CN110371212B - 越障机器人及其越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种越障机器人及其越障方法，包括结构模块，其包括机身以及依次沿所述机身长度方向设置的三组行走机构，三组行走机构均包括两个对称设置在机身两侧的越障装置，越障装置包括设置在机身上的第一驱动装置、与第一驱动装置连接的腿部支架、设置在腿部支架另一端的驱动轮以及与驱动轮的轮轴联接且为其提供动力的第二驱动装置；感应模块，其设置在所述机身上；控制系统，其与感应模块以及三组行走机构的第一驱动装置以及第二驱动装置电气连接，用于接收所述感应模块采集的信息，并根据该采集的信息控制三组行走机构的工作情况。本发明的机器人控制方便且能跨越多种障碍，具有对环境适应能力强且能及时响应环境状况等功能。

Description

越障机器人及其越障方法

技术领域

本发明涉及机器人的技术领域，具体涉及一种越障机器人及其越障方法。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

根据移动方式来分，可将地面移动机器人分为轮式、履带式、足式等。近年来各国研究者对轮腿复合式移动机器人进行了大量研究。其中轮式机器人工作高速高效，但对应用场景要求较高，往往只适用于平坦路面；足式机器人越障性及复杂地形适用性较好，可用于岩石或土坡等环境，但其效率较低且控制结构复杂。因此，如何优化轮式机器人以使得其能适应多种环境的应用时目前研究的热点。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种越障机器人，该越障机器人控制方便且能跨越多种障碍，具有对环境适应能力强且能及时响应环境状况等功能。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

一种越障机器人，包括：

结构模块，其包括机身以及依次沿所述机身长度方向设置的第一行走机构、第二行走机构以及第三行走机构，所述第一行走机构、所述第二行走机构以及所述第三行走机构均包括两个对称设置在所述机身两侧的越障装置，所述越障装置包括设置在机身上的第一驱动装置、与所述第一驱动装置连接以进行直立行走、摆动弯曲、抬高来实现越障的腿部支架、设置在所述腿部支架另一端的驱动轮以及与所述驱动轮的轮轴联接且为其提供动力的第二驱动装置；

感应模块，其设置在所述机身上，用于对该机器人所处的环境地势进行识别，并将识别后的信息进行发送；

控制系统，其与所述感应模块以及所述第一行走机构、所述第二行走机构和所述第三行走机构的第一驱动装置以及第二驱动装置电气连接，用于接收所述感应模块采集的信息，并根据该采集的信息控制所述第一行走机构、所述第二行走机构以及所述第三行走机构上的所述第一驱动装置、所述第二驱动装置工作情况。

进一步地，所述腿部支架包括一端与所述第一驱动装置的输出轴通过轴承连接的第一连杆、与所述第一连杆的另一端铰接的第二连杆以及一端套设在所述第一驱动装置的输出轴上且其另一端与所述第二连杆固连的摇杆，所述第二连杆还与所述驱动轮的轮轴固定连接。

进一步地，所述第一驱动装置包括第一电机以及与所述第一电机轴连的第一涡轮减速器，所述摇杆的一端套设在所述第一涡轮减速器的输出轴上。

进一步地，所述机身上设置有与所述越障机构对应的限位盖，所述限位盖为中空的盖体，在所述限位盖上与所述机身长度方向垂直的两侧边上均设置有开口，所述开口与其所在的侧边之间形成凸块，所述限位盖向下罩设在所述第一连杆和所述摇杆的顶部上且所述摇杆的上部与所述开口相对设置以使得所述摇杆可在所述限位盖内做180°的转动，而所述第一连杆的上部与所述凸块相对设置且所述第一连杆与所述凸块的内壁之间具有间距以使得所述第一连杆在所述限位盖内可做一定角度的转动。

进一步地，所述第二驱动装置包括第二电机、与所述第二电机连接的第二涡轮减速器以及设置在所述驱动轮的轮轴上且与所述第二电机连接的电磁涡流制动器，所述第二涡轮减速器的输出轴与所述驱动轮的轮轴连接，所述电磁涡流制动器包括与所述第二电机连接的制动器定子以及设置在所述驱动轮的轮轴上的制动器转子。

进一步地，所述感应模块包括带有红外生命探测仪的视觉系统、有源测距传感器、气体感应模块、GPS定位模块以及无线传感器节点。

本发明的另一个目的时提供一种越障机器人的越障方法，所述越障方法包括爬坡行驶的方法、跨越垂直障碍的方法以及跨越壕沟的方法，

机器人爬坡行驶的方法包括如下步骤：

S1：所述感应模块感应机器人所处的环境并将信号传递给所述控制系统，所述控制系统接收信号后当判断机器人位于斜坡前，所述控制系统控制位于机身前进方向的所述第一行走机构的第一驱动装置工作，所述第一行走机构的所述第一驱动装置工作带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动抬高进而实现所述第一行走机构的所述腿部支架的向上弯曲抬高；

