可攀爬任意旋角臺(tái)階和任意臺(tái)階面的機(jī)器人及其攀爬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可攀爬任意旋轉(zhuǎn)角度臺(tái)階、任意臺(tái)階面的機(jī)器人及攀爬方法，屬于爬樓機(jī)器人領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們生活質(zhì)量和審美水平的提高，旋轉(zhuǎn)樓梯隨處可見，比如別墅、食堂、購(gòu)物中心、體育館等?？墒?，往樓上搬運(yùn)東西或者老年人殘疾人上樓給人們帶來(lái)了很多困擾；另一種情況，黃山、華山此類的高山景點(diǎn)的石臺(tái)階每一階不是完全平行，地面也不平整，只能靠挑山工往山上挑運(yùn)貨物。而現(xiàn)階段的搬運(yùn)設(shè)備或爬樓機(jī)器人多為星輪式和履帶式，受其輪子或履帶的束縛只適用于直樓梯，人形機(jī)器人能爬旋轉(zhuǎn)樓梯，可是不適合搬運(yùn)。因此，設(shè)計(jì)一種可攀爬任意旋轉(zhuǎn)角度臺(tái)階、路況不平也能保持水平姿態(tài)的機(jī)器人很必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種可爬樓任意旋轉(zhuǎn)角度臺(tái)階、任意臺(tái)階面的機(jī)器人及攀爬方法。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種可攀爬任意旋角臺(tái)階和任意臺(tái)階面的機(jī)器人，包括外四腿支撐結(jié)構(gòu)和內(nèi)四腿支撐結(jié)構(gòu)，所述的外四腿支撐結(jié)構(gòu)包括第一支撐板和固定于第一支撐板下側(cè)的四個(gè)可伸縮的外腿，所述的四個(gè)外腿中，兩個(gè)位于第一支撐板的前部，另外兩個(gè)位于第一支撐板的后部，所述的內(nèi)四腿支撐結(jié)構(gòu)包括第二支撐板和固定于第二支撐板下側(cè)的四個(gè)可伸縮的內(nèi)腿，所述的四個(gè)內(nèi)腿中，兩個(gè)位于第二支撐板的前部，另外兩個(gè)位于第二支撐板的后部，所述的第一支撐板和第二支撐板之間可相對(duì)旋轉(zhuǎn)和相對(duì)位移，其特征在于，所述的位于第一支撐板的前部的兩個(gè)外腿的前側(cè)分別設(shè)有第一激光測(cè)距傳感器和第二激光測(cè)距傳感器，位于第二支撐板前部的兩個(gè)內(nèi)腿的前側(cè)分別設(shè)有第三激光測(cè)距傳感器和第四激光測(cè)距傳感器，所述的四個(gè)外腿和四個(gè)內(nèi)腿的下端設(shè)有底座，所述的底座的下側(cè)設(shè)有碰撞傳感器。
[0005]優(yōu)選地，所述的外四腿支撐結(jié)構(gòu)的上側(cè)設(shè)有控制柜，控制柜上側(cè)設(shè)有載物臺(tái)。
[0006]優(yōu)選地，所述的外四腿支撐結(jié)構(gòu)的上側(cè)設(shè)有配重塊。
[0007]本發(fā)明還提供了上述的可攀爬任意旋角臺(tái)階和任意臺(tái)階面的機(jī)器人的攀爬方法，其特征在于，包括:
[0008]第一步:將外四腿支撐結(jié)構(gòu)的四個(gè)外腿皆伸長(zhǎng)一定長(zhǎng)度H1, H1= h+b，h為一個(gè)臺(tái)階的高度，單位為cm，b為設(shè)定值，b的取值范圍為O?3cm，此時(shí)，內(nèi)四腿支撐結(jié)構(gòu)的四個(gè)內(nèi)腿懸空;
[0009]第二步:第三激光測(cè)距傳感器和第四激光測(cè)距傳感器分別檢測(cè)位于第二支撐板前部的兩個(gè)內(nèi)腿到前方臺(tái)階的距離LI和L2，若LI與L2中至少一個(gè)大于等于設(shè)定值a，則停止攀爬，若LI與L2皆小于設(shè)定值a且LI與L2相等，則進(jìn)入第三步，若LI與L2皆小于設(shè)定值a且LI與L2不相等，設(shè)LI小于L2，第二支撐板相對(duì)于第一支撐板向使LI增大的方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)至LI與L2相等時(shí)，停止旋轉(zhuǎn)；
