CN109572840B - 一种移动机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动机器人及其控制方法，属于机器人技术领域。在地形平缓或需下坡的地区时，控制每个移动组件中的n个摆动杆电机转动，直到与每个摆动杆电机相连的n个摆动杆之间的夹角均相等，控制滚动电机转动，使移动组件中的n个滚动弧形件均首尾相连，n个滚动弧形件构成一个圆周，在重力作用下机器人主体随滚动弧形件构成的圆周一同移动。而在地形较为不平缓或者有障碍物的地区，控制一个滚动弧形件没与地面接触的摆动杆电机的输出轴伸出，摆动杆转动及其上的滚动弧形件转动直至滚动弧形件接地，进而控制摆动杆与滚动弧形件转动直至摆动杆回到原始位置，实现移动机器人的移动，该移动机器人能够适用多种不同地形的探测。

Description

一种移动机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种移动机器人及其控制方法。

背景技术

随着人类科技文明的发展，各应用领域对机器人的需求日益增加，而能够进入人类难以进入的地域进行独立探测的移动机器人得到了广泛的开发与应用。其中，移动机器人至少包括机器人主体与设置在机器人主体上的滚动结构，滚动结构可实现机器人主体实现移动机器人在地面上的移动，滚动结构多为滚轮等结构。

但移动机器人仅适用于地形较为平缓的地区，对于地形稍加复杂或者有障碍物的地区，滚轮等结构很难实现在地形较为复杂的地区上的行走或者越过障碍物进行探测，该移动机器人对不同地区的适用性较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种移动机器人及其控制方法，能够提高移动机器人对不同地区的适用性。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种移动机器人，所述移动机器人包括：机器人主体与两个移动组件，所述两个移动组件平行相对设置在所述机器人主体上，

每个所述移动组件均包括n个摆动杆及与所述n个摆动杆一一对应的n个滚动弧形件，其中n为整数且n大于等于3，

所述机器人主体上设置有与所述n个摆动杆一一对应的n个摆动杆电机，所述n个摆动杆电机等间距分布在所述机器人主体上的同一圆周上，所述摆动杆的一端固定在所述摆动杆电机的输出轴上，所述摆动杆电机的输出轴为可伸缩输出轴，

每个所述摆动杆的另一端均设置有滚动电机，所述滚动电机的转动轴平行所述摆动杆电机的输出轴，所述滚动电机的转动轴与所述滚动弧形件的一端连接，每个所述滚动弧形件的弧长为所述滚动弧形件所对应的圆的周长的1/n，

所述机器人主体在垂直所述转动轴的平面上的投影上的任意两点之间的距离均小于所述滚动弧形件所对应的直径。

可选地，n为3。

可选地，所述摆动杆的长度方向垂直所述摆动杆电机的输出轴。

可选地，所述机器人主体包括控制盒与两个连接盘，所述两个连接盘平行相对固定在所述控制盒上，每个所述连接盘远离所述控制盒的一个表面上均设置有一个所述移动组件，所述n个摆动杆电机设置在所述连接盘远离所述控制盒的一个表面上。

可选地，所述控制盒上设置有与所述两个连接盘一一对应的凹槽，所述连接盘过盈配合设置在所述凹槽内。

可选地，所述凹槽上设置有限位边，所述连接盘上设置有与所述限位边配合的限位面，所述限位面平行所述连接盘的轴向。

可选地，所述控制盒至少包括电源模块与控制模块，所述电源模块用于为所述移动机器人提供移动的动力，所述控制模块用于控制所述移动机器人进行探测与移动。

可选地，所述控制盒包括壳体，所述电源模块与所述控制模块均设置在所述壳体内。

可选地，所述滚动弧形件为滚动弧形片。

本发明实施例提供了一种移动机器人的控制方法，所述控制方法包括：

提供如前所述的移动机器人；

控制所述n个摆动杆电机的输出轴转动，使所述n个摆动杆之间的夹角相等；

对所述移动机器人施加外力推动其行走或控制所述两个移动组件的同步工作来实现所述移动机器人的行走。

其中，控制所述两个移动组件的同步工作来实现所述移动机器人的行走包括：

控制所述移动组件中的一个摆动杆电机伸出输出轴，所述摆动杆电机上的滚动弧形件未与地面接触；

控制所述摆动杆电机上的输出轴转动，使所述摆动杆电机上的摆动杆朝向所述滚动弧形件的另一端转动，控制滚动电机的转动轴转动沿所述输出轴转动方向的反方向转动，直至所述滚动弧形件与地面相抵，所述输出轴的转动方向为初始转动方向；