S2：所述控制系统再控制所述第二行走机构的第一驱动装置工作，所述第二行走机构的所述第一驱动装置工作带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动抬高进而实现所述第二行走机构的所述腿部支架的向上弯曲抬高，其中，所述第二行走机构的所述摇杆转动角度小于所述第一行走机构的所述摇杆的转动角度；

S3：所述控制系统控制所述第三行走机构的第一驱动装置不工作，进而使得所述第三行走机构的所述腿部支架处于直立状态，在所述控制系统控制所述第一行走机构、所述第二行走机构以及所述第三行走机构的所述腿部支架调整完毕后，所述机身重心保持平衡；

S4：所述控制系统控制所述第一行走机构的第二驱动装置、所述第二行走机构的第二驱动装置以及第三行走机构的第二驱动装置同速同向转动，进而带动所述第一行走机构的所述驱动轮、所述第二行走机构的所述驱动轮以及第三行走机构的所述驱动轮同速同向在坡面上向前行驶，实现爬坡功能；

机器人跨越垂直障碍的方法包括如下步骤：

步骤1：所述感应模块感应机器人所处的环境并将信号传递给所述控制系统，所述控制系统接收信号后当判断机器人处于跨越垂直障碍物前，所述控制系统控制位于机身前进方向前端的所述第一行走机构的所述第一驱动装置工作，所述第一行走机构的所述第一驱动装置工作带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动抬高，同时所述控制系统控制所述第二行走机构的所述第一驱动装置工作带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动弯曲，且所述控制系统控制所述第三行走机构的所述第一驱动装置工作进而带动与其连接的所述摇杆向背离前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向背离前进方向摆动弯曲，在所述第一行走机构的所述驱动轮抬高的过程中，所述控制系统控制所述第二行走机构的所述腿部支架抬高以使得所述第一行走机构的所述驱动轮高度不低于垂直障碍物顶面的高度；

步骤2：所述控制系统再控制所述第二行走机构的所述第二驱动装置和所述第三行走机构的所述第二驱动装置工作从而分别驱动所述第二行走机构的所述驱动轮和所述第三行走机构的所述驱动轮向前进方向行驶直至将所述第一行走机构的所述驱动轮送上垂直障碍的顶面时停止，由于所述机身前端低于所述第一行走机构的所述驱动轮的高度，此时所述机身前端还没有到达垂直障碍物的顶面上；

步骤3：之后所述控制系统再控制所述第一行走机构的所述摇杆向后摆动以带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向后摆动，同时所述控制系统控制所述第三行走机构的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前摆动弯曲，且所述控制系统控制所述第二行走机构的第一驱动装置工作从而带动与其连接的所述摇杆向后转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向后摆动弯曲，当所述第一行走机构的所述腿部支架和第三行走机构的所述腿部支架摆动到与地面垂直时，所述机身达到离地面的最大高度，此时停止摆动；

步骤4：所述控制系统驱动所述第一行走机构的所述驱动轮和第三行走机构的所述驱动轮支撑着整个机器人前进，同时继续驱动所述第二行走机构的所述腿部支架向上弯曲抬起直至所述第二行走机构的所述驱动轮达到垂直障碍物的顶面；

步骤5：所述控制系统控制所述第二行走机构的所述摇杆向背离前进方向转动从而带动与所述摇杆相连的所述第二连杆向后摆动以将所述机身撑高，同时所述控制系统控制所述第一行走机构的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向上摆动，且所述控制系统控制所述第三行走机构的所述摇杆向背离前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向后上方摆动，直到所述第三行走机构的所述驱动轮高于垂直障碍物顶面的高度，此时所述第一行走机构的所述驱动轮和所述第二行走机构的所述驱动轮支撑着机器人前进，直到六个所述驱动轮都移动到垂直障碍物的顶面上，至此便完成了机器人整个跨越垂直障碍的过程；

机器人跨越壕沟的方法包括如下步骤：

步骤1，所述感应模块感应机器人所处的环境并将信号传递给所述控制系统，所述控制系统接收信号后当判断机器人处于壕沟前，所述控制器控制位于机身前进方向前端的所述第一行走机构的第一驱动装置工作，所述第一行走机构的所述第一驱动装置工作从而带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向上摆动抬高至所述第一行走机构的所述驱动轮与所述第二行走机构的所述驱动轮之间的距离不小于壕沟的宽度时停止转动；

