CN108536150A - 一种机器人底盘及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人底盘及其控制方法，涉及机器人技术领域，包括：底盘和滚动装置，底盘包括底盘支架、两个脚踏装置和脚踏感应装置，底盘支架上部还设有脚踏支撑部，脚踏装置设置在脚踏支撑部上，脚踏感应装置设置在脚踏装置和脚踏支撑部之间；滚动装置包括主动轮和辅助轮，主动轮可转动设置在底盘支架左右两侧，第一辅助轮和第二辅助轮分别可转动设置在底盘支架前后两侧，机器人底盘还包括辅助轮感应装置，辅助轮感应装置用于感测第一辅助轮和第二辅助轮的压力信息；本发明通过辅助轮的设计大大提高了机器人底盘的稳定性和安全性，同时在辅助轮设置辅助轮感应装置有利于机器人底盘在行进过程中对于路况的判断，优化机器人底盘的控制方式。

Description

一种机器人底盘及其控制方法
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其是一种机器人底盘及其控制方法。
背景技术
电动平衡车已经在娱乐、短途代步领域得到了应用，目前这类产品主要用于短途代步和公共交通的补充代步，对于使用者来说，其便携性和使用的便利性是这类产品的关键。但目前的类似产品都存在体积大，不便于携带，在便携性不能满足用户的需求。部分产品具有小型化，但其结构并不能完全保证这类产品的安全使用；电动平衡车，又叫人机互动平衡车、思维车，其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”的基本原理上，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持系统的平衡；现有的电动平衡车仅设有两个驱动轮，其前进、后退是由整个电动平衡车的倾斜来控制，转向则由使用者脚踏在脚踏平台上，并通过两个脚踏平台之间相对旋转角度差来进行控制实现，安全性不够高，并且初学者上手难度较大。
如中国发明专利CN105416469A所公开的一种电动滑板车，包括：机座、左、右电机轮，分别安装在机座的左右两侧；左、右脚踏板，分别转动安装在机座上，且相对于机座前后转动；电路板，用于感知对应脚踏板的转动角度，并根据脚踏板的转动角度控制对应的电机轮工作；通过转动安装在机座上的左、右脚踏板，电路板可以根据左、右脚踏板的转动方向以及转动角度，控制对应电机轮的工作；本发明的电动滑板车安全性较低，初学者学习难度更高，并且不能保证上下坡行驶稳定。
发明内容
一、要解决的技术问题
本发明针对现有技术所存在的上述缺陷，特提供一种机器人底盘及其控制方法，解决机器人底盘稳定性和安全性不够高的问题，同时解决了机器人底盘在行进过程中不能智能调速的问题。
二、技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种机器人底盘，包括：底盘和滚动装置，底盘包括底盘支架、两个脚踏装置和脚踏感应装置，底盘支架上部还设有脚踏支撑部，脚踏装置设置在脚踏支撑部上，脚踏感应装置设置在脚踏装置和脚踏支撑部之间；滚动装置包括主动轮和辅助轮，辅助轮包括第一辅助轮和第二辅助轮，主动轮可转动设置在底盘支架左右两侧，第一辅助轮和第二辅助轮分别可转动设置在底盘支架前后两侧，并且当机器人底盘平稳行驶时，第一辅助轮和第二辅助轮处于悬空状态，机器人底盘还包括辅助轮感应装置，辅助轮感应装置用于感测第一辅助轮和第二辅助轮的压力信息。
