CN110371207A - 一种轮组均匀分布的爬树机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请披露了一种轮组均匀分布的爬树机器人，所述爬树机器人包括固定装置和多个轮组，其特征在于：所述固定装置用于固定所述多个轮组；所述多个轮组围绕一个中心轴线均匀分布，所述多个轮组中的每个轮组包括两个攀爬轮和升降机构，所述升降机构用于调节所述两个攀爬轮，所述升降机构的调节方向指向所述中心轴线；所述多个轮组的多个升降机构同步调节，以使所述多个升降机构的调节方向始终指向所述中心轴线。

Description

一种轮组均匀分布的爬树机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种爬树机器人及其控制方法。具体的，涉及一种轮组均匀分布的爬树机器人及其控制方法。

背景技术

修枝、采摘等爬树机器人是采用若干倾斜的轮子抱住树干，然后驱动轮产生动力，机器人螺旋上升。然而由于不同树木之间的树径不同，同一棵树地面和树顶的树径逐渐变细等问题，机器人如何抱紧树干，是一个比较难的问题。目前的几种方案通常是采用液压或气压双臂抱紧或龙门结构抱紧。这些方案的问题是，抱紧轮中有两个轮距离不变，而另外的轮子与这两个轮子的相对位置随着树径的变化而变化。这种情况下，为保证抱紧结构能够适应一定范围的不同树径，抱紧轮必须采用较大直径的轮子，这样不利于整个设备的减重。另外，由于抱紧轮在树干截面的分布角度不同，与树干的切角也不同，攀升的角度也不同，会产生较大的阻力，造成爬升能量的损失。

发明内容

针对现有技术中爬树机器人无法实现自适应调节的情况，本申请提出了一种轮组均匀分布的爬树机器人及其控制方法。

本申请的一个方面涉及一种轮组均匀分布的爬树机器人，所述爬树机器人包括固定装置和多个轮组，其特征在于：所述固定装置用于固定所述多个轮组；所述多个轮组围绕一个中心轴线均匀分布，所述多个轮组中的每个轮组包括两个攀爬轮和升降机构，所述升降机构用于调节所述两个攀爬轮，所述升降机构的调节方向指向所述中心轴线；所述多个轮组的多个升降机构同步调节，以使所述多个升降机构的调节方向始终指向所述中心轴线。

在一些实施例中，所述多个轮组的数目为3-6个。

在一些实施例中，所述固定装置的形状为圆形或正多边形。

在一些实施例中，当所述固定装置的形状为正多边形时，所述多个轮组的个数等于所述正多边形的顶点数，且每个轮组位于一个顶点上。

在一些实施例中，当所述固定装置的形状为正多边形时，所述正多边形的顶点为圆弧状。

在一些实施例中，所述多个轮组中的每个轮组还包括悬挂系统，所述悬挂系统用于稳定所述轮组。

在一些实施例中，所述爬树机器人还包括力传感器和控制单元，所述控制单元用于：基于所述力传感器监测的压力值，确定所述爬树机器人对树木的抱紧力；基于所述抱紧力，同步调节所述多个升降机构。

本申请的另一方面涉及一种爬树机器人控制方法，所述爬树机器人包括固定装置和多个轮组，所述固定装置用于固定所述多个轮组，所述多个轮组围绕一个中心轴线均匀分布，所述多个轮组中的每个轮组包括两个攀爬轮和升降机构，其特征在于，所述方法包括：基于力传感器监测的压力值，确定爬树机器人对树木的抱紧力；基于所述抱紧力，同步调节所述多个升降机构，以使所述多个升降机构的调节方向始终指向所述中心轴线。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构和操作。

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。

图1是一种现有的龙门式爬树机器人的示意图；

图2是根据本申请的一些实施例所示的一种轮组均匀分布的爬树机器人的俯视图；

图3是根据本申请的一些实施例所示的一种轮组的正视图和俯视图示意图；

图4是根据本申请的一些实施例所示的一种轮组的透视图；以及

图5是根据本申请的一些实施例所示的一种轮组均匀分布的爬树机器人的模块图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，通过示例阐述了本申请的许多具体细节，以便提供对相关披露的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来讲，本申请显而易见的可以在没有这些细节的情况下实施。应当理解的是，本申请中使用“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”术语，是用于区分在顺序排列中不同级别的不同部件、元件、部分或组件的一种方法。然而，如果其他表达式可以实现相同的目的，这些术语可以被其他表达式替换。

应当理解的是，当设备、单元或模块被称为“在……上”、“连接到”或“耦合到”另一设备、单元或模块时，其可以直接在另一设备、单元或模块上，连接或耦合到或与其他设备、单元或模块通信，或者可以存在中间设备、单元或模块，除非上下文明确提示例外情形。例如，本申请所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列条目的任何一个和所有组合。

