CN113562088B - 一种多传感器移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多传感器移动机器人，包括机身，机身上设置有行走机构，行走机构包括左右两条机械腿，机械腿包括大腿、小腿和脚掌，大腿由大腿驱动机构驱动而转动，小腿由小腿驱动机构驱动而转动，脚掌由脚掌驱动机构而转动，脚掌包括脚掌底盘和与小腿铰接相连的脚掌车架，脚掌底盘上设置有由履带驱动机构驱动的行走履带，脚掌底盘与脚掌车架之间设置有弹性减震件，弹性减震件的弹性力满足，当两条机械腿共同承担机身重量时，脚掌车架位于与行走履带脱离的高位；当仅有一条机械腿承担机身重量时，脚掌车架位于与行走履带接触以阻止行走履带转动的低位。本发明解决了现有步行机器人不能实现快速移动的技术问题。

Description

一种多传感器移动机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域中的多传感器移动机器人。

背景技术

随着科技的进步和自动化水平的提高，移动机器人在工农业生产上具有广阔的发展空间，代表着高新技术发展的最前沿。移动机器人涉及了多个方面的知识，包括传感器数据采集、智能控制、信息处理、通信技术以及系统模型的建立和路径的优化，是一个复杂的人工智能体系，其中传感器采集包括视觉图像采集，障碍物判断等，通常使用到的传感器有摄像传感器和激光位移传感器，每一个机器人都可以称为多传感器机器人。机器人在生产生活方面得到极大应用，如割草机器人、清洁机器人、快递机器人的出现等；另一方面，随着社会保障制度的完善以及以人为本理念的提出，在一些危险、繁重、环境恶劣的场合需要移动机器人去解决工作时间长、更高精度和更高效率的工作，如机器人搜救、机器人灭火、排爆机器人等。移动机器人在进行活动时，由于面对的环境和对象具有不确定性，因此需要建立准确的环境模型进而实现避障运动和路径规划，在对自身进行定位以及规划最优路径的时候离不开多个传感器采集的外部数据信息，而信息之间如何进行融合以实现信息之间的冗余互补，最大限度的为机器人路径规划提供决策依据，具有一定的理论和现实意义。

但是，上述的各种功能机器人，其移动和越障能力是其能否顺利实现其它功能的关键，现有的多传感器移动机器人如中国专利CN112896361A公开的“一种具有重载缓振平稳功能的仿生双足行走机器人”，该机器人包括机身和与机身相连的行走机构，行走机构包括两条左右布置的机械腿，机械腿包括括髋关节运动机构、膝关节运动机构、踝关节运动机构和机械足机构。髋关节运动机构包括腿部电机、曲柄、髋部连杆和大腿；膝关节运动机构包括大腿、中腿和腿部连杆；踝关节运动机构包括中腿和小腿；机械足机构包括两个足部电机和两个足趾，足趾由减振弹簧、上足板和足底板组成。该运动机构是一种模仿鸵鸟的仿生运动机构，其缺点是机构复杂，且不能向轮式运动机构一样快速运动，运动过程中，重心较高，也限制了其运动速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多传感器移动机器人，以解决现有步行机器人不能实现快速移动的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种多传感器移动机器人，包括机身，机身上设置有行走机构，行走机构包括左右两条机械腿，机械腿包括大腿、小腿和脚掌，大腿的上端与机身铰接相连，小腿的上端与大腿铰接相连，脚掌的上端与小腿铰接相连，大腿由大腿驱动机构驱动而转动，小腿由小腿驱动机构驱动而转动，脚掌由脚掌驱动机构而转动，脚掌包括脚掌底盘和与小腿铰接相连的脚掌车架，脚掌底盘上设置有由履带驱动机构驱动的行走履带，脚掌底盘与脚掌车架之间设置有弹性减震件，

弹性减震件的弹性力满足，当两条机械腿共同承担机身重量时，脚掌车架位于与行走履带脱离的高位；当仅有一条机械腿承担机身重量时，脚掌车架位于与行走履带接触以阻止行走履带转动的低位。

脚掌底盘上设置有竖向布置的传力导向销，弹性减震件由套设于所述传力导向销上的减震弹簧构成，脚掌车架上设有与所述传力导向销上端导向移动配合的车架传力孔。

机身内部设有收纳腔，大腿、小腿在上下方向错开布置，各机械腿具有使大腿、小腿收纳于所述收纳腔中，并使机身的底部支撑于脚掌车架上端的收纳工位；各机械腿具有使大腿、小腿由收纳腔中展开的展开工位。

收纳腔底部具有收纳腔底板，收纳腔底板上设有机械腿避让通道，收纳腔底板上还设置有与传力导向销适配的机身传力孔，机械腿处于收纳工位时，各传力导向销分别沿上下方向穿设于对应的机身传力孔中。