步骤2，所述控制系统控制所述第二行走机构的所述驱动轮和所述第三行走机构的所述驱动轮工作进而支撑整个机器人前进直至机器人的所述第二行走机构的所述驱动轮滚进壕沟，此时由于所述第一行走机构的驱动轮已经到达壕沟的另一侧，故机器人处于由所述第一行走机构和所述第三行走机构支撑而第二行走机构悬空的状态；

步骤3，所述控制系统控制所述第一行走机构的所述摇杆转动带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向背离机器人前进方向摆动以将所述机身撑高，此时所述控制系统也控制所述第三行走机构的所述摇杆转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向背离机器人前进方向摆动到合适的角度，同时所述控制系统控制所述第二行走机构的所述摇杆和所述第二连杆向前进方向摆动，直到所述第二行走机构的所述驱动轮高于壕沟另一侧顶面的高度，所述控制系统再控制所述第一行走机构的所述摇杆带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动以与地面垂直，此时机身的高度最高，机器人能跨越壕沟；

步骤4，机器人继续向前行驶直至所述第二行驶机构的所述驱动轮跨越到壕沟另一侧的顶面上，同时保证在所述第三行走机构的所述驱动轮离开壕沟的一侧时，所述第二行走机构的所述驱动轮已经到达壕沟的另一侧，之后所述第一行走机构的所述驱动轮和所述第二行走机构的所述驱动轮向前行驶以支撑机器人前进；

步骤5，所述控制系统控制所述第三行走机构的所述摇杆和所述第二连杆向前进方向摆动以使得所述第三行走机构的所述驱动轮抬高至高于壕沟另一侧的顶面，在所述第一行走机构的所述驱动轮和所述第二行走机构的所述驱动轮支撑机器人向前行驶直至所述第三行走机构的所述驱动轮也顺利到达壕沟的另一侧，此时，所述控制系统控制所述第三行走机构的所述摇杆带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向后带动摆动直至所述第三行走机构的所述腿部支架与地面垂直，至此机器人完成了跨越壕沟的整个过程。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明的机器人六只腿和驱动轮可以进行单独的控制，使得机器人能够应对各种环境，具有对环境适应能力强且能及时响应环境状况等功能，腿部支架的摇杆转动能带动第二连杆摆动，由于第一连杆与第二连杆铰接，故可以腿部支架可以实现直立行走、摆动弯曲、抬高等多种形式以能在多种环境跨越越障形式，而六个驱动轮均设置了独立的驱动装置给机器人带来了速度，保证了机器人在平整路面时具有高速的通过能力，且六个驱动轮对称分布对机器人的平衡性有很大的帮助，有很好的平衡性和抗震性；此外，每个驱动轮都是独立驱动，因此每一个轮子都配有一个电机和一套减速装置，为了实现制动作用，每一个轮子还配有一个制动装置，这样就能实现简单的运动和制动了，增加了机器人的灵活性和运动时的稳定性。

附图说明

图1为本发明机器人的机构示意图；

图2为本发明驱动轮的结构示意图；

图3为本发明机器人爬坡的示意图；

图4为本发明机器人跨越垂直障碍的示意图；

图5为本发明机器人跨越壕沟的结构示意图。

具体实施方式

为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

本发明公开了一种越障机器人，包括结构模块、设置在结构模块上的感应模块以及与感应模块电气连接的控制系统。如图1所示，结构模块包括机身10以及依次沿机身长度方向设置的第一行走机构、第二行走机构以及第三行走机构。第一行走机构、第二行走机构以及第三行走机构均包括两个对称设置在机身10两侧的越障装置。该越障装置包括设置在机身10上的第一驱动装置、与第一驱动装置连接以进行直立行走、摆动弯曲、抬高来实现越障的腿部支架、设置在腿部支架另一端的驱动轮23，33，43以及与驱动轮23，33，43的轮轴联接且为其提供动力的第二驱动装置。

第一驱动装置包括设置在机身上的第一电机、与第一电机连接的第一涡轮减速器。而腿部支架包括一端与第一蜗轮减速器输出轴通过轴承连接的第一连杆20，30，40、与第一连杆20，30，40的另一端铰接的第二连杆21，31，41以及一端套设在第一涡轮减速器的输出轴上且其另一端与第二连杆21，31，41固连的摇杆22，32，42，第二连杆21，31，41还与驱动轮23，33，43的轮轴固定连接。第一涡轮减速器上远离第一电机的端侧上设置有一轴承，第一连杆20，30，40的一端套设在该轴承的外圈上。当第一电机工作时，第一电机通过第一涡轮减速器来降低转速和增大转矩从而将转矩传递给摇杆22，32，42，摇杆22，32，42转动进而带动与其相连的第二连杆21，31，41转动，第二连杆21，31，41在摇杆22，32，42的带动下向前进方向或背离前进方向转动以进行弯曲或抬高。由于第一连杆20，30，40套设在第一涡轮减速器输出轴的轴承外圈上，故当第一电机带动第一涡轮减速器工作时，第一连杆20，30，40不转动。

