帶有導臂的履帶式移動機器人的樓梯攀爬方法，其特征在于：步驟１：機器人駛近樓梯，導臂向下旋轉，在與樓梯踏步接觸后機器人被抬起，并向前攀爬樓梯，當機器人上的超聲、紅外測距傳感器測得機器人與前方物體距離大于樓梯踏步的寬度時，認為機器人已攀爬至樓梯頂部，停止攀爬。步驟２：導臂向下旋轉，直到導臂前端與地面接觸，當導臂的旋轉軸上產生轉矩Ｍ大于設定值時，導臂停止轉動，機器人繼續向上攀爬，導臂隨機器人的攀爬而與地面脫離，轉矩Ｍ消失，機器人停止攀爬。步驟３：重復步驟２，二維姿態傳感器測得的車體與水平面夾角φ隨機器人攀爬而減小，機器人繼續攀爬至所述夾角φ不再減小時，停止攀爬，導臂向后旋轉，與車體的夾角θ為４５度時停止轉動。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于機器人
，是一種針對帶有導臂的履帶式移動機器人如何 在運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。
技術介紹
機器人技術因其涵蓋了機械學、計算機科學、人工智能、生物學等領域，成 為了當今世界最前沿的科技熱點之一。移動機器人是機器人
的一個重要 分支，移動機器人通常是作為人類身體與感知的延伸，代替人類進入危險環境開 展工作，而人類通過無線或有線的方式對機器人進行遠程控制。由于其具有其他 機器人所不具有的"移動性"，正越來越多的被應用于危險環境監測、未知區域 探測、行星探測、救援搜索、排爆等領域。而在各種應用中，常常要面對攀爬樓 梯的問題，由于樓梯結構的特殊性和攀爬樓梯過程的復雜性使得移動機器人攀爬 樓梯問題一直是移動機器人領域的一個難點和熱點。目前對移動機器人的控制方法最主要的是遙操作控制方法，即機器人將所處 環境的物理信息傳回控制端，由操作員根據現場的狀況做出判斷，控制機器人運 動。在遙操作控制方式下，機器人的運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器人搭載的傳感器采集的環境信息做 判斷來控制機器人，臨場感差，往往會給出錯誤的控制命令。同時在遙操作方式 下，操作員始終要觀察處理機器人傳回的環境信息并操縱機器人，精神高度集中， 很容易身心疲勞，通常無法長時間工作。隨著人工智能技術和計算機技術的發展， 移動機器人本身的智能化、自主化成為了目前該領域的發展趨勢，但是移動機器 人攀爬樓梯是一個復雜的過程，有很多不確定因素，使得各種算法都有其巨大的 局限性，同時由于移動機器人工作環境的非固定性和非結構化，使得自主算法的 可靠性有待提高。
技術實現思路
本專利技術提供一種具有攀爬最大坡度為45°樓梯能力的帶^導臂的履帶式移 動機器人的攀爬樓梯控制方法，本專利技術能夠使機器人運行穩定可靠。 本專利技術采用如下技術方案-一種帶有導臂的履帶式移動機器人的樓梯攀爬方法，所述帶有導臂的履帶式 移動機器人包括前輪和后輪，前輪為驅動輪，后輪為隨動輪，左右兩側的前、后輪分別被兩條履帶包覆，組成機器人的行進機構，與機器人前輪共軸安裝有履帶 式導臂機構，并以前輪軸為轉動中心，沿機器人行進方向做360度圓周旋轉，在 機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 動機器人與前方障礙物之間的距離，在機器人前輪軸安裝有力矩傳感器，用于測 量導臂對前輪軸產生的力矩，在機器人幾何中心安裝有兩維姿態傳感器，用于測 量機器人的俯仰角度和橫滾角度，在機器人的后部裝有廣角攝像機，用于拍攝到機器人前方的畫面，其特征在于歩驟l:將移動機器人的車頭對準樓梯并駛向樓梯，利用帶有導臂的履帶式 