CN111113439A - 一种仿人爬楼梯机器人及其控制方法 - Google Patents

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傅天珠
卢炳回
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Abstract

一种仿人爬楼梯机器人及其控制方法，涉及一种机器人及其控制方法，机器人包括人型机器人本体、控制系统、电源系统；控制系统包括双目摄像头、中央处理器、驱动单元；双目摄像头安置在机器人头部系统的双眼内，双目摄像头的输出端分别与中央处理器的输入端连接。方法是通过双目摄像头识别楼梯高度，然后重心左移并抬起右腿放置到上一个台阶，再把重心右移并抬起左腿放置在同一个台阶上，进而重心右移并抬起左腿放置到再上一个台阶，再把重心左移并抬起右腿放置在同一个台阶上，如此循环，通过仿人上楼梯步态来实现爬楼梯功能。本发明可实现人形机器人的自动爬楼梯功能，具有灵活性好、智能化程度高、结构简单、成本低等特点，易于推广使用。

Description

一种仿人爬楼梯机器人及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种机器人及其控制方法，特别是一种仿人爬楼梯机器人及其控制方法。
背景技术
现有的爬楼梯机器人有各种各样方式，比如履带式、多足式、仿人式、车轮式等，履带式、多足式、车轮式形状比较大，爬楼梯不够灵活，目前仿人式很少可以爬楼，而且不够人性化，而且仿人式人形机器人尚未发现。
授权公告号为CN104760630B的发明专利公开了一种仿人步态爬楼梯机器人， 虽然是仿人步态，但不是双足，而是由四只结构相同的脚部构成，灵活性不够好，而且只是步态分析，没有实现整个人形机器人爬楼梯的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种仿人爬楼梯机器人及其控制方法，以解决现有人形机器人存在的无法自动爬楼梯或者爬楼梯步态不灵活的不足之处。
解决上述技术问题的技术方案是：一种仿人爬楼梯机器人，包括人型机器人本体、控制系统、电源系统；人型机器人本体包括机器人腿部系统、机器人机身系统、机器人手部系统、机器人头部系统；该人型机器人本体具有与人体运动关节一致的机器人运动关节，并在每个关节都设置有一个关节电机，所述的控制系统包括双目摄像头、中央处理器、驱动单元；所述的双目摄像头安置在机器人头部系统的双眼内，该双目摄像头的输出端分别与中央处理器的输入端连接，中央处理器的输出端通过驱动单元与机器人腿部系统、机器人机身系统、机器人手部系统、机器人头部系统的输入端连接。
本发明的进一步技术方案是：所述的控制系统还包括触碰传感器，该触碰传感器安置在机器人腿部系统的脚掌底面，触碰传感器的输出端分别与中央处理器的输入端连接。
本发明的再进一步技术方案是：所述的控制系统还包括语音识别模块、无线信息收发单元、移动设备、后台管控单元，所述的语音识别模块的输出端与中央处理器的输入端连接，中央处理器的输入输出端还与无线信息收发单元的输入输出端相连；无线信息收发单元的输入输出端与后台管控单元、移动设备通过无线通讯连接。
本发明的另一技术方案是：一种仿人爬楼梯机器人的控制方法，该方法是机器人通过双目摄像头识别楼梯高度，然后重心左移并抬起右腿放置到上一个台阶，再把重心右移并抬起左腿放置在同一个台阶上，进而重心右移并抬起左腿放置到再上一个台阶，再把重心左移并抬起右腿放置在同一个台阶上，如此循环，通过仿人上楼梯步态来实现爬楼梯功能。