大腿、小腿均为板状结构。

机械腿处于收纳工位时，两个脚掌前后间隔布置，两个脚掌左右间隔布置。

机械腿处于收纳购工位时，其中一个机械腿的大腿、小腿呈一字形布置，另外一个机械腿的大腿、小腿呈一字形布置或者左右并列布置。

本发明的有益效果为：本发明中，在脚掌上设置行走履带，行走履带由履带驱动机构驱动而能够循环转动，从而实现移动机器人的轮式行走，相比较步行式机器人而言，其具有移动速度快的特点；当然，在遇到障碍物比如说台阶时，需要利用步行方式来越过障碍物，为了避免机器人在步行越障时，行走履带转动而影响机器人的正常步行，本发明中巧妙的设计了脚掌底盘与脚掌车架之间的弹性减震件，当正常轮式行走时，两个机械腿共同承担机器人重量，此时弹性减震件的压缩程度较小，脚掌车架处于不与行走履带接触的高位，脚掌车架不影响行走履带的正常转动，当需要步行越障时，一个机械腿在对应大腿、小腿的动作下离地，另外一个机械腿单独支撑机器人的重量，弹性减震件受压程度较大，脚掌车架处于与行走履带接触的低位，此时校准车架与行走履带接触而阻止行走履带转动，可以保证机器人与地面的摩擦力，保证顺利越障。

附图说明

图1是本发明中多传感器移动机器人的实施例1的结构示意图；

图2是图1中两个机械腿的俯视状态图；

图3是图1中的A处放大图；

图4是实施例1中机械腿处于展开工位的状态示意图；

图5是实施例1中机械腿进行越障时的状态示意图；

图6是图5中左侧机械腿的脚掌的结构示意图；

图7是图5中右侧机械腿的脚掌的结构示意图；

图8是本发明中多传感器移动机器人的实施例2的结构示意图。

具体实施方式

本发明中多传感器移动机器人的实施例1如图1~7所示：包括机身，机身上设置有行走机构，行走机构包括左右两条机械腿，位置靠左的机械腿称为左侧机械腿10，位置靠右的机械腿称为右侧机械腿12，各机械腿均包括大腿11、小腿9和脚掌8，大腿的上端与机身铰接相连，小腿的上端与大腿铰接相连，脚掌的上端与小腿铰接相连，大腿由大腿驱动机构驱动而转动，小腿由小腿驱动机构驱动而转动，脚掌由脚掌驱动机构驱动而转动。在本发明中，大腿驱动机构包括大腿驱动电机15，大腿驱动电机15的电机轴与大腿11相连，小腿驱动机构包括小腿驱动电机16，小腿驱动电机的电机轴与小腿9相连，脚掌驱动机构包括脚掌驱动电机17，脚掌驱动电机的电机轴与脚掌相连。机身包括机壳3，机壳的内侧顶部设置有锂电池2，机壳的前端和后端设置有多个传感器1，传感器包括激光位移传感器和图像采集传感器，因此该机器人也可以称为多传感器移动机器人。

以上均属于现有技术，本发明的创新改进在于：脚掌包括脚掌底盘7和与小腿铰接相连的脚掌车架5，脚掌底盘上设置有由履带驱动机构驱动的行走履带6，履带驱动机构包括履带驱动电机，履带驱动电机与行走履带的主动带轮传动连接。

脚掌底盘与脚掌车架之间设置有弹性减震件，本实施例中，脚掌底盘上设置有竖向布置的传力导向销4，弹性减震件由套设于传力导向销上的减震弹簧20构成，脚掌车架上设有与所述传力导向销上端导向移动配合的车架传力孔18。每个脚掌底盘与脚掌车架之间设置有四个弹性减震件，其中两个位于脚掌底盘左端与脚掌车架之间，另外两个位于脚掌底盘右端与脚掌车架5之间。

弹性减震件的弹性力满足以下条件，当两条机械腿共同承担机身重量时，脚掌车架位于与行走履带脱离的高位；当仅有一条机械腿承担机身重量时，脚掌车架位于与行走履带接触以阻止行走履带转动的低位。

机壳的内腔构成收纳腔，每个机械腿的大腿和小腿均为板状结构，每个机械腿的大腿、小腿在上下方向上错开布置。各机械腿具有大腿11、小腿9收纳于所述收纳腔中，并使机身的底部支撑于脚掌车架上端的收纳工位；各机械腿具有使大腿、小腿由收纳腔中展开的展开工位。

收纳腔底部具有收纳腔底板25，收纳腔底板上设有机械腿避让通道14，收纳腔底板上还设置有与传力导向销适配的机身传力孔13，机械腿处于收纳工位时，各传力导向销分别沿上下方向穿设于对应的机身传力孔13中。