移動機器人上的超聲測距傳感器和紅外測距傳感器測量機器人距前方樓梯的距離S，當S〈L-D時，其中，L為帶有導臂的履帶式移動機器人導臂的長度，D為 帶有導臂的履帶式移動機器人前輪的直徑，機器人停止前進，導臂向前旋轉，在 與樓梯踏步接觸后繼續向前旋轉，導致車體被抬起，當導臂履帶下側與車體履帶 下側位于同一平面上時，導臂停止轉動，帶有導臂的履帶式移動機器人開始向前 運動攀爬樓梯，當設置于帶有導臂的履帶式移動機器人上的超聲測距傳感器和紅 外測距傳感器測得的機器人與前方水平方向上的物體之間的距離大于L且L-樓 梯踏歩的水平寬度時，認為帶有導臂的履帶式移動機器人的前部已攀爬至樓梯頂 部，此時帶有導臂的履帶式移動機器人停止攀爬。步驟2:導臂向下旋轉，直到導臂前端與地面接觸，在導臂的旋轉軸上產生轉矩M，當旋轉軸上的轉矩傳感器檢測到轉矩M大于設定值且該設定值大于1 牛-米時，導臂停止轉動，機器人繼續向上攀爬，導臂隨機器人的攀爬而脫離與 地面的接觸，導臂轉軸上的轉矩隨著消失，此時帶有導臂的履帶式移動機器人停 止攀爬。步驟3:重復步驟2， 二維姿態傳感器測量到的車體與水平面夾角cp也隨機 器人攀爬而減小，此時，機器人繼續攀爬至所述夾角(p不再減小時，停止攀爬， 導臂向后旋轉，直到與車體的夾角e為45度時停止轉動。與現有技術相比，本專利技術具有如下優點本專利技術針對帶有導臂的履帶式移動機器人系統提出了一種自主控制方法。本 專利技術的要點是(1)利用自身攜帶的超聲測距傳感器和紅外測距傳感器對環境的感知，通過控制機器人導臂搭載第一級樓梯的踏歩上并向下旋轉至特定角度e，將機器人的車體抬起，實現帶有導臂的履帶式移動機器人從水fF地面到樓梯這-攀爬過程，并使這一過程平穩可靠。(2)利用機器人搭載的二維姿態傳感器來檢 測機器人與樓梯之間的夾角，通過控制機器人左右履帶的前進速度，使得二維姿 態傳感器檢測到的機器人橫滾角為零，即機器人垂直于樓梯向上爬行，使得帶有 導臂的履帶式移動機器人攀爬過程穩定可靠，不會發生傾覆。(3)當機器人行進4至樓梯頂端時，導臂向下旋轉，直到導臂前端與地面接觸，利用導臂轉軸上安裝 的轉矩傳感器測量在導臂的旋轉軸上產生轉矩M，當旋轉軸上的轉矩傳感器檢 測到轉矩M大于設定值且該設定值大于1牛，米時，導臂停止轉動，機器人繼續 向上攀爬，導臂隨機器人的攀爬而脫離與地面的接觸，導臂轉軸上的轉矩隨著消 失，此時帶有導臂的履帶式移動機器人停止攀爬。如此往復。直到機器人的重心 完全越過最后一級臺階，此時導臂不會隨著機器人的前進而與地面脫離，即導臂 旋轉軸上始終有大于給定值的轉矩存在，此時，二維姿態傳感器測量到的車體與 水平面夾角(p也隨機器人攀爬而減小。機器人繼續攀爬至所述夾角cp不再減小 時，停止攀爬，導臂向后旋轉，直到與車體的夾角e為45度時停止轉動。這一 過程使得帶有導臂的履帶式移動機器人在從樓梯平面到水平面的過程中始終保 持運動的平衡和平穩，避免了剛性沖擊，使得機器人的運動安全可靠。利用機器人搭載的超聲、紅外測距傳感器、扭矩傳感器和二維姿態傳感器的 測量結果，控制機器人的導臂旋轉，配合機器人車體的運動，實現帶有導臂的履 帶式移動機器人從樓梯到水平地面行走過程的柔性化，使得這一過程平穩，對機 器人的沖擊小。上述控制方法層次清晰，結構簡單，控制精確，運行穩定可靠。附圖說明圖l是本專利技術結構示意圖。圖2是本專利技術樓梯攀爬的初始階段示意圖，其中，圖2a是本專利技術攀爬樓梯 的起始狀態，圖2b是本專利技術攀上樓梯的示意圖。 圖3是本專利技術樓梯攀爬的過程示意圖。圖4是本專利技術樓梯攀爬結束過程的示意圖。