本发明的进一步技术方案是：：该方法包括以下步骤：
a).机器人在自动行走到楼梯前并回到立正状态，通过双目摄像头识别楼梯，并测出每个台阶高度H；
b).通过调整关节电机把重心移到左腿，抬起右腿高度大于或等于H，然后向前移动至台阶中心，通过触碰传感器辅助右腿再垂直放置到第一个台阶上；
c).把重心移动到右腿，再蹬直右腿同时通过触碰传感器辅助左腿前移并放置在第一个台阶上；
d). 通过调整电机把重心移到右腿，抬起左腿高度大于等于H，然后向前移动至台阶中心，通过触碰传感器辅助左腿再垂直放置到第二个台阶上；
e).把重心移动到左腿，再蹬直左腿同时通过触碰传感器辅助右腿前移并放置在第二个台阶上；
f).重复步骤b)～e)，实现与人上楼梯步态基本一致的爬楼梯功能。
本发明的再进一步技术方案是：该机器人还通过语音或移动设备、后台管控单元进行控制爬楼梯动作。
由于采用上述结构，本发明之一种仿人爬楼梯机器人及其控制方法与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.实现人形机器人的自动爬楼梯功能：
由于本发明包括人型机器人本体、控制系统、电源系统；人型机器人本体包括机器人腿部系统、机器人机身系统、机器人手部系统、机器人头部系统；该人型机器人本体具有与人体运动关节一致的机器人运动关节，并在每个关节都设置有一个关节电机，其中，所述的控制系统包括双目摄像头、中央处理器、驱动单元；双目摄像头安置在机器人头部系统的双眼内，双目摄像头的输出端分别与中央处理器的输入端连接。本发明通过双目摄像头识别楼梯高度，然后重心左移并抬起右腿放置到上一个台阶，再把重心右移并抬起左腿放置在同一个台阶上，进而重心右移并抬起左腿放置到再上一个台阶，再把重心左移并抬起右腿放置在同一个台阶上，如此循环，通过仿人上楼梯步态来实现爬楼梯功能。因此，本发明可实现人形机器人的自动爬楼梯功能。
2.步态灵活
由于本发明是仿人型机器人，具有两条腿，而且本发明的人型机器人本体具有与人体运动关节一致的机器人运动关节，并在每个关节都设置有一个关节电机，当需要控制机器人爬楼梯时，可通过控制机器人腿部系统的左、右腿关节电机驱动左、右腿交替动作进行爬行，从而实现步态灵活的自动爬楼梯效果。
3.性能可靠
由于本发明的控制系统还包括触碰传感器，该触碰传感器安置在机器人腿部系统的脚掌底面，触碰传感器的输出端分别与中央处理器的输入端连接。在爬楼梯时，通过触碰传感器可以辅助机器人腿部系统的左、右腿垂直放置到台阶上，其可靠性较高。
4. 智能化程度高
由于本发明的控制系统还包括语音识别模块、无线信息收发单元、移动设备、后台管控单元，其中语音识别模块的输出端与中央处理器的输入端连接，中央处理器的输入输出端还与无线信息收发单元的输入输出端相连；无线信息收发单元的输入输出端与后台管控单元、移动设备通过无线通讯连接。本发明可通过语音或移动设备、后台管控单元进行控制机器人的爬楼梯动作，其智能化程度高较高。
5.结构简单，成本低：
本发明的结构采用比较简单，生产成本较低，易于推广使用。
下面，结合附图和实施例对本发明之一种仿人爬楼梯机器人及其控制方法的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1：实施例一所述本发明之一种仿人爬楼梯机器人的结构示意图，
图2：实施例一所述控制系统的结构框图，
图中的各标号说明如下：
1-人型机器人本体，
101-机器人腿部系统，102-机器人机身系统，103-机器人手部系统，
