CN108214447A - 智能机器人移动平台 - Google Patents

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Abstract

智能机器人移动平台，本发明属智能机器人行走机构中的一个技术领域。为了使轮式或履带式机器人的移动平台能自主地跨越圆角台阶，本发明在轮式智能机器人移动平台上安装摄像头、测距装置和计算机，摄像头和测距装置连接计算机，连架杆5的一端铰接在机架上，连架杆5的另一端铰接在撑杆3的一端上，连杆7的一端铰接在撑杆3上，连杆4的一端铰接在连架杆5上，驱动装置可驱动曲柄6旋转，曲柄6可通过连杆4、连杆7带动连架杆5摆动和撑杆3向上或向下和水平的复合运动，驱动智能机器人移动平台跨越圆角台阶；本智能机器人移动平台在跨越台阶时并不依赖车轮或履带，同时也不接触台阶的前沿，因此它对台阶前沿的要求大大降低。

Description

智能机器人移动平台
技术领域
本发明属智能机器人行走机构中的一个技术领域。
背景技术
机器人特别适合担任危险而艰巨的任务，例如侦察、各种救援和排爆等危险作业。在这些方面机器人都有出色的表现。在现有技术中，机器人的移动平台主要有轮式和履带式。这些驱动方式各有所长。轮式特别适合在平坦的城市道路上高速行驶，磨损少耗能低。履带驱动式则比较适合在野外松软不平的道路上行进，速度相对较慢，能耗相对较高。在城市执行任务的机器人虽然在大多数的情况下有较平坦的道路使用，但是，机器人的目的地通常不在路边，大多数情况下是要进入室内执行任务种任务。要进入室内执行任务必须要跨越台阶甚至是楼梯，否则无法到达目的地。因此，机器人的移动平台必须要具备跨越台阶和上楼梯的能力。
跨越多级台阶或上楼梯，对以车轮为行走机构的机器人平台来说比较困难，这是因为车轮是圆的台阶是方的，而且受体积的限制车轮的直径不可能太大。履带式行走机构的机器人平台的跨越能力相对好些。但是，在城市里建筑物的台阶和楼梯不论对履带式还是车轮式行走机构来说同样是不好走。其原因在于这些台阶或楼梯的前沿都是圆角的，而且大多都是石材经磨光的圆角梯面，它们的表面豪华、光滑如镜，对车轮或履带能提供的摩擦力很小。这样的台阶不论是轮式行走机构还是履带式行走机构都只能是“望而生畏”。因为这样的几何形状和表面粗糙度，都无法为轮式和履带式行走机构提供足够的摩擦力，使它们无法跨越。当轮式行走机构遇到这样的台阶或楼梯时，即使是四轮驱动也只能打滑空转。履带式行走机构要上台阶或楼梯时，同样需要台阶前沿的方角为履带提供抓点，才能不打滑。而圆角的台阶，无法为它们提供这样的支持。当履带式机器人移动平台遇到这样的情况时，同样只能打滑，而无法正常行驶，严重时甚至是完全失控。所以，现有技术下的轮式和履带式机器人移动平台都很难跨越现实中的城市台阶或楼梯。
发明内容
为了使智能机器人移动平台能顺利地跨越圆角台阶，本发明采取了如下技术措施：连架杆5的一端铰接在机架上，连架杆5的另一端铰接在撑杆3的一端上，连杆7的一端铰接在撑杆3上，连杆7的另一端铰接在曲柄6的一端上，连杆4的一端铰接在连架杆5上，连杆4的另一端铰接在曲柄6的一端上，连杆4和连杆7铰接在曲柄6的同一端上，曲柄6的另一端安装在驱动装置上，驱动装置可驱动曲柄6旋转，曲柄6可通过连杆4、连杆7带动连架杆5摆动和撑杆3向上或向下和水平的复合运动，驱动智能机器人移动平台跨越台圆角阶。
为了使轮式或履带式机器人的移动平台能自主地顺利地跨越圆角台阶，本发明采取了如下技术措施：在轮式智能机器人移动平台上安装摄像头、测距装置和计算机，摄像头和测距装置连接计算机；连架杆5的一端铰接在机架上，连架杆5的另一端铰接在撑杆3的一端上，连杆7的一端铰接在撑杆3上，连杆7的另一端铰接在曲柄6的一端上，连杆4的一端铰接在连架杆5上，连杆4的另一端铰接在曲柄6的一端上，连杆4和连杆7铰接在曲柄6的同一端上，曲柄6的另一端安装在驱动装置上，驱动装置可驱动曲柄6旋转，曲柄6可通过连杆4、连杆7带动连架杆5摆动和撑杆3向上或向下和水平的复合运动，驱动智能机器人移动平台跨越圆角台阶。
本发明的好外是：由于本发明智能机器人移动平台在跨越台阶时并不依赖车轮或履带，同时也不接触台阶的前沿，因此它对台阶前沿的要求大大降低；本发明在跨越台阶时，是利用多连杆、曲柄、连架杆等组成的多连杆机械机构，配合传感器、计算机和人工智能等组成的智能系统。采用计算机结合人工智能算法，指挥多连杆机构，依靠台阶的平面提供支撑，直接举升智能机器人移动平台。使智能机器人移动平台在跨越台阶或楼梯时，无须依赖台阶或楼梯前沿提供支撑。能在上或下台阶时，直接把受力点施加在台阶或楼梯的平面上。它克服了现有技术下的轮式或履带式智能机器人移动平台必须依靠台阶前沿的摩擦力才能正常前进，遇到圆角台阶或楼梯只能打滑的技术缺陷。使智能机器人平台能顺利地跨越圆角台阶或楼梯，大大地扩宽了智能移动机器人在城市的活动范围和执行任务的能力；另一方面，由于本发明采用了专用的驱动装置驱动撑杆升起或放下机器人移动平台的方式，这种方式的好处还在于只要控制驱动装置的运转速度就可以控制升降速度，因此它可以使智能机器人的移动平台在跨越台阶时更加平稳可控。