其中，脚踏装置两侧中部设有突出的桥架主轴，桥架主轴与脚踏支撑部铰接，脚踏装置可绕桥架主轴在脚踏支撑部内转动。
其中，脚踏感应装置数量为4个，每个脚踏装置底部的前端和后端各设有1个脚踏感应装置，脚踏感应装置包括脚踏感应装置A、脚踏感应装置B、脚踏感应装置C和脚踏感应装置D。
其中，底盘支架前后两端各设有一个辅助轮安装架，辅助轮安装架用于安装第一辅助轮和第二辅助轮，底盘支架内设有控制器，控制器用于接收脚踏感应装置和辅助轮感应装置的压力信息，控制器用于通过脚踏感应装置和辅助轮感应装置的压力信息控制主动轮的运动。
其中，辅助轮感应装置包括辅助轮感应装置E和辅助轮感应装置F，辅助轮感应装置E用于感测第一辅助轮的压力信息，辅助轮感应装置F用于感测第二辅助轮的压力信息。
其中，主动轮材质为橡胶，主动轮侧部设有孔槽。
其中，辅助轮安装架与底盘支架铰接设置，辅助轮安装架与底盘支架的铰接转轴上还设有限位扭簧，并且辅助轮感应装置还用于感测辅助轮的倾斜度信息。
其中，辅助轮上设有辅助轮支架，辅助轮支架用于与辅助轮安装架配合安装。
其中，辅助轮感应装置设置在辅助轮支架上部。
一种机器人底盘控制方法，机器人底盘控制方法包括如下步骤：
启动机器人底盘后，使机器人底盘进入平稳行驶状态；
当控制机器人底盘加速前进时，控制机器人底盘向前倾斜，第一辅助轮接触地面，脚踏感应装置A和脚踏感应装置B的受力增大，同时辅助轮感应装置E因支撑地面持续受到压力，此时主动轮速度提高，机器人底盘加速前进；
当控制机器人底盘减速刹车时，控制机器人底盘向后倾斜，第二辅助轮接触地面，脚踏感应装置C和脚踏感应装置D的受力增大，同时辅助轮感应装置F因支撑地面持续受到压力，此时，主动轮速度降低，机器人底盘减速前进；
当控制机器人底盘左转时，脚踏感应装置A的受力大于脚踏感应装置C的受力，脚踏感应装置D的受力大于脚踏感应装置B的受力；
当控制机器人底盘右转时，脚踏感应装置B的受力大于脚踏感应装置D的受力，脚踏感应装置C的受力大于脚踏感应装置A的受力；
当机器人底盘需要通过障碍时，第一辅助轮首先接触障碍物，辅助轮感应装置E因支撑地面受到瞬时压力，此时机器人底盘自动减速刹车。
三、有益效果
与现有技术相比，本发明提供的一种机器人底盘，通过辅助轮的设计大大提高了机器人底盘的稳定性和安全性，同时在辅助轮设置辅助轮感应装置有利于机器人底盘在行进过程中对于路况的判断，优化机器人底盘的控制方式。
附图说明
图1为本发明一种机器人底盘示意图；
图中：1为底盘；3e为辅助轮感应装置E；3f为辅助轮感应装置F；4为底盘支架；5为脚踏装置；6为脚踏感应装置；6a为脚踏感应装置A；6b为脚踏感应装置B；6c为脚踏感应装置C；6d为脚踏感应装置D；7为主动轮；8为脚踏支撑部；9为辅助轮安装架；10为桥架主轴；11为孔槽；12为第一辅助轮；13为第二辅助轮；15为辅助轮支架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
实施例一：
本发明实施例一的一种机器人底盘，如图1所示，包括：底盘1和滚动装置，底盘1包括底盘支架4、两个脚踏装置5和脚踏感应装置6，底盘支架4上部还设有脚踏支撑部8，脚踏装置5设置在脚踏支撑部8上，脚踏感应装置6设置在脚踏装置5和脚踏支撑部8之间；滚动装置包括主动轮7和辅助轮，辅助轮包括第一辅助轮12和第二辅助轮13，主动轮7可转动设置在底盘支架4左右两侧，主动轮7可通过人体脚踏动作的检测传感器，比如通过角度传感器获得倾斜度信息，并以此倾斜度信息实现对主动轮的转动控制；第一辅助轮12和第二辅助轮13分别可转动设置在底盘支架4前后两侧，并且当机器人底盘平稳行驶时，第一辅助轮12和第二辅助轮13处于悬空状态，机器人底盘还包括辅助轮感应装置，辅助轮感应装置用于感测第一辅助轮12和第二辅助轮13的压力信息；在具体应用中，主动轮7采用电机轮，当碰到意外情况时，能够很迅速的进行响应。