在没有障碍物的正常行驶过程中，如图1所示，左侧机械腿10的大腿摆动至水平位置，左侧机械腿的小腿摆动至水平位置，脚掌摆动至图1姿态；右侧机械腿的大腿摆动至水平位置，右侧机械腿的小腿摆动至水平位置，脚掌摆动至图1姿态。此时机壳的底部支撑于左侧机械腿、右侧机械腿的脚掌车架上端，左侧机械腿、右侧机械腿的大腿和小腿不承担重量，因此大腿电机和小腿电机可以处于不工作状态；同时各传力导向销分别沿上下方向穿设于对应的机身传力孔中，脚掌移动时，通过传力导向销直接带着机壳移动，两个机械腿的大腿和小腿既不用于承担重量，也不用于传递行走动力，因此不仅可以做到节能，也可以有效的保证大腿、小腿的使用寿命。由于由两个机械腿的脚掌共同承担整个机器人的重量，所以弹性减震件被压缩的程度不是特别厉害，脚掌车架处于不与行走履带接触的高位，此时脚掌车架不影响行走履带的正常行走，整个机器人的重心较低，可以实现高速的轮式移动行走，此过程中的弹性减震件还能起到行走过程中的减震作用。左侧机械腿的脚掌、右侧机械腿的脚掌前后跨度较大，保证了机器人移动过程中的稳定性；而由左侧机械腿、右侧机械腿的左右布置，当左侧机械腿的行走履带与右侧机械腿的行走履带同速时，机器人直线行走，当左侧机械腿的行走履带与右侧机械腿的行走履带不同速时，机器人就可以进行转向，非常的方便。

当遇到障碍物比如说台阶，需要机器人越过障碍物时，左侧机械腿的大腿逆时针转动，相应小腿也配合转动；右侧机械腿的大腿顺时针转动，相应小腿也配合转动，可以实现如图4所示的机械腿处于展开工位时的状态。随后，行走履带再朝前移动一段距离，直至两个机械腿到达台阶旁边，然后左侧机械腿的大腿瞬时针转动，左侧机械腿的小腿逆时针转动，如图5所示，左侧机械腿做抬脚动作，此过程中，整个机器人的重量由右侧机械腿承担，右侧机械腿的弹性减震件受压程度较大，如图7所示，右侧机械腿的脚掌车架与右侧机械腿的行走履带接触，在抬脚过程中，右侧机械腿的行走履带不会转动，右侧机械腿不打滑，左侧机械腿可以顺利台阶；同样道理，当需要右侧机械腿抬脚时，左侧机械腿单独承受机器人的重量，左侧机械腿的行走履带也不会打滑，保证机器人可以顺利越障，当机器人到达台阶上后，两个机械腿又同时承担机器人的重量，机械腿收起至机壳内，机器人可以利用左侧机械腿、右侧机械腿的行走履带继续进行快速的移动。脚掌底盘与脚掌车架之间的前后运动动力也通过传力导向销来传递。

一种多传感器移动机器人的实施例2如图8所示：实施例2与实施例1不同的是，左侧机械腿在收起时，大腿瞬时针转动，小腿逆时针转动，机械腿处于收纳购工位时，左侧机械腿的大腿、小腿左右并列布置，这样可以适当减小两个脚掌之间的跨度，减小机壳的前后尺寸。

机械腿处于收纳工位时，两个脚掌前后间隔布置，同时，两个脚掌左右间隔布置。机械腿处于收纳购工位时，两个机械腿的大腿、小腿呈一字形布置。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种多传感器移动机器人，包括机身，机身上设置有行走机构，行走机构包括左右两条机械腿，机械腿包括大腿、小腿和脚掌，大腿的上端与机身铰接相连，小腿的上端与大腿铰接相连，脚掌的上端与小腿铰接相连，大腿由大腿驱动机构驱动而转动，小腿由小腿驱动机构驱动而转动，脚掌由脚掌驱动机构而转动，其特征在于：脚掌包括脚掌底盘和与小腿铰接相连的脚掌车架，脚掌底盘上设置有由履带驱动机构驱动的行走履带，脚掌底盘与脚掌车架之间设置有弹性减震件，

弹性减震件的弹性力满足，当两条机械腿共同承担机身重量时，脚掌车架位于与行走履带脱离的高位；当仅有一条机械腿承担机身重量时，脚掌车架位于与行走履带接触以阻止行走履带转动的低位，

脚掌底盘上设置有竖向布置的传力导向销，弹性减震件由套设于所述传力导向销上的减震弹簧构成，脚掌车架上设有与所述传力导向销上端导向移动配合的车架传力孔，

机身内部设有收纳腔，大腿、小腿在上下方向错开布置，各机械腿具有使大腿、小腿收纳于所述收纳腔中，并使机身的底部支撑于脚掌车架上端的收纳工位；各机械腿具有使大腿、小腿由收纳腔中展开的展开工位，

收纳腔底部具有收纳腔底板，收纳腔底板上设有机械腿避让通道，收纳腔底板上还设置有与传力导向销适配的机身传力孔，机械腿处于收纳工位时，各传力导向销分别沿上下方向穿设于对应的机身传力孔中。

2.根据权利要求1所述的多传感器移动机器人，其特征在于：大腿、小腿均为板状结构。

3.根据权利要求1所述的多传感器移动机器人，其特征在于：机械腿处于收纳工位时，两个脚掌前后间隔布置，两个脚掌左右间隔布置。

4.根据权利要求3所述的多传感器移动机器人，其特征在于：机械腿处于收纳购工位时，其中一个机械腿的大腿、小腿呈一字形布置，另外一个机械腿的大腿、小腿呈一字形布置或者左右并列布置。

Images