一种机器人系统技术方案

本发明专利技术提供一种机器人，此机器人设计配合底盘装置的独立主动悬挂型装置，保证了机身的稳定性，可以获得最灵活的运动性能，不但可以像一般车辆行驶，还可以原地旋转及全向行走，在行走间转向也有最小的转弯半径，不占空间；优秀的爬坡、爬楼及越障能力，可以越过45度的陡坡；另外本发明专利技术可随时且适应性的变换机身高度，机器人的伸缩式颈部可改变质心位置，又能调整增加颈部的视野，且保证机器人的颈部在三个轴向上的角度稳定性并减缓行驶中地面不平稳造成机身的震动，使行进中机器人的机身稳定不会倾倒。

A robot system

The invention provides a robot, the robot chassis design with device independent suspension type device, ensure the stability of the machine body, can obtain the motion performance of the most flexible, not only can be like a general vehicle, can also be rotated and omnidirectional walking, walking between the steering is minimum turning radius, does not occupy the space; good climbing, climbing and climbing ability, can over 45 degree slope; also the invention can at any time and adaptability to transform the body height, the telescopic neck of the robot can change the position of the centroid, and can be adjusted to increase the neck vision, and ensure the robot's neck in three axial angle stability and slow moving the ground is not stable due to vibration, the stability will not travel robot body dumping.

