[發(fā)明專利]帶有導(dǎo)臂的履帶式移動機(jī)器人的攀爬樓梯控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910028019.6
• 申請日: 2009-01-05
• 公開（公告）號: CN101486360A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋愛國;郭晏;唐鴻儒;屈傳坤;曹彥;包加桐;韓益利;崔建偉
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B62D55/075
• 分類號: B62D55/075
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 陸志斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，是一種針對帶有導(dǎo)臂的履帶式移動機(jī)器人如何在運(yùn)動過程中遇到樓梯并自主攀爬樓梯的問題提出的一種新的控制方法。

背景技術(shù)

機(jī)器人技術(shù)因其涵蓋了機(jī)械學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、生物學(xué)等領(lǐng)域，成為了當(dāng)今世界最前沿的科技熱點(diǎn)之一。移動機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的一個重要分支，移動機(jī)器人通常是作為人類身體與感知的延伸，代替人類進(jìn)入危險(xiǎn)環(huán)境開展工作，而人類通過無線或有線的方式對機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。由于其具有其他機(jī)器人所不具有的“移動性”，正越來越多的被應(yīng)用于危險(xiǎn)環(huán)境監(jiān)測、未知區(qū)域探測、行星探測、救援搜索、排爆等領(lǐng)域。而在各種應(yīng)用中，常常要面對攀爬樓梯的問題，由于樓梯結(jié)構(gòu)的特殊性和攀爬樓梯過程的復(fù)雜性使得移動機(jī)器人攀爬樓梯問題一直是移動機(jī)器人領(lǐng)域的一個難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

目前對移動機(jī)器人的控制方法最主要的是遙操作控制方法，即機(jī)器人將所處環(huán)境的物理信息傳回控制端，由操作員根據(jù)現(xiàn)場的狀況做出判斷，控制機(jī)器人運(yùn)動。在遙操作控制方式下，機(jī)器人的運(yùn)動完全取決與操作員的控制，只是單純的操作員肢體的延伸，由于操作員僅能依靠機(jī)器人搭載的傳感器采集的環(huán)境信息做判斷來控制機(jī)器人，臨場感差，往往會給出錯誤的控制命令。同時(shí)在遙操作方式下，操作員始終要觀察處理機(jī)器人傳回的環(huán)境信息并操縱機(jī)器人，精神高度集中，很容易身心疲勞，通常無法長時(shí)間工作。隨著人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，移動機(jī)器人本身的智能化、自主化成為了目前該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，但是移動機(jī)器人攀爬樓梯是一個復(fù)雜的過程，有很多不確定因素，使得各種算法都有其巨大的局限性，同時(shí)由于移動機(jī)器人工作環(huán)境的非固定性和非結(jié)構(gòu)化，使得自主算法的可靠性有待提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種具有攀爬最大坡度為45°樓梯能力的帶有導(dǎo)臂的履帶式移動機(jī)器人的攀爬樓梯控制方法，本發(fā)明能夠使機(jī)器人運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種帶有導(dǎo)臂的履帶式移動機(jī)器人的樓梯攀爬方法，所述帶有導(dǎo)臂的履帶式移動機(jī)器人包括前輪和后輪，前輪為驅(qū)動輪，后輪為隨動輪，左右兩側(cè)的前、后輪分別被兩條履帶包覆，組成機(jī)器人的行進(jìn)機(jī)構(gòu)，與機(jī)器人前輪共軸安裝有履帶式導(dǎo)臂機(jī)構(gòu)，并以前輪軸為轉(zhuǎn)動中心，沿機(jī)器人行進(jìn)方向做360度圓周旋轉(zhuǎn)，在機(jī)器人的前方安裝有超聲測距傳感器和紅外測距傳感器，用于測量遙操作小型移動機(jī)器人與前方障礙物之間的距離，在機(jī)器人前輪軸安裝有力矩傳感器，用于測量導(dǎo)臂對前輪軸產(chǎn)生的力矩，在機(jī)器人幾何中心安裝有兩維姿態(tài)傳感器，用于測量機(jī)器人的俯仰角度和橫滾角度，在機(jī)器人的后部裝有廣角攝像機(jī)，用于拍攝到機(jī)器人前方的畫面，其特征在于：

步驟1：將移動機(jī)器人的車頭對準(zhǔn)樓梯并駛向樓梯，利用帶有導(dǎo)臂的履帶式移動機(jī)器人上的超聲測距傳感器和紅外測距傳感器測量機(jī)器人距前方樓梯的距離S，當(dāng)S＜L-D時(shí)，其中，L為帶有導(dǎo)臂的履帶式移動機(jī)器人導(dǎo)臂的長度，D為帶有導(dǎo)臂的履帶式移動機(jī)器人前輪的直徑，機(jī)器人停止前進(jìn)，導(dǎo)臂向前旋轉(zhuǎn)，在與樓梯踏步接觸后繼續(xù)向前旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致車體被抬起，當(dāng)導(dǎo)臂履帶下側(cè)與車體履帶下側(cè)位于同一平面上時(shí)，導(dǎo)臂停止轉(zhuǎn)動，帶有導(dǎo)臂的履帶式移動機(jī)器人開始向前運(yùn)動攀爬樓梯，當(dāng)設(shè)置于帶有導(dǎo)臂的履帶式移動機(jī)器人上的超聲測距傳感器和紅外測距傳感器測得的機(jī)器人與前方水平方向上的物體之間的距離大于L且L＝樓梯踏步的水平寬度時(shí)，認(rèn)為帶有導(dǎo)臂的履帶式移動機(jī)器人的前部已攀爬至樓梯頂部，此時(shí)帶有導(dǎo)臂的履帶式移動機(jī)器人停止攀爬。

步驟2：導(dǎo)臂向下旋轉(zhuǎn)，直到導(dǎo)臂前端與地面接觸，在導(dǎo)臂的旋轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩M，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)矩M大于設(shè)定值且該設(shè)定值大于1?！っ讜r(shí)，導(dǎo)臂停止轉(zhuǎn)動，機(jī)器人繼續(xù)向上攀爬，導(dǎo)臂隨機(jī)器人的攀爬而脫離與地面的接觸，導(dǎo)臂轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩隨著消失，此時(shí)帶有導(dǎo)臂的履帶式移動機(jī)器人停止攀爬。

步驟3：重復(fù)步驟2，二維姿態(tài)傳感器測量到的車體與水平面夾角也隨機(jī)器人攀爬而減小，此時(shí)，機(jī)器人繼續(xù)攀爬至所述夾角不再減小時(shí)，停止攀爬，導(dǎo)臂向后旋轉(zhuǎn)，直到與車體的夾角θ為45度時(shí)停止轉(zhuǎn)動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：