本申请所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本申请范围。如本申请说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，而该类表述并不构成一个排它性的罗列，其他特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件也可以包含在内。

参看下面的说明以及附图，本申请的这些或其他特征和特点、操作方法、结构的相关元素的功能、部分的结合以及制造的经济性可以被更好地理解，其中说明和附图形成了说明书的一部分。然而，可以清楚地理解，附图仅用作说明和描述的目的，并不意在限定本申请的保护范围。可以理解的是，附图并非按比例绘制。

本申请中使用了多种结构图用来说明根据本申请的实施例的各种变形。应当理解的是，前面或下面的结构并不是用来限定本申请。本申请的保护范围以权利要求为准。

现有的爬树机器人的攀爬轮普遍偏大，增加了不必要的重量。且攀爬过程中遇到树面不平的情况会出现颠簸，会进一步造成所述爬树机器人在经过该颠簸处，状态未及时调整过来而爬行小不稳定。

另一方面，常见树木的粗细并不均匀，通常越接近树木的顶端，树木越细。当爬树机器人攀爬树木时，如果不调节轮胎的间距，则爬树机器人不能抓紧树干而无法继续向上攀爬。

现有的爬树机器人攀爬轮普遍较大，且不能自适应地调节轮胎间的间距，以适应不同粗细的树木，例如，现有方案中，爬树机器人向上攀爬时，人观察爬树机器人的高度和树木的粗细，再通过智能终端的APP调节轮胎的间距。而这种方案无法实现精确调节，人的主观判断起着主要因素。当人走神或经验不足时，容易出现爬树机器人无法继续攀爬的情况。

图1是一种现有的龙门式爬树机器人的示意图。如图1所示，所述龙门式爬树机器人包括四个加紧轮，两个一组地，由龙门固定框架连接。在攀爬过程中，当树干的直径变细时，所述四个加紧轮收缩，龙门式框架可能会碰到树干。另一方面，所述龙门式爬树机器人的加紧轮一般较大，增加了重量和耗电。

因此，本申请提出了一种轮组均匀分布的爬树机器人，所述爬树机器人包括固定装置和多个轮组。所述固定装置用于固定所述多个轮组，所述多个轮组围绕一个中心轴线均匀分布，所述中心轴线是虚拟的一条轴线。

在一些实施例中，所述固定装置的形状是任意的，其仅起到固定所述多个轮组的作用。在一些实施例中，所述固定装置的形状为规则形状。例如，所述固定装置的形状为圆形或正多边形。特别地，当所述固定装置的形状为正多边形时，所述多个轮组的个数等于所述正多边形的顶点数或边数，且每个轮组位于一个顶点上。在实际设计时，所述正多边形的顶点可以设计成圆弧状或其他形状，以适配与所述多个轮组的连接。在一些实施例中，所述多个轮组的个数是任意的，在实际设计时，考虑轮组个数所增加的重量等因素，所述轮组的个数可以设计为3-6个。

在一些实施例中，所述均匀分布是指，任意两个相邻的轮组到所述中心轴线的夹角是相等的，即所述多个轮组围绕所述中心轴线等角度分布。

在一些实施例中，所述多个轮组中的每个轮组包括两个攀爬轮和升降机构。所述升降机构用于沿着指向中心轴线的方向调节所述两个攀爬轮。特别地，所述多个轮组的多个升降机构同步调节，以使所述多个升降机构的调节方向始终指向所述中心轴线。

在一些实施例中，所述爬树机器人还包括力传感器和控制单元，所述控制单元基于所述力传感器监测的压力值，确定所述爬树机器人对树木的抱紧力；所述控制单元基于所述抱紧力，同步调节所述多个升降机构，以使所述多个升降机构的调节方向始终指向所述中心轴线。

在一些实施例中，所述爬树机器人的多个轮组中的每个轮组还包括一个悬挂系统，所述悬挂系统用于稳定所述轮组。所述悬挂系统类似于汽车中的悬挂系统，能在颠簸不平的树木表面保持所述轮组的温度，进而所述爬树机器人在攀爬过程中能够保持平稳，不会由于树木表面的凹凸不平而减速等。

图2-4示出了根据本申请的一些实施例所示的一种轮组均匀分布的爬树机器人。图2是所述爬树机器人的俯视图。图3是所述爬树机器人中的轮组的正视图和俯视图示意图。图4是所述轮组的透视图。