机身10上设置有与越障机构对应的多个限位盖50，该限位盖50与越障机构一一对应设置。限位盖50为中空的盖体，在限位盖50上与机身10长度方向垂直的两侧边上均设置有开口500，该开口500与其所在的侧边之间形成凸块501，限位盖50向下罩设在第一连杆20，30，40和摇杆22，32，42的顶部上且摇杆22，32，42的上部与开口500相对设置以使得摇杆可在限位盖内做180°的自由转动，而第一连杆20，30，40的上部与凸块501相对设置且第一连杆20，30，40与凸块501的内壁之间具有间距以使得第一连杆20，30，40在限位盖50内可做一定角度的转动，第一连杆20，30，40与凸块501的内壁之间的间距根据实际使用需要而定。限位盖50的设置可以保证摇杆22，32，42的自由转动，但可以限制第二连杆21，31，41在转动的过程中可能带动第一连杆20，30，40转动的转动角度。

见图2，第二驱动装置包括与第二电机60、与第二电机60轴接的第二涡轮减速器61以及设置在驱动轮23，33，43的轮轴上且述第二电机60连接的电磁涡流制动器。驱动轮23，33，43的轮轴与第二涡轮减速器61的输出轴联接。电磁涡流制动器包括与第二电机60连接的制动器定子62以及设置在驱动轮23，33，43的轮轴上的制动器转子63。需要制动时，第二电机60通过第二涡轮减速器61来降低转速和增大转矩，当制动器定子62绕组通入电流后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割制动器转子63绕组，从而在制动器转子63中产生感应电流，载流的制动器转子63导体在制动器定子62旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在制动器定子62形成电磁转矩，当第二电机60的输出轴与制动器定子62固定连接，制动器转子63旋转方向与第二电机60输出轴方向相反，达到制动效果。本发明在每个驱动轮23，33，43上均设置一套第二驱动装置，即一套驱动系统驱动一个驱动轮23，33，43，可以对每个驱动轮23，33，43进行单独地驱动，以便机器人能顺畅地在多种复杂地地形中都能通行。例如，当机器人需要在平面上转动方向的时候，可通过控制系统控制使得机身同一侧的驱动轮23，33，43转速相同，而位于两侧的驱动轮23，33，43转速具有一个速度差，由两侧的驱动轮23，33，43的速度差来实现转弯，故该结构便于控制系统的控制和实现多种运动形式。

感应模块设置在机身上，用于对该机器人所处的环境地势进行识别和判断，并将判断后的信息进行发送。感应模块包括带有红外生命探测仪的视觉系统、有源测距传感器、气体感应模块、GPS定位模块、无线收发器。视觉系统可以在机器人工作时实时采集机器人所处的环境情况，并根据采集的图像对机器人所述环境进行识别，与此同时，视觉系统还将该环境信息发送给控制器。视觉系统上设置红外生命探测仪，该红外生命探测仪能保证在一些复杂的环境中当视觉系统的图像采集失效时依然能通过遇难者身体上的热量进行红外成像。该红外生命探测仪上的光学系统将接收到的人体热辐射能量聚焦在红外传感器上后转变成电信号，处理后经监视器显示红外热像图，从而帮助救援人员确定遇难者的位置，其可在震后的浓烟、大火和黑暗的环境中搜寻生命，对视觉系统起补充成像的作用。有源测距传感器能直接测量机器人到邻近物体的距离，可以很好的识别出障碍到本体的距离并完成下一步处理。气体感应能检测环境中的有害气体浓度有助于救援工作的下一步具体实施方案的确定。GPS定位模块能实时跟踪机器人的位置。无线收发器负责感应模块与网关之间的通信。

控制系统包括处理器，处理器与感应模块的视觉系统、有源测距传感器、气体感应模块电气连接，此外，处理器还与第一行走机构、第二行走机构以及第三行走机构上的每个第一驱动装置以及第二驱动装置电气连接，控制系统用于接收所述感应模块上的视觉系统、有源测距传感器、气体感应模块采集的信息，并根据该信息控制所述第一行走机构、第二行走机构以及第三行走机构上所述第一驱动装置、所述第二驱动装置是否提供驱动力以及提供动力的时序。

