一種履帶式移動機(jī)器人協(xié)作攀爬樓梯控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及履帶式移動機(jī)器人，尤其涉及兩個履帶式移動機(jī)器人協(xié)作攀爬樓梯過 程中的運動控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 在發(fā)生火災(zāi)、礦難、核泄漏、恐怖襲擊等事件時，往往需要進(jìn)行搜救、反恐、排爆、偵 察等危險任務(wù)。為了減少人員傷亡，常借助于體積小、適應(yīng)能力強(qiáng)、運動靈活的履帶式移動 機(jī)器人。因此，履帶式移動機(jī)器人成為移動機(jī)器人研究領(lǐng)域的一大熱點。履帶式移動機(jī)器 人在執(zhí)行任務(wù)時通常需要攀爬高低不一的樓梯，而現(xiàn)有的履帶式移動機(jī)器人可以攀爬的樓 梯較低或者攀爬效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 技術(shù)問題：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有履帶式移動機(jī)器人，尤其是小型 便攜式履帶式移動機(jī)器人可以攀爬的樓梯較低或者攀爬效率較低的不足，提供一種有效的 履帶式移動機(jī)器人攀爬樓梯的運動控制方法。
[0004] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0005] -種履帶式移動機(jī)器人協(xié)作攀爬樓梯控制方法，包括兩個帶有雙桿臂的履帶式移 動機(jī)器人，所述履帶式移動機(jī)器人包括隨動導(dǎo)輪和驅(qū)動輪、包覆在所述隨動導(dǎo)輪和所述驅(qū) 動輪上的履帶；在所述驅(qū)動輪上設(shè)置有可繞所述驅(qū)動輪的軸心轉(zhuǎn)動的雙桿臂；在所述隨動 導(dǎo)輪的軸心上設(shè)有可繞所述隨動導(dǎo)輪的軸心轉(zhuǎn)動的對接裝置；兩個所述履帶式移動機(jī)器人 通過所述對接裝置對接；通過所述對接裝置的轉(zhuǎn)動調(diào)整兩個所述履帶式移動機(jī)器人的運動 方向?qū)崿F(xiàn)樓梯的攀爬。
[0006] 所述通過對接裝置的轉(zhuǎn)動調(diào)整兩個所述履帶式移動機(jī)器人的運動方向?qū)崿F(xiàn)樓梯 的攀爬具體步驟如下：
[0007] 步驟1 :驅(qū)動至少一個履帶式移動機(jī)器人的履帶運動使第一個履帶式移動機(jī)器人 的前端接觸樓梯前壁；轉(zhuǎn)動第二個履帶式移動機(jī)器人的雙桿臂使其末點與第二個履帶式移 動機(jī)器人的末點連線與地面垂直；
[0008] 步驟2 :控制第一個履帶式移動機(jī)器人的對接裝置沿順時針轉(zhuǎn)動，使得第一個履 帶式移動機(jī)器人前端抬起，同時驅(qū)動兩個履帶式移動機(jī)器人的履帶運動；
[0009] 步驟3 :控制第二個履帶式移動機(jī)器人的對接裝置沿逆時針轉(zhuǎn)動，使得第一個履 帶式移動機(jī)器人后端抬起，同時驅(qū)動兩個履帶式移動機(jī)器人的履帶運動；
[0010] 步驟4:在第一個履帶式移動機(jī)器人和第二個履帶式移動機(jī)器人垂直時，控制第 一個履帶式移動機(jī)器人的對接裝置沿逆時針轉(zhuǎn)動，控制第二個履帶式移動機(jī)器人的對接裝 置沿順時針轉(zhuǎn)動，使得第二個履帶式移動機(jī)器人的前端抬起，同時驅(qū)動第一個機(jī)器人的履 帶運動，直到兩個履帶式移動機(jī)器人和對接裝置在一條直線上；
[0011] 步驟5 :驅(qū)動兩個履帶式移動機(jī)器人的履帶運動，直到兩個履帶式移動機(jī)器人與 地面垂直，此時第二個履帶式移動機(jī)器人的的雙桿臂的末點與地面接觸；
[0012] 步驟6 :控制第一個履帶式移動機(jī)器人的對接裝置沿逆時針轉(zhuǎn)動，使得第一個履 帶式移動機(jī)器人落在樓梯臺階上；
