CN109434795A - 一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人；包括壳体、车架机构、轮腿机构和控制系统；其中壳体上具有载物平台，车架机构包括第一车架和第二车架，轮腿机构包括第一轮腿组和第二轮腿组，控制系统包括供电电源、硬件电路、驱动电机、编码器、单片机、PC机、手机APP、4G通信模块、超声波距离传感器、激光雷达和摄像头；本发明提供的载物爬楼机器人具有自动避障、图像识别跟踪和手机APP远程控制功能，达到了高效爬楼和平稳送货的效果。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及一种载物爬楼机器人，具体涉及一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人。
背景技术
当今随着经济水平的上升，人们可支配收入的增加，使得人们能够购买服务机器人及其服务来解放简单的重复劳动来获得更多的空闲时间。
特别是对于快递行业和外卖行业，其服务的重要理念在于为人们节省时间，带来生活上的便利，对于快递自提点而言，取件人数多，耗费在排队取件的时间不可预估，此即为快递物流最后一公里难题。同时，人类日常生活中超市购物等同样产生了搬运物品的需求。当货物的重量过大、或者人力所不能及的情况下，更是一个难题。因此，将载物机器人应用到物流配送，重物搬运以及解决行动不便人群的出行问题等场景中，具有很好的发展前景。
现有市面的物流机器人几乎都只具有在平地上运动的能力，均不具备爬楼的功能，因此在实际运用场景中很受限制。
因此，提高机器人的机动能力，能翻越楼梯等障碍成为机器人运动系统设计的难点。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中机器人的机动能力不足，不能爬楼以及无法翻越梯坎障碍的问题，提供一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人，其特征在于：包括壳体、车架机构、轮腿机构和控制系统。
所述壳体具有中空的内腔，并设置载物平台。所述壳体空腔内安装有车架机构。
所述车架机构包括第一车架和第二车架。
所述第二车架是一个矩形框。所述矩形框的长度方向记为X向，宽度方向记为Y向。X向是爬楼机器人的前进或后退的方向。
所述第一车架包括被支撑在第二车架上方的横梁和纵梁。所述横梁与纵梁呈T形连接。所述横梁平行于Y向，纵梁平行于X向。在正常行驶时，纵梁相对于横梁，更靠近爬楼机器人的前进方向。
所述轮腿机构包括第一轮腿组和第二轮腿组。
所述第一轮腿组包括两条轮腿Ⅰ。所述轮腿I包括伸缩腿Ⅰ和万向轮。所述伸缩腿Ⅰ的上端固定在所述纵梁上，下端与所述万向轮连接。所述两条轮腿Ⅰ位于同一直线上，在正常行驶时，其中一条轮腿Ⅰ相对于另一条轮腿Ⅰ，更靠近爬楼机器人的前进方向。
所述第一轮腿组相对于第二轮腿组，更靠近爬楼机器人的前进方向。
所述第二轮腿组包括四条轮腿Ⅱ。所述轮腿Ⅱ包括伸缩腿Ⅱ和驱动轮。所述伸缩腿Ⅱ的上端固定在所述第二车架矩形框上，下端与所述驱动轮连接。所述四条轮腿Ⅱ呈矩形分布在所述第二车架矩形框X向上，在正常行驶时，其中两条轮腿Ⅱ相对于另外两条轮腿Ⅱ，更靠近爬楼机器人的前进方向。
所述控制系统包括供电电源、硬件电路、驱动电机、编码器、单片机、PC机、手机APP、4G通信模块、超声波距离传感器、激光雷达和摄像头。
所述供电电源与单片机电连接。所述单片机具有北斗定位模块和指南针模块。所述北斗定位模块定位机器人的位置坐标。所述指南针模块反馈机器人的行进方向。所述单片机安装于所述壳体的空腔内。所述单片机接受来自于超声波距离传感器和编码器的信号并处理信号，根据处理结果产生控制命令到硬件电路进而控制驱动电机和轮腿机构的伸缩腿。
所述PC机通过4G通信模块实现远程接受手机APP的控制命令。所述的PC机通过USB实现与单片机的串口通信。所述PC机安装于所述壳体的空腔内。所述的PC机接收激光雷达的数据并通过避障算法处理，发出控制信号到单片机并控制电机驱动机器人实现避障。所述的PC机接收摄像头的数据并通过跟踪算法处理，发出控制信号到单片机并控制电机驱动机器人实现对人的实时跟踪。
所述驱动电机安装在所述驱动轮的内部，驱动驱动轮转动。所述驱动电机安装有编码器以检测电机转速。所述驱动电机与所述硬件电路连接。
所述超声波距离传感器安装在所述驱动轮和所述的万向轮上。所述超声波距离传感器包括水平方向的超声波模块和垂直方向的超声波模块。所述水平方向的超声波模块测量距离楼梯台阶的水平距离。所述垂直方向的超声波模块测量楼梯台阶的高度并判断机器人轮腿的伸缩状态。
所述激光雷达安装于所述壳体的顶面。
所述摄像头安装于所述壳体的前侧面。
进一步，所述壳体为塑壳。所述车架的材料为铝合金。
进一步，所述伸缩腿Ⅰ和伸缩腿Ⅱ的传动形式为电动传动。
机器人实现爬楼包括如下步骤：
1)单片机通过发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制驱动电机驱动机器人向前行进，当超声波距离传感器检测到台阶时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制更靠近机器人前进方向的一条轮腿Ⅰ抬起，机器人继续前进。