本发明还提供一种上述越障机器人的越障方法，该越障方法包括爬坡行驶的方法、跨越垂直障碍的方法以及跨越壕沟的方法。

其中，如图3所示，机器人爬坡行驶的方法包括如下步骤：

S1：机器人机身上的视觉系统采集机器人所处的环境信息并根据采集到的信息进行识别，视觉系统将识别后的信息传递给处理器，处理器接收信息后进行判断，当判断机器人处于斜坡前，处理器控制位于机身前进方向前端的第一行走机构的两个第一电机同时工作，该两个第一电机的动力通过第一涡轮减速器输出至与其连接的摇杆22上从而驱动该摇杆22向前进方向转动进而带动第二连杆21向前进方向摆动抬高，从而实现第一行走机构上的两个腿部支架的向上弯曲抬高；

S2：然后处理器再控制第二行走机构的两个第一电机同时工作，第二行走机构的第一电机通过第一涡轮减速器带动与第一涡轮减速器的输出轴连接的摇杆32向前进方向转动进而带动第二连杆31向前进方向摆动抬高，从而实现第二行走机构的两个腿部支架的向上弯曲抬高，其中，第二行走机构的摇杆转动角度小于第一行走机构的摇杆的转动角度；

S3：之后处理器控制第三行走机构的第一电机不工作，进而使得第三行走机构的两个腿部支架处于直立状态，在处理器控制第一行走机构、第二行走机构以及第三行走机构的腿部支架调整完毕后，机身保持水平以使得机器人中心保持平衡；

S4：最后处理器控制第一行走机构的两个第二电机、第二行走机构的两个第二电机以及第三行走机构的两个第二电机同速同向转动，进而驱动第一行走机构的两个驱动轮、第二行走机构的两个驱动轮以及第三行走机构的两个驱动轮同速同向在坡面上向前行驶，实现爬坡功能。

如图4所示，机器人跨越垂直障碍包括如下步骤：

步骤1：机器人机身上的视觉系统采集机器人所处的环境信息并根据采集到的信息进行识别，视觉系统将识别后的信息传递给处理器，处理器接收信息后进行判断，当判断机器人处于垂直障碍物前，处理器控制位于机身前进方向前端的第一行走机构的两个第一电机同时工作，该两个第一电机的动力通过第一涡轮减速器输出至与其连接的摇杆22上从而驱动该摇杆22向前进方向转动进而带动第二连杆21向前进方向摆动抬高，从而实现第一行走机构上的两个腿部支架的向上弯曲抬高；同时处理器控制第二行走机构的两个第一电机同时工作，该两个第一电机通过与其连接的第一涡轮减速器带动第二行走机构上的摇杆32向前进方向转动进而带动与该摇杆32连接的第二连杆31向前摆动弯曲，且处理器控制第三行走机构的两个第一电机工作带动与其连接的摇杆42向后转动进而带动与第一涡轮传感器轴连的第二连杆41向后摆动弯曲，从而扩大机器人的支撑范围，增加稳定区域；在机身稳定的条件下，为了增加其越障能力，控制第二行走机构的腿部支架的顶点高于第三行走机构的腿部支架的顶点高度，从而将机器人的前端抬起，使机器人的第一行走机构的驱动轮23能达到垂直障碍物顶面的高度；

步骤2：然后处理器控制第二行走机构的两个第二电机和第三行走机构的两个第二电机分别驱动第二行走机构的驱动轮33和第三行走机构的驱动轮43向前进方向行驶直至将第一行走机构的驱动轮23送上垂直障碍的顶面时停止，由于机身10前端低于第一行走机构的驱动轮23的高度，此时机身10前端还没有到达垂直障碍物的顶面；

步骤3：处理器再控制第一行走机构的两根摇杆22向背离前进方向摆动以带动两根第二连杆21向后摆动，同时处理器控制第三行走机构的两个第一电机同时工作以通过与其连接的第一涡轮减速器带动两根摇杆42向前进方向转动进而带动与该两根摇杆42分别连接的两根第二连杆41向前摆动弯曲，此外，处理器控制第二行走机构的两个第一电机同时工作，该两个第一电机分别通过第一涡轮减速器带动与其连接的摇杆32向后转动进而带动与第二连杆31向后摆动弯曲，当第一行走机构的腿部支架和第三行走机构的腿部支架摆动到与地面垂直时，机身10达到离地面的最大高度，此时停止摆动；

步骤4：之后处理器控制第一行走机构的第二电机和第三行走机构的电机工作，进而驱动第一行走机构的两个驱动轮23和第三行走机构的两个驱动轮43支撑着整个机器人前进，同时继续驱动第二行走机构的两个腿部支架向上弯曲抬起直至第二行走机构的两个驱动轮33达到垂直障碍物的顶面；