如图2所示，所述爬树机器人包括四个轮组和一个固定装置。所述固定装置为正四边形，所述正四边形的顶点为圆弧状。

如图3所示，一个轮组包括升降机构、攀爬轮和悬挂系统。图4给出了一个该轮组的透视图。结合图3和图4，可以更清楚地理解所述轮组中升降机构、攀爬轮和悬挂系统的运作机制。值得说明的是，尽管图3和图4中给出了一种轮组的具体结构、悬挂系统的结构、位置等，但图3和图4中的表述及图示并不用于限定本申请。本申请的保护范围以权利要求为准。

结合图2-图4可知，每个轮组包括两个攀爬轮，因此，所述固定装置包括两个正四边形的框架。所述两个正四边形框架可以是连接的，或者分离的。进一步地，所述固定装置的形状也可以是圆形。当所述多个轮组的个数不为四个时，所述固定装置也可以是其他正多边形或圆形。

图5是根据本申请的一些实施例所示的一种轮组均匀分布的爬树机器人的模块图。如图5所示，所述轮组均匀分布的爬树机器人包括力传感器510、控制单元520和多个轮组。其中，每个轮组530包括攀爬轮531(所述攀爬轮的个数为两个)、悬挂系统532和升降机构533。

所述力传感器510用于监测压力值。所述压力值能够反映所述爬树机器人对树木的抱紧力。

所述控制单元520用于基于所述力传感器520监测的压力值，确定所述爬树机器人对树木的抱紧力，并基于所述抱紧力同步控制所述多个轮组的多个升降机构，以使所述多个升降机构的调节方向始终指向所述中心轴线。具体地，所述控制单元520基于计算出的抱紧力及预设的抱紧力阈值范围，生成控制指令并发送给所述多个升降机构，对所述多个升降机构同步调节。当所述计算出的抱紧力未落入所述抱紧力阈值范围时，所述控制单元生成控制指令并发送给多个升降机构，所述多个升降机构同步调节，以提高所述爬树机器人对树木的抱紧力。

与现有技术相比，本申请的有益效果表现如下：

一、通过同步调节所述多个升降机构，实现了多个轮组的同步升降，且同时保证了多个轮组始终均匀分布。

二、采用该固定装置+多个轮组的结构，使得轮组可以使用更小的攀爬轮，降低了机身重量。

以上内容描述了本申请和/或一些其他的示例。根据上述内容，本申请还可以作出不同的变形。本申请披露的主题能够以不同的形式和例子所实现，并且本申请可以被应用于大量的应用程序中。后文权利要求中所要求保护的所有应用、修饰以及改变都属于本申请的范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档、物件等，特将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。

最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims (8)

1.一种轮组均匀分布的爬树机器人，所述爬树机器人包括固定装置和多个轮组，其特征在于：

所述固定装置用于固定所述多个轮组；

所述多个轮组围绕一个中心轴线均匀分布，所述多个轮组中的每个轮组包括两个攀爬轮和升降机构，所述升降机构用于调节所述两个攀爬轮，所述升降机构的调节方向指向所述中心轴线；

所述多个轮组的多个升降机构同步调节，以使所述多个升降机构的调节方向始终指向所述中心轴线。

2.如权利要求1所述的爬树机器人，其特征在于，所述多个轮组的数目为3-6个。

3.如权利要求1所述的爬树机器人，其特征在于，所述固定装置的形状为圆形或正多边形。

4.如权利要求3所述的爬树机器人，其特征在于，当所述固定装置的形状为正多边形时，所述多个轮组的个数等于所述正多边形的顶点数，且每个轮组位于一个顶点上。

5.如权利要求4所述的爬树机器人，其特征在于，当所述固定装置的形状为正多边形时，所述正多边形的顶点为圆弧状。

6.如权利要求1-5任一所述的爬树机器人，其特征在于，所述多个轮组中的每个轮组还包括悬挂系统，所述悬挂系统用于稳定所述轮组。

7.如权利要求1所述的爬树机器人，其特征在于，还包括力传感器和控制单元，所述控制单元用于：

基于所述力传感器监测的压力值，确定所述爬树机器人对树木的抱紧力；

基于所述抱紧力，同步调节所述多个升降机构。

8.一种爬树机器人控制方法，所述爬树机器人包括固定装置和多个轮组，所述固定装置用于固定所述多个轮组，所述多个轮组围绕一个中心轴线均匀分布，所述多个轮组中的每个轮组包括两个攀爬轮和升降机构，其特征在于，所述方法包括：

基于力传感器监测的压力值，确定爬树机器人对树木的抱紧力；

基于所述抱紧力，同步调节所述多个升降机构，以使所述多个升降机构的调节方向始终指向所述中心轴线。