CN109625115A - 一种可以运用于山区地形的搬运机器人及控制方法 - Google Patents
一种可以运用于山区地形的搬运机器人及控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可以运用于山区地形的搬运机器人及控制方法，适用于大多数种类山区地形的搬运任务，包括电磁铁吸盘，大体积承货箱，水准管，伸缩千斤顶，核心处理器，上侧向伸缩臂，下侧向伸缩臂，配重箱，金属外壳，伸缩支架，金属足，显示屏，电瓶，太阳能电池板，高清摄像头；所述上侧向伸缩臂，下侧向伸缩臂与金属外壳刚接；所述电磁铁吸盘与金属外壳通过伸缩千斤顶刚接；所述伸缩支架与金属外壳和金属足铰接；所述太阳能电池板与电瓶通过导线相连。
Description
技术领域
本发明属于机械工程和人工智能领域，具体地说是涉及一种可以运用于山区地形的搬运机器人。
背景技术
目前，在很多领域已经存在着很多种搬运机器人，如自动化车床AGV上的搬运机器人，流水线作业上的搬运机器人，家用小型搬运机器人等。但是，在山区的特殊地形条件下，对搬运机器人的要求较高，传统的固定式搬运机器人不能适用，家用的小型搬运机器人的主要移动方式为轮子也无法适应山地碎石遍布的地面。然而，山区地形急需搬运机器人的出现，在有路的各大名山山顶上的货物仍然要靠人力搬运，而广大未开发山区，尤其是在深山里面进行战备以及水利工程建设时，物资运输难以保证，成为较大的问题。
现在，也有很多人在研究山地运行的搬运机器人，如专利号201410200105.1所述的一种椭圆齿轮传动行走机器人，适应了崎岖不平的山路，但是其仅仅考虑山里修好的砂石路，并没有考虑若是有植被覆盖，乃至峭壁的搬运情况，适用条件比较单一，无法满足各种复杂条件下的山地搬运需求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种可以实现在复杂山地条件下灵活、快速、高效的搬运大体积货物的搬运机器人。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：
一种可以运用于山区地形的搬运机器人，包括电磁铁吸盘、大体积承货箱、水准管、伸缩千斤顶、核心处理器、上侧向伸缩臂、下侧向伸缩臂、配重箱、金属外壳、伸缩支架、金属足、显示屏、电瓶、太阳能电池板和高清摄像头；所述上侧向伸缩臂，下侧向伸缩臂与金属外壳刚接；所述电磁铁吸盘与金属外壳通过伸缩千斤顶刚接；所述伸缩支架与金属外壳和金属足铰接；所述太阳能电池板与电瓶通过导线相连。所述电磁铁吸盘功率可根据路面崎岖程度调节，并且高度可调节。所述伸缩千斤顶共有八个，呈正八边形分布，能调节15°倾角内的偏差。
进一步改进，所述水准管共有四个，分布在电磁铁吸盘的四边，实时监测承货箱的水平偏角。
进一步改进，所述上下侧向伸缩臂各有两个，且上面存在一个金属铰，以改变方向；伸缩臂采用低密度、高强度材料，头部的金属手采用高刚度、高硬度材料，上面安装一个钻头。
进一步改进，所述伸缩支架有两个，可伸缩±2米。
进一步改进，所述金属足上窄下宽，底部存在若干微小吸盘。
进一步改进，所述高清晰摄像头，视野可达150米，视野范围±120°。
进一步改进，所述太阳能电池板为弱光激发型。
进一步改进，所述整个机器人各部分之间均有减震结构。
基于上述搬运机器人完成一次搬运过程的控制方法，包括以下几个步骤：
S1、将待运输的货物装入承货箱，将承货箱放在机器人检索范围内，开启机器人，在显示器上面选择“货物检索并装载”。
