[发明专利]一种爬坡机器人

权利要求书

1.一种爬坡机器人，其特征在于：包括基座、安装于所述基座底部的支架、安装于所述支架上的多组轮组总成，每组所述的轮组总成包括人字轮架、安装在人字轮架尖端顶部的转角电机、安装在人字轮架底部的两个车轮、每个车轮各自连接的伺服电机以及每个伺服电机各自连接的伺服电机驱动器，所述的基座内安装有控制器，每个所述的伺服电机驱动器均与所述的控制器通信连接，所述的基座上安装有电动云台，所述的电动云台上安装有摄像头，所述的电动云台和摄像头均与控制器通信连接，所述的基座内还设置有蓄电池，所述的蓄电池通过控制器为转角电机、伺服电机、电动云台和摄像头提供工作电压；

所述控制器接收所述摄像头采集的外部场景图像，对所述外部场景图像进行障碍物识别，根据障碍物识别的结果输出控制信号至所述伺服电机驱动器，使所述伺服电机驱动器驱动所述伺服电机运转；

其中，所述控制信号通过以下步骤计算获得：

第一步，接收所述摄像头采集的外部场景图像p(x,y)，1≤x≤X，1≤y≤Y，所述外部场景图像的像素量为X×Y，提取其中代表障碍物边缘的特征点，获取所述特征点的坐标为T(x,y)；

第二步，计算由所述各特征点T(x,y)包围的图像区域占所述外部场景图像中的位置；

第三步，获取所述摄像头采集的上一外部场景图像p′(x′,y′)中的各特征点T′(x′,y′)，计算第二步中所述各特征点T(x,y)相对上一外部场景图像p′(x′,y′)中各特征点T′(x′,y′)的位移量

第四步，根据所述位移量Δt计算控制信号的占空比按照该占空比PWM(t)产生所述控制信号；其中，比例系数K_p、积分系数K_i、微分系数均K_d由预先的训练获得，或由经验设置；

第五步，当所述各特征点T(x,y)包围的图像区域占所述外部场景图像的位置偏向所述外部场景图像的左侧时，输出所述控制信号至左侧车轮所对应的所述伺服电机驱动器；当所述各特征点T(x,y)包围的图像区域占所述外部场景图像的位置偏向所述外部场景图像的右侧时，输出所述控制信号至右侧车轮所对应的所述伺服电机驱动器；

所述第一步中，所述特征点的坐标T(x,y)由如下步骤计算获得：

步骤a1，对所述外部场景图像p(x,y)进行高斯滤波，所述高斯滤波的尺度为σ；

步骤a2，对高斯滤波后的外部场景图像计算其对应的各像素点所对应的特征矩阵其中，D_xx、D_xy、D_xy和D_yy分别为对外部场景图像中的像素点p(x,y)进行高斯差分运算后的结果；

步骤a3，查找所述外部场景图像中各像素点p(x,y)所对应的特征矩阵H(x,y,σ)，判断所述特征矩阵H(x,y,σ)是否满足D_xx(x,y,σ)D_yy(x,y,σ)-e^σ(D_xy(x,y,σ)²0，若满足则记该像素点p(x,y)为一个备选点；否则，继续查找所述外部场景图像中其余各像素点p(x,y)；

步骤a4，根据所述外部场景图像p(x,y)构建与之对应的多尺度空间；

步骤a5，在所述多尺度空间内，比较所述各个备选点及其在所述多尺度空间邻域内所对应的26个点，当判断所述备选点为多尺度空间邻域内的最小或最大的极值点时，标记该备选点为一个所述特征点T(x,y)。

2.根据权利要求1所述的一种爬坡机器人，其特征在于：所述的支架由矩形底板和四根分别焊接于所述矩形底板四角处的弯杆构成，所述的基座通过多个紧固件与矩形底板固定连接，每根所述弯杆的底部固定一所述的转角电机，所述转角电机的电机轴与人字轮架的尖端顶部固定连接，每个所述的转角电机通过一电机驱动器与控制器通信连接。

3.根据权利要求2所述的一种爬坡机器人，其特征在于：每根所述的弯杆的外侧均安装一障碍物感应器，所述的障碍物感应器均与控制器连接。

4.根据权利要求1所述的一种爬坡机器人，其特征在于：每组所述的轮组总成中，两个车轮各通过轴承分别安装在人字轮架的两分支末端，并且人字轮架的两分支末端还各固定安装一所述伺服电机，所述的伺服电机的电机轴与安装在人字轮架分支末端的车轮传动连接。