【技术实现步骤摘要】
一种机器人系统
本专利技术为提供一种机器人，尤其是可在各种条件运行时具有稳定的机身，且在三个轴向转动时，机器人的颈部能够有角度稳定性的机器人。
技术介绍
安防监控用机器人在工业、农业、反恐、防爆、空间探测等各个领域领域，有着非常广阔的应用。传统上的安防监控用机器人的硬件云台包括了三轮底盘及四轮底盘。三轮底盘及四轮底盘包括不同的传动系统，可使用两主动轮驱动、三主动或是四主动轮驱动系统。轮体部份可配合使用全向轮(Omniwheel)或是麦克纳姆轮(Mecanumwheel)搭配而实现万向移动的功能。麦克纳姆轮是一种可以实现前行、斜行、横移及旋转或是其组合等运动方式，可全方位移动的轮子，该轮的特点是以传统车轮的基础上，在轮缘上再沿与轴线成45°方向安装若干可以自由旋转的小滚筒，于车轮滚动时，小滚轴就会产生侧向运动而形成不同方向的组合力。通过麦克纳姆轮将力组合使用和控制，可以使车体产生任意方向移动和转动。但此轮仅能适用在卡车或是大型车辆上，且此轮行走速度较慢，故用于机器人上会有移动困难的问题。中国专利技术专利第CN104714550A号揭示一种用于防控之机器人。其使用麦克纳姆轮构成之四轮底盘，加上可移动的颈部装置及顶部摄像头构成可在定点范围内进行电力设备的巡检各种物理量的防控机器人。但是此装置移动时需要配合磁道进行，仅能单向行走，且顶部摄像头仅能进行小角度移动，故增加在拍摄时的困难度，且需增加防控之机器人操作云台的数量，相对不便。另外，美国公告专利第US8644991B2号揭示一种用于军事安防之机器人。其不需要安装磁道机身即可移动，并具有爬楼梯和爬坡功能，另配合有顶部之摄像头及颈部的折迭伸缩功能，可在机体行进间调整整个机身的质心并调整摄像高度及位置，让移动时机身保持稳定不翻倒。且使用六轮传动增强移动性及地形适应性。但是此专利技术具有以下缺点：1.爬坡能力低于40度，爬坡能力较差。2.虽然配具六轮，但是轮子的移动受限于履带及底盘的控制，故旋转能力较无履带限制的一般六轮传动车差。3.仅能进行折迭式伸缩摄像头，但折迭式伸缩器使用时占据体积，且遇到障碍物时伸展困难，且伸缩器较为笨重，收藏不易。综上所述，现有机器人的平台在设计上主要存在行动能力问题，比如爬坡能力差，越障能力差，无法高速行走等。除了底盘因素外，质心过高无法在倾斜等状态下运作亦为机器人行动缓慢的原因。若无法保持机器人的机身稳定，则保证机器人工作顺畅。比如获取影像是现在大部分机器人的主要任务之一，因为现有机器人在减震和通过性以及因为结构造成的身体不够平稳的缺陷而无法持续稳定获取图像。
技术实现思路
本专利技术提供一种机器人，机器人包括头部、颈部、主体部及轮体部，颈部藉由第一枢接轴与颈部枢接、颈部与主体部枢接，以及主体部设置于轮体部上，其特征在于，包含：颈部具有第一枢接轴，第一枢接轴控制颈部在三个轴方向上移动以帮助机器人达到平衡；颈部具有第二枢接轴，利用第二枢接轴控制颈部升降或是前后伸展以改变机器人的质心位置；主体部与颈部以第三枢接轴枢接，控制第三枢接轴及主体部以改变机器人质心高度；以及轮体部具有多个轮胎装置，每一个轮胎装置是独立的转向轮，且每一个轮胎装置的状态都能被轮胎装置内部或外部的轮胎感测模块所感知。机器人还具有控制系统，类似人的大脑，用于控制各部件的运作。当机器人在移动时，藉由轮胎感测模块测得每一个轮胎装置的信息，包括轮胎装置与移动路面之间的受力情况以及与路面之间的角度，转速，压强，与主体部的相对位置，等，并可将所述轮胎装置的信息传输到控制系统，控制系统可以藉由所感知的每一个轮胎装置的信息以调整第一枢接轴、第二枢接轴及第三枢接轴的三轴方向，使得机器人在移动时可以保持机身的平衡。优选的，机器人的控制系统具有感知模块，可以接受并感测外界信息，包括声波、光波、电磁波、压强、速度、角速度、磁场、温度等，用以监控所在环境，并可藉由所接收的外界信息的运算结果，发出指令以调整机器人的第一转向轴、第二转向轴及第三转向轴的三维座标。优选的，颈部的移动量可为角度量、长度量、速度量或是角速度量。优选的，颈部更包括：伸缩装置，用以改变颈部的坐标及升降装置，用以改变颈部的高度。优选的，轮体部更包括具有独立式主动悬吊器及控制器的底盘装置。所述主动悬挂器可以在控制器的控制下实现位移、伸缩、改变角度等相对运动，起到平衡各个轮足所受压力、主动抬高以躲避障碍，爬越楼梯等障碍物等作用。优选的，其中轮体部中，该轮胎装置为360度转向轮。优选的，其中轮体部中的该轮胎装置的数量为六个。优选的，其中机器人可爬行的坡度为±45度。本专利技术另外提供一种机器人的控制方法，包括了：使用机器人的各部件操作。机器人的控制系统接受并感测外界信息后，发出第一操作指令至颈部操作装置及主体部的驱动装置；颈部操作装置产生第一颈部控制讯号让颈部处理；颈部处理第一颈部控制讯号以让机器人的颈部进行伸缩、升降或是旋转活动；主体部中的驱动装置产生第二颈部控制讯号予颈部处理，及产生第一驱动讯号至致动装置处理；致动装置处理后，生成第一致动讯号予轮体部，并操控轮胎装置作动。优选的，机器人的颈部进行伸缩或是旋转活动的方式包括藉由颈部中的伸缩装置进行伸缩及旋转，藉由颈部中的升降装置进行升降。优选的，操控轮胎装置作动的方式包括轮体部接收第一致动讯号后，藉由底盘装置内的悬吊器产生绝对位置给予轮胎装置。优选的，第二操作指令讯号包含质心位置讯号。本专利技术的有益效果为：灵活的运动性，不但可以像一般车辆行驶，还可以原地旋转及全向行走，在行走间转向也有最小的转弯半径，不占空间；具有优秀的爬坡、越障及爬楼能力，可以越过±45度的陡坡或爬越楼梯；及灵活的颈部像云台一样保证头部在三个轴向上的角度稳定性并减缓高速行驶中地面不平稳造成头部的震动，在爬坡、越障及爬楼过程中机器人的机身质心稳定，平衡性较好。附图说明图1是根据本专利技术所揭露的技术，表示机器人各部件的架构图；图2是根据本专利技术所揭露的技术，表示机器人的颈部运作流程的简易流程图；图3是根据本专利技术所揭露的技术，表示机器人的轮体部的架构图；图4是根据本专利技术所揭露的技术，表示机器人轮体部作动时示意图；图5是根据本专利技术所揭露的技术，表示机器人的轮体部爬坡时或爬阶梯时的示意图；图6是根据本专利技术所揭露的技术，表示机器人的颈部及颈部简化之架构图；图7是根据本专利技术所揭露的技术，显示机器人行进时在不同状况，机器人运动的上视图；图8是动力轮的示意图。图9是根据本专利技术所揭露的技术，表示机器人的运作方式流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术特征及优点，能更为相关
人员所了解，并得以实施本专利技术，在此配合所附的图式、具体阐明本专利技术的技术特征与实施方式，并列举较佳实施例进一步说明。以下文中所对照的图式，为表达与本专利技术特征有关的示意，并未亦不需要依据实际情形完整绘制。而关于本案实施方式的说明中涉及本领域技术人员所熟知的
技术实现思路
，亦不再加以陈述。请参照图1，图1为机器人各部件的架构图。包括头部1、颈部2、主体及轮体部。头部1，包括颈部操作装置12。控制系统11(图中未显示)可接受外界信息，并加以处理，转换为操作指令。颈部操作装置12为控制颈部2动作的部件，接收控制系统11(图中未显示)的所输出的一连串第一操作指令，转换成位置坐标以控制颈部2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人，包括头部、颈部、主体部及轮体部，并具有控制系统，用以控制机器人的运动，所述头部藉由第一枢接轴与所述颈部枢接，所述颈部与主体部枢接，以及所述主体部设置于所述轮体部上，利用第一枢接轴控制颈部在三个轴方向上移动以帮助机器人达到平衡；所述颈部具有第二枢接轴，所述控制装置利用所述第二枢接轴控制所述颈部升降或是前后伸展以改变所述机器人的质心位置；所述主体部与所述颈部以第三枢接轴枢接，所述控制装置控制第三枢接轴及主体部以改变机器人质心高度；所述轮体部具有多个轮胎装置，且每一所述轮胎装置是独立的转向轮；所述控制系统控制头部、颈部、主体部及轮体部的运动，並控制机器人的质心位置。