如图1所示，在脚踏装置5两侧中部设有突出的桥架主轴10，桥架主轴10与脚踏支撑部8铰接，脚踏装置5可绕桥架主轴10在脚踏支撑部8内转动，通过桥架主轴10的设置，有利于准确的对脚踏感应装置6施加压力，从而控制机器人底盘的运动。
脚踏感应装置6数量为4个，每个脚踏装置5底部的前端和后端各设有1个脚踏感应装置6，脚踏感应装置6包括脚踏感应装置A6a、脚踏感应装置B6b、脚踏感应装置C6c和脚踏感应装置D6d；底盘支架4前后两端各设有一个辅助轮安装架9，辅助轮安装架9用于安装第一辅助轮12和第二辅助轮13，辅助轮感应装置包括辅助轮感应装置E3e和辅助轮感应装置F3f，辅助轮感应装置E3e用于感测第一辅助轮12的压力信息，辅助轮感应装置F3f用于感测第二辅助轮13的压力信息；同时在底盘支架4内设有控制器，控制器用于接收脚踏感应装置6和辅助轮感应装置的压力信息，控制器用于通过脚踏感应装置6和辅助轮感应装置的压力信息控制主动轮7的运动；在具体实施过程中，通过将脚踏感应装置A6a、脚踏感应装置B6b、脚踏感应装置C6c、脚踏感应装置D6d、辅助轮感应装置E3e和辅助轮感应装置F3f所感应到的压力信息传送到控制器，具体分析控制过程是：
当控制机器人底盘加速前进时，控制机器人底盘向前倾斜，脚踏感应装置A6a和脚踏感应装置B6b的受力增大，第一辅助轮12接触地面，同时辅助轮感应装置E3e因支撑地面持续受到压力，另一方面脚踏感应装置C6c和脚踏感应装置D6d的受力减小或不变，辅助轮感应装置F3f因第二辅助轮13悬空从而不受力，此时控制器控制主动轮7提高转速，机器人底盘加速前进；
当控制机器人底盘减速刹车时，控制机器人底盘向后倾斜，脚踏感应装置C6c和脚踏感应装置D6d的受力增大，第二辅助轮13接触地面，同时辅助轮感应装置F3f因支撑地面持续受到压力，另一方面脚踏感应装置A6a和脚踏感应装置B6b受力减小或不变，辅助轮感应装置E3e因第一辅助轮12悬空从而不受力，此时控制器控制主动轮7降低转速，机器人底盘减速刹车；
当控制机器人底盘左转时，脚踏感应装置A6a的受力大于脚踏感应装置C6c的受力，脚踏感应装置D6d的受力大于脚踏感应装置B6b的受力，此时控制器控制主动轮7左转，并且在实际应用过程中，脚踏感应装置A6a受力增大的越大，主动轮7左转的转弯半径越小；
当控制机器人底盘右转时，脚踏感应装置B6b的受力大于脚踏感应装置D6d的受力增大，脚踏感应装置C6c的受力大于脚踏感应装置A6a的受力，此时控制器控制主动轮7右转，并且在实际应用过程中，脚踏感应装置B6b受力增大的越大，主动轮7右转的转弯半径越小；
当机器人底盘需要通过障碍时，第一辅助轮12首先接触障碍物，辅助轮感应装置E3e因支撑地面受到瞬时压力，此时机器人底盘自动减速刹车；
当机器人底盘上坡时或者下坡时，第一辅助轮12或第二辅助轮13接触地面，同时辅助轮感应装置E3e或辅助轮感应装置F3f因支撑地面持续受到压力，并且脚踏感应装置A6a、脚踏感应装置B6b、脚踏感应装置C6c和脚踏感应装置D6d受力不变，此时控制器控制主动轮7保持匀速行进状态。
