【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于履帶式機(jī)器人越障，具體涉及基于三段式履帶結(jié)構(gòu)的機(jī)器人、行走控制方法及控制系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、近年來，隨著復(fù)雜環(huán)境作業(yè)需求的激增，特別是在自然災(zāi)害救援、軍事偵察、以及工業(yè)檢測等高挑戰(zhàn)性場景中，機(jī)器人越障能力的提升成為了實(shí)現(xiàn)高效與安全作業(yè)的關(guān)鍵要素。然而，傳統(tǒng)輪式或履帶式機(jī)器人在面對崎嶇地形、障礙物時(shí)，往往因靈活性和適應(yīng)性不足而受限。尤其是在極端條件下，機(jī)器人的越障能力直接關(guān)系到任務(wù)的成敗，甚至人員的生命安全。當(dāng)前，越障機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn)主要包括：如何在保證穩(wěn)定性的前提下提高越障能力，以及如何在復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
2、國內(nèi)外學(xué)者及研究機(jī)構(gòu)針對機(jī)器人越障能力的提升進(jìn)行了大量研究。在履帶式機(jī)器人領(lǐng)域，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)多采用單段式或雙段式履帶結(jié)構(gòu)，雖能一定程度上克服障礙，但存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜度高、能量消耗大、適應(yīng)性有限等問題。例如，單段式履帶機(jī)器人在面對高障礙物時(shí)，易出現(xiàn)翻覆或卡滯現(xiàn)象；而雙段式雖有所改善，但其控制策略復(fù)雜，且在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中表現(xiàn)不佳。美國、日本等國家在機(jī)器人越障技術(shù)方面領(lǐng)先，如美國的atlas、日本的蛇形機(jī)器人等，它們在越障能力方面表現(xiàn)出色，但成本高昂，且在特定環(huán)境下的適應(yīng)性仍有待提高。
3、盡管現(xiàn)有技術(shù)在一定程度上提升了機(jī)器人的越障能力，但面對復(fù)雜環(huán)境下的高障礙物、非結(jié)構(gòu)化地形時(shí)，仍顯得力不從心。尤其在穩(wěn)定性與靈活性的平衡、能量效率與適應(yīng)性之間的取舍，成為亟待解決的關(guān)鍵問題。因此，開發(fā)一種結(jié)構(gòu)更優(yōu)化、控制更精準(zhǔn)的越障機(jī)器人，成為當(dāng)前研究的迫切需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本專利技術(shù)的目的在于提供基于三段式履帶結(jié)構(gòu)的機(jī)器人、行走控制方法及控制系統(tǒng)，通過創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和智能控制策略，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的高效越障，填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)在高適應(yīng)性與靈活性方面的空缺，為機(jī)器人越障技術(shù)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用提供強(qiáng)有力的支持。
2、本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：基于三段式履帶結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，包括三段式履帶底盤及設(shè)置在三段式履帶底盤上的伸縮機(jī)構(gòu)；所述三段式履帶底盤包括底盤底板，底盤底板的兩側(cè)均設(shè)置有前部履帶、中部履帶和后部履帶，中部履帶分別與同一側(cè)的前部履帶及后部履帶傳動連接形成三段式履帶結(jié)構(gòu)；一側(cè)的前部履帶及另一側(cè)的后部履帶通過對應(yīng)的行走驅(qū)動舵機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，帶動三段式履帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行前進(jìn)及后退運(yùn)動；所述前部履帶及后部履帶分別通過對應(yīng)的擺臂舵機(jī)驅(qū)動進(jìn)行抬起及放下運(yùn)動；所述伸縮機(jī)構(gòu)為能夠上、下伸縮的雙向伸縮結(jié)構(gòu)，其上部伸縮結(jié)構(gòu)上設(shè)置有攝像設(shè)備，下部伸縮結(jié)構(gòu)用于對機(jī)器人進(jìn)行輔助支撐。
