[发明专利]一种新型楼宇环境下的作业机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其是越障机器人领域，具体为一种新型楼宇环境下的作业机器人。本发明的越障机器人具有较强的越障功能，还可进一步实现全方位移动，能够得到具有全方位移动和越障功能的新型机器人。

背景技术

随着机器人技术的快速发展，在大型客运中心、物流仓储基地、住宅小区、会议中心、超市、酒店等楼宇环境下采用机器人进行安全巡检、服务、动态监测等作业变得日渐可行，并将成为机器人技术服务于人类的重要应用领域之一。这些楼宇环境的典型特征是，地面光洁、平整，但环境中的人/物动态随机分布、地面空间利用率高、巡视通道狭窄，并伴有一定的小型障碍物等。因此，这就要求在此环境下工作的机器人移动平台最好能够满足平面内的3自由度全方位移动，并具有一定的越障功能。

当前，国、内外在楼宇环境下作业的机器人的移动方式主要有履带式、腿式、蛇形式、轮式和复合式等(参见：程刚.非结构化环境中移动机器人系统越障运动机理的研究[D].合肥:中国科学技术大学,2006.)。其中，履带式(参见：段星光,黄强,李科杰.小型轮履腿复合式机器人设计及运动特性分析[J].机械工程学报,2008,8(41):108-113)具有对地压力小，在松软的地面附着能力和通过性能好，爬楼梯、越障平稳性高，良好的自复位能力等特点；但履带运动的速度较慢、机动性较差、功耗较大，且转向时对地面有一定破坏性。腿式机器人(参见：R.P.Kukillaya and P.Holmes,“A hexapedal jointed-leg model for insect locomotion in the horizontal plane,”Biol.Cyber.,vol.91,pp.76–90,2007等)虽能够满足某些特殊的性能要求，但其结构自由度较多、机构复杂、难以控制、功耗大、成本高、不便于推广。蛇形式(参见：D.Zarrouk,I.Sharf,and M.Shoham,“Conditions for worm-robot locomotion in flexible environment:Theory and experiments,”IEEE,Trans.Biomed.Eng.,vol.59,no.4,pp.1057–1067,Apr.2012等)和跳跃式(参见：N.J.Kohut,A.Pullin,D.Haldane,D.Zarrouk,and R.S.Fearing,“Precise dynamic turning of a 10cm legged robot on a low friction surface using a tail,”in Proc.IEEE Int.Conf.Robot.Autom.,2013,pp.3299–3306等)虽然在某些方面(如复杂环境、特殊环境、机动性等)具有独特的优越性，但也存在一些明显的缺陷，如承载能力和运动平稳性差等。复合式机器人能够适应复杂环境或某些特殊环境，有的甚至还可以变形，但其结构及控制都比较复杂，生产成本较高。轮式机器人(参见：曹其新,张蕾.轮式自主移动机器人[M].上海:上海交通大学出版社,2012)具有承重大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、工作效率高等特点，但其越障效果不如前面的几种，越障效率较低。

因此，迫切需要一种新的越障机器人，以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对大型客运中心、物流仓储基地、住宅小区、会议中心、超市、酒店等楼宇环境的特点，提供一种新型楼宇环境下的作业机器人。本发明的越障机器人通过双曲柄与弹簧耦合组成的越障结构能够实现很好的陡坡越障功能，能够高效地的被动适应跨越的障碍物的高度，实现机器人越障能力的最大化，越过驱动轮半径3～4倍的障碍物，具有较强的越障能力。同时，本发明还提供基于该结构的全方位移动越障机器人，通过对驱动轮及其布局的优化设计，能够实现全方位越障。本发明结构简单，安装维护方便，可靠性强，能够满足楼宇环境下作业的需求，适应性强，适用范围广，具有较好的市场应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：