步骤5：最后处理器控制第二行走机构的两个第一电机工作，进而通过第一涡轮减速器带动第二行走机构的两根摇杆32向后摆动，以使得与该两根摇杆32连接的两根第二连杆31向后摆动以将机身10撑高；为了增加稳定性，处理器控制第一行走机构的第一电机工作，进而通过第一涡轮减速器带动第一行走机构的两根摇杆22和与两根摇杆22分别连接的第二连杆21适度向前进方向摆动，同时处理器控制第三行走机构上的第一电机工作，通过第一涡轮减速器带动两根摇杆42和与两根摇杆42连接的第二连杆41向后上方适度摆动，直到第三行走机构的两个驱动轮43高于垂直障碍物的高度，此时处理器控制第一行走机构的驱动轮23和第二行走机构的驱动轮33转动支撑着机器人前进，直到机器人上的六个驱动轮都移动到垂直障碍物上面，至此便完成了机器人整个跨越垂直障碍的过程。

见图5，机器人跨越壕沟包括如下步骤：

步骤1，机器人机身10上的视觉系统采集机器人所处的环境信息并根据采集到的信息进行识别，视觉系统将识别后的信息传递给处理器，处理器接收信息后进行判断，当判断机器人处于壕沟前时，处理器控制位于机10身前进方向前端的第一行走机构的两个第一电机同时工作，该两个第一电机的动力通过第一涡轮减速器输出至与其连接的摇杆22上从而驱动该摇杆22向前进方向转动进而带动第一行走机构上的两根第二连杆21向前进方向摆动抬高，从而实现第一行走机构上的两个腿部支架的向上弯曲抬高，且在向上抬高过程中尽量增大第一行走机构的驱动轮23与第二行走机构的驱动轮33之间的距离以保证两者之间的距离不小于壕沟的宽度；

步骤2，然后处理器控制第二行走机构的两个第二电机和第三行走机构的两个第二电机工作，从而使得第二行走机构的两个驱动轮33以及第三行走机构的两个驱动轮43支撑整个机器人前进直至机器人上的第二行走机构的两个驱动轮33滚进壕沟，此时由于第一行走机构的驱动轮23已经到达壕沟的另一侧，故机器人处于由第一行走机构和第三行走机构支撑而第二行走机构悬空的状态；

步骤3，处理器再控制第一行走机构的两个第一电机通过第一涡轮减速器分别带动两根摇杆22和两根第二连杆21向背离机器人前进方向摆动以将机身10撑高；为了增加越障能力，此时处理器控制第三行走机构的两个第一电机工作通过第一涡轮传感器带动两根摇杆42和与该两根摇杆42分别连接的两根第二连杆43向背离机器人前进的方向摆动合适的角度，同时处理器控制第二行走机构的两根摇杆32和两根第二连杆31向背离前进方向摆动，直到第二行走机构的两个驱动轮33高于壕沟另一侧顶面的高度，处理器再控制第一行走机构的两根摇杆22和两根第二摇杆22向前进方向摆动以与地面垂直，此时机身的高度最高，在该情况下机器人能跨越最宽的壕沟；

步骤4，机器人继续向前行驶直至第二行驶机构的两个驱动轮33跨越到壕沟另一侧的顶面上，同时保证在第三行走机构的驱动轮43离开壕沟的一侧时，所述第二行走机构的驱动轮33已经到达壕沟的另一侧，之后第一行走机构的驱动轮23和第二行走机构的驱动轮33向前行驶以支撑机器人前进；

步骤5，处理器控制第三行走机构的两个第一电机工作，该两个第一电机通过第一涡轮减速器带动两根摇杆42和两根第二连杆41向前进方向摆动抬高至高于壕沟另一侧的高度，之后第一行走机构的驱动轮23和第二行走机构的驱动轮33支撑机器人向前行驶直至第三行走机构的驱动轮43也顺利到达壕沟的另一侧，此时再控制第三行走机构的摇杆42向背离机器人前进的方向转动以带动与摇杆42连接的第二连杆41向后摆动直至第三行走机构的腿部支架与地面垂直，至此机器人完成了跨越整个壕沟的过程。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种越障机器人，其特征在于，包括：

结构模块，其包括机身以及依次沿所述机身长度方向设置的第一行走机构、第二行走机构以及第三行走机构，所述第一行走机构、所述第二行走机构以及所述第三行走机构均包括两个对称设置在所述机身两侧的越障装置，所述越障装置包括设置在机身上的第一驱动装置、与所述第一驱动装置连接以进行直立行走、摆动弯曲、抬高来实现越障的腿部支架、设置在所述腿部支架另一端的驱动轮以及与所述驱动轮的轮轴联接且为其提供动力的第二驱动装置；

