[发明专利]越障机器人及其越障方法

权利要求书

1.一种越障机器人，其特征在于，包括：

结构模块，其包括机身以及依次沿所述机身长度方向设置的第一行走机构、第二行走机构以及第三行走机构，所述第一行走机构、所述第二行走机构以及所述第三行走机构均包括两个对称设置在所述机身两侧的越障装置，所述越障装置包括设置在机身上的第一驱动装置、与所述第一驱动装置连接以进行直立行走、摆动弯曲、抬高来实现越障的腿部支架、设置在所述腿部支架另一端的驱动轮以及与所述驱动轮的轮轴联接且为其提供动力的第二驱动装置；

感应模块，其设置在所述机身上，用于对该机器人所处的环境地势进行识别，并将识别后的信息进行发送；

控制系统，其与所述感应模块以及所述第一行走机构、所述第二行走机构和所述第三行走机构的第一驱动装置和第二驱动装置电气连接，用于接收所述感应模块采集的信息，并根据采集的信息控制所述第一行走机构、所述第二行走机构以及所述第三行走机构上的所述第一驱动装置、所述第二驱动装置工作情况；

其中，所述腿部支架包括一端与所述第一驱动装置的输出轴通过轴承连接的第一连杆、与所述第一连杆的另一端铰接的第二连杆以及一端套设在所述第一驱动装置的输出轴上且另一端与所述第二连杆固连的摇杆，所述第一驱动装置的输出轴上套设有轴承，所述第一连杆套设在所述轴承的外圈上，所述第二连杆还与所述驱动轮的轮轴固定连接；

所述机身上还设置有与所述越障机构对应的限位盖，所述限位盖为中空的盖体，在所述限位盖上与所述机身长度方向垂直的两侧边上均设置有开口，所述开口与其所在的侧边之间形成凸块，所述限位盖向下罩设在所述第一连杆和所述摇杆的顶部上且所述摇杆的上部与所述开口相对设置以使得所述摇杆可在所述限位盖内做180°的转动，而所述第一连杆的上部与所述凸块相对设置且所述第一连杆与所述凸块的内壁之间具有间距以使得所述第一连杆在所述限位盖内转动。

2.如权利要求1所述的越障机器人，其特征在于，所述第一驱动装置包括第一电机以及与所述第一电机轴连的第一涡轮减速器，所述摇杆的一端套设在所述第一涡轮减速器的输出轴上，所述轴承套设在所述第一涡轮减速器的输出轴上远离所述第一电机的一端。

3.如权利要求1所述的越障机器人，其特征在于，所述第二驱动装置包括第二电机、与所述第二电机连接的第二涡轮减速器以及设置在所述驱动轮的轮轴上且与所述第二电机连接的电磁涡流制动器，所述第二涡轮减速器的输出轴与所述驱动轮的轮轴连接，所述电磁涡流制动器包括与所述第二电机连接的制动器定子以及设置在所述驱动轮的轮轴上的制动器转子。

4.如权利要求1所述的越障机器人，其特征在于，所述感应模块包括带有红外生命探测仪的视觉系统、有源测距传感器、气体感应模块、GPS定位模块以及无线传感器节点。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述的越障机器人的越障方法，其特征在于，所述越障方法包括爬坡行驶的方法、跨越垂直障碍的方法以及跨越壕沟的方法，

机器人爬坡行驶的方法包括如下步骤：

S1：所述感应模块感应机器人所处的环境并将信号传递给所述控制系统，所述控制系统接收信号后当判断机器人位于斜坡前，所述控制系统控制位于机身前进方向的所述第一行走机构的第一驱动装置工作，所述第一行走机构的所述第一驱动装置工作带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动抬高进而实现所述第一行走机构的所述腿部支架的向上弯曲抬高；

S2：所述控制系统再控制所述第二行走机构的第一驱动装置工作，所述第二行走机构的所述第一驱动装置工作带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动抬高进而实现所述第二行走机构的所述腿部支架的向上弯曲抬高，其中，所述第二行走机构的所述摇杆转动角度小于所述第一行走机构的所述摇杆的转动角度；

S3：所述控制系统控制所述第三行走机构的第一驱动装置不工作，进而使得所述第三行走机构的所述腿部支架处于直立状态，在所述控制系统控制所述第一行走机构、所述第二行走机构以及所述第三行走机构的所述腿部支架调整完毕后，所述机身重心保持平衡；

S4：所述控制系统控制所述第一行走机构的第二驱动装置、所述第二行走机构的第二驱动装置以及第三行走机构的第二驱动装置同速同向转动，进而带动所述第一行走机构的所述驱动轮、所述第二行走机构的所述驱动轮以及第三行走机构的所述驱动轮同速同向在坡面上向前行驶，实现爬坡功能；