[0010]第三步:第二支撐板相對(duì)于第一支撐板向前移動(dòng)，此時(shí)，第三激光測(cè)距傳感器和第四激光測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)測(cè)試位于第二支撐板前部的兩個(gè)內(nèi)腿到前方臺(tái)階的距離LI和L2，當(dāng)LI和L2等于指定距離M時(shí)，停止相對(duì)移動(dòng)；
[0011]第四步:將內(nèi)四腿支撐結(jié)構(gòu)的四個(gè)內(nèi)腿伸長(zhǎng)，此過(guò)程中，第一支撐板和第二支撐板保持水平狀態(tài)，當(dāng)四個(gè)內(nèi)腿上的碰撞傳感器皆碰到地面時(shí)，內(nèi)腿繼續(xù)伸長(zhǎng)一定長(zhǎng)度H2，H2 =h，外四腿支撐結(jié)構(gòu)的四個(gè)外腿收縮并懸空；
[0012]第五步:第一激光測(cè)距傳感器和第二激光測(cè)距傳感器分別檢測(cè)位于第一支撐板的前部的兩個(gè)外腿到前方臺(tái)階的距離L3和L4，此時(shí)若L3和L4中至少一個(gè)大于等于設(shè)定值a，則停止攀爬，若L3和L4皆小于設(shè)定值a且L3和L4相等，則進(jìn)入第六步，若L3和L4皆小于設(shè)定值a且L3和L4不相等，設(shè)L3小于L4，第一支撐板相對(duì)于第二支撐板向使L3增大的方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)至L3和L4相等時(shí)，停止旋轉(zhuǎn)；
[0013]第六步:第一支撐板相對(duì)于第二支撐板向前移動(dòng)，此時(shí)，第一激光測(cè)距傳感器和第二激光測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)測(cè)試位于第一支撐板的前部的兩個(gè)外腿到前方臺(tái)階的距離L3和L4，當(dāng)L3和L4等于指定距離M時(shí)，停止相對(duì)移動(dòng)；
[0014]第七步:將外四腿支撐結(jié)構(gòu)的四個(gè)外腿伸長(zhǎng)，第一支撐板和第二支撐板保持水平狀態(tài)，當(dāng)四個(gè)外腿上的碰撞傳感器皆碰到地面時(shí)，外腿繼續(xù)伸長(zhǎng)一定長(zhǎng)度H3，H3= h，內(nèi)四腿支撐結(jié)構(gòu)的四個(gè)內(nèi)腿收縮并懸空，返回第二步。
[0015]優(yōu)選地，所述的指定距離M小于臺(tái)階的最小深度。
[0016]優(yōu)選地，所述的設(shè)定值a大于臺(tái)階的最大深度。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0018]本機(jī)器人利用其旋轉(zhuǎn)和前移結(jié)構(gòu)、激光測(cè)距傳感器，結(jié)合本發(fā)明設(shè)計(jì)的控制方法，提出了一種巧妙的旋轉(zhuǎn)爬樓路徑規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)了任意旋轉(zhuǎn)角度臺(tái)階、任意樣式臺(tái)階(每一階臺(tái)階旋轉(zhuǎn)角度不同)的攀爬，穩(wěn)定，高效，適用范圍廣；而且利用其特有的升降方法、碰撞傳感器(簡(jiǎn)易應(yīng)用可采用行程開關(guān))模仿人腳觸覺(jué)的理念，結(jié)合本發(fā)明設(shè)計(jì)的控制方法，實(shí)現(xiàn)了攀爬不平整臺(tái)階而始終保持水平姿。旋轉(zhuǎn)爬樓過(guò)程中，由于機(jī)器人腳掌上的碰撞傳感器碰到地面后使得腿伸長(zhǎng)停止，所以機(jī)器人踩到不平整的地面也能保持水平姿態(tài)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明提供的可攀爬任意旋轉(zhuǎn)角度臺(tái)階、任意臺(tái)階面機(jī)器人的軸測(cè)圖；
