[发明专利]一种移动机器人及其越障碍方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人工程，具体地说是一种需要越障碍的移动机器人及其越障碍方法。

背景技术

目前，现有使用较多的移动机器人有单节履带移动机器人和两节式履带移动机器人。

单节履带移动机器人通过电机带动箱体两侧的带轮与履带啮合传动，使机器人移动、爬楼或越障碍物。这种单节履带移动机器人在越障碍物时，只能越过较矮的障碍物(与机器人自身的体积重量相比较)，而且在上下楼梯时也不平稳，容易翻倒。

两节式履带移动机器人，前节履带作为摆腿，可以独立驱动。机器人由主驱动轮控制移动，由摆腿驱动电机控制摆腿翻转，实现机器人的前进、后退、爬坡、越障碍物等。但由于前节履带较短，很难使机器人翻身；即使可以使机器人翻身，也是用于机器人倾倒后的翻身自救。而且，当机器人在障碍物较多的复杂环境中应用时，就会存在着越障碍高度与机器人自身尺寸相比、机器人越障碍能力不足的问题。此外，还由于摆腿为履带式，履带及其支撑件势必会增加机器人的整体重量，进而导致驱动功率增加，内耗大，影响了机器人的移动速度、爬坡能力。如图1所示，履带及其支撑件的重量还使机器人整体重心G向前节履带、即摆腿端偏移，进而导致机器人翻身越障碍的障碍物11高度降低。如图2所示，当机器人翻身越障碍时，机器人的重心G端搭靠在障碍物11上，前节履带旋转把机器人重心端抬起；因为机器人摆腿为履带式，在机器人本体越障碍时，前节履带与地面接触的支撑端为滚动磨擦，磨擦系数小，在机器人自身重力的作用下，机器人容易下滑，增加了机器人操作控制的难度。若如图3所示，机器人不采用翻身越障碍，而是采用单节履带移动机器人越障碍方式，能越过障碍物11的最大高度远小于采用翻身越障碍方式能够越过的障碍物高度。单节履带移动机器人越障碍高度与其类似。再有，两节式履带移动机器人由于增加了前节履带，因履带制造费用高，所以成本较高。

发明内容

为了解决现有机器人越障碍能力不足的问题，本发明的目的在于提供一种提高越障碍高度、易于操作控制的移动机器人及其越障碍方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括箱体及安装在箱体两侧、通过履带连接的前、后带轮，箱体内的一端设有带轮电机，分别与该端箱体两侧的带轮相连接，在箱体的另一端设有摆腿回转轴，其由箱体及该端的后带轮穿过，摆腿回转轴位于箱体外的两端均设有摆腿；在该端的箱体内安装有与摆腿回转轴连接的摆腿电机。

其中：摆腿电机的输出轴与摆腿回转轴相垂直，摆腿电机的输出轴及摆腿回转轴上分别设有相互啮合传动的锥齿轮；摆腿电机通过锥齿轮驱动摆腿转动；摆腿的水平投影长度大于摆腿回转轴到机器人重心的水平投影长度；机器人主体由履带及箱体组成，机器人重心在机器人主体上；摆腿回转轴与箱体之间及摆腿回转轴与后带轮之间分别设有套在摆腿回转轴上的轴承；带轮电机为两个，分别通过输出轴与两侧的前带轮相连接，驱动前带动旋转。

越障碍方法：

摆腿电机驱动摆腿旋转至机器人主体围绕摆腿回转轴翻转；当箱体上端与地面接触后，摆腿电机反转驱动摆腿逆向旋转至主体脱离地面，摆腿电机停转；带轮电机驱动带轮及履带，使机器人向障碍物方向移动，至履带搭靠在障碍物上沿；摆腿电机再次工作，驱动摆腿继续逆向旋转，同时移动机器人至机器人重心超过障碍物的上沿；摆腿电机停转，带轮电机驱动机器人移动，完成越上障碍物；收起摆腿。

在履带搭靠在障碍物上后至机器人重心超过障碍物上沿的过程中摆腿与地面为滑动磨擦，利用摆腿将重心所在的机器人主体送上障碍物；摆腿的水平投影长度大于摆腿回转轴到机器人重心的水平投影长度，在摆腿电机驱动摆腿旋转的过程中，机器人主体能够被抬起，围绕摆腿回转轴翻转；在下障碍物时，可以先将摆腿接近地面，带轮电机工作、移动机器人并配合旋转摆腿，使机器人平稳着陆。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明的机器人为摆腿式单节履带移动机器人，在机器人箱体的两端分别设置了带轮电机及摆腿电机，驱动带轮、履带及摆腿，结构简单、易于操作。

2.机器人摆腿长度大于摆腿回转轴中心到机器人重心在水平面投影的长度，使摆腿旋转到与地面接触时，能够将机器人主体抬起，机器人主体围绕摆腿回转轴旋转可以翻身。

3.摆腿与地面为滑动磨擦，磨擦系数大，在翻身越障碍时，机器人不易下滑，易于操作控制。

4.通过增加摆腿长度，可增加机器人越障碍高度。

5.本发明机器人越障碍方法能够提高机器人的越障碍能力。

附图说明

图1为现有两节式履带移动机器人翻身越障碍的原理图之一；

图2为现有两节式履带移动机器人翻身越障碍的原理图之二；