机器人跨越垂直障碍的方法包括如下步骤：

步骤1：所述感应模块感应机器人所处的环境并将信号传递给所述控制系统，所述控制系统接收信号后当判断机器人处于跨越垂直障碍物前，所述控制系统控制位于机身前进方向前端的所述第一行走机构的所述第一驱动装置工作，所述第一行走机构的所述第一驱动装置工作带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动抬高，同时所述控制系统控制所述第二行走机构的所述第一驱动装置工作带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动弯曲，且所述控制系统控制所述第三行走机构的所述第一驱动装置工作进而带动与其连接的所述摇杆向背离前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向背离前进方向摆动弯曲，在所述第一行走机构的所述驱动轮抬高的过程中，所述控制系统控制所述第二行走机构的所述腿部支架抬高以使得所述第一行走机构的所述驱动轮高度不低于垂直障碍物顶面的高度；

步骤2：所述控制系统再控制所述第二行走机构的所述第二驱动装置和所述第三行走机构的所述第二驱动装置工作从而分别驱动所述第二行走机构的所述驱动轮和所述第三行走机构的所述驱动轮向前进方向行驶直至将所述第一行走机构的所述驱动轮送上垂直障碍的顶面时停止，由于所述机身前端低于所述第一行走机构的所述驱动轮的高度，此时所述机身前端还没有到达垂直障碍物的顶面上；

步骤3：之后所述控制系统再控制所述第一行走机构的所述摇杆向后摆动以带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向后摆动，同时所述控制系统控制所述第三行走机构的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前摆动弯曲，且所述控制系统控制所述第二行走机构的第一驱动装置工作从而带动与其连接的所述摇杆向后转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向后摆动弯曲，当所述第一行走机构的所述腿部支架和第三行走机构的所述腿部支架摆动到与地面垂直时，所述机身达到离地面的最大高度，此时停止摆动；

步骤4：所述控制系统驱动所述第一行走机构的所述驱动轮和第三行走机构的所述驱动轮支撑着整个机器人前进，同时继续驱动所述第二行走机构的所述腿部支架向上弯曲抬起直至所述第二行走机构的所述驱动轮达到垂直障碍物的顶面；

步骤5：所述控制系统控制所述第二行走机构的所述摇杆向背离前进方向转动从而带动与所述摇杆相连的所述第二连杆向后摆动以将所述机身撑高，同时所述控制系统控制所述第一行走机构的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向上摆动，且所述控制系统控制所述第三行走机构的所述摇杆向背离前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向后上方摆动，直到所述第三行走机构的所述驱动轮高于垂直障碍物顶面的高度，此时所述第一行走机构的所述驱动轮和所述第二行走机构的所述驱动轮支撑着机器人前进，直到六个所述驱动轮都移动到垂直障碍物的顶面上，至此便完成了机器人整个跨越垂直障碍的过程；

机器人跨越壕沟的方法包括如下步骤：

步骤1，所述感应模块感应机器人所处的环境并将信号传递给所述控制系统，所述控制系统接收信号后当判断机器人处于壕沟前，所述控制器控制位于机身前进方向前端的所述第一行走机构的第一驱动装置工作，所述第一行走机构的所述第一驱动装置工作从而带动与其连接的所述摇杆向前进方向转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向上摆动抬高至所述第一行走机构的所述驱动轮与所述第二行走机构的所述驱动轮之间的距离不小于壕沟的宽度时停止转动；

步骤2，所述控制系统控制所述第二行走机构的所述驱动轮和所述第三行走机构的所述驱动轮工作进而支撑整个机器人前进直至机器人的所述第二行走机构的所述驱动轮滚进壕沟，此时由于所述第一行走机构的驱动轮已经到达壕沟的另一侧，故机器人处于由所述第一行走机构和所述第三行走机构支撑而第二行走机构悬空的状态；

步骤3，所述控制系统控制所述第一行走机构的所述摇杆转动带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向背离机器人前进方向摆动以将所述机身撑高，此时所述控制系统也控制所述第三行走机构的所述摇杆转动进而带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向背离机器人前进方向摆动到合适的角度，同时所述控制系统控制所述第二行走机构的所述摇杆和所述第二连杆向前进方向摆动，直到所述第二行走机构的所述驱动轮高于壕沟另一侧顶面的高度，所述控制系统再控制所述第一行走机构的所述摇杆带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向前进方向摆动以与地面垂直，此时机身的高度最高，机器人能跨越壕沟；

步骤4，机器人继续向前行驶直至所述第二行驶机构的所述驱动轮跨越到壕沟另一侧的顶面上，同时保证在所述第三行走机构的所述驱动轮离开壕沟的一侧时，所述第二行走机构的所述驱动轮已经到达壕沟的另一侧，之后所述第一行走机构的所述驱动轮和所述第二行走机构的所述驱动轮向前行驶以支撑机器人前进；

步骤5，所述控制系统控制所述第三行走机构的所述摇杆和所述第二连杆向前进方向摆动以使得所述第三行走机构的所述驱动轮抬高至高于壕沟另一侧的顶面，在所述第一行走机构的所述驱动轮和所述第二行走机构的所述驱动轮支撑机器人向前行驶直至所述第三行走机构的所述驱动轮也顺利到达壕沟的另一侧，此时，所述控制系统控制所述第三行走机构的所述摇杆带动与所述摇杆连接的所述第二连杆向后带动摆动直至所述第三行走机构的所述腿部支架与地面垂直，至此机器人完成了跨越壕沟的整个过程。