[0020]圖2A-2G為可攀爬任意旋轉(zhuǎn)角度臺(tái)階、任意臺(tái)階面機(jī)器人爬臺(tái)階面不平整旋轉(zhuǎn)樓梯過(guò)程示意圖(軸測(cè)圖)；
[0021]圖3A-3G為可攀爬任意旋轉(zhuǎn)角度臺(tái)階、任意臺(tái)階面機(jī)器人爬臺(tái)階面不平整旋轉(zhuǎn)樓梯過(guò)程示意圖(俯視圖)(與圖2A-2G對(duì)應(yīng))。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本發(fā)明中所述的地面包括地面和臺(tái)階面。
[0023]實(shí)施例
[0024]如圖1所示，本發(fā)明的可攀爬任意旋角臺(tái)階和任意臺(tái)階面的機(jī)器人，包括外四腿支撐結(jié)構(gòu)4和內(nèi)四腿支撐結(jié)構(gòu)3，所述的外四腿支撐結(jié)構(gòu)4包括第一支撐板和固定于第一支撐板下側(cè)的四個(gè)可伸縮的外腿，所述的四個(gè)外腿中，兩個(gè)位于第一支撐板的前部，另外兩個(gè)位于第一支撐板的后部，所述的內(nèi)四腿支撐結(jié)構(gòu)3包括第二支撐板和固定于第二支撐板下側(cè)的四個(gè)可伸縮的內(nèi)腿，所述的四個(gè)內(nèi)腿中，兩個(gè)位于第二支撐板的前部，另外兩個(gè)位于第二支撐板的后部。
[0025]所述的第一支撐板位于第二支撐板的上側(cè)，所述的第一支撐板和第二支撐板之間可相對(duì)旋轉(zhuǎn)和相對(duì)位移，所述的第一支撐板和第二支撐板之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)和相對(duì)位移可通過(guò)設(shè)于第一支撐板和第二支撐板之間的轉(zhuǎn)接板實(shí)現(xiàn)，第一支撐板與轉(zhuǎn)接板通過(guò)轉(zhuǎn)向軸連接并可通過(guò)轉(zhuǎn)向軸實(shí)現(xiàn)相對(duì)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)接板與第二支撐板通過(guò)絲杠連接并可通過(guò)絲杠實(shí)現(xiàn)相對(duì)位移。
[0026]所述的位于第一支撐板的前部的兩個(gè)外腿的前側(cè)分別設(shè)有第一激光測(cè)距傳感器7和第二激光測(cè)距傳感器9，位于第二支撐板前部的兩個(gè)內(nèi)腿的前側(cè)分別設(shè)有第三激光測(cè)距傳感器10和第四激光測(cè)距傳感器11，所述的四個(gè)外腿和四個(gè)內(nèi)腿的下端設(shè)有底座5，所述的底座5的下側(cè)設(shè)有碰撞傳感器6，所述的底座5具有類似腳掌的作用。所述的外四腿支撐結(jié)構(gòu)4的上側(cè)設(shè)有控制柜2，控制柜2上側(cè)設(shè)有載物臺(tái)I。所述的外四腿支撐結(jié)構(gòu)4的上側(cè)設(shè)有配重塊8?？刂乒?用于控制第一支撐板與第二支撐板之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)和位移以及四個(gè)內(nèi)腿和四個(gè)外腿的伸長(zhǎng)和收縮。
[0027]上述的可攀爬任意旋角臺(tái)階和任意臺(tái)階面的機(jī)器人的攀爬方法為:
[0028]第一步:將外四腿支撐結(jié)構(gòu)4的四個(gè)外腿皆伸長(zhǎng)一定長(zhǎng)度H1, H1= h+b, h為一個(gè)臺(tái)