2)当超声波距离传感器检测到更靠近机器人前进方向的一条轮腿Ⅰ搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿Ⅰ抬起，机器人继续前进。
3)当超声波距离传感器检测到另一条轮腿Ⅰ搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿Ⅰ和两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ伸长，使壳体和车架机构上升，机器人继续前进。
4)当超声波距离传感器检测到更靠近机器人前进方向的一条轮腿Ⅰ搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿Ⅰ缩短，机器人继续前进。
5)当超声波距离传感器检测到两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿Ⅰ和两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ伸长，使壳体和车架机构上升，机器人继续前进。
6)当超声波距离传感器检测到更靠近机器人前进方向的一条轮腿Ⅰ和两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿Ⅰ和两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ缩短，机器人继续前进直到通过超声波距离传感器检测到另一条轮腿Ⅰ和两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ搭台成功，机器人继续前进。
7)重复5)、6)两个步骤即可实现长楼梯的攀爬直到当超声波距离传感器检测到另一条轮腿Ⅰ和更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿Ⅰ、两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ以及更靠近机器人前进方向的轮腿伸长，机器人继续前进。
8)当超声波距离传感器检测到两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ缩短，机器人继续前进。
9)当超声波距离传感器检测到两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ缩短，机器人继续前进。
10)当超声波距离传感器检测到两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ搭台成功时，机器人完成了一个完整的爬楼过程。
机器人实现图像识别跟踪包括如下步骤：
1)机器人通过摄像头获取所要跟踪人的图像，把获取的图像传至PC机。
2)PC机实时分析摄像头传回的图像，判断跟踪对象在画面中的位置，并判断跟踪对象相对于机器人自身的位置。
3)PC机根据位置信息通过USB串口发送控制命令给单片机，单片机处理命令并控制硬件电路，通过控制两个驱动电机实现差速转向。
4)机器人通过激光雷达实时测量和跟踪对象之间的距离，把距离信息反馈给PC机，PC机分析后将距离信息发送给单片机，单片机再发送控制信号到硬件电路，通过硬件电路控制驱动电机转动，从而控制机器人的前进速度，保证机器人紧跟跟踪对象。
机器人实现自动避障包括如下步骤：
1)通过激光雷达扫描出障碍物和机器人之间的距离，并将机器人周围障碍物的距离信息反馈给PC机。
2)通过道路最大概率估计算法，寻找出无障碍道路存在的最大概率的方向，并实时规划出机器人前进的方向通过USB串口通信发送方向角度数据到单片机。
3)单片机处理角度数据后发送控制信号给硬件电路，通过硬件电路控制驱动电机转动，带动万向轮转向，实现绕行。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有以下优点：
1)采用轮腿式方案，实现在楼梯与平地的路况下自如地转换，移动速度较快，运行过程中重心平稳，优化爬楼动作，两组轮腿交替前行爬楼，大大提高了爬楼效率。
2)利用机器视觉和图像处理技术，对人的特征进行识别，实现了机器人自动跟人行走的功能。
3)机器人实现自主爬行前进的功能，其伸缩杆可视环境而改变，可以在不同尺寸楼梯上爬行的功能，环境适应性强。
4)载物平台在爬楼和越障的过程中始终保持水平，更适用于平稳送货需求。
5)采用手机APP无线4G网控制机器人的运行状态，可实现前进、后退、转向及爬楼等功能，有更强的实用性和可操作性。
6)结合图传系统和手机APP将机器人所处环境的视频传回手机，进而实现对机器人的实时控制。
附图说明
图1为本发明的三维示意图；
图2为图1的前视图；
图3为图1的后视图；
图4为图1的左视图；
图5为图1的右视图；
图6为图1的顶视图；