[0013] 步驟7 :控制兩個履帶式移動機(jī)器人的對接裝置均沿順時針轉(zhuǎn)動，同時驅(qū)動兩個 履帶式移動機(jī)器人的履帶，使得第二個履帶式移動機(jī)器人的前端離開樓梯；后端和樓梯保 持接觸并沿著樓梯向上爬行，直到第二個履帶式移動機(jī)器人的后端到達(dá)樓梯的頂部；
[0014] 步驟8 :控制第一個履帶式移動機(jī)器人的對接裝置沿順時針轉(zhuǎn)動，控制第二個履 帶式移動機(jī)器人的對接裝置沿逆時針轉(zhuǎn)動，同時驅(qū)動第一個履帶式移動機(jī)器人的履帶，使 得第二個履帶式移動機(jī)器人的前端向樓梯移動；至第二個履帶式移動機(jī)器人和對接裝置成 鈍角；
[0015] 步驟9 :控制兩個履帶式移動機(jī)器人的對接裝置均沿逆時針轉(zhuǎn)動，并驅(qū)動兩個履 帶式移動機(jī)器人的履帶，使兩個履帶式移動機(jī)器人均落在樓梯的上壁的同時兩個履帶式移 動機(jī)器人在一條直線上；轉(zhuǎn)動第二個履帶式移動機(jī)器人后端的桿臂，使其恢復(fù)步驟1的狀 態(tài)；
[0016] 步驟10 :重復(fù)步驟1至步驟9,繼續(xù)下面樓梯的攀爬。
[0017] 所述攀爬樓梯的的最高高度h為：h= 1+d;其中1為履帶式移動機(jī)器人的隨動導(dǎo) 輪和驅(qū)動輪軸心間的距離，d為兩個履帶式移動機(jī)器人的隨動導(dǎo)輪的軸心間的距離。
[0018] 有益效果：本發(fā)明通過轉(zhuǎn)動兩個履帶式移動機(jī)器人之間連接的對接裝置調(diào)整兩個 履帶式移動機(jī)器人的運動方向，實現(xiàn)履帶式移動機(jī)器人不同的運動方向，實現(xiàn)兩個履帶式 移動機(jī)器人完成樓梯的攀爬。本發(fā)明通過兩個履帶式移動機(jī)器人的協(xié)作控制，攀爬樓梯的 效率更高，可以實現(xiàn)更高樓梯的攀爬。本發(fā)明的控制方法，層次清晰，控制精確，運行穩(wěn)定可 與巨〇
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明具體實施例的示意圖。
[0020] 圖IA是本發(fā)明實施的單個帶有公口的履帶式移動機(jī)器人的示意圖。
[0021] 圖IB是本發(fā)明實施的單個帶有公口的履帶式移動機(jī)器人的前視圖。
[0022] 圖IC是本發(fā)明實施的單個帶有公口的履帶式移動機(jī)器人的右視圖。
[0023] 圖ID是本發(fā)明實施的單個帶有公口的履帶式移動機(jī)器人的俯視圖。
[0024] 圖2A是本發(fā)明實施的單個帶有母口的履帶式移動機(jī)器人的示意圖。
[0025] 圖2B是本發(fā)明實施的單個帶有母口的履帶式移動機(jī)器人的前視圖。
[0026] 圖2C是本發(fā)明實施的單個帶有母口的履帶式移動機(jī)器人的右視圖。
[0027] 圖2D是本發(fā)明實施的單個帶有母口的履帶式移動機(jī)器人的俯視圖。
[0028] 圖3A-3B是本發(fā)明實施的對接裝置示意圖。
[0029] 圖4A是本發(fā)明實施的兩個履帶式移動機(jī)器人組成的機(jī)器人系統(tǒng)示意圖。
[0030] 圖4B-4M是本發(fā)明實施的兩個履帶式移動機(jī)器人組成的機(jī)器人系統(tǒng)的攀爬樓梯 過程示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 如圖1是本發(fā)明具體實施例的示意圖。本發(fā)明包括兩個帶有雙桿臂的履帶式移動 機(jī)器人，由一個帶有公口對接裝置412的履帶式移動機(jī)器人和一個帶有母口對接裝置414 的履帶式移動機(jī)器人通過對接組成。帶有公口對接裝置和帶有母口對接裝置的履帶式移 動機(jī)器人均包括機(jī)架410、隨動導(dǎo)輪408、驅(qū)動輪404、包覆在所述隨動導(dǎo)輪408和所述驅(qū)動 輪404上的履帶406 ;在所述驅(qū)動輪404上設(shè)置有可繞所述驅(qū)動輪404的軸心轉(zhuǎn)動的雙桿 臂402。