3、進(jìn)一步的，所述前部履帶、中部履帶和后部履帶均包括至少兩個(gè)履帶輪及設(shè)置在兩個(gè)履帶輪上的履帶段。
4、進(jìn)一步的，一側(cè)前部履帶后端的履帶輪、另一側(cè)后部履帶前端的履帶輪與對應(yīng)行走驅(qū)動舵機(jī)的輸出軸相連接。
5、進(jìn)一步的，所述前部履帶后端的履帶輪與中部履帶前端的履帶輪傳動連接，中部履帶后端的履帶輪與后部履帶前端的履帶輪傳動連接。
6、進(jìn)一步的，所述擺臂舵機(jī)的輸出軸分別與對應(yīng)前部履帶及后部履帶的履帶輪相連接，驅(qū)動前部履帶及后部履帶進(jìn)行抬起及放下運(yùn)動。
7、進(jìn)一步的，所述伸縮機(jī)構(gòu)包括固定桿件，固定桿件固定設(shè)置有第一伸縮桿、第二伸縮桿及第三伸縮桿，第一伸縮桿、第二伸縮桿分別位于固定桿件的兩側(cè)，且伸縮端豎直朝下設(shè)置；所述第三伸縮桿位于固定桿件的中部，其伸縮端豎直朝上設(shè)置，且安裝有攝像設(shè)備。
8、進(jìn)一步的，還包括機(jī)械臂，所述機(jī)械臂包括依次連接的旋轉(zhuǎn)基座、升降臂、旋轉(zhuǎn)臂及抓手組件；旋轉(zhuǎn)基座可水平轉(zhuǎn)動設(shè)置在底盤底板上，其上設(shè)有攝像裝備，升降臂與旋轉(zhuǎn)基座固定連接，升降臂上設(shè)有能夠豎直轉(zhuǎn)動的支撐板，旋轉(zhuǎn)臂固定在支撐板上，旋轉(zhuǎn)臂上設(shè)有抓手組件，抓手組件可轉(zhuǎn)動設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臂上。
9、進(jìn)一步的，所述抓手組件包括關(guān)節(jié)、連桿機(jī)構(gòu)、抓手及攝像裝備，關(guān)節(jié)與旋轉(zhuǎn)臂相連接，連桿機(jī)構(gòu)設(shè)置在關(guān)節(jié)上，其通過伺服電機(jī)驅(qū)動，并通過傳動機(jī)構(gòu)與抓手相連接；抓手上設(shè)有摩擦增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
10、基于三段式履帶結(jié)構(gòu)機(jī)器人的行走控制方法，包括以下步驟：
11、s1、當(dāng)三段式履帶機(jī)器人在平地進(jìn)行移動時(shí)，控制擺臂舵機(jī)驅(qū)動前部履帶及后部履帶抬起；
12、s2、當(dāng)三段式履帶機(jī)器人進(jìn)行樓梯越障時(shí)，具體控制過程如下：
13、s2.1、控制對應(yīng)的擺臂舵機(jī)驅(qū)動前部履帶抬起，再控制行走驅(qū)動舵機(jī)帶動履帶機(jī)器人前進(jìn)，使得前部履帶搭放在第一級臺階上，控制對應(yīng)的擺臂舵機(jī)將前部履帶下壓；
14、s2.2、在前部履帶的履帶段貼緊第一級臺階的邊沿之后，控制擺臂舵機(jī)驅(qū)動前部履帶及后部履帶擺動，將三段式履帶機(jī)器人的重心抬高；
15、s2.3、當(dāng)三段式履帶機(jī)器人的重心抬高至第一級臺階水平的高度后，控制行走驅(qū)動舵機(jī)帶動履帶機(jī)器人帶動三段式履帶機(jī)器人水平前進(jìn)，使三段式履帶機(jī)器人的重心位置向前移動，靠近臺階；
16、s2.4、控制后部履帶下壓，使得前部履帶及中部履帶的位置保持水平；
17、s2.5、將前部履帶抬起，并通過行走驅(qū)動舵機(jī)控制中部履帶的移動至臺階上，再將后部履帶抬起，完成翻越臺階；
18、s2.6、當(dāng)三段式履帶機(jī)器人需要進(jìn)行后續(xù)臺階的越障時(shí)，具體操作過程如下：
19、s2.6.1、將前部履帶抬起，然后控制行走驅(qū)動舵機(jī)帶動三段式履帶機(jī)器人整體向前移動，使得三段式履帶機(jī)器人的前部履帶與第二級臺階接觸；