S2、机器人的电磁铁吸盘两侧下降，上侧向伸缩臂根据高清晰摄像头检索的承货箱位置，找到承货箱并伸长抓住承货箱，将其放上电磁铁吸盘，电磁铁吸盘上升，并开始通电。
S3、在各种参数选择好后，使用者须在屏幕上选择好目的地，并选择“开始搬运”，机器人开始按照程序中显示的路径搬运。在行走时，根据可能遇到的情况，分为四种情况：
（1）机器人在正常路面或布满粒径不足10厘米的路面行走时，只需伸缩支架像人的腿部一样，便可实现机器人的行走。
（2）机器人在粒径布满粒径介于10厘米到25厘米的路面行走时，除了像S4中所述方法以外，金属足上面的吸盘伸出，增大与地面的摩擦力，以实现正常的行走。
（3）当机器人倾角大于30°小于55°的斜坡上行走时，下侧向伸缩臂伸出并向下扎入地面以保持整体平衡，并且迅速挖取地面的表层土装入配重箱，以实现正常的行走。
（4）当机器人规划的路径前面有阻挡物时，程序进行运算，若通过少量绕路可以实现通过，即重新规划路径；若仍无法通过，则退出自动搬运模式转为人工操作模式并立即停在原地。
S4、当机器人到达指定目的地时，会立即检测周围环境是否有足够的空间可以容纳所运货物，如果可以，机器人会立即停下并且下测向伸缩臂伸出扎入地面，以保持搬运机器人的稳定；否则，重新规划目的地和路径，并且发送指令给操作者，如果操作者同意，则重复S3所述步骤，否则保持在原地定侯指令。
S5、电磁铁吸盘断电，机器人的电磁铁吸盘两侧下降，上侧向伸缩臂根据高清晰摄像头检索的地面空地位置，将承货箱取出电磁铁吸盘并放在指定地面位置。完成一次货物的搬运。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
第一、本发明使用了障碍躲避优化算法，不像以往的算法，遇到障碍物即停止工作，本发明所属一种搬运机器人在遇到障碍时会进行运算，在内设权限允许的范围内可以进行线路自主规划。
第二、本发明针对不同类型山区地面情况，分别采用不同的应对措施，保证了机器人的普适性。
第三、本发明采用电磁约束技术，侧向电磁铁吸盘对金属承货箱产生四周环向约束力，保持承货箱横向不发生位移；底部电磁铁吸盘对金属承货箱产生吸引力，减少货箱对搬运机器人整体结构的荷载。
第四、本发明针对山区特殊的多雨气候，搬运机器人整体附有一层防水涂层和一层防锈涂层，延长了本发明的使用寿命。
第五、本发明针对山区地面土质松软的情况，在金属足部底部面积较大，减小本发明运行时对地面的压强。
第六、本发明针对山区特殊的起伏地形，采用自动水准校正技术，利用八个千斤顶与电磁铁吸盘相连，利用摄像头实时监控水准管，发现有倾斜发生时，立即调节，直至电磁铁吸盘处于水平状态。
第七、本发明采用自适应配重调节技术，当在一定倾角的坡面行走时，由于搬运了货物的搬运机器人重心偏高，搬运机器人会根据计算算出取土质量，并使用下侧向伸缩臂抓取土体放入配重箱，以保持平衡。
第八、本发明采用整体均匀减震技术，使得搬运机器人在运行过程中受到的冲击荷载尽可能降低。
第九、本发明采用太阳能电池板与大容量蓄电池相结合的方法，可以适应一些偏远山区缺少大型充电设备的地区使用。
第十、本发明可适用于各种常见的山区地形的货物运输。
附图说明
图1是本发明一种运用于山区地形的搬运机器人的剖面图；
图2是本发明一种运用于山区地形的搬运机器人的工作流程图。
其中，1为电磁铁吸盘，2为大体积承货箱，3为水准管，4为伸缩千斤顶，5为上侧向伸缩臂，6为下侧向伸缩臂，7为配重箱，8为金属外壳，9为伸缩支架，10为金属足，11为显示屏，12为电瓶，13为太阳能电池板，14为高清摄像头。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1-2所示，一种可以运用于山区地形的搬运机器人，包括电磁铁吸盘1、大体积承货箱2、水准管3、伸缩千斤顶4、上侧向伸缩臂5、下侧向伸缩臂6、配重箱7、金属外壳8、伸缩支架9、金属足10、显示屏11、电瓶12、太阳能电池板13和高清摄像头14。
