一种全地形机器人控制方法及全地形机器人技术

本发明专利技术公开了一种全地形机器人控制方法及全地形机器人。包括A：通道状态为可升高跨越时抬高机器人重心高度跨越，通道状态为可降低通行时降低机器人重心高度直至通过；B：当机体俯仰角在时间T1内连续超出机体俯仰角允许范围时，抬高机器人重心高度进入俯仰角保护模式；C：通过当前翻滚角和目标翻滚角获取机器人两侧目标高度差，调节机器人两侧支撑机构两侧的高度差达到目标高度差；D：当机器人转弯时，根据当前线速度和当前角速度得到机器人重心朝向转弯侧的横向目标偏移量，调节机器人两侧支撑机构的高度使得机器人重心朝向转弯侧的横向偏移量达到横向目标偏移量。通过调节机器人重心高度以及重心偏移距离来提高机器人运动平稳性。动平稳性。动平稳性。

【技术实现步骤摘要】
一种全地形机器人控制方法及全地形机器人


[0001]本专利技术涉及机器人
，特别是涉及一种全地形机器人控制方法及全地形机器人。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断发展，移动机器人得到了广泛的应用，其优势是：可替代越来越高的人力成本，耐用度高、无疲倦感，而且可在污染环境、危险环境中执行任务，以及可执行对人体有伤害的任务。有的移动机器人虽然具有自重轻、承载大、机构简单、行走速度快以及工作高效等特点，但是由于移动机器人结构相对固定不带升降机构，导致其通行能力受到限制，特别是在两轮机器人上，由于结构固定不带升降机构，在跨越体积较大的障碍物、通过低矮通道、斜坡或者崎岖地形时，机器人丧失通行能力或由于机身倾斜过大，导致承载的物体脱落，甚至造成机身倾覆。
[0003]不带升降机构的两轮机器人具有以下缺点：(1)机器人启停不方便。当机器人停止时，失去平衡力，需要额外的支撑杆保持不倾倒，启动时需收起支撑杆，在支撑杆收放过程中可能影响机体的平衡调节，造成失控。(2)机器人高度固定，通行能力受到限制。主要表现为以下两方面：底盘高度固定，跨越能力有限；机体高度固定，不能通过较矮的通道。(3)当机器人运行时，为使机体平衡，机体需倾斜一定角度抵消轮子输出的力矩，力矩越大倾斜角度越大，特别是在斜坡上运行时，倾斜角度较大，不利于平衡控制，稳定性变差。(4)一般的机器人利用弹簧被动减震，由于弹簧物理属性固定，应用场景有限且减震效果一般。(5)当左右侧路面存在高度差时，机体不能保持水平状态，甚至有侧倾危险。(6)转弯时由于离心力的影响，稳定性差，影响运动性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种全地形机器人控制方法及全地形机器人。
[0005]为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了一种全地形机器人控制方法，包括步骤A，以及步骤B、步骤C、步骤D四个步骤中的全部或部分；所述步骤A包括：采集机器人的行驶通道图像，根据所述行驶通道图像获取通道状态，所述通道状态包括可正常通行、可升高跨越、可降低通行和不可通行四种，当所述通道状态为可升高跨越时，抬高所述机器人重心高度直至顺利跨越，当所述通道状态为可降低通行时，降低所述机器人重心高度直至顺利通过；所述步骤B包括：设置机体俯仰角允许范围，实时获取机器人的机体俯仰角；当所述机体俯仰角在时间T1内连续超出所述机体俯仰角允许范围时，抬高所述机器人重心高度进入俯仰角保护模式；当进入俯仰角保护模式后，若所述机体俯仰角在时间T2内连续未超出所述机体俯仰角允许范围时，降低所述机器人重心高度退出俯仰角保护模式；所述T1和T2均大于0；所述步骤C包括：设置机器人机体的目标翻滚角，获取机器人机体的当前翻滚角，通过当前翻滚角和目标翻滚角获取机器人两侧的目标高度差，调节机器人两侧支撑机构的高
度使得两侧的高度差达到所述目标高度差；所述步骤D包括：当机器人转弯时，实时获取机器人机体的当前线速度和当前角速度，根据当前线速度和当前角速度得到机器人重心朝向转弯侧的横向目标偏移量，调节机器人两侧支撑机构的高度使得机器人重心朝向转弯侧的横向偏移量达到所述横向目标偏移量。
[0006]上述技术方案：通过调节机器人重心高度以及重心偏移距离来提高机器人运动平稳性，具体的：步骤A能够根据解决机器人高度固定问题，可根据通道状态调节机器人重心高度，使其顺利通过；步骤B设置俯仰角保护模式，能够在机器人机体俯仰角连续超出范围后通过抬高所述机器人重心高度来改善机器倾斜度，便于平衡控制；步骤C实时检测机器人机体的翻滚角并通过调节两侧支撑机构的高度差保证机体姿态平稳，使得在颠簸路面实时调节两侧支撑机构的相对高度，起到主动减震的作用，减震效果更优，使得通过单边桥时，主动调节两侧支撑机构的相对高度，使机体始终保持水平状态，增强机器人的稳定性；步骤D能够在机器人转弯时主动调节两侧支撑机构的相对高度，使重心横向移动，通过重力抵消离心力，增强转弯稳定性。
[0007]在本专利技术的一种优选实施方式中，步骤A之前还包括启动步骤：当机器人启动时，抬高所述机器人的重心高度；所述全地形机器人控制方法最后还具有停止步骤：当机器人停止时，降低所述机器人的重心高度。