桿臂可以繞驅(qū)動輪的軸心轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向如圖1所示；公口對接裝置412和母口對 接裝置414均可以繞兩個履帶式移動機(jī)器人的隨動導(dǎo)輪的軸心轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向如圖1所示。 履帶式移動機(jī)器人系統(tǒng)利用桿臂和對接裝置的轉(zhuǎn)動以及驅(qū)動輪帶動履帶的運動可以實現(xiàn) 攀爬樓梯的功能。
[0032] 如圖1A-1D和2A-2D分別是本發(fā)明實施的單個帶有公口的和帶有母口的履帶式移 動機(jī)器人的示意圖、前視圖、右視圖和俯視圖。如圖3A-3B和4A分別是對接裝置和兩個履 帶式移動機(jī)器人組成的機(jī)器人系統(tǒng)示意圖。
[0033] 對接裝置包括對接公口裝置和對接母口裝置。對接公口裝置包括固定于機(jī)架410 的電機(jī)302和隨動導(dǎo)輪軸304、套在隨動導(dǎo)輪軸304上的對接軸306、分別固定在電機(jī)302 和對接軸306上的一對錐齒輪308、對接公口 310、電機(jī)312、凸輪313、一對楔子314、一對套 在楔子上的彈簧316和公口蓋318。對接母口裝置包括固定于機(jī)架的電機(jī)320和隨動導(dǎo)輪 軸322、套在隨動輪軸322上的對接軸324、分別固定在電機(jī)320和對接軸322上的一對錐 齒輪326和對接母口 328。電機(jī)302和320分別驅(qū)動錐齒輪308和326轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動對接 軸306和324的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使得對接裝置繞隨動輪軸轉(zhuǎn)動，電機(jī)312在凸輪313和彈簧316 的配合下驅(qū)動楔子314的伸縮。在準(zhǔn)備對接時，楔子縮在對接公口 310里面。當(dāng)對接公口 310契合到母口里面后楔子伸出，卡住母口，從而完成對接。
[0034] 如圖4B-4M是本發(fā)明實施的兩個履帶式移動機(jī)器人組成的機(jī)器人系統(tǒng)的攀爬樓 梯的過程示意圖。一個履帶式移動機(jī)器人系統(tǒng)由一個帶有公口對接裝置412的履帶式移動 機(jī)器人和一個帶有母口對接裝置414的履帶式移動機(jī)器人通過對接組成。帶有公口對接裝 置和帶有母口對接裝置的履帶式移動機(jī)器人均包括機(jī)架410、隨動導(dǎo)輪408、驅(qū)動輪404、履 帶406和桿臂402。桿臂可以繞驅(qū)動輪的軸心轉(zhuǎn)動，對接裝置可以繞隨動導(dǎo)輪的軸心轉(zhuǎn)動。 兩個履帶式移動機(jī)器人組成的機(jī)器人系統(tǒng)攀爬樓梯的具體過程描述如下：
[0035] 步驟1 :驅(qū)動機(jī)器人系統(tǒng)，使它接觸樓梯前壁，準(zhǔn)備攀爬樓梯。如圖4B，當(dāng)這個履帶 式移動機(jī)器人系統(tǒng)遇到樓梯422時，第二個機(jī)器人后端的桿臂436的末點423和機(jī)器人末 點425連線和地面垂直，至少一個機(jī)器人的履帶運動使第一個機(jī)器人424的前端426接觸 樓梯的前壁428。
[0036] 步驟2 :機(jī)器人系統(tǒng)的第一個機(jī)器人沿樓梯前壁向上攀爬。如圖4C，按方向1轉(zhuǎn)動 對接裝置430,并驅(qū)動兩個機(jī)器人的履帶，使第一個機(jī)器人424的前端426抬起的同時和樓 梯的前壁428保持接觸。設(shè)對接裝置按方向1轉(zhuǎn)動角速度為Co1，機(jī)器人前后輪軸心的距離 為1，輪軸心到與車輪接觸履帶凸體外表面的距離為r，則在轉(zhuǎn)動了 0角后，機(jī)器人和樓梯 的接觸點為〇,接觸點到轉(zhuǎn)動軸心的垂直和