一種履帶式運輸機器人及其重心控制方法技術(shù)

一種履帶式運輸機器人及其重心控制方法，該履帶式運輸機器人包括機體、動力裝置、傳動裝置、行走裝置、承載裝置、控制裝置和重心平衡裝置，所述傳動裝置分別與所述動力裝置和行走裝置連接，所述控制裝置與所述動力裝置連接，所述重心平衡裝置包括：橫向滑軌，一端安裝有橫向步進電機；縱向滑軌，一端安裝有縱向步進電機；配重塊，安裝于所述縱向滑軌上；壓力傳感器；角度傳感器；雙目相機和重心控制器，根據(jù)預(yù)設(shè)的重心控制方法驅(qū)動所述橫向步進電機或縱向步進電機動作，所述配重塊隨所述機體姿態(tài)和前方障礙實時移動，實現(xiàn)機器人重心的實時調(diào)整。本發(fā)明專利技術(shù)還提供了該履帶式運輸機器人的重心控制方法，以提升其在丘陵山地果園的行駛和越障操作安全性。障操作安全性。障操作安全性。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種履帶式運輸機器人及其重心控制方法


[0001]本專利技術(shù)涉及一種農(nóng)業(yè)運輸裝置，特別是一種適用于丘陵山地果園的履帶式運輸機器人及其重心控制方法。

技術(shù)介紹

[0002]我國是世界上最大的水果生產(chǎn)國與消費國，丘陵山地的水果生產(chǎn)是我國水果產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，果品生產(chǎn)過程當中，農(nóng)用物資運輸和果品轉(zhuǎn)運過程中需要投入大量勞動力。隨著國內(nèi)城鎮(zhèn)化水平的提高，農(nóng)村勞動力數(shù)量逐年減少，生產(chǎn)成本逐年增加，果農(nóng)經(jīng)濟效益顯著下降，因此適合丘陵山地果園的運輸機械對我國果品產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展具有重要意義。
[0003]由于山地果園具有地塊狹小、地形條件復(fù)雜、機耕路狹窄等特點，應(yīng)用于大田的傳統(tǒng)輪式農(nóng)機底盤在山地果園作業(yè)時容易出現(xiàn)側(cè)翻、打滑等現(xiàn)象，存在較大安全隱患。履帶底盤具有接地比壓小、負載能力強、牽引力大、地形適應(yīng)性好等優(yōu)點，是當前山地果園動力底盤的一種優(yōu)選方案。
[0004]近年來，國內(nèi)外市場出現(xiàn)了較多品牌的履帶式果園運輸機，多通過在普通履帶底盤上部安裝果品載物臺完成果園運輸作業(yè)，雖然相較于普通輪式底盤地形通過性好，能夠在一定程度上適應(yīng)山地果園作業(yè)條件，但此類果園運輸機并未針對山地果園的實際地形地貌特征和坡地行駛環(huán)境進行針對性設(shè)計，并且也并未考慮上部搭載的果品重量變化對底盤實際行駛性能的影響，在坡地行駛穩(wěn)定性和障礙通過性方面仍存在較大問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0005]本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種適用于丘陵山地果園的履帶式運輸機器人及其重心控制方法，能夠根據(jù)機體姿態(tài)、載物重量以及前方障礙類型實時調(diào)整重心位置，提高機器人坡地行駛性能，實現(xiàn)丘陵山地果園的物料穩(wěn)定運輸。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種履帶式運輸機器人，包括機體和安裝在所述機體上的動力裝置、傳動裝置、行走裝置、承載裝置和控制裝置，所述傳動裝置分別與所述動力裝置和行走裝置連接，所述控制裝置與所述動力裝置連接，其中，還包括重心平衡裝置，所述重心平衡裝置位于所述機體內(nèi)，所述重心平衡裝置包括：
[0007]橫向滑軌，安裝于所述機體內(nèi)的支架上，所述橫向滑軌的一端安裝有橫向步進電機；
[0008]縱向滑軌，安裝于所述橫向滑軌上，并沿所述橫向滑軌移動，所述縱向滑軌的一端安裝有縱向步進電機；
[0009]配重塊，安裝于所述縱向滑軌上，并沿所述縱向滑軌移動；
[0010]壓力傳感器，安裝于所述機體與所述承載裝置的連接處，用于實時監(jiān)測所述承載裝置對所述機體的壓力；
[0011]角度傳感器，安裝于靠近所述機體的形心位置，用于實時監(jiān)測所述機體傾角變化；
[0012]雙目相機，安裝于所述機體前部，用于實時監(jiān)測識別機器人前部障礙；以及
