情况作出调整，使机器人底盘处在水平状态。

在本发明扩展的实施方式中，转轮设置成万向轮或者能够水平转动一定角度。该转轮沿着水平面扭转一定角度，之后再旋转驱动机器人底盘移动。在这种实施方式中，由于转轮有可能向各个方向移动，所以需要使距离传感器能够对相对于转轮的不同位置的地面进行检测。

例如，可以围绕着升降杆所在的位置在机器人底盘上设置多个距离传感器，即对应一个转轮机构，配置有多个距离传感器。这些距离传感器根据转轮扭转到的方向，可以用于检测转轮移动方向的前方的地面。

或者，距离传感器也可以随转轮一同沿着水平面扭转一定角度。使距离传感器始终能检测到转轮移动方向的前方的地面。本发明不对转轮以及距离传感器的具体配置方式进行限制，也可以采用其它方式，使距离传感器能够始终检测到转轮移动方向的前方的地面。

这种实施方式进一步提高了机器人底盘的灵活性，应用范围更加广泛。而且，在转轮朝向任意方向移动时，都配置了相应的距离传感器对路面的高低起伏情况进行检测。从而使转轮机构能够做出相应的调整，使机器人底盘保持在水平状态。

本发明另一方面还提供了一种移动式机器人高度自适应底盘，包括：

底盘本体；

至少两个可相对底盘本体升降的转轮机构，各转轮机构分别设置在底盘本体的朝向地面侧的不同位置；

至少两个距离传感器，各距离传感器分别设置在与转轮机构对应的位置，距离传感器用于检测底盘本体上对应各个距离传感器的不同位置点与地面之间的竖直距离；

微处理器，设置在底盘本体上，微处理器分别与转轮机构、距离传感器电连接，微处理器获取各竖直距离，并根据各竖直距离，控制调整转轮机构的高度，使机器人底盘保持水平状态，水平状态为底盘本体的台面垂直于重力方向时的状态。

如图1所示，至少两个转轮机构分别设置在底盘本体101的朝向底面侧的不同位置处，以对底盘本体101形成支撑。每个距离传感器105对应于一个转轮机构，用于检测该转轮机构移动方向前方的位置点与地面之间的竖直距离。转轮机构可以相对于底盘本体进行升降调节。

微处理器104在移动式机器人底盘中起到控制、运算、分析的作用。主要的，用于分析处理距离传感器检测的竖直距离，并计算得到转轮机构的高度调整量，调整转轮机构的高度。

本方案的技术效果在于，该移动式机器人高度自适应底盘具有距离传感器和可以调节高度的转轮机构。通过这种配置，机器人底盘能够检测底盘上不同位置与地面的竖直距离，并控制调整转轮机构的高度，主动适应地面的起伏、倾斜情况，从而使机器人底盘保持在水平状态，减弱或避免移动式机器人在行进过程中随地面起伏而出现的倾斜、摆动等现象。该移动式机器人高度自适应底盘能够满足实际应用的需求，在运输物品时保持平衡，防止位于底盘本体的台面上的物体掉落、倾覆。

在本发明的具体实施方式中，微处理器配置为：

根据各竖直距离，计算底盘上不同位置点与地面之间的竖直距离的距离落差，得到第一竖直距离落差值，根据第一竖直距离落差值调整转轮机构的高度；

或者，将各竖直距离与预设竖直距离进行比较，得到第二竖直距离落差值，根据第二竖直距离落差值调整转轮机构的高度，

若竖直距离大于预设竖直距离，则控制升高转轮机构的高度；若竖直距离小于预设竖直距离，则控制降低转轮机构的高度。

第一种配置方式的分析运算逻辑简单，平衡调整动作的响应速度更快，能够提高机器人底盘整体的自平衡相应速度。

第二种配置方式能够更准确的控制各个转轮机构的高度，从而提高机器人底盘的平衡性能，使机器人底盘更好的保持在水平状态。

在本发明的进一步实施方式中，移动式机器人高度自适应底盘还包括速度传感器，速度传感器设置在底盘本体上，速度传感器用于检测机器人在移动方向上的当前移动速度；

转轮机构的中心轴线与对应的距离传感器之间的沿平行于底盘本体平面的方向上的距离为第一水平距离，微处理器被配置为：

获取当前移动速度，根据第一水平距离和当前移动速度，确定调整转轮机构的高度的调整时间，并在到达调整时间时控制调整转轮机构的高度。

如图5所示，S_1i(i＝1,2,3,4)代表第一水平距离，该水平距离反映了转轮机构与距离传感器在平行于底盘本体的方向上的距离。

微处理器C获取速度传感器检测的当前移动速度V1，根据公式T_i＝S_1i/V1(i＝1、2、3、4)可以计算出转轮机构移动到被检测的地面位置的时间，该时间为调整时间T_i。