感应模块，其设置在所述机身上，用于对该机器人所处的环境地势进行识别，并将识别后的信息进行发送；

控制系统，其与所述感应模块以及所述第一行走机构、所述第二行走机构和所述第三行走机构的第一驱动装置和第二驱动装置电气连接，用于接收所述感应模块采集的信息，并根据采集的信息控制所述第一行走机构、所述第二行走机构以及所述第三行走机构上的所述第一驱动装置、所述第二驱动装置工作情况；

其中，所述腿部支架包括一端与所述第一驱动装置的输出轴通过轴承连接的第一连杆、与所述第一连杆的另一端铰接的第二连杆以及一端套设在所述第一驱动装置的输出轴上且另一端与所述第二连杆固连的摇杆，所述第一驱动装置的输出轴上套设有轴承，所述第一连杆套设在所述轴承的外圈上，所述第二连杆还与所述驱动轮的轮轴固定连接；

所述机身上还设置有与所述越障机构对应的限位盖，所述限位盖为中空的盖体，在所述限位盖上与所述机身长度方向垂直的两侧边上均设置有开口，所述开口与其所在的侧边之间形成凸块，所述限位盖向下罩设在所述第一连杆和所述摇杆的顶部上且所述摇杆的上部与所述开口相对设置以使得所述摇杆可在所述限位盖内做180°的转动，而所述第一连杆的上部与所述凸块相对设置且所述第一连杆与所述凸块的内壁之间具有间距以使得所述第一连杆在所述限位盖内转动。

2.如权利要求1所述的越障机器人，其特征在于，所述第一驱动装置包括第一电机以及与所述第一电机轴连的第一涡轮减速器，所述摇杆的一端套设在所述第一涡轮减速器的输出轴上，所述轴承套设在所述第一涡轮减速器的输出轴上远离所述第一电机的一端。

3.如权利要求1所述的越障机器人，其特征在于，所述第二驱动装置包括第二电机、与所述第二电机连接的第二涡轮减速器以及设置在所述驱动轮的轮轴上且与所述第二电机连接的电磁涡流制动器，所述第二涡轮减速器的输出轴与所述驱动轮的轮轴连接，所述电磁涡流制动器包括与所述第二电机连接的制动器定子以及设置在所述驱动轮的轮轴上的制动器转子。

4.如权利要求1所述的越障机器人，其特征在于，所述感应模块包括带有红外生命探测仪的视觉系统、有源测距传感器、气体感应模块、GPS定位模块以及无线传感器节点。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述的越障机器人的越障方法，其特征在于，所述越障方法包括爬坡行驶的方法、跨越垂直障碍的方法以及跨越壕沟的方法，

机器人爬坡行驶的方法包括如下步骤：

S1：所述感应模块感应机器人所处的环境并将信号传递给所述控制系统，所述控制系统接收信号后当判断机器人位于斜坡前，所述控制系统控制位于机身前进方向的所述第一行走机构的第一驱动装置工作，所述第一行走机构的所述第一驱动装置工作带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动抬高进而实现所述第一行走机构的所述腿部支架的向上弯曲抬高；

S2：所述控制系统再控制所述第二行走机构的第一驱动装置工作，所述第二行走机构的所述第一驱动装置工作带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动抬高进而实现所述第二行走机构的所述腿部支架的向上弯曲抬高，其中，所述第二行走机构的所述摇杆转动角度小于所述第一行走机构的所述摇杆的转动角度；

S3：所述控制系统控制所述第三行走机构的第一驱动装置不工作，进而使得所述第三行走机构的所述腿部支架处于直立状态，在所述控制系统控制所述第一行走机构、所述第二行走机构以及所述第三行走机构的所述腿部支架调整完毕后，所述机身重心保持平衡；

S4：所述控制系统控制所述第一行走机构的第二驱动装置、所述第二行走机构的第二驱动装置以及第三行走机构的第二驱动装置同速同向转动，进而带动所述第一行走机构的所述驱动轮、所述第二行走机构的所述驱动轮以及第三行走机构的所述驱动轮同速同向在坡面上向前行驶，实现爬坡功能；

机器人跨越垂直障碍的方法包括如下步骤：

步骤1：所述感应模块感应机器人所处的环境并将信号传递给所述控制系统，所述控制系统接收信号后当判断机器人处于跨越垂直障碍物前，所述控制系统控制位于机身前进方向前端的所述第一行走机构的所述第一驱动装置工作，所述第一行走机构的所述第一驱动装置工作带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动抬高，同时所述控制系统控制所述第二行走机构的所述第一驱动装置工作带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动弯曲，且所述控制系统控制所述第三行走机构的所述第一驱动装置工作进而带动与其连接的所述摇杆向背离前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向背离前进方向摆动弯曲，在所述第一行走机构的所述驱动轮抬高的过程中，所述控制系统控制所述第二行走机构的所述腿部支架抬高以使得所述第一行走机构的所述驱动轮高度不低于垂直障碍物顶面的高度；