图7为图1的底视图；
图8为车架机构和轮腿机构的三维示意图；
图9为图8的前视图；
图10为图8的后视图；
图11为图8的左视图；
图12为图8的右视图；
图13为图8的顶视图；
图14为图8的底视图；
图15为爬楼示意图；
图16为控制系统框图。
图中：壳体1、车架机构2、第一车架21、横梁211、纵梁212、第二车架22、轮腿机构3、轮腿Ⅰ31、伸缩腿Ⅰ311、万向轮312、轮腿Ⅱ32、伸缩腿Ⅱ321、驱动轮332、激光雷达4和摄像头5。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
如图1至14和图16所示，一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人，其特征在于：包括壳体1、车架机构2、轮腿机构3和控制系统。
所述壳体1具有中空的内腔，并设置载物平台。所述壳体1空腔内安装有车架机构2。
所述车架机构2包括第一车架21和第二车架22。
所述第二车架22是一个矩形框。所述矩形框的长度方向记为X向，宽度方向记为Y向。X向是爬楼机器人的前进或后退的方向。
所述第一车架21包括被支撑在第二车架22上方的横梁211和纵梁212，即所述第一车架21的三个分支的端头，被立柱支撑在矩形框的上方。所述横梁211与纵梁212呈T形连接。所述横梁211平行于Y向，纵梁212平行于X向。在正常行驶时，纵梁212相对于横梁211，更靠近爬楼机器人的前进方向。
所述轮腿机构3包括第一轮腿组和第二轮腿组。
所述第一轮腿组包括两条轮腿Ⅰ31。所述轮腿I31包括伸缩腿Ⅰ311和万向轮312。所述伸缩腿Ⅰ311的上端固定在所述纵梁212上，下端与所述万向轮312连接。所述两条轮腿Ⅰ31位于同一直线上，在正常行驶时，其中一条轮腿Ⅰ31相对于另一条轮腿Ⅰ31，更靠近爬楼机器人的前进方向。
所述第一轮腿组相对于第二轮腿组，更靠近爬楼机器人的前进方向。
所述第二轮腿组包括四条轮腿Ⅱ32。所述轮腿Ⅱ32包括伸缩腿Ⅱ321和驱动轮322。所述伸缩腿Ⅱ321的上端固定在所述第二车架22矩形框上，下端与所述驱动轮322连接。所述四条轮腿Ⅱ32呈矩形分布在所述第二车架22矩形框X向上，在正常行驶时，其中两条轮腿Ⅱ32相对于另外两条轮腿Ⅱ32，更靠近爬楼机器人的前进方向。
所述控制系统包括供电电源、硬件电路、驱动电机、编码器、单片机、PC机、手机APP、4G通信模块、超声波距离传感器、激光雷达4和摄像头5。
所述供电电源与单片机电连接。在本实施例中，单片机型号为STM32单片机，该单片机系统电路板上连接有北斗定位模块和指南针模块。所述北斗定位模块定位机器人的位置坐标。所述指南针模块反馈机器人的行进方向。所述STM32单片机安装于所述壳体1的空腔内。所述STM32单片机接受来自于超声波距离传感器、编码器的信号并处理信号，根据处理结果产生控制命令到硬件电路进而控制驱动电机和轮腿机构的伸缩腿。
所述PC机通过4G通信模块实现远程接受手机APP的控制命令，即手机APP可以通过选择运动控制或模式控制来发送控制命令。所述的PC机通过USB实现与STM32单片机的串口通信；所述PC机安装于所述壳体1的空腔内；所述的PC机接收激光雷达4的数据并通过避障算法处理，发出控制信号到单片机并控制电机驱动机器人实现避障；所述的PC机接收摄像头5的数据并通过跟踪算法处理，发出控制信号到单片机并控制电机驱动机器人实现对人的实时跟踪。
所述驱动电机安装在所述驱动轮322的内部，驱动驱动轮322转动。所述驱动电机安装有编码器以检测电机转速。所述驱动电机与所述硬件电路连接。
所述超声波距离传感器安装在所述驱动轮322和所述的万向轮312上。所述超声波距离传感器包括水平方向的超声波模块和垂直方向的超声波模块。所述水平方向的超声波模块测量距离楼梯台阶的水平距离。所述垂直方向的超声波模块测量楼梯台阶的高度并判断机器人轮腿的伸缩状态。超声波距离传感器把所测的距离信息反馈给STM32单片机。
所述激光雷达4安装于所述壳体1的顶面，将扫描到的信息反馈给STM32单片机。
所述摄像头5安装于所述壳体1的前侧面，将获取的图像数据发送给STM32单片机。
所述壳体1为塑壳。所述车架2的材料为铝合金。
所述伸缩腿Ⅰ311和伸缩腿Ⅱ321的传动形式为电动传动。
实施例2：
本实施例主要结构同实施例1，参考图片15至16，对一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人的爬楼流程做进一步说明，包括如下：
1)STM32单片机通过发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制驱动电机驱动机器人向前行进，当超声波距离传感器水平方向的超声波模块检测到台阶时，把检测到的信息反馈给STM32单片机，STM32单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制更靠近机器人前进方向的一条轮腿Ⅰ31的伸缩腿Ⅰ311收缩，使该轮腿Ⅰ31抬起，机器人继续前进。