附图说明
图1是智能机器人移动平台处在上台阶前的待命状态的机械简图。
图2是智能机器人移动平台处在上台阶开始状态的机械简图。
图3是智能机器人移动平台完成上台阶状态的机械简图。
图4是智能机器人移动平台准备下台阶待命状态的机械简图。
图5是智能机器人移动平台开始下台阶状态的机械简图。
图6是智能机器人移动平台下台阶过程中的机械简图。
图7是智能机器人移动平台完成下台阶过程的机械简图。
图中：车轮1、水平测距装置2、撑杆3、连杆4、连架杆5、曲柄6、连杆7、垂直测距装置8、载物平台9、台阶10。
具体实施方式
城市内大多数的台阶和楼梯都是圆角的，这些圆角的台阶无法为轮式或履带式智能机器人平台提供足够的摩擦力，给轮式或履带式智能机器人平台跨越台阶带来困难。为了使智能机器人移动平台能顺利地跨越圆角台阶，本发明采取了把连架杆5的一端铰接在机架上，连架杆5的另一端铰接在撑杆3的一端上，连杆7的一端铰接在撑杆3上，连杆7的另一端铰接在曲柄6的一端上，连杆4的一端铰接在连架杆5上，连杆4的另一端铰接在曲柄6的一端上，连杆4和连杆7铰接在曲柄6的同一端上，曲柄6的另一端安装在驱动装置上，驱动装置可驱动曲柄6旋转，曲柄6可通过连杆4、连杆7带动连架杆5摆动和撑杆3向上或向下和水平的复合运动，使撑杆3能踏着地面或台阶面驱动智能机器人的移动平台跨越台阶；当要下台阶时，驱动装置驱动曲柄6通过连杆4和连杆7等带动撑杆3向前和向下复合运动，踏着下一给台阶的平面，随着曲柄6的继续旋转，慢慢地把智能机器人移动平台放下在下一给台阶上。这样，智能机器人移动平台就可以不依靠台阶前沿的摩擦力也能顺利地上落圆角台阶。
城市内大多数的台阶和楼梯都是圆角的，这些圆角的台阶无法为轮式或履带式机器人平台提供足够的摩擦力，给机器人跨越台阶带来困难。为了使智能机器人的移动平台能自主地顺利地跨越圆角台阶，本发明采取了在智能机器人移动平台上安装摄像头、雷达、测距装置和计算机等，摄像头和测距装置连接计算机；连架杆5的一端铰接在机架上，连架杆5的另一端铰接在撑杆3的一端上，连杆7的一端铰接在撑杆3上，连杆7的另一端铰接在曲柄6的一端上，连杆4的一端铰接在连架杆5上，连杆4的另一端铰接在曲柄6的一端上，连杆4和连杆7铰接在曲柄6的同一端上，曲柄6的另一端安装在驱动装置上，驱动装置可驱动曲柄6旋转，曲柄6可通过连杆4、连杆7带动连架杆5摆动和撑杆3向上或向下和水平的复合运动，使撑杆3能踏着地面或台阶面驱动智能机器人的移动平台跨越台阶；当要下台阶时，驱动装置驱动曲柄6通过连杆4和连杆7等带动撑杆3向前和向下复合运动，踏着下一给台阶的平面，随着曲柄6的继续旋转，慢慢地把智能机器人移动平台放下在下一给台阶上。这样，智能机器人移动平台就可以不依靠台阶前沿的摩擦力也能顺利地上落圆角台阶。
本例的工作过程：当计算机从摄像头拍摄的影像中识别出前方是台阶或楼梯时，计算机马上指令系统进入跨台阶模式并准备跨上台阶。首先计算机启动测水平测距装置2测量智能机器人移动平台前端或前轮与台阶立面的距离。智能机器人移动平台继续前进，当智能机器人移动平台前端或前轮与台阶立面的距离达到设定值时，计算机启动制动系统对智能机器人移动平台进行制动。这时智能机器人移动平台处在上台阶前的待命状态，如图1所示。计算机开始启动上台阶程序，驱动装置带动曲柄6旋转，曲柄6通过连杆4和连杆7带动连架杆5摆动和撑杆3向下向后复合运动，使撑杆3的下端与地面或台阶的平面接触。并由地面或台阶的平面提供上台阶的作用力，如图2所示。驱动装置继续驱动曲柄6旋转，使撑杆3继续向下和向后水平复合运动令，结果令智能机器人移动平台上了一级台阶。计算机同时启动平台姿态维持系统，使智能机器人移动平台的姿态维持水平，如图3所示。智能机器人移动平台上了一级台阶后计算机继续上台阶的程序，驱动装置继续驱动曲柄6旋转把撑杆带回复位状态。这时计算机启动车轮1的驱动装置驱动智能机器人移动平台继续前进。当智能机器人移动平台的前轮1或前端与台阶立面的距离达到设定值时，计算机又一次启动制动系统对智能机器人移动平台进行制动。使车轮1与台阶的立面保证有适当的距离。然后，计算机重复上述过程继续上台阶。当上完台阶后，智能机器人平台就可以用车轮行走机构继续行走。
为了节约，本发明采用了上台阶和下台阶共用一个系统的方式，因此本发明是倒车下台阶，如图4所示。当计算机通过摄像头识别出前进的方向需要下台阶时，智能机器人移动平台的计算机启动下台阶程序。这时智能机器人移动平台倒车前进并让前轮选先下台阶同时启动平台姿态维持系统，使智能机器人移动平台的姿态维持水平。当垂直测距装置测得车轮1的前方的距离发生较大的变化时，计算机推断为垂直测距装置检测到台阶的前沿。计算机继续执行下台阶程序，计算机控车轮1在上述基础上倒行适当的距离，使车轮1与台阶的水平面的切点位于台阶前沿适当的位置然后制动，令车轮1停在距台阶前沿适当的位置，如图5所示。这时计算机控制驱动装置驱动曲柄6反转，使撑杆3的下端下落到下一级台阶的平面上，如图6所示。曲柄6继续反转并带动智能机器人移动平台向后和向下复合运动，并落到下一级台阶，如图7所示。如此继续循环，直到落到地面。