步骤2：所述控制系统再控制所述第二行走机构的所述第二驱动装置和所述第三行走机构的所述第二驱动装置工作从而分别驱动所述第二行走机构的所述驱动轮和所述第三行走机构的所述驱动轮向前进方向行驶直至将所述第一行走机构的所述驱动轮送上垂直障碍的顶面时停止，由于所述机身前端低于所述第一行走机构的所述驱动轮的高度，此时所述机身前端还没有到达垂直障碍物的顶面上；

步骤3：之后所述控制系统再控制所述第一行走机构的所述摇杆向后摆动以带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向后摆动，同时所述控制系统控制所述第三行走机构的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前摆动弯曲，且所述控制系统控制所述第二行走机构的第一驱动装置工作从而带动与其连接的所述摇杆向后转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向后摆动弯曲，当所述第一行走机构的所述腿部支架和第三行走机构的所述腿部支架摆动到与地面垂直时，所述机身达到离地面的最大高度，此时停止摆动；

步骤4：所述控制系统驱动所述第一行走机构的所述驱动轮和第三行走机构的所述驱动轮支撑着整个机器人前进，同时继续驱动所述第二行走机构的所述腿部支架向上弯曲抬起直至所述第二行走机构的所述驱动轮达到垂直障碍物的顶面；

步骤5：所述控制系统控制所述第二行走机构的所述摇杆向背离前进方向转动从而带动与所述摇杆相连的所述第二连杆向后摆动以将所述机身撑高，同时所述控制系统控制所述第一行走机构的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向上摆动，且所述控制系统控制所述第三行走机构的所述摇杆向背离前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向后上方摆动，直到所述第三行走机构的所述驱动轮高于垂直障碍物顶面的高度，此时所述第一行走机构的所述驱动轮和所述第二行走机构的所述驱动轮支撑着机器人前进，直到六个所述驱动轮都移动到垂直障碍物的顶面上，至此便完成了机器人整个跨越垂直障碍的过程；

机器人跨越壕沟的方法包括如下步骤：

步骤1，所述感应模块感应机器人所处的环境并将信号传递给所述控制系统，所述控制系统接收信号后当判断机器人处于壕沟前，所述控制器控制位于机身前进方向前端的所述第一行走机构的第一驱动装置工作，所述第一行走机构的所述第一驱动装置工作从而带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向上摆动抬高至所述第一行走机构的所述驱动轮与所述第二行走机构的所述驱动轮之间的距离不小于壕沟的宽度时停止转动；

步骤2，所述控制系统控制所述第二行走机构的所述驱动轮和所述第三行走机构的所述驱动轮工作进而支撑整个机器人前进直至机器人的所述第二行走机构的所述驱动轮滚进壕沟，此时由于所述第一行走机构的驱动轮已经到达壕沟的另一侧，故机器人处于由所述第一行走机构和所述第三行走机构支撑而第二行走机构悬空的状态；

步骤3，所述控制系统控制所述第一行走机构的所述摇杆转动带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向背离机器人前进方向摆动以将所述机身撑高，此时所述控制系统也控制所述第三行走机构的所述摇杆转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向背离机器人前进方向摆动到合适的角度，同时所述控制系统控制所述第二行走机构的所述摇杆和所述第二连杆向前进方向摆动，直到所述第二行走机构的所述驱动轮高于壕沟另一侧顶面的高度，所述控制系统再控制所述第一行走机构的所述摇杆带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动以与地面垂直，此时机身的高度最高，机器人能跨越壕沟；

步骤4，机器人继续向前行驶直至所述第二行驶机构的所述驱动轮跨越到壕沟另一侧的顶面上，同时保证在所述第三行走机构的所述驱动轮离开壕沟的一侧时，所述第二行走机构的所述驱动轮已经到达壕沟的另一侧，之后所述第一行走机构的所述驱动轮和所述第二行走机构的所述驱动轮向前行驶以支撑机器人前进；

步骤5，所述控制系统控制所述第三行走机构的所述摇杆和所述第二连杆向前进方向摆动以使得所述第三行走机构的所述驱动轮抬高至高于壕沟另一侧的顶面，在所述第一行走机构的所述驱动轮和所述第二行走机构的所述驱动轮支撑机器人向前行驶直至所述第三行走机构的所述驱动轮也顺利到达壕沟的另一侧，此时，所述控制系统控制所述第三行走机构的所述摇杆带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向后带动摆动直至所述第三行走机构的所述腿部支架与地面垂直，至此机器人完成了跨越壕沟的整个过程。

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