104-机器人头部系统，105-关节电机，
2-控制系统，
201-触碰传感器，202-双目摄像头，203-中央处理器，204-语音识别模块，
205-驱动单元， 206-无线信息收发单元，207-移动设备，208-后台管控单元，
3-电源系统。
具体实施方式
实施例一：
一种仿人爬楼梯机器人，包括人型机器人本体1、控制系统2、电源系统3；人型机器人本体1包括机器人腿部系统101、机器人机身系统102、机器人手部系统103、机器人头部系统104；该人型机器人本体1具有与人体运动关节一致的19个机器人运动关节，并在每个关节都设置有一个关节电机105，所述的机器人腿部系统101、机器人手部系统103的顶端分别与机器人机身系统102的输出端连接；机器人头部系统104的底端与机器人机身系统102的输出端连接；所述的控制系统2和电源系统2相连接且都安装在机器人机身系统102内。
所述的控制系统2包括触碰传感器201、双目摄像头202、中央处理器203、语音识别模块204、驱动单元205、无线信息收发单元206、移动设备207、后台管控单元208；其中：
所述的触碰传感器201用于辅助机器人腿部系统的左、右腿垂直放置到台阶上，该安置在机器人腿部系统101的脚掌底面；
所述的双目摄像头202用于识别楼梯和测出每个台阶高度H，该双目摄像头202安置在机器人头部系统104的双眼内；
所述的语音识别模块204用于识别语音，并将该语音信息传输至中央处理器203进行控制机器人动作；
所述的中央处理器203的输入端分别与触碰传感器201、双目摄像头202、语音识别模块204的输出端连接，根据触碰传感器201、双目摄像头202、语音识别模块204传送来的信息分别控制机器人腿部系统101、机器人机身系统102、机器人手部系统103、机器人头部系统104动作；中央处理器203的输入输出端还通过无线信息收发单元206与后台管控单元208、移动设备207通过无线通讯连接，以便根据后台管控单元208、移动设备207的指令进行操控机器人动作。
上述的机器人腿部系统101、机器人机身系统102、机器人手部系统103、机器人头部系统104均属于现有技术。
上述的央处理器203、语音识别模块204、驱动单元205均采用常用的电子元器件，无线信息收发单元206为常用的无线接收和发射器。
实施例二：
一种仿人爬楼梯机器人的控制方法，该方法是机器人通过双目摄像头识别楼梯高度，然后重心左移并抬起右腿放置到上一个台阶，再把重心右移并抬起左腿放置在同一个台阶上，进而重心右移并抬起左腿放置到再上一个台阶，再把重心左移并抬起右腿放置在同一个台阶上，如此循环，通过仿人上楼梯步态来实现爬楼梯功能。
该方法包括以下步骤：
a).机器人在自动行走到楼梯前并回到立正状态，通过双目摄像头识别楼梯，并测出每个台阶高度H；
b).通过调整关节电机把重心移到左腿，抬起右腿高度大于或等于H，然后向前移动至台阶中心，通过触碰传感器辅助右腿再垂直放置到第一个台阶上；
c).把重心移动到右腿，再蹬直右腿同时通过触碰传感器辅助左腿前移并放置在第一个台阶上；
d). 通过调整电机把重心移到右腿，抬起左腿高度大于等于H，然后向前移动至台阶中心，通过触碰传感器辅助左腿再垂直放置到第二个台阶上；
e).把重心移动到左腿，再蹬直左腿同时通过触碰传感器辅助右腿前移并放置在第二个台阶上；
f).重复步骤b)～e)，实现与人上楼梯步态基本一致的爬楼梯功能。
该机器人还可通过语音或移动设备207、后台管控单元208的指令进行操控机器人爬楼梯动作。