这种实施方式的效果在于，能够更准确的使转轮机构的高度适应地面的高低起伏状况，在转轮机构移动到地面出现起伏的位置时，再对转轮机构的高度进行调整，机器人底盘保持水平状态的性能得到有效提高。

本发明具体提供了移动式机器人高度自适应底盘的结构实施例，转轮机构包括转轮和升降杆，升降杆设置在底盘本体朝向地面侧以支撑底盘本体，转轮活动连接在升降杆端部；

转轮的转动方向包括正转方向和反转方向，对应每个转轮机构，设置有至少两个距离传感器，两个距离传感器对称设置在升降杆的两侧，其中一个距离传感器被配置位于转轮正转方向的前方，另一个距离传感器位于转轮反转方向的前方；

微处理器被配置为：确定转轮的转动方向，并根据转动方向控制相应的距离传感器检测竖直距离。

如图1所示，转轮103与地面接触，升降杆102从底盘本体101的下侧伸出，升降杆102能够相对于底盘本体101调节上下位置，从而改变转轮103与底盘本体101之间的距离。

转轮配置成可以正向旋转和反向旋转，如图5所示，设定移动式机器人朝向V1指示的左侧方向移动，转轮正向旋转；则移动式机器人向右侧方向移动，转轮反向旋转。

对应一个转轮机构至少有两个对称设置在升降杆两侧的距离传感器。如图1所示，最左侧的距离传感器105设置在最左侧的支升降杆102的左侧，对应于转轮103的正转方向的前方，以检测地面高度。相应地，在该升降杆102的右侧，也设置一个距离传感器，对应于转轮103的反转方向的前方，以检测地面高度。

微处理器则根据转轮的转动方向，控制转轮转动方向的前方的距离传感器检测地面高度，进而调整升降杆的高度。

这种实施方式的效果在于，通过对转轮的转动方向的配置，机器人底盘具有更多样化的移动方式。相应地，距离传感器也配置成能够对转轮机构的不同相对位置进行检测，以保证机器人底盘能够实现保持水平状态的功能。

在本发明扩展的实施方式中，转轮配置成万向轮或者能够水平转动一定角度的形式。转轮可以在水平面上向其它方向扭转，改变移动式机器人的移动方向。相应的，距离传感器也要配置成能够向转轮周围的不同地面位置进行检测。

在进一步的实施方式中，转轮机构还包括升降电机，升降电机与微处理器形成电连接，升降电机在微处理器的控制下，调整转轮机构的高度；

升降杆为丝杠，丝杠螺纹连接在底盘本体上，并从底盘本体的下侧伸出，升降电机被配置为能驱动丝杠旋转，使丝杠相对于底盘本体上下移动，调整转轮机构的高度，转轮设置在丝杠的下端。

如图1所示，升降电机106设置在底盘本体101上，每支升降杆102对应配置一个升降电机106，升降电机106能驱动升降杆102上下移动，调整高度。

丝杠自身带有螺纹，通过与底盘本体螺纹连接并相对旋转，能够实现在轴向相对于底盘本体101移动的功能。升降电机106与丝杠相互耦合，实现驱动作用。本发明并不对升降电机如何驱动丝杠上下移动进行限制。例如，升降电机可以与丝杠螺纹连接，或者也可以是通过斜齿轮啮合等方式实现驱动。转轮设置在丝杠的下端。

在调整丝杠的高度时，丝杠的旋转角度或圈数与其升降的高度直接相关。在本发明之前提供的方法中，可以根据第一竖直距离落差值和第二竖直距离落差值调整转轮机构的高度。则在采用丝杠的具体实施方式中，可以通过控制丝杠的旋转圈数，准确的控制丝杠调整的高度。例如，升降电机控制丝杠旋转的圈数为“第一竖直距离落差值除以π”或者“第二竖直距离落差值除以π”。

这种实施方式的效果在于，丝杠与底盘本体、升降电机的连接驱动关系简单可靠，提高了移动式机器人执行主动调整、保持平衡状态动作的可靠性。并且，升降电机能够通过旋转时间、旋转圈数等参数精确控制升降杆的高度调整位置，提高了高度调整的精确度。