[0013]重心控制器，安裝于所述機體內(nèi)，所述重心控制器包括工控機和步進電機驅(qū)動器，所述工控機分別與所述壓力傳感器、角度傳感器和所述雙目相機連接，并實時接收所述壓力傳感器、角度傳感器和所述雙目相機采集的壓力數(shù)據(jù)、角度數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，所述步進電機驅(qū)動器分別與所述橫向步進電機和縱向步進電機連接，所述工控機根據(jù)預(yù)設(shè)的重心控制方法將控制信號輸入所述步進電機驅(qū)動器，所述步進電機驅(qū)動器相應(yīng)驅(qū)動所述橫向步進電機或縱向步進電機動作，所述配重塊隨所述機體姿態(tài)和前方障礙實時移動，實現(xiàn)機器人重心的實時調(diào)整。
[0014]上述的履帶式運輸機器人，其中，還包括警報器，與所述工控機連接，用于行駛過程中機器人傾翻報警，當機器人傾斜角度接近當前負載下的極限安全角度或機器人無法安全通過前方障礙時，所述報警器發(fā)出報警提示。
[0015]上述的履帶式運輸機器人，其中，所述縱向滑軌為包括縱滑軌、縱滑臺和滾珠絲杠，所述滾珠絲杠與所述縱滑軌分別平行于所述縱滑臺設(shè)置，所述配重塊安裝在所述縱滑臺上，所述縱向步進電機與所述滾珠絲杠連接，并驅(qū)動所述滾珠絲杠帶動所述配重塊沿所述縱滑軌滑動。
[0016]上述的履帶式運輸機器人，其中，所述橫向滑軌包括第一橫向滑軌和第二橫向滑軌，所述第一橫向滑軌包括第一橫滑軌、第一橫滑臺和絲杠，所述絲杠和第一橫滑軌分別平行于所述第一橫滑臺設(shè)置，所述橫向步進電機與所述絲杠連接，并驅(qū)動所述絲杠帶動所述縱向滑軌和配重塊沿所述第一橫滑軌滑動；所述第二橫向滑軌包括第二橫滑軌和第二橫滑臺，用于支撐所述縱向滑軌和配重塊。
[0017]上述的履帶式運輸機器人，其中，所述重心控制器根據(jù)所述角度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)計算得到機器人整機的實時重心位置，以所述行走裝置的兩側(cè)履帶接地比壓相等為控制條件，通過所述步進電機驅(qū)動器驅(qū)動所述橫向步進電機和縱向步進電機控制所述配重塊位置調(diào)整整機重心。
[0018]上述的履帶式運輸機器人，其中，所述重心控制器在計算整機實時重心位置的同時，計算在當前負載條件下機器人極限傾角，若當前傾斜角度接近機器人極限傾角，報警器將會報警。
[0019]上述的履帶式運輸機器人，其中，所述重心控制器根據(jù)所述雙目相機采集的機器人前方圖像數(shù)據(jù)和深度數(shù)據(jù)，基于視覺SLAM算法進行相機位置姿態(tài)的實時估計與前方地面三維建圖，并基于所述三維建圖的結(jié)果判斷機器人前方是否存在障礙及存在障礙的類型。
[0020]上述的履帶式運輸機器人，其中，所述重心控制器基于視覺SLAM算法處理結(jié)果，如判斷前方障礙為垂直障礙，則首先判斷所述垂直障礙當前高度是否超過機器人當前負載條件下的極限越障高度，若超過，則機器人不能翻越，報警器報警提示；若可以翻越，則基于視覺SLAM的實時位置姿態(tài)估計結(jié)果，監(jiān)測機器人與障礙物的距離，在機器人翻越障礙前將配重塊調(diào)整至機體前部，以使機器人重心前移。
[0021]上述的履帶式運輸機器人，其中，所述重心控制器基于視覺SLAM算法處理結(jié)果，如判斷前方障礙為壕溝障礙，則首先判斷壕溝寬度是否超過機器人當前負載條件下的極限跨壕寬度，若超過，則機器人不能通過，報警器報警提示；若可以跨越，則基于視覺SLAM的實時位置姿態(tài)估計結(jié)果，監(jiān)測機器人與壕溝前沿的距離，在機器人跨越壕溝之前將所述配重塊
調(diào)整至所述機體后部，以增長機器人前部懸空長度；記錄機體超過壕溝前沿時雙目相機推算出的位置姿態(tài)，計算機器人前部超過壕溝前沿的距離，若該距離超過壕溝寬度，則將所述配重塊調(diào)整至所述機體前部，以增長機器人尾部懸空長度。
[0022]為了更好地實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)還提供了一種履帶式運輸機器人的重心控制方法，其中，包括如下步驟：
[0023]S100、采用雙目相機采集機器人前方的圖像數(shù)據(jù)和深度數(shù)據(jù)，并基于視覺SLAM算法進行相機位置姿態(tài)的實時估計與前方地面三維建圖；