Claims (2)

1.智能机器人移动平台，主要包括驱动装置、连架杆、连杆，其特征在于：连架杆（5）的一端铰接在机架上，连架杆（5）的另一端铰接在撑杆（3）的一端上，连杆（7）的一端铰接在撑杆（3）上，连杆（7）的另一端铰接在曲柄（6）的一端上，连杆（4）的一端铰接在连架杆（5）上，连杆（4）的另一端铰接在曲柄（6）的一端上，连杆（4）和连杆（7）铰接在曲柄（6）的同一端上，曲柄（6）的另一端安装在驱动装置上，驱动装置可驱动曲柄（6）旋转，曲柄（6）可通过连杆（4）、连杆（7）带动连架杆（5）摆动和撑杆（3）向上或向下和水平的复合运动，驱动智能机器人移动平台跨越圆角台阶。
2.智能机器人移动平台，主要包括计算机、驱动装置、连架杆、连杆、测距装置，其特征在于：在轮式智能机器人移动平台上安装摄像头、测距装置和计算机，摄像头和测距装置连接计算机；连架杆（5）的一端铰接在机架上，连架杆（5）的另一端铰接在撑杆（3）的一端上，连杆（7）的一端铰接在撑杆（3）上，连杆（7）的另一端铰接在曲柄（6）的一端上，连杆（4）的一端铰接在连架杆（5）上，连杆（4）的另一端铰接在曲柄（6）的一端上，连杆（4）和连杆（7）铰接在曲柄（6）的同一端上，曲柄（6）的另一端安装在驱动装置上，驱动装置可驱动曲柄（6）旋转，曲柄（6）可通过连杆（4）、连杆（7）带动连架杆（5）摆动和撑杆（3）向上或向下和水平的复合运动，驱动智能机器人移动平台跨越圆角台阶。
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