一种可以运用于山区地形的搬运机器人，适用于大多数种类山区地形的搬运任务，包括电磁铁吸盘，大体积承货箱，水准管，伸缩千斤顶，核心处理器，上侧向伸缩臂，下侧向伸缩臂，配重箱，金属外壳，伸缩支架，金属足，显示屏，电瓶，太阳能电池板，高清摄像头；所述上侧向伸缩臂，下侧向伸缩臂与金属外壳刚接；所述电磁铁吸盘与金属外壳通过伸缩千斤顶刚接；所述伸缩支架与金属外壳和金属足铰接；所述太阳能电池板与电瓶通过导线相连。
作为本实施例运用于山区地形的搬运机器人技术方案的进一步优选，所述电磁铁吸盘功率可根据路面崎岖程度调节，并且高度可调节。
作为本实施例运用于山区地形的搬运机器人技术方案的进一步优选，所述伸缩千斤顶共有八个，呈正八边形分布，能调节15°倾角内的偏差。
作为本实施例运用于山区地形的搬运机器人技术方案的进一步优选，所述水准管共有四个，分布在电磁铁吸盘的四边，实时监测承货箱的水平偏角。
作为本实施例运用于山区地形的搬运机器人技术方案的进一步优选，所述上下侧向伸缩臂各有两个，且上面存在一个金属铰，以改变方向；伸缩臂采用低密度、高强度材料，头部的金属手采用高刚度、高硬度材料，上面安装一个钻头。
作为本实施例运用于山区地形的搬运机器人技术方案的进一步优选，所述伸缩支架有两个，可伸缩±2米。
作为本实施例运用于山区地形的搬运机器人技术方案的进一步优选，所述金属足上窄下宽，底部存在若干微小吸盘。
作为本实施例运用于山区地形的搬运机器人技术方案的进一步优选，所述高清晰摄像头，视野可达150米，视野范围±120°。
作为本实施例运用于山区地形的搬运机器人技术方案的进一步优选，所述太阳能电池板为弱光激发型。
作为本实施例运用于山区地形的搬运机器人技术方案的进一步优选，所述整个机器人各部分之间均有减震结构。
如图2所示，本发明还公开了一种可以用于山区地形的搬运机器人完成一次搬运过程的控制方法，包括以下几个步骤：
S1、将待运输的货物装入承货箱，将承货箱放在机器人检索范围内，开启机器人，在显示器上面选择“货物检索并装载”。
S2、机器人的电磁铁吸盘两侧下降，上侧向伸缩臂根据高清晰摄像头检索的承货箱位置，找到承货箱并伸长抓住承货箱，将其放上电磁铁吸盘，电磁铁吸盘上升，并开始通电。
S3、在各种参数选择好后，使用者须在屏幕上选择好目的地，并选择“开始搬运”，机器人开始按照程序中显示的路径搬运。在行走时，根据可能遇到的情况，分为四种情况：
（1）机器人在正常路面或布满粒径不足10厘米的路面行走时，只需伸缩支架像人的腿部一样，便可实现机器人的行走。
（2）机器人在粒径布满粒径介于10厘米到25厘米的路面行走时，除了像S4中所述方法以外，金属足上面的吸盘伸出，增大与地面的摩擦力，以实现正常的行走。
（3）当机器人倾角大于30°小于55°的斜坡上行走时，下侧向伸缩臂伸出并向下扎入地面以保持整体平衡，并且迅速挖取地面的表层土装入配重箱，以实现正常的行走。
（4）当机器人规划的路径前面有阻挡物时，程序进行运算，若通过少量绕路可以实现通过，即重新规划路径；若仍无法通过，则退出自动搬运模式转为人工操作模式并立即停在原地。
S4、当机器人到达指定目的地时，会立即检测周围环境是否有足够的空间可以容纳所运货物，如果可以，机器人会立即停下并且下测向伸缩臂伸出扎入地面，以保持搬运机器人的稳定；否则，重新规划目的地和路径，并且发送指令给操作者，如果操作者同意，则重复S3所述步骤，否则保持在原地定侯指令。