[0024]S200、基于所述三維建圖的結(jié)果判斷機器人前方是否存在障礙及存在障礙的類型；
[0025]S300、若不存在障礙，則讀取壓力數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)，并計算當前負載下的整機重心位置，并計算在當前負載條件下機器人極限傾角，若當前傾斜角度接近機器人極限傾角，則報警器報警；否則計算機器人當前姿態(tài)下牽引力最大時的理想重心位置，并調(diào)整配重塊使其達到理想重心位置；
[0026]S400、如判斷前方本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種履帶式運輸機器人，包括機體和安裝在所述機體上的動力裝置、傳動裝置、行走裝置、承載裝置和控制裝置，所述傳動裝置分別與所述動力裝置和行走裝置連接，所述控制裝置與所述動力裝置連接，其特征在于，還包括重心平衡裝置，所述重心平衡裝置位于所述機體內(nèi)，所述重心平衡裝置包括：橫向滑軌，安裝于所述機體內(nèi)的支架上，所述橫向滑軌的一端安裝有橫向步進電機；縱向滑軌，安裝于所述橫向滑軌上，并沿所述橫向滑軌移動，所述縱向滑軌的一端安裝有縱向步進電機；配重塊，安裝于所述縱向滑軌上，并沿所述縱向滑軌移動；壓力傳感器，安裝于所述機體與所述承載裝置的連接處，用于實時監(jiān)測所述承載裝置對所述機體的壓力；角度傳感器，安裝于靠近所述機體的形心位置，用于實時監(jiān)測所述機體傾角變化；雙目相機，安裝于所述機體前部，用于實時監(jiān)測識別機器人前部障礙；以及重心控制器，安裝于所述機體內(nèi)，所述重心控制器包括工控機和步進電機驅(qū)動器，所述工控機分別與所述壓力傳感器、角度傳感器和所述雙目相機連接，并實時接收所述壓力傳感器、角度傳感器和所述雙目相機采集的壓力數(shù)據(jù)、角度數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，所述步進電機驅(qū)動器分別與所述橫向步進電機和縱向步進電機連接，所述工控機根據(jù)預(yù)設(shè)的重心控制方法將控制信號輸入所述步進電機驅(qū)動器，所述步進電機驅(qū)動器相應(yīng)驅(qū)動所述橫向步進電機或縱向步進電機動作，所述配重塊隨所述機體姿態(tài)和前方障礙實時移動，實現(xiàn)機器人重心的實時調(diào)整。2.如權(quán)利要求1所述的履帶式運輸機器人，其特征在于，還包括警報器，與所述工控機連接，用于行駛過程中機器人傾翻報警，當機器人傾斜角度接近當前負載下的極限安全角度或機器人無法安全通過前方障礙時，所述報警器發(fā)出報警提示。3.如權(quán)利要求1或2所述的履帶式運輸機器人，其特征在于，所述縱向滑軌為包括縱滑軌、縱滑臺和滾珠絲杠，所述滾珠絲杠與所述縱滑軌分別平行于所述縱滑臺設(shè)置，所述配重塊安裝在所述縱滑臺上，所述縱向步進電機與所述滾珠絲杠連接，并驅(qū)動所述滾珠絲杠帶動所述配重塊沿所述縱滑軌滑動。4.如權(quán)利要求3所述的履帶式運輸機器人，其特征在于，所述橫向滑軌包括第一橫向滑軌和第二橫向滑軌，所述第一橫向滑軌包括第一橫滑軌、第一橫滑臺和絲杠，所述絲杠和第一橫滑軌分別平行于所述第一橫滑臺設(shè)置，所述橫向步進電機與所述絲杠連接，并驅(qū)動所述絲杠帶動所述縱向滑軌和配重塊沿所述第一橫滑軌滑動；所述第二橫向滑軌包括第二橫滑軌和第二橫滑臺，用于支撐所述縱向滑軌和配重塊。5.如權(quán)利要求4所述的履帶式運輸機器人，其特征在于，所述重心控制器根據(jù)所述角度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)計算得到機器人整機的實時重心位置，以所述行走裝置的兩側(cè)履帶接地比壓相等為控制條件，通過所述步進電機驅(qū)動器驅(qū)動所述橫向步進電機和縱向步進電機控制所述配重塊位置調(diào)整整機重心。6.如權(quán)利要求5所述的履帶式運輸機器人，其特征在于，所述重心控制器在計算整機實時重心位置的同時，計算在當前負載條件下機器人極限傾角，若當前傾斜角度接近機器人極限傾角，報...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓振浩，朱立成，趙博，王瑞雪，苑嚴偉，張?zhí)熨x，靳印浩，
申請(專利權(quán))人：中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：