2)当超声波距离传感器垂直方向的超声波模块检测到更靠近机器人前进方向的一条轮腿Ⅰ31搭台成功时，把检测到的信息反馈给STM32单片机，STM32单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿Ⅰ31的伸缩腿Ⅰ311收缩，使该轮腿Ⅰ31抬起，机器人继续前进。
3)当超声波距离传感器垂直方向的超声波模块检测到另一条轮腿Ⅰ31搭台成功时，把检测到的信息反馈给STM32单片机，STM32单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路分别控制另一条轮腿Ⅰ31的伸缩腿Ⅰ311和两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ32的伸缩腿Ⅱ321伸长，使壳体1和车架机构2上升，机器人继续前进。
4)当超声波距离传感器垂直方向的超声波模块检测到更靠近机器人前进方向的一条轮腿Ⅰ31搭台成功时，把检测到的信息反馈给STM32单片机，STM32单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿Ⅰ31的伸缩腿Ⅰ311收缩，使该轮腿Ⅰ31缩短，机器人继续前进。
5)当超声波距离传感器垂直方向的超声波模块检测到两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)搭台成功时，把检测到的信息反馈给STM32单片机，STM32单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路分别控制另一条轮腿Ⅰ31的伸缩腿Ⅰ311和两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ32的伸缩腿Ⅱ321伸长，使壳体1和车架机构2上升，机器人继续前进。
6)当超声波距离传感器垂直方向的超声波模块检测到更靠近机器人前进方向的一条轮腿I31和两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ32搭台成功时，把检测到的信息反馈给STM32单片机，STM32单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路分别控制另一条轮腿Ⅰ31的伸缩腿Ⅰ311和两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ32的伸缩腿Ⅱ321收缩，使该轮腿Ⅰ31和轮腿Ⅱ32缩短，机器人继续前进直到通过超声波距离传感器垂直方向的超声波模块检测到该轮腿Ⅰ31和轮腿Ⅱ32搭台成功，机器人继续前进。
7)重复5)、6)两个步骤即可实现长楼梯的攀爬直到当超声波距离传感器检测到另一条轮腿I31和更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ32搭台成功时，把检测到的信息反馈给STM32单片机，STM32单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿I31的伸缩腿I311、两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ32伸缩腿I321以及更靠近机器人前进方向的轮腿I31的伸缩腿I311伸长，机器人继续前进。
8)当超声波距离传感器检测到两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ搭台成功时，把检测到的信息反馈给STM32单片机，STM32单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ32的伸缩腿Ⅱ321缩短，机器人继续前进。
9)当超声波距离传感器检测到两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ搭台成功时，把检测到的信息反馈给STM32单片机，STM32单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ32的伸缩腿Ⅱ321缩短，机器人继续前进。
10)当超声波距离传感器检测到两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ搭台成功时，机器人完成了一个完整的爬楼过程。
实施例3：
本实施例主要结构同实施例1，参考图片16，对一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人的图像识别跟踪流程做进一步说明，包括如下：
1)机器人通过摄像头5获取所要跟踪人的图像，把获取的图像传至PC机。
2)PC机实时分析摄像头5传回的图像，判断跟踪对象在画面中的位置，并判断跟踪对象相对于机器人自身的位置。
3)PC机根据位置信息通过USB串口发送控制命令给STM32单片机，STM32单片机处理命令并控制硬件电路，通过控制两个驱动电机实现差速转向。