控制所述摆动杆电机的输出轴与所述摆动杆上的滚动电机的转动轴转动，所述输出轴的转动方向、所述转动轴的转动方向均与所述初始转动方向相反，直至所述摆动杆回到原始位置；

控制所述摆动杆电机的输出轴回缩；

控制所述一个摆动杆电机的下一个摆动杆电机重复以上步骤，实现所述移动机器人的移动与行走。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在地形较为平缓或者需要进行下坡移动的地区时，可控制每个移动组件中的n个摆动杆电机转动，直到与每个摆动杆电机相连的n个摆动杆之间的夹角均相等，此时控制滚动电机转动，使移动组件中的n个滚动弧形件均首尾相连，n个滚动弧形件构成一个圆周，由于机器人主体在垂直转动轴的平面上的投影上的任意两点之间的距离均小于滚动弧形件所对应的直径，因此机器人主体在n个滚动弧形件构成的圆周内，在重力作用下机器人主体随滚动弧形件构成的圆周一同移动。而在地形较为不平缓或者有障碍物的地区，可控制两个移动组件同步工作，控制一个滚动弧形件没与地面接触的摆动杆电机的输出轴伸出，通过摆动杆电机的输出轴转动(例如逆时针)控制摆动杆电机上的摆动杆朝滚动弧形件的另一端转动，滚动电机的转动轴转动沿输出轴转动方向的反方向转动，在滚动弧形件接触到地面后，使输出轴、转动轴向初始方向相反方向(例如顺时针)转动，该滚动弧形件在转动时与地面之间的作用力会推动移动机器人前进，直至摆动杆回到原始位置，在不平缓地区也可进行移动与探测，可提高移动机器人对不同地区的适用性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种移动机器人的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的机器人主体的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的连接盘的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的摆动杆电机与连接盘的装配示意图；

图5是本发明实施例提供的摆动杆的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的摆动杆与摆动杆电机的装配示意图；

图7是本发明实施例提供的滚动弧形件的结构示意图；

图8是本发明实施例提供了一种移动机器人的控制方法流程图；

图9～图11是本发明实施例提供的另一种移动机器人的移动过程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种移动机器人的结构示意图，如图1所示，该移动机器人包括：机器人主体1与两组移动组件2，两组移动组件2平行相对设置在机器人主体1上。

每个移动组件2均包括n个摆动杆21及与n个摆动杆21一一对应的n个滚动弧形件22，其中n为整数且n大于等于3。

机器人主体1上设置有与n个摆动杆21一一对应的n个摆动杆电机23，n个摆动杆电机23等间距分布在机器人主体1上的同一圆周上，摆动杆21的一端固定在摆动杆电机23的输出轴231上，摆动杆电机23的输出轴231为可伸缩输出轴231。

每个摆动杆21的另一端均设置有滚动电机24，滚动电机24的转动轴241平行摆动杆电机23的输出轴231，滚动电机24的转动轴241与滚动弧形件22的一端连接，每个滚动弧形件22的弧长为滚动弧形件22所对应的圆的周长的1/n。

机器人主体1在垂直转动轴241的平面上的投影上的任意两点之间的距离均小于滚动弧形件22所对应的直径。

在地形较为平缓或者需要进行下坡移动的地区时，可控制每个移动组件2中的n个摆动杆电机23转动，直到与每个摆动杆电机23相连的n个摆动杆21之间的夹角均相等，此时控制滚动电机24转动，使移动组件2中的n个滚动弧形件22均首尾相连，n个滚动弧形件22构成一个圆周，由于机器人主体1在滚动弧形件22所对应的圆周所在平面上的投影上的任意两点之间的距离均小于滚动弧形件22所对应的直径，因此机器人主体1在n个滚动弧形件22构成的圆周内，在重力作用下机器人主体1随滚动弧形件22构成的圆周一同移动。而在地形较为不平缓或者有障碍物的地区，可控制两个移动组件2同步工作，控制一个滚动弧形件22没与地面接触的摆动杆电机23的输出轴231伸出，通过摆动杆电机23的输出轴231转动(例如逆时针)控制摆动杆电机23上的摆动杆21朝滚动弧形件22的另一端转动，控制滚动电机24的转动轴241转动沿输出轴231转动方向的反方向转动，在滚动弧形件22接触到地面后，使输出轴231、转动轴241向初始方向相反方向(例如顺时针)转动，该滚动弧形件22在转动时与地面之间的作用力会推动移动机器人前进，直至摆动杆21回到原始位置，在不平缓地区也可进行移动与探测，可提高移动机器人对不同地区的适用性。