主动轮7材质为橡胶，主动轮7侧部设有孔槽11。
辅助轮安装架9与底盘支架4铰接设置，辅助轮安装架9与底盘支架4的铰接转轴上还设有限位扭簧，为进一步加强控制效果，并且辅助轮感应装置还用于感测辅助轮的倾斜度信息，通过感测辅助轮的倾斜度信息进一步提高机器人底盘的稳定性。
辅助轮上设有辅助轮支架15，辅助轮支架15用于与辅助轮安装架9配合安装；辅助轮感应装置设置在辅助轮支架15上部。
具体实施时，底盘支架4采用刚性框架结构，用以减轻整体重量；根据使用要求，辅助轮可以采用万向轮的设置；角度传感器可以采用陀螺仪、霍尔传感器、光电传感器或红外传感器。
实施例二：
实施例二相对于实施例一的区别在于，将脚踏装置5两侧中部的突出的桥架主轴10去掉，使脚踏装置5与脚踏支撑部8整体连接并固定，此时，当进行操作时，可通过将脚踏感应装置6设置为微动压力感应器操控调节更加灵敏快捷，在行进过程中，脚踏装置5不会存在较大的倾斜变化，整体会更加平稳。
实施例三：
实施例三相对于实施例一的区别在于，将辅助轮安装架9与辅助轮支架15直接固定或者软性连接，同时不采用辅助轮安装架9与底盘支架4铰接的设置，在辅助轮安装架9与底盘支架4之间或者辅助轮安装架9与辅助轮支架15之间设置缓震装置，可以采用液压缓震装置、弹簧缓震装置等，使得机器人底盘在行进过程中遇到障碍物时，既可以通过辅助轮感应装置提前进行预警并刹车减速，还能起到缓冲减震的作用，大大提高了机器人底盘在行进过程中的安全性和稳定性。
一种机器人底盘控制方法，机器人底盘控制方法包括如下步骤：
启动机器人底盘后，使机器人底盘进入平稳行驶状态；
当控制机器人底盘加速前进时，控制机器人底盘向前倾斜，第一辅助轮12接触地面，脚踏感应装置A6a和脚踏感应装置B6b的受力增大，同时辅助轮感应装置E3e因支撑地面持续受到压力，此时主动轮7速度提高，机器人底盘加速前进；
当控制机器人底盘减速刹车时，控制机器人底盘向后倾斜，第二辅助轮13接触地面，脚踏感应装置C6c和脚踏感应装置D6d的受力增大，同时辅助轮感应装置F3f因支撑地面持续受到压力，此时，主动轮7速度降低，机器人底盘减速刹车；
当控制机器人底盘左转时，脚踏感应装置A6a的受力大于脚踏感应装置C6c的受力；
当控制机器人底盘右转时，脚踏感应装置B6b的受力大于脚踏感应装置D6d的受力；
当机器人底盘需要通过障碍时，第一辅助轮12首先接触障碍物，辅助轮感应装置E3e因支撑地面受到瞬时压力，此时机器人底盘自动减速刹车。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人底盘，其特征在于：所述机器人底盘包括：底盘(1)和滚动装置，所述底盘(1)包括底盘支架(4)、两个脚踏装置(5)和脚踏感应装置(6)，所述底盘支架(4)上部还设有脚踏支撑部(8)，所述脚踏装置(5)设置在所述脚踏支撑部(8)上，所述脚踏感应装置(6)设置在所述脚踏装置(5)和所述脚踏支撑部(8)之间；所述滚动装置包括主动轮(7)和辅助轮，所述辅助轮包括第一辅助轮(12)和第二辅助轮(13)，所述主动轮(7)可转动设置在底盘支架(4)左右两侧，所述第一辅助轮(12)和第二辅助轮(13)分别可转动设置在所述底盘支架(4)前后两侧，并且当所述机器人底盘平稳行驶时，所述第一辅助轮(12)和所述第二辅助轮(13)处于悬空状态，所述机器人底盘还包括辅助轮感应装置，所述辅助轮感应装置用于感测所述第一辅助轮(12)和所述第二辅助轮(13)的压力信息。
