[发明专利]一种仿虫特种机器人及其控制方法

说明书

本发明公布了一种仿虫特种机器人及其控制方法，包括一个红外传感器、一个位移模块、一个跳跃模块和一个主控器模块构成，主控模块分别通过控制4个位移电机带动扇形轮实现前进和转向，同时在遇到一定高度障碍时，可通过电机和柔性连接件的同时作用，借助扇形轮腿上橡胶的摩擦力越过障碍。主控模块通过红外传感器接受数据，当没有障碍时，跳跃电机停止转动主动齿轮有轮齿的部分卡在从动轮上，使得弹簧通过拉紧蓄能，当遇到障碍且不能越过时，主控模块控制弹簧电机转动，使其转动至无轮齿处，通过弹簧拉紧力借助跳跃机构使得机器人通过跳跃越过障碍。本发明在各种路面上适应力强，且能越过一定高度的障碍，可广泛用于各种地形环境的检测工作。

技术领域

本发明属于仿生机器人应用领域的特种机器人，同时结合了传感器和机电控制领域。具体涉及一种仿虫特种机器人及其控制方法。

背景技术

移动机器人的设计和控制一直是目前研究的重点，如何提高移动机器人对各种地面的适应性、越过未知的障碍已成为现在关注的重点。因此基于各种仿生原理的机器人进入了我们的视野，首先是从仿人开始的腿式机器人，但因为其设计到传感、控制和人体运动学等一系列问题一直难以用于实用。之后就是多足机器人，不过虽然其越障能力优于普通轮式机器人，不过由于结构复杂，其传动效率远远低于轮式机器人。随后，考虑到纯轮式和纯腿式存在的局限性，借助昆虫运动学原理把“轮”和“腿”相结构，使其不但有速度，同时具有一定的越障能力。

近年来我国对这些问题展开了诸多研究，中国专利CN 201410739495.X申请公开了一种六足轮腿式爬行仿生机器人，该发明包括依次相连的躯干前部、躯干中部、躯干后部以及分别设置在躯干前部、躯干中部、躯干后部两侧的前轮腿组件、中轮腿组件、后轮腿组件，躯干前部、躯干后部与躯干中部之间的间距可调，前轮腿组件、中轮腿组件及后轮腿组件分别由第一、第二、第三电机驱动，且前轮腿组件、中轮腿组件、后轮腿组件的轮腿刚度可调，第一、第二、第三电机由电池组供电。该发明通过对机器人的轴间跨距和轮腿刚度进行调整，可使设备的最大跨越沟渠宽度与最大攀越阶梯障碍高度均可以变化，在满足爬行使用要求的前提下可以获取机器人适应环境的最佳运动参数，极大地提高机器人在爬行过程中的容错率。但由于该轮腿的运行原理，容易产生机械结构上的额外颠簸，且在面对高于轮腿的障碍时由于其被动避障无法自主绕行或者翻越。

中国专利CN 201310143219.2申请公开了一种仿生六轮腿行走机构，该发明包括前车架、前传动部分、转向总成、后车架、后传动部分、中部自由度装置和轮腿。前传动部分安装在前车架上，后传动部分安装在后车架上，中部自由度装置固定于后车架前端中部，前车架后端与后车架前端采用中部自由度连接杆将两者转动连接，前左轮腿与前右轮腿依次安装在前传动部分中的前轴的左端与右端，中左轮腿与中右轮腿依次安装在后传动部分中的中间轴的左端与右端，后左轮腿与后右轮腿依次安装在后传动部分中的后轴的左端与右端。转向总成的舵机安装在前车架的舵机支撑板上，转向总成的前左球头销与前右球头销依次和前左轮腿与前右轮腿转动连接。该发明的轮腿把“轮”和“腿”进行巧妙的结合，使该结构不仅有轮的速度且具有一定的越障能力，同时该机器人有俯仰和左右两个自由度使得该机器人具有较好的灵活性。不过该发明机构复杂，加工要求高，且使用皮带轮机构进行传动，容易发生打滑磨损影响其传动效率，其次该发明的俯仰自由度有一定局限，无法越过高于其自由度的障碍。

综上所述，仿虫特种机器人的研究越来越多，但是均是纯粹的爬行机构或者增加一定俯仰自由度进行越障，缺少主动避障和越过过高障碍的能力。

发明内容

本发明针对现有的爬行机器人所存在的问题，提出了一种仿虫特种机器人。该机器人通过爬行机构实现地面爬行和一定的越障功能，通过跳跃机构可以越过高于机器人轮腿的障碍，通过深度相机和主控模块对周围环境的图像进行处理，从而控制机器人越障和避障。

本发明的上述技术问题主要是通过下属技术方案得以解决：