且在需要该移动机器人紧急停止时，可控制滚动电机24转动，使与该滚动电机24连接的滚动弧形件22摆动，滚动弧形件22远离滚动电机24的一端抵触在地面上以使该移动机器人强制停止移动，制动性较好。

示例性地，n可为3。两组移动组件22中的摆动杆21及滚动弧形件22的数量均为3时，可保证机器人主体11在滚动时可得到摆动杆21与滚动弧形件22的良好支撑，也不需要增加过多的制作成本，有利于减小移动机器人的制作成本。

图2是本发明实施例提供的机器人主体的结构示意图，结合图1与图2，机器人主体1可包括控制盒11与两个连接盘12，两个连接盘12平行相对固定在控制盒11上，每个连接盘12远离控制盒11的一个表面上均设置有一个移动组件2，n个摆动杆电机23设置在连接盘12远离控制盒11的一个表面上。将机器人主体1设置为包括控制盒11与两个连接盘12，并使每个移动组件2设置在一个连接盘12上，可便于该移动机器人的拆装，并且在移动组件2出现问题时，也可直接通过拆卸连接盘12对移动组件2进行维修，方便移动机器人整体的维修。

如图2所示，控制盒11上设置有与两个连接盘12一一对应的凹槽13，连接盘12过盈配合设置在凹槽13内。将连接盘12设置在凹槽13内，可实现连接盘12在机器人主体1上的快速安装与定位，便于移动机器人的拆装的同时也可减小移动机器人整体需要占用的空间。

其中，连接盘12与凹槽13可通过过盈配合实现二者的连接固定。

如图2所示，控制盒11上设置有连接轴111，该移动机器人还可通过连接轴111集成在其他结构上，可进一步提高该移动机器人的通用性。

图3是本发明实施例提供的连接盘的结构示意图，结合图1～图3，凹槽13上可设置有限位边13a，连接盘12上设置有与限位边13a配合的限位面12a，限位面12a平行连接盘12的轴向。限位边13a与限位面12a的配合可将连接盘12在凹槽13内的位置进行限定，避免在转动轴241静止的时候，连接盘12在凹槽13内发生转动，影响移动机器人的正常工作。

结合图1～图3，连接轴111可设置在凹槽13内，连接轴111插设在连接盘12内，连接盘12上设置有对应连接轴111的通孔12b，这种设置可减小机器人整体需要占用的空间。需要说明的是，连接轴111的驱动部分集成在机器人主体1上。

其中，连接轴111与通孔12b上可设置类似与连接盘12与凹槽13上对应的限位边13a与限位面12a，以对连接轴111与连接盘12之间的位置关系进一步限定，避免连接盘12在凹槽13内的转动。

可选地，控制盒11可至少包括电源模块(图中未示出)与控制模块(图中未示出)，电源模块用于为移动机器人提供移动的动力，控制模块用于控制移动机器人进行探测与移动。采用这种结构可以较为简单的结构满足轮组机器人移动与探测的要求。

且移动机器人的控制模块可至少包括数据采集单元与处理单元，处理单元可对数据采集单元中的数据进行整理，也可实现对滚动电机24、摆动杆电机23及滚动电机24的控制。

如图2所示，控制盒11可包括壳体，电源模块与控制模块均可设置在壳体内。壳体的设置可对电源模块与控制模块进行保护，避免电源模块与控制模块受到干扰，保证移动机器人的正常工作。

可选地，壳体可设置为箱体结构，便于壳体的制作。在本发明的其他实施例中，壳体也可根据实际需要制作为圆柱形结构或者其他结构，本发明对此不做限制。

如图3所示，连接盘12的周向上设置有n个等间距分布的电机孔12c，n个摆动杆电机23的电机座可设置在电机孔12c内，便于移动机器人整体的拆装。

图4是本发明实施例提供的摆动杆电机与连接盘的装配示意图，图5是本发明实施例提供的摆动杆的结构示意图，结合图4与图5，摆动杆电机23的输出轴231可为长方体，摆动杆21的一端可设置有长方形的安装槽21a，输出轴231与安装槽21a之间的配合为过盈配合。这种设置可在满足摆动杆电机23与摆动杆21之间的有效率连接的同时，也可同时避免摆动杆21在摆动杆电机23没有转动的情况下的转动，可保证移动机器人的正常工作。

图6是本发明实施例提供的摆动杆与摆动杆电机的装配示意图，如图6所示，摆动杆21的长度方向可垂直摆动杆电机23的输出轴231。这种设置有利于摆动杆电机23与摆动杆21之间的力的传递，保证移动机器人整体的正常工作。