[0008]上述技术方案：启动步骤和停止步骤优化了两轮机器人启停方式，使得机器人启停过程更方便、更平稳。
[0009]在本专利技术的一种优选实施方式中，在所述步骤C中，通过如下公式获得机器人两侧的目标高度差Δh，所述Δh＝D(tanα
‑
tanβ)，其中，所述D表示机器人两侧行驶机构之间的距离，所述α表示机器人机体的当前翻滚角，所述β表示机器人机体的目标翻滚角。
[0010]上述技术方案：能够定量调节机器人两侧行驶机构高度差，使得机体保持原有姿态。
[0011]在本专利技术的一种优选实施方式中，在所述步骤D中，所述横向目标偏移量Δd为：Δd＝ωvH/g，其中，ω表示机器人机体的当前角速度，v表示机器人机体的当前线速度，H表示机器人当前重心高度，g表示重力加速度。
[0012]上述技术方案：能够定量调节机器人重心偏移距离，通过重力抵消离心力，增强机器人转弯稳定性。
[0013]本专利技术还公开了一种全地形机器人，包括机体、分别设于所述机体两侧的两个行驶机构，每侧行驶机构通过独立受控的高度可伸缩调节的支撑机构与机体连接，所述机体上设置有AI摄像头、IMU模块，所述行驶机构上设置有采集所述行驶机构速度的编码器，以及还包括控制器，所述控制器分别与AI摄像头、IMU模块、编码器和支撑机构的高度调节部连接；所述控制器根据AI摄像头输出的行驶道路图像、IMU模块输出的机体俯仰角和机体翻滚角、以及编码器输出的行驶机构的速度，按照本专利技术所述的全地形机器人控制方法调节支撑机构的高度以保持机器人稳定。
[0014]上述技术方案：该全地形机器人通过调节机器人重心高度以及重心偏移距离提高了运动平稳性；能够根据解决机器人高度固定问题，可根据通道状态调节机器人重心高度，使其顺利通过；能够在机器人机体俯仰角连续超出范围后通过抬高所述机器人重心高度来改善机器倾斜度，便于平衡控制；实时检测机器人机体的翻滚角并通过调节两侧支撑机构
的高度差保证机体姿态平稳，使得在颠簸路面实时调节两侧支撑机构的相对高度，起到主动减震的作用，减震效果更优，使得通过单边桥时，主动调节两侧支撑机构的相对高度，使机体始终保持水平状态，增强机器人的稳定性；能够在机器人转弯时主动调节两侧支撑机构的相对高度，使重心横向移动，通过重力抵消离心力，增强转弯稳定性。
[0015]在本专利技术的一种优选实施方式中，还包括设于所述机体底部的减震垫。
[0016]上述技术方案：能够主动减震，提高机体平稳性。
[0017]在本专利技术的一种优选实施方式中，所述行驶机构为车轮机构。
[0018]上述技术方案：便于控制和实施。
[0019]在本专利技术的一种优选实施方式中，所述编码器包括测量左轮速度的第一编码器和测量右轮速度的第二编码器，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全地形机器人控制方法，其特征在于，包括步骤A，以及步骤B、步骤C、步骤D四个步骤中的全部或部分；所述步骤A包括：采集机器人的行驶通道图像，根据所述行驶通道图像获取通道状态，所述通道状态包括可正常通行、可升高跨越、可降低通行和不可通行四种，当所述通道状态为可升高跨越时，抬高所述机器人重心高度直至顺利跨越，当所述通道状态为可降低通行时，降低所述机器人重心高度直至顺利通过；所述步骤B包括：设置机体俯仰角允许范围，实时获取机器人的机体俯仰角；当所述机体俯仰角在时间T1内连续超出所述机体俯仰角允许范围时，抬高所述机器人重心高度进入俯仰角保护模式；当进入俯仰角保护模式后，若所述机体俯仰角在时间T2内连续未超出所述机体俯仰角允许范围时，降低所述机器人重心高度退出俯仰角保护模式；所述T1和T2均大于0；所述步骤C包括：设置机器人机体的目标翻滚角，获取机器人机体的当前翻滚角，通过当前翻滚角和目标翻滚角获取机器人两侧的目标高度差，调节机器人两侧支撑机构的高度使得两侧的高度差达到所述目标高度差；所述步骤D包括：当机器人转弯时，实时获取机器人机体的当前线速度和当前角速度，根据当前线速度和当前角速度得到机器人重心朝向转弯侧的横向目标偏移量，调节机器人两侧支撑机构的高度使得机器人重心朝向转弯侧的横向偏移量达到所述横向目标偏移量。2.如权利要求1所述的全地形机器人控制方法，其特征在于，步骤A之前还包括启动步骤：当机器人启动时，抬高所述机器人的重心高度；所述全地形机器人控制方法最后还具有停止步骤：当机器人停止时，降低所述机器人的重心高度。3.如权利要求1所述的全地形机器人控制方法，其特征在于，在所述步骤C中，通过如下公式获得机器人两侧的目标高度差Δh；所述Δh＝D(tanα
‑
tanβ)，其中，所述D表示机器人两侧行驶机...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰毅，王新中，尹大祥，
申请(专利权)人：行星算力深圳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：