4)机器人通过激光雷达4实时测量和跟踪对象之间的距离，把距离信息反馈给PC机，PC机分析后将距离信息发送给STM32单片机，STM32单片机再发送控制信号到硬件电路，通过硬件电路控制驱动电机转动，从而控制机器人的前进速度，保证机器人紧跟跟踪对象。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例1，参考图片16，对一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人的自动避障流程做进一步说明，包括如下：
1)通过激光雷达4扫描出障碍物和机器人之间的距离，并将机器人周围障碍物的距离信息反馈给PC机。
2)通过道路最大概率估计算法，寻找出无障碍道路存在的最大概率的方向，并实时规划出机器人前进的方向通过USB串口通信发送方向角度数据到STM32单片机。
3)STM32单片机处理角度数据后发送控制信号给硬件电路，通过硬件电路控制驱动电机转动，带动万向轮转向，实现绕行。
Claims (6)
1.一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人，其特征在于：包括壳体(1)、车架机构(2)、轮腿机构(3)和控制系统；
所述壳体(1)具有中空的内腔，并设置载物平台；所述壳体(1)空腔内安装有车架机构(2)；
所述车架机构(2)包括所述第一车架(21)和第二车架(22)；
所述第二车架(22)是一个矩形框；所述矩形框的长度方向记为X向，宽度方向记为Y向；X向是爬楼机器人的前进或后退的方向；
所述第一车架(21)包括被支撑在第二车架(22)上方的横梁(211)和纵梁(212)；所述横梁(211)与纵梁(212)呈T形连接；所述横梁(211)平行于Y向，纵梁(212)平行于X向；在正常行驶时，纵梁(212)相对于横梁(211)，更靠近爬楼机器人的前进方向；
所述轮腿机构(3)包括第一轮腿组和第二轮腿组；
所述第一轮腿组包括两条轮腿Ⅰ(31)；所述轮腿I(31)包括伸缩腿Ⅰ(311)和万向轮(312)；所述伸缩腿Ⅰ(311)的上端固定在所述纵梁(212)上，下端与所述万向轮(312)连接；所述两条轮腿I(31)位于同一直线上，在正常行驶时，其中一条轮腿Ⅰ(31)相对于另一条轮腿Ⅰ(31)，更靠近爬楼机器人的前进方向；
所述第一轮腿组相对于第二轮腿组，更靠近爬楼机器人的前进方向；
所述第二轮腿组包括四条轮腿Ⅱ(32)；所述轮腿Ⅱ(32)包括伸缩腿Ⅱ(321)和驱动轮(322)；所述伸缩腿Ⅱ(321)的上端固定在所述第二车架(22)矩形框上，下端与所述驱动轮(322)连接；所述四条轮腿Ⅱ(32)呈矩形分布在所述第二车架(22)矩形框X向上，在正常行驶时，其中两条轮腿Ⅱ(32)相对于另外两条轮腿Ⅱ(32)，更靠近爬楼机器人的前进方向。
所述控制系统包括供电电源、硬件电路、驱动电机、编码器、单片机、PC机、手机APP、4G通信模块、超声波距离传感器、激光雷达(4)和摄像头(5)；
所述供电电源与单片机电连接；所述单片机具有北斗定位模块和指南针模块；所述北斗定位模块定位机器人的位置坐标；所述指南针模块反馈机器人的行进方向；所述单片机安装于所述壳体(1) 的空腔内；所述单片机接受来自于超声波距离传感器、编码器的信号并处理信号，根据处理结果产生控制命令到硬件电路进而控制驱动电机和轮腿机构(3)的伸缩腿；
所述PC机通过4G通信模块实现远程接受手机APP的控制命令；所述的PC机通过USB实现与单片机的串口通信；所述PC机安装于所述壳体(1)的空腔内；所述的PC机接收激光雷达(4)的数据并通过避障算法处理，发出控制信号到单片机并控制电机驱动机器人实现避障；所述的PC机接收摄像头(5)的数据并通过跟踪算法处理，发出控制信号到单片机并控制电机驱动机器人实现对人的实时跟踪。
所述驱动电机安装在所述驱动轮(322)的内部，驱动驱动轮(322)转动；所述驱动电机安装有编码器以检测电机转速；所述驱动电机与所述硬件电路连接；
所述超声波距离传感器安装在所述驱动轮(322)和所述的万向轮(312)上；所述超声波距离传感器包括水平方向的超声波模块和垂直方向的超声波模块；所述水平方向的超声波模块测量距离楼梯台阶的水平距离；所述垂直方向的超声波模块测量楼梯台阶的高度并判断机器人轮腿的伸缩状态；
所述激光雷达(4)安装于所述壳体(1)的顶面；
所述摄像头(5)安装于所述壳体(1)的前侧面。
2.根据权利要求2所述的一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人，其特征在于：所述壳体(1)为塑壳；所述车架(2)的材料为铝合金。
3.根据权利要求1所述的一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人，其特征在于：所述伸缩腿I(311)和伸缩腿Ⅱ(321)的传动形式为电动传动。
4.根据权利要求1所述的一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人，其特征在于，机器人实现爬楼包括如下步骤：