Claims (6)

1.一种仿人爬楼梯机器人，包括人型机器人本体（1）、控制系统（2）、电源系统（3）；人型机器人本体（1）包括机器人腿部系统（101）、机器人机身系统（102）、机器人手部系统（103）、机器人头部系统（104）；该人型机器人本体（1）具有与人体运动关节一致的机器人运动关节，并在每个关节都设置有一个关节电机（105），其特征在于：所述的控制系统（2）包括双目摄像头（202）、中央处理器（203）、驱动单元（205）；所述的双目摄像头（202）安置在机器人头部系统（104）的双眼内，该双目摄像头（202）的输出端分别与中央处理器（203）的输入端连接，中央处理器（203）的输出端通过驱动单元（205）与机器人腿部系统（101）、机器人机身系统（102）、机器人手部系统（103）、机器人头部系统（104）的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种仿人爬楼梯机器人，其特征在于：所述的控制系统（2）还包括触碰传感器（201），该触碰传感器（201）安置在机器人腿部系统（101）的脚掌底面，触碰传感器（201）的输出端分别与中央处理器（203）的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种仿人爬楼梯机器人，其特征在于：所述的控制系统（2）还包括语音识别模块（204）、无线信息收发单元（206）、移动设备（207）、后台管控单元（208），所述的语音识别模块（204）的输出端与中央处理器（203）的输入端连接，中央处理器（203）的输入输出端还与无线信息收发单元（206）的输入输出端相连；无线信息收发单元（206）的输入输出端与后台管控单元（208）、移动设备（207）通过无线通讯连接。
4.一种仿人爬楼梯机器人的控制方法，其特征在于：该方法是机器人通过双目摄像头识别楼梯高度，然后重心左移并抬起右腿放置到上一个台阶，再把重心右移并抬起左腿放置在同一个台阶上，进而重心右移并抬起左腿放置到再上一个台阶，再把重心左移并抬起右腿放置在同一个台阶上，如此循环，通过仿人上楼梯步态来实现爬楼梯功能。
5.根据权利要求4所述的一种仿人爬楼梯机器人的控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
a).机器人在自动行走到楼梯前并回到立正状态，通过双目摄像头识别楼梯，并测出每个台阶高度H；
b).通过调整关节电机把重心移到左腿，抬起右腿高度大于或等于H，然后向前移动至台阶中心，通过触碰传感器辅助右腿再垂直放置到第一个台阶上；
c).把重心移动到右腿，再蹬直右腿同时通过触碰传感器辅助左腿前移并放置在第一个台阶上；
d). 通过调整电机把重心移到右腿，抬起左腿高度大于等于H，然后向前移动至台阶中心，通过触碰传感器辅助左腿再垂直放置到第二个台阶上；
e).把重心移动到左腿，再蹬直左腿同时通过触碰传感器辅助右腿前移并放置在第二个台阶上；
f).重复步骤b)～e)，实现与人上楼梯步态基本一致的爬楼梯功能。
6.根据权利要求4或5所述的一种仿人爬楼梯机器人的控制方法，其特征在于：该机器人还通过语音或移动设备（207）、后台管控单元（208）进行控制爬楼梯动作。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002307340A (ja) * 2001-04-19 2002-10-23 Sony Corp 脚式移動ロボット及びその制御方法
JP2003340763A (ja) * 2002-05-24 2003-12-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ２足歩行ロボットの階段昇降方法及び２足歩行ロボット
CN206123679U (zh) * 2016-10-21 2017-04-26 昆明理工大学 一种高通过性变形人形机器人
CN109202901A (zh) * 2018-08-29 2019-01-15 厦门理工学院 一种双足机器人爬楼梯步态规划方法、装置及机器人
CN109941371A (zh) * 2019-04-22 2019-06-28 青岛黄海学院 一种双足机器人及其行走控制方法
CN110211454A (zh) * 2019-06-03 2019-09-06 桂林凯歌信息科技有限公司 基于语音识别的蛙泳教学演示机器人及其控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002307340A (ja) * 2001-04-19 2002-10-23 Sony Corp 脚式移動ロボット及びその制御方法
JP2003340763A (ja) * 2002-05-24 2003-12-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ２足歩行ロボットの階段昇降方法及び２足歩行ロボット
CN206123679U (zh) * 2016-10-21 2017-04-26 昆明理工大学 一种高通过性变形人形机器人
CN109202901A (zh) * 2018-08-29 2019-01-15 厦门理工学院 一种双足机器人爬楼梯步态规划方法、装置及机器人
CN109941371A (zh) * 2019-04-22 2019-06-28 青岛黄海学院 一种双足机器人及其行走控制方法
CN110211454A (zh) * 2019-06-03 2019-09-06 桂林凯歌信息科技有限公司 基于语音识别的蛙泳教学演示机器人及其控制方法

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