20、s2.6.2、控制行走驅(qū)動舵機(jī)帶動三段式履帶機(jī)器人繼續(xù)向前移動，移動時(shí)，三段式履帶機(jī)器人向后傾倒，傾倒時(shí)，通過控制行走驅(qū)動舵機(jī)，帶動三段式履帶機(jī)器人整體向后移動，再將前部履帶下壓，將前擺臂上的履帶卡住第二級臺階的邊緣；
21、s2.6.3、將后部履帶下壓，使得后部履帶上的履帶段卡住第一級臺階的邊緣，同時(shí)，三段式履帶小車的重心也進(jìn)行了抬高；
22、s2.6.4、控制行走驅(qū)動舵機(jī)帶動三段式履帶機(jī)器人移動，使得其重心位置不斷抬高，并向第二級臺階靠近；
23、s2.6.5、當(dāng)前部的擺臂舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)處位于第二級臺階邊緣時(shí)，將前部履帶下壓以保持機(jī)器人的穩(wěn)定，并將后部履帶下壓，以抬高三段式履帶機(jī)器人的重心；
24、s2.6.6、當(dāng)三段式履帶機(jī)器人的重心接近第二級臺階后，控制三段式履帶機(jī)器人進(jìn)行前進(jìn)，當(dāng)前部履帶碰到第三級臺階邊緣時(shí)，將前部履帶抬起，并下壓后部履帶；
25、s2.6.7、當(dāng)中部履帶位于第二級臺階上時(shí)，將后部履帶抬起；
26、s2.6.8、控制行走驅(qū)動舵機(jī)帶動三段式履帶機(jī)器人前進(jìn)移動，完成三段式履帶機(jī)器人的第二級臺階越障。
27、進(jìn)一步的，機(jī)器人基于控制系統(tǒng)進(jìn)行操作控制，控制系統(tǒng)包括：
28、電源管理與分配模塊：模塊接收外部直流電源輸入，通過內(nèi)置的dc-dc轉(zhuǎn)換器將電壓穩(wěn)壓，確保在負(fù)載變化或輸入電壓波動的情況下，向機(jī)器人中的組件穩(wěn)定供電，實(shí)現(xiàn)電路的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；
29、履帶驅(qū)動控制模塊：本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.基于三段式履帶結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，其特征在于，包括三段式履帶底盤(1)及設(shè)置在三段式履帶底盤(1)上的伸縮機(jī)構(gòu)(2)；所述三段式履帶底盤(1)包括底盤底板，底盤底板的兩側(cè)均設(shè)置有前部履帶(A)、中部履帶(B)和后部履帶(C)，中部履帶(B)分別與同一側(cè)的前部履帶(A)及后部履帶(C)傳動連接形成三段式履帶結(jié)構(gòu)；一側(cè)的前部履帶(A)及另一側(cè)的后部履帶(C)通過對應(yīng)的行走驅(qū)動舵機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，帶動三段式履帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行前進(jìn)及后退運(yùn)動；所述前部履帶(A)及后部履帶(C)分別通過對應(yīng)的擺臂舵機(jī)驅(qū)動進(jìn)行抬起及放下運(yùn)動；所述伸縮機(jī)構(gòu)(2)為能夠上、下伸縮的雙向伸縮結(jié)構(gòu)，其上部伸縮結(jié)構(gòu)上設(shè)置有攝像設(shè)備，下部伸縮結(jié)構(gòu)用于對機(jī)器人進(jìn)行輔助支撐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三段式履帶結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，其特征在于，所述前部履帶(A)、中部履帶(B)和后部履帶(C)均包括至少兩個(gè)履帶輪及設(shè)置在兩個(gè)履帶輪上的履帶段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于三段式履帶結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，其特征在于，一側(cè)前部履帶(A)后端的履帶輪、另一側(cè)后部履帶(C)前端的履帶輪與對應(yīng)行走驅(qū)動舵機(jī)的輸出軸相連接。
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