图7是本发明实施例提供的滚动弧形件的结构示意图，结合图1与图7，滚动弧形件22的一端设置有圆形孔222，该圆形孔222与滚动电机24的转动轴241之间为过盈配合，以实现滚动弧形件22与滚动电机24的良好连接。

如图7所示，滚动弧形件22为滚动弧形片。片状结构可在较好地实现移动机器人的滚动功能的同时减少移动机器人需要的制作成本。

图8是本发明实施例提供了一种移动机器人的控制方法流程图，如图8所示，该控制方法包括：

S1：提供如前所述的移动机器人。

S2：控制n个摆动杆电机的输出轴转动，使n个摆动杆之间的夹角相等。

S3：对移动机器人施加外力推动其行走或控制两个移动组件的同步工作来实现移动机器人的行走。

其中，控制两个移动组件的同步工作来实现移动机器人的行走包括：

控制移动组件中的其中一个摆动杆电机伸出输出轴；

所述摆动杆电机的输出轴伸出后，控制所述摆动杆电机的输出轴向同一方向转动，控制与所述摆动杆电机间接相连的滚动电机的转动轴朝向与所述输出轴相反的方向转动，使所述摆动杆转动一定角度直至其回到原始位置；

控制摆动杆电机的输出轴回缩；

控制其中一个摆动杆电机的下一个摆动杆电机重复以上步骤，实现移动机器人的移动与行走。

在地形较为平缓或者需要进行下坡移动的地区时，可控制每个移动组件中的n个摆动杆电机转动，直到与每个摆动杆电机相连的n个摆动杆之间的夹角均相等，此时控制滚动电机转动，使移动组件中的n个滚动弧形件均首尾相连，n个滚动弧形件构成一个圆周，由于机器人主体在滚动弧形件所对应的圆周所在平面上的投影上的任意两点之间的距离均小于滚动弧形件所对应的直径，因此机器人主体在n个滚动弧形件构成的圆周内，在重力作用下机器人主体随滚动弧形件构成的圆周一同移动。而在地形较为不平缓或者有障碍物的地区，可控制两个移动组件同步工作，控制一个滚动弧形件没与地面接触的摆动杆电机的输出轴伸出，通过摆动杆电机的输出轴转动(例如逆时针)控制摆动杆电机上的摆动杆朝滚动弧形件的另一端转动，滚动电机的转动轴转动沿所述输出轴转动方向的反方向转动，在滚动弧形件接触到地面后，使输出轴、转动轴向初始方向相反方向(例如顺时针)转动，该滚动弧形件在转动时与地面之间的作用力会推动移动机器人前进，直至摆动杆回到原始位置，在不平缓地区也可进行移动与探测，可提高移动机器人对不同地区的适用性。

此处需要说明的是，原始位置为该摆动杆与其他摆动杆之间的夹角均相等的位置。

为便于理解本发明，此处提供图9～图11，图9中另一种移动机器人处于第一状态，如图9所示，各滚动弧形件22之间首尾相连，各摆动杆21之间夹角θ相等，图9中的X方向为移动机器人的移动方向，控制图9中的摆动杆电机(图中未示出)处于伸出状态，使该摆动杆电机上的摆动杆21逆时针转动，未接地的一个滚动弧形件22顺时针转动直至滚动弧形件22接地，状态变换为图10中的第二状态，滚动弧形件22接地，控制摆动杆电机上的摆动杆21以及滚动弧形件22顺时针转动，滚动弧形件22与地面相互作用将移动机器人推动向X方向移动，状态变化为图11中的状态，移动机器人已在X方向上移动一段距离。重复图9～图11中的过程可实现移动机器人在X方向上的持续移动。

图9～图11中的另一种移动机器人仅用于说明本发明中移动机器人的移动过程，其结构对本发明不构成限制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种移动机器人的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

提供一种移动机器人，所述移动机器人包括：机器人主体与两个移动组件，所述两个移动组件平行相对设置在所述机器人主体上，

每个所述移动组件均包括n个摆动杆及与所述n个摆动杆一一对应的n个滚动弧形件，其中n为整数且n大于等于3，

所述机器人主体上设置有与所述n个摆动杆一一对应的n个摆动杆电机，所述n个摆动杆电机等间距分布在所述机器人主体上的同一圆周上，所述摆动杆的一端固定在所述摆动杆电机的输出轴上，所述摆动杆电机的输出轴为可伸缩输出轴，