1)单片机通过发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制驱动电机驱动机器人向前行进，当超声波距离传感器检测到台阶时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制更靠近机器人前进方向的一条轮腿Ⅰ(31)抬起，机器人继续前进；
2)当超声波距离传感器检测到更靠近机器人前进方向的一条轮腿Ⅰ(31)搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿I(31)抬起，机器人继续前进；
3)当超声波距离传感器检测到另一条轮腿Ⅰ(31)搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿Ⅰ(31)和两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)伸长，使壳体(1)和车架机构(2)上升，机器人继续前进；
4)当超声波距离传感器检测到更靠近机器人前进方向的一条轮腿I(31)搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿Ⅰ(31)缩短，机器人继续前进；
5)当超声波距离传感器检测到两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿Ⅰ(31)和两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)伸长，使壳体(1)和车架机构(2)上升，机器人继续前进；
6)当超声波距离传感器检测到更靠近机器人前进方向的一条轮腿Ⅰ(31)和两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿Ⅰ(31)和两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)缩短，机器人继续前进直到通过超声波距离传感器检测到另一条轮腿Ⅰ(31)和两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)搭台成功，机器人继续前进；
7)重复5)、6)两个步骤即可实现长楼梯的攀爬直到当超声波距离传感器检测到另一条轮腿I(31)和更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制另一条轮腿Ⅰ(31)、两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)以及更靠近机器人前进方向的轮腿(31)伸长，机器人继续前进；
8)当超声波距离传感器检测到两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)缩短，机器人继续前进；
9)当超声波距离传感器检测到两条更靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)搭台成功时，把检测到的信息反馈给单片机，单片机发送信号给硬件电路，通过硬件电路控制两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)缩短，机器人继续前进；
10)当超声波距离传感器检测到两条最不靠近机器人前进方向的轮腿Ⅱ(32)搭台成功时，机器人完成了一个完整的爬楼过程。
5.根据权利要求1所述的一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人，其特征在于，机器人实现图像识别跟踪包括如下步骤：
1)机器人通过摄像头(5)获取所要跟踪人的图像，把获取的图像传至PC机；
2)PC机实时分析摄像头(5)传回的图像，判断跟踪对象在画面中的位置，并判断跟踪对象相对于机器人自身的位置；
3)PC机根据位置信息通过USB串口发送控制命令给单片机，单片机处理命令并控制硬件电路，通过控制两个驱动电机实现差速转向；
4)机器人通过激光雷达(4)实时测量和跟踪对象之间的距离，把距离信息反馈给PC机，PC机分析后将距离信息发送给单片机，单片机再发送控制信号到硬件电路，通过硬件电路控制驱动电机转动，从而控制机器人的前进速度，保证机器人紧跟跟踪对象。
6.根据权利要求1所述的一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人，其特征在于，机器人实现自动避障包括如下步骤：
1)通过激光雷达(4)扫描出障碍物和机器人之间的距离，并将机器人周围障碍物的距离信息反馈给PC机；
2)通过道路最大概率估计算法，寻找出无障碍道路存在的最大概率的方向，并实时规划出机器人前进的方向通过USB串口通信发送方向角度数据到单片机；
3)单片机处理角度数据后发送控制信号给硬件电路，通过硬件电路控制驱动电机转动，带动万向轮转向，实现绕行。
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