在其它实施方式中，升降杆为机械臂，机械臂具有活动关节。通过活动关节的张开和缩回动作，可以实现机械臂的上升和下降。转轮设置在机械臂的底部，以实现升降功能。

在本发明的进一步实施方式中，移动式机器人包括四个转轮机构，每个转轮机构上包括一个转轮；

四个转轮机构在底盘本体上分布的位置呈正方形的四角位置分布；或者，呈菱形的四角位置分布；

其中两个对称位置的转轮机构的转轮为驱动轮，另外两个转轮机构所连接的转轮为从动轮；

各驱动轮旁设置有驱动电机，驱动电机与微处理器电连接，用于根据微处理器的控制，驱动驱动轮转动。

如图1所示，移动式机器人上包括了四个升降杆102、四个转轮103和四个升降电机106。将四个转轮机构在底盘本体101上的设置位置形成连线图形，该连线图形为正方形或菱形。

在机器人底盘移动时，驱动轮受驱动电机的驱动，为机器人底盘提供移动的动力。从动轮则不提供动力，其随驱动轮滚动，起到引导移动、保持平衡的作用。

该实施方式的效果在于，转轮机构呈正方形或菱形的四角位置分布，能够为底盘本体提供更稳定的支撑，底盘本体的重心更稳，有助于转轮机构执行高度调整动作时，底盘本体保持稳定。另外，两支驱动轮能够满足移动式机器人的行进性能要求，驱动轮和从动轮的组合配置方式优化了动力系统，提高移动式机器人移动时的平稳性。

在其它实施例中，四个转轮机构的分布位置可以呈其它四边形形状，主动轮的分布位置也可以根据实际应用情况进行调整，本发明不对此进行限制。进一步地，移动式机器人上也可以配置有更多或更少数量的转轮机构。

在本发明的具体实施例中，移动式机器人高度自适应底盘还包括供电模块，供电模块与微处理器、距离传感器形成电连接，用于提供机器人底盘正常工作所需要的电能。进一步地，升降电机、驱动电机等电器设备也与供电模块形成电连接，通过供电模块接收工作电能。独立的供电模块能够提高机器人底盘的广泛适用性。

需要补充说明的是，在本发明的一种实施方式中，移动式机器人高度自适应底盘还包括供电模块，如图5、6的B所示。供电模块B设置在底盘本体上，用于为转轮机构、距离传感器以及微处理器提供工作电能。在转轮机构包括升降电机和/或驱动电机的实施方式中，供电模块与升降电机和/或驱动电机形成电连接，将电能输送给上述电机，以驱动转轮机构升降、机器人底盘移动。供电模块还与距离传感器和微处理器形成电连接，将电能输送给这些电气部件。

供电模块可以是独立的电池模组，也可以是与外部电源相连接的电源模块。本发明不对供电模块的具体实施形式进行限制，能够达到为移动式机器人提供工作电能即可。

需要说明的是，本发明提供的移动式机器人高度自适应底盘的各实施例与本发明提供的移动式机器人高度自适应方法的各实施例对应相同，上文中已有详细说明，在此不再赘述。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种移动式机器人高度自适应方法，其特征在于，包括：

在机器人底盘朝向地面侧的不同位置处设置有至少两个转轮机构和与至少两个所述转轮机构相对应的距离传感器，通过各所述距离传感器检测机器人底盘上对应各距离传感器的不同位置点与地面之间的竖直距离；

获取各所述竖直距离，并根据各所述竖直距离，调整转轮机构的高度，使所述机器人底盘保持水平状态，所述水平状态为机器人底盘的台面垂直于重力方向时的状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各竖直距离，调整转轮机构的高度包括：

根据各所述竖直距离，计算底盘上所述不同位置点与地面之间的竖直距离的距离落差，得到第一竖直距离落差值；

根据所述第一竖直距离落差值调整转轮机构的高度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各竖直距离，调整转轮机构的高度包括：

将各所述竖直距离与预设竖直距离进行比较，得到第二竖直距离落差值；

根据所述第二竖直距离落差值调整转轮机构的高度；

若所述竖直距离大于预设竖直距离，使所述第二竖直距离落差值大于零，则控制升高所述转轮机构的高度；

若所述竖直距离小于预设竖直距离，使所述第二竖直距离落差值小于零，则控制降低所述转轮机构的高度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转轮机构的中心轴线与对应距离传感器之间沿平行于底盘平面的方向上的距离为第一水平距离；在机器人底盘上还设置有速度传感器，所述速度传感器用于检测机器人在移动方向上的当前移动速度，所述方法还包括：

