[发明专利]具有检测障碍物高度和距离的弹跳机器人及检测方法

权利要求书

1.一种具有检测障碍物高度和距离的弹跳机器人，包括机架、设置在所述机架上的弹跳机构以及弹跳驱动机构，所述弹跳机构包括大腿、大腿辅助腿以及小腿，所述大腿和大腿辅助腿的上端铰接在所述机架上，所述大腿和大腿辅助腿的下端铰接在所述小腿上，所述弹跳驱动机构与所述大腿连接并使所述大腿绕上端铰接点摆动，其特征在于：所述弹跳驱动机构驱动所述大腿摆动形成俯仰角调节机构，在所述弹跳机构上还设置有航向角调节机构和红外测距传感器，所述航向角调节机构包括调节电机、齿轮一、齿轮二以及轮子，在所述小腿上设置有相互平行的连接件一和连接件二，所述大腿铰接在所述连接件一上，所述大腿辅助腿铰接在所述连接件二上，所述调节电机固定在所述连接件一上，在调节电机的输出端连接所述齿轮一，在所述连接件一和连接件二上设置一转轴，所述轮子和齿轮二固定在该转轴上，所述弹跳机器人还包括一传感控制模块，该传感控制模块控制所述俯仰角调节机构调节俯仰角以及航向角调剂机构调节航向角。

2.根据权利要求1所述的弹跳机器人，其特征在于：所述弹跳驱动机构包括弹跳电机、齿轮箱、凸轮和扭力弹簧，所述弹跳电机和齿轮箱安装在机架侧面上，所述凸轮安装在机架左右侧面之间，凸轮外轮廓与大腿上端相切，所述扭力弹簧安装在机架和大腿的转动轴上，并且扭力弹簧的两个力臂分别固定在机架和大腿上。

3.根据权利要求2所述的弹跳机器人，其特征在于：所述大腿上端与机架的后下部转动副连接；所述大腿辅助腿的上端与机架前下部转动副连接；所述的小腿包括两根长度相等平行并排布置的杆子；所述小腿两根杆子的中部穿过所述的连接件一上的孔并与其固定连接，所述的小腿两根杆子的前端与所述的连接件二套接固定连接；所述的连接件一和连接件二平行设置，所述的连接件一与大腿下端转动副连接，所述的连接件二与连接件三转动副连接；所述的连接件三与大腿辅助腿的下端固定连接；所述的机架、大腿、大腿辅助腿和小腿组成一个平行四边形机构，机架与小腿平行，大腿与大腿辅助腿平行；所述的轮子固定在所述转轴伸出连接件二位于弹跳机器人前部的端部，且与地面接触；所述红外测距传感器安装在所述的连接件三上并朝向机器人前方，用于检测其正前方障碍物与自身的距离。

4.一种采用权利要求1所述弹跳机器人检测障碍物高度和距离的方法，其特征在于：

在弹跳运动落地后，首先将俯仰角调节至将俯仰角调节至零度，并记录初始状态的方向角为零度；然后通过红外测距传感器检测前方是否有障碍物，如果没有障碍物机器人就继续弹跳运动前行，如果有障碍物，机器人首先通过轮子的单向转动连续调节航向角，并周期性记录航向角a_i和采集对应航向角自身离障碍物的距离m_i，直到红外测距传感器检测到视野内无障碍物时停止调节航向角，这里i＝1,2,…M为调节的步数；然后通过轮子的反向转动使弹跳机器人至方向角零度位置，轮子继续向反向转动连续调整航向角并周期性记录航向角b_j和采集对应航向角自身离障碍物的距离n_j，直到红外测距传感器检测到视野内无障碍物时停止调节航向角，这里j＝1,2,…N为调节的步数；接下来机器人计算所有距离值{m₁,m₂,…m_M,n₁,n₂,…n_N}中的最小值作为弹跳机器人与障碍物的实际距离D；

弹跳机器人调节至距离D对应的航向角a_i或b_j对应的航向位置开始检测障碍物的高度；弹跳机器人通过调节不断增大其俯仰角，并周期性记录俯仰角p_k和采集对应俯仰角时离障碍物的距离o_k直到红外测距传感器视野无障碍物停止调节，其中k＝1,2,…K，根据公式H＝o_K-1sin(p_K-1)可以计算出障碍物的实际高度H。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述红外测距传感器视野无障碍物的判断方法是设定一个阈值T，使得d_S-d_S-1>T，这里d_S-1＝o_K-1和d_S＝o_K用于判断俯仰角增大检测障碍物高度过程中视野无障碍物的临界状态，d_S-1＝m_M-1和d_S＝m_M用于判断弹跳机器人向左右两个方向中的一个方向转动过程中视野无障碍物的临界状态，d_S-1＝n_N-1和d_S＝n_N用于判断弹跳机器人向左右两个方向中的另一个方向转动过程中视野无障碍物的临界状态。