每个所述摆动杆的另一端均设置有滚动电机，所述滚动电机的转动轴平行所述摆动杆电机的输出轴，所述滚动电机的转动轴与所述滚动弧形件的一端连接，每个所述滚动弧形件的弧长为所述滚动弧形件所对应的圆的周长的1/n，

所述机器人主体在垂直所述转动轴的平面上的投影上的任意两点之间的距离均小于所述滚动弧形件所对应的直径；

控制所述移动机器人中的n个摆动杆电机的输出轴转动，使所述n个摆动杆之间的夹角相等；

对所述移动机器人施加外力推动其行走或控制所述两个移动组件的同步工作来实现所述移动机器人的行走，

其中，控制所述两个移动组件的同步工作来实现所述移动机器人的行走包括：

控制所述移动组件中的一个摆动杆电机伸出输出轴，所述摆动杆电机上的滚动弧形件未与地面接触；

控制所述摆动杆电机上的输出轴转动，使所述摆动杆电机上的摆动杆朝向所述滚动弧形件的另一端转动，控制滚动电机的转动轴转动沿所述输出轴转动方向的反方向转动，直至所述滚动弧形件与地面相抵，所述输出轴的转动方向为初始转动方向；

控制所述摆动杆电机的输出轴与所述摆动杆上的滚动电机的转动轴转动，所述输出轴的转动方向、所述转动轴的转动方向均与所述初始转动方向相反，直至所述摆动杆回到原始位置；

控制所述摆动杆电机的输出轴回缩；

控制所述一个摆动杆电机的下一个摆动杆电机重复以上步骤，实现所述移动机器人的移动与行走。

2.一种移动机器人，其特征在于，所述移动机器人用于实现如权利要求1所述的移动机器人的控制方法，所述移动机器人包括：机器人主体(1)与两个移动组件(2)，所述两个移动组件(2)平行相对设置在所述机器人主体(1)上，

每个所述移动组件(2)均包括n个摆动杆(21)及与所述n个摆动杆(21)一一对应的n个滚动弧形件(22)，其中n为整数且n大于等于3，

所述机器人主体(1)上设置有与所述n个摆动杆(21)一一对应的n个摆动杆电机(23)，所述n个摆动杆电机(23)等间距分布在所述机器人主体(1)上的同一圆周上，所述摆动杆(21)的一端固定在所述摆动杆电机(23)的输出轴(231)上，所述摆动杆电机(23)的输出轴(231)为可伸缩输出轴，

每个所述摆动杆(21)的另一端均设置有滚动电机(24)，所述滚动电机(24)的转动轴(241)平行所述摆动杆电机(23)的输出轴(231)，所述滚动电机(24)的转动轴(241)与所述滚动弧形件(22)的一端连接，每个所述滚动弧形件(22)的弧长为所述滚动弧形件(22)所对应的圆的周长的1/n，

所述机器人主体(1)在垂直所述转动轴(241)的平面上的投影上的任意两点之间的距离均小于所述滚动弧形件(22)所对应的直径。

3.根据权利要求2所述的移动机器人，其特征在于，n为3。

4.根据权利要求2所述的移动机器人，其特征在于，所述摆动杆(21)的长度方向垂直所述摆动杆电机(23)的输出轴(231)。

5.根据权利要求2所述的移动机器人，其特征在于，所述机器人主体(1)包括控制盒(11)与两个连接盘(12)，所述两个连接盘(12)平行相对固定在所述控制盒(11)上，每个所述连接盘(12)远离所述控制盒(11)的一个表面上均设置有一个所述移动组件(2)，所述n个摆动杆电机(23)设置在所述连接盘(12)远离所述控制盒(11)的一个表面上。

6.根据权利要求5所述的移动机器人，其特征在于，所述控制盒(11)上设置有与所述两个连接盘(12)一一对应的凹槽(13)，所述连接盘(12)过盈配合设置在所述凹槽(13)内。

7.根据权利要求6所述的移动机器人，其特征在于，所述凹槽(13)上设置有限位边(13a)，所述连接盘(12)上设置有与所述限位边(13a)配合的限位面(12a)，所述限位面平行所述连接盘(12)的轴向。

8.根据权利要求5～7任一项所述的移动机器人，其特征在于，所述控制盒(11)至少包括电源模块与控制模块，所述电源模块用于为所述移动机器人提供移动的动力，所述控制模块用于控制所述移动机器人进行探测与移动。

9.根据权利要求8所述的移动机器人，其特征在于，所述控制盒(11)包括壳体，所述电源模块与所述控制模块均设置在所述壳体内。

10.根据权利要求5～7任一项所述的移动机器人，其特征在于，所述滚动弧形件(22)为滚动弧形片。

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