获取所述当前移动速度；

根据所述第一水平距离和当前移动速度，确定调整所述转轮机构的高度的调整时间；

在到达所述调整时间时，根据所述竖直距离落差值调整转轮机构的高度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转轮机构包括转轮、与转轮活动连接用于支撑机器人底盘的升降杆，所述转轮的转动方向包括正转方向和反转方向，对应每个转轮机构，设置至少两个距离传感器，两个所述距离传感器对称设置在所述升降杆两侧，其中一个所述距离传感器被配置位于转轮正转方向的前方，另一个距离传感器位于转轮反转方向的前方；所述方法还包括：

确定转轮的转动方向；

当转轮正向转动时，控制位于转轮正转方向的前方的距离传感器检测竖直距离；

当转轮反向转动时，控制位于转轮反转方向的前方的距离传感器检测竖直距离。

6.一种移动式机器人高度自适应底盘，其特征在于，包括：

底盘本体；

至少两个可相对底盘本体升降的转轮机构，各所述转轮机构分别设置在所述底盘本体的朝向地面侧的不同位置；

至少两个距离传感器，各所述距离传感器分别设置在与所述转轮机构对应的位置，所述距离传感器用于检测底盘本体上对应各个距离传感器的不同位置点与地面之间的竖直距离；

微处理器，设置在底盘本体上，所述微处理器分别与转轮机构、距离传感器电连接，所述微处理器获取各所述竖直距离，并根据各所述竖直距离，控制调整转轮机构的高度，使所述机器人底盘保持水平状态，所述水平状态为底盘本体的台面垂直于重力方向时的状态。

7.根据权利要求6所述的移动式机器人高度自适应底盘，其特征在于，所述微处理器配置为：

根据各所述竖直距离，计算底盘上所述不同位置点与地面之间的竖直距离的距离落差，得到第一竖直距离落差值，根据所述第一竖直距离落差值调整转轮机构的高度；

或者，将各所述竖直距离与预设竖直距离进行比较，得到第二竖直距离落差值，根据所述第二竖直距离落差值调整转轮机构的高度，

若所述竖直距离大于预设竖直距离，则控制升高所述转轮机构的高度；若所述竖直距离小于预设竖直距离，则控制降低所述转轮机构的高度。

8.根据权利要求6所述的移动式机器人高度自适应底盘，其特征在于，还包括速度传感器，所述速度传感器设置在所述底盘本体上，所述速度传感器用于检测机器人在移动方向上的当前移动速度；

所述转轮机构的中心轴线与对应的距离传感器之间的沿平行于底盘本体平面的方向上的距离为第一水平距离，所述微处理器被配置为：

获取所述当前移动速度，根据所述第一水平距离和当前移动速度，确定调整所述转轮机构的高度的调整时间，并在到达所述调整时间时控制调整转轮机构的高度。

9.根据权利要求6所述的移动式机器人高度自适应底盘，其特征在于，所述转轮机构包括转轮和升降杆，所述升降杆设置在所述底盘本体朝向地面侧以支撑所述底盘本体，所述转轮活动连接在所述升降杆端部；

所述转轮的转动方向包括正转方向和反转方向，对应每个转轮机构，设置有至少两个所述距离传感器，两个所述距离传感器对称设置在所述升降杆的两侧，其中一个所述距离传感器被配置位于转轮正转方向的前方，另一个距离传感器位于转轮反转方向的前方；

所述微处理器被配置为：确定所述转轮的转动方向，并根据转动方向控制相应的距离传感器检测竖直距离。

10.根据权利要求9所述的移动式机器人高度自适应底盘，其特征在于，转轮机构还包括升降电机，所述升降电机与所述微处理器形成电连接，所述升降电机在微处理器的控制下，调整所述转轮机构的高度；

所述升降杆为丝杠，所述丝杠螺纹连接在所述底盘本体上，并从所述底盘本体的下侧伸出，所述升降电机被配置为能驱动所述丝杠旋转，使所述丝杠相对于底盘本体上下移动，调整所述转轮机构的高度，所述转轮设置在所述丝杠的下端。

11.根据权利要求6所述的移动式机器人高度自适应底盘，其特征在于，还包括四个所述转轮机构，每个转轮机构上包括一个转轮；

四个所述转轮机构在所述底盘本体上分布的位置呈正方形的四角位置分布；或者，呈菱形的四角位置分布；

其中两个对称位置的转轮机构的转轮为驱动轮，另外两个转轮机构所连接的转轮为从动轮；

各所述驱动轮旁设置有驱动电机，所述驱动电机与所述微处理器电连接，用于根据所述微处理器的控制，驱动所述驱动轮转动。