2.如权利要求1所述的一种机器人底盘，其特征在于：所述脚踏装置(5)两侧中部设有突出的桥架主轴(10)，所述桥架主轴(10)与所述脚踏支撑部(8)铰接，所述脚踏装置(5)可绕所述桥架主轴(10)在所述脚踏支撑部(8)内转动。
3.如权利要求2所述的一种机器人底盘，其特征在于：所述脚踏感应装置(6)数量为4个，每个所述脚踏装置(5)底部的前端和后端各设有1个脚踏感应装置(6)，所述脚踏感应装置(6)包括脚踏感应装置A(6a)、脚踏感应装置B(6b)、脚踏感应装置C(6c)和脚踏感应装置D(6d)。
4.如权利要求1所述的一种机器人底盘，其特征在于：所述底盘支架(4)前后两端各设有一个辅助轮安装架(9)，所述辅助轮安装架(9)用于安装所述第一辅助轮(12)和所述第二辅助轮(13)，所述底盘支架(4)内设有控制器，所述控制器用于接收所述脚踏感应装置(6)和所述辅助轮感应装置的压力信息，所述控制器用于通过所述脚踏感应装置(6)和所述辅助轮感应装置的压力信息控制所述主动轮(7)的运动。
5.如权利要求4所述的一种机器人底盘，其特征在于：所述辅助轮感应装置包括辅助轮感应装置E(3e)和辅助轮感应装置F(3f)，所述辅助轮感应装置E(3e)用于感测所述第一辅助轮(12)的压力信息，所述辅助轮感应装置F(3f)用于感测所述第二辅助轮(13)的压力信息。
6.如权利要求1所述的一种机器人底盘，其特征在于：所述主动轮(7)材质为橡胶，所述主动轮(7)侧部设有孔槽(11)。
7.如权利要求5所述的一种机器人底盘，其特征在于：所述辅助轮安装架(9)与所述底盘支架(4)铰接设置，所述辅助轮安装架(9)与所述底盘支架(4)的铰接转轴上还设有限位扭簧，并且所述辅助轮感应装置还用于感测所述辅助轮的倾斜度信息。
8.如权利要求7所述的一种机器人底盘，其特征在于：所述辅助轮上设有辅助轮支架(15)，所述辅助轮支架(15)用于与所述辅助轮安装架(9)配合安装。
9.如权利要求8所述的一种机器人底盘，其特征在于：所述辅助轮感应装置设置在所述辅助轮支架(15)上部。
10.一种机器人底盘控制方法，其特征在于：所述机器人底盘控制方法包括如下步骤：
启动机器人底盘后，使所述机器人底盘进入平稳行驶状态；
当控制所述机器人底盘加速前进时，控制机器人底盘向前倾斜，所述第一辅助轮(12)接触地面，所述脚踏感应装置A(6a)和脚踏感应装置B(6b)的受力增大，同时所述辅助轮感应装置E(3e)因支撑地面持续受到压力，此时主动轮(7)速度提高，机器人底盘加速前进；
当控制所述机器人底盘减速刹车时，控制机器人底盘向后倾斜，所述第二辅助轮(13)接触地面，所述脚踏感应装置C(6c)和脚踏感应装置D(6d)的受力增大，同时所述辅助轮感应装置F(3f)因支撑地面持续受到压力，此时，主动轮(7)速度降低，机器人底盘减速前进；
当控制所述机器人底盘左转时，所述脚踏感应装置A(6a)的受力大于所述脚踏感应装置C(6c)的受力，所述脚踏感应装置D(6d)的受力大于所述脚踏感应装置B(6b)的受力；
当控制所述机器人底盘右转时，所述脚踏感应装置B(6b)的受力大于所述脚踏感应装置D(6d)的受力，所述脚踏感应装置C(6c)的受力大于所述脚踏感应装置A(6a)的受力；
当机器人底盘需要通过障碍时，第一辅助轮(12)首先接触障碍物，所述辅助轮感应装置E(3e)因支撑地面受到瞬时压力，此时机器人底盘自动减速刹车。
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