S5、电磁铁吸盘断电，机器人的电磁铁吸盘两侧下降，上侧向伸缩臂根据高清晰摄像头检索的地面空地位置，将承货箱取出电磁铁吸盘并放在指定地面位置。完成一次货物的搬运。
本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种可以运用于山区地形的搬运机器人，其特征在于:包括电磁铁吸盘、大体积承货箱、水准管、伸缩千斤顶、核心处理器、上侧向伸缩臂、下侧向伸缩臂、配重箱、金属外壳、伸缩支架、金属足、显示屏、电瓶、太阳能电池板和高清摄像头；所述上侧向伸缩臂，下侧向伸缩臂与金属外壳刚接；所述电磁铁吸盘与金属外壳通过伸缩千斤顶刚接；所述伸缩支架与金属外壳和金属足铰接；所述太阳能电池板与电瓶通过导线相连；所述电磁铁吸盘功率可根据路面崎岖程度调节，并且高度可调节；所述伸缩千斤顶共有八个，呈正八边形分布，能调节15°倾角内的偏差。
2.根据权利要求1所述的一种可以运用于山区地形的搬运机器人，其特征是:所述水准管共有四个，分布在电磁铁吸盘的四边，实时监测承货箱的水平偏角。
3.根据权利要求1或3所述的一种可以运用于山区地形的搬运机器人，其特征是:所述上侧向伸缩臂和下侧向伸缩臂各有两个，其上设置有一个改变方向的金属铰；伸缩臂采用低密度、高强度材料制成，头部的金属手采用高刚度、高硬度材料制成，金属手上安装有一个钻头。
4.根据权利要求1所述的一种可以运用于山区地形的搬运机器人，其特征是:所述伸缩支架有两个，可伸缩±2米。
5.根据权利要求1所述的一种可以运用于山区地形的搬运机器人，其特征是:所述金属足上窄下宽，底部存在若干微小吸盘。
6.根据权利要求1所述的一种可以运用于山区地形的搬运机器人，其特征是:所述高清晰摄像头，视野可达150米，视野范围±120°。
7.根据权利要求1所述的一种可以运用于山区地形的搬运机器人，其特征是:所述太阳能电池板为弱光激发型。
8.根据权利要求1所述的一种可以运用于山区地形的搬运机器人，其特征是:所述整个机器人各部分之间均有减震结构。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述可以运用于山区地形的搬运机器人完成一次搬运过程的控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤:
S1、将待运输的货物装入承货箱，将承货箱放在机器人检索范围内，开启机器人，在显示器上面选择“货物检索并装载”；
S2、机器人的电磁铁吸盘两侧下降，上侧向伸缩臂根据高清晰摄像头检索的承货箱位置，找到承货箱并伸长抓住承货箱，将其放上电磁铁吸盘，电磁铁吸盘上升，并开始通电；
S3、在各种参数选择好后，使用者须在屏幕上选择好目的地，并选择“开始搬运”，机器人开始按照程序中显示的路径搬运，在行走时，根据可能遇到的情况，分为四种情况：
（1）机器人在正常路面或布满粒径不足10厘米的路面行走时，只需伸缩支架像人的腿部一样，便可实现机器人的行走；
（2）机器人在粒径布满粒径介于10厘米到25厘米的路面行走时，除了像S4中所述方法以外，金属足上面的吸盘伸出，增大与地面的摩擦力，以实现正常的行走；
（3）当机器人倾角大于30°小于55°的斜坡上行走时，下侧向伸缩臂伸出并向下扎入地面以保持整体平衡，并且迅速挖取地面的表层土装入配重箱，以实现正常的行走；
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