其中，圖4a是本專利技術攀爬至樓 梯頂端但重心未越過樓梯頂端階段示意圖，圖4b是本專利技術重心越過樓梯頂端階 段示意圖，圖4c是本專利技術完成攀爬階段示意圖。圖5是本專利技術的一個具體實例示意圖。具體實施例方式一種帶有導臂的履帶式移動機器人的樓梯攀爬方法，所述帶有導臂的履帶式 移動機器人包括前輪和后輪，前輪為驅動輪，后輪為隨動輪，左右兩側的前、后 輪分別被兩條履帶包覆，組成機器人的行進機構，與機器人前輪共軸安裝有履帶 式導臂機構，并以前輪軸為轉動中心，沿機器人行進方向做360度圓周旋轉，在機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器人與前方障礙物之間的距離，在機器人前輪軸安裝有力矩傳感器，用于測 量導臂對前輪軸產生的力矩，在機器人幾何中心安裝有兩維姿態傳感器，用于測 量機器人的俯仰角度和橫滾角度，在機器人的后部裝有廣角攝像本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種帶有導臂的履帶式移動機器人的樓梯攀爬方法，所述帶有導臂的履帶式移動機器人包括前輪和后輪，前輪為驅動輪，后輪為隨動輪，左右兩側的前、后輪分別被兩條履帶包覆，組成機器人的行進機構，與機器人前輪共軸安裝有履帶式導臂機構，并以前輪軸為轉動中心，沿機器人行進方向做３６０度圓周旋轉，在機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器人與前方障礙物之間的距離，在機器人前輪軸安裝有力矩傳感器，用于測量導臂對前輪軸產生的力矩，在機器人幾何中心安裝有兩維姿態傳感器，用于測量機器人的俯仰角度和橫滾角度，在機器人的后部裝有廣角攝像機，用于拍攝到機器人前方的畫面，其特征在于： 步驟１：將移動機器人的車頭對準樓梯并駛向樓梯，利用帶有導臂的履帶式移動機器人上的超聲測距傳感器和紅外測距傳感器測量機器人距前方樓梯的距離Ｓ，當Ｓ＜Ｌ－Ｄ時，其中，Ｌ為帶有導臂的履帶式移動機器人導臂的長度，Ｄ為帶有導臂的履帶式移動機器人前輪的直徑，機器人停止前進，導臂向前旋轉，在與樓梯踏步接觸后繼續向前旋轉，導致車體被抬起，當導臂履帶下側與車體履帶下側位于同一平面上時，導臂停止轉動，帶有導臂的履帶式移動機器人開始向前運動攀爬樓梯，當設置于帶有導臂的履帶式移動機器人上的超聲測距傳感器和紅外測距傳感器測得的機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，認為帶有導臂的履帶式移動機器人的前部已攀爬至樓梯頂部，此時帶有導臂的履帶式移動機器人停止攀爬。 步驟２：導臂向下旋轉，直到導臂前端與地面接觸，在導臂的旋轉軸上產生轉矩Ｍ，當旋轉軸上的轉矩傳感器檢測到轉矩Ｍ大于設定值且該設定值大于１牛米時，導臂停止轉動，機器人繼續向上攀爬，導臂隨機器人的攀爬而脫離與地面的接觸，導臂轉軸上的轉矩隨著消失，此時帶有導臂的履帶式移動機器人停止攀爬。 步驟３：重復步驟２，此過程中二維姿態傳感器測量到的車體與水平面夾角也隨機器人攀爬而減小，此時，機器人繼續攀爬至所述夾角不再減小時，停止攀爬，導臂向后旋轉，直到與車體的夾角θ為４５度時停止轉動。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：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)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：84[中國|南京]
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