【技术特征摘要】
1.一种机器人，包括头部、颈部、主体部及轮体部，并具有控制系统，用以控制机器人的运动，所述头部藉由第一枢接轴与所述颈部枢接，所述颈部与主体部枢接，以及所述主体部设置于所述轮体部上，利用第一枢接轴控制颈部在三个轴方向上移动以帮助机器人达到平衡；所述颈部具有第二枢接轴，所述控制装置利用所述第二枢接轴控制所述颈部升降或是前后伸展以改变所述机器人的质心位置；所述主体部与所述颈部以第三枢接轴枢接，所述控制装置控制第三枢接轴及主体部以改变机器人质心高度；所述轮体部具有多个轮胎装置，且每一所述轮胎装置是独立的转向轮；所述控制系统控制头部、颈部、主体部及轮体部的运动，並控制机器人的质心位置。2.如权利要求1所述的机器人，其特征在于具有轮胎感测模块，用以感知每一个轮胎装置的信息，并可将所述轮胎装置的信息传输到控制系统；所述信息包括轮胎装置与移动路面之间的受力大小以及轮胎装置与路面之间的角度，压力大小，轮胎装置的滚动速度，轮胎装置与主体部的相对位置。3.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述轮体部更包括具有独立式主动悬吊器及底盘装置。4.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述颈部更包括：伸缩装置，用以改变所述颈部的坐标；及升降装置，用以改变所述颈部的高度。5.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述轮体部中，所述轮胎装置为360度转向轮。6.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述轮体部中，所述轮胎装置由连接部，传动部和鼓轮组成。连接部与传动部...

【专利技术属性】
技术研发人员：高源，
申请(专利权)人：大陆智源科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11