机器人辅助支撑装置的触地判断方法及机器人的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种机器人辅助支撑装置的触地判断方法，其中，机器人包括机器人主体，辅助支撑装置安装在机器人主体上并包括电动推杆，电动推杆由电机驱动并能够沿与地面相垂直的方向运动，机器人构造为当电动推杆向下运动并触碰到地面时，辅助支撑装置为机器人主体提供向上的支撑力，其中，触地判断方法包括以下步骤：a)启动电机使得电动推杆向下运动；b)每隔预定的时间采集一次电机的电流值；c)将电流值转换为电机的转矩值；以及d)判断转矩值是否大于预设阈值，如果转矩值大于预设阈值，则判定电动推杆与地面完全接触，电机停止工作，如果转矩值小于或等于预设阈值，则返回至步骤b)，直至电机停止工作。
【专利说明】
机器人辅助支撑装置的触地判断方法及机器人
技术领域
[0001]本发明涉及消防机器人领域，具体涉及机器人辅助支撑装置的触地判断方法和采用该判断方法的机器人。
【背景技术】
[0002]随着国民经济和机器人技术的发展，越来越多的消防机器人(例如，履带式消防机器人)代替消防队员进行消防工作。这显著地提高了消防效率，并且减少了消防队员的伤亡及经济损失。
[0003]搭载大流量水炮的消防机器人设置有辅助支撑装置，以有效地降低消防机器人的总重量。在辅助支撑装置工作时，需要确保其与地面完全接触。然而，由于消防作业的现场地形的情况是未知的，所以无法保证机器人的辅助支撑装置同时安全着地。
[0004]在现有技术中，在辅助支撑装置的底部安装有压力传感器，在水炮工作时，压力传感器与地面直接接触。以这种方式，虽然能够检测到辅助支撑装置是否触碰到地面，但是水炮工作时的后坐力非常大，容易对压力传感器造成损坏，从而降低机器人的稳定性，增加机器人的维修成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供了一种机器人辅助支撑装置的触地判断方法以及利用该触地判断方法的机器人。
[0006]本发明提供了一种机器人辅助支撑装置的触地判断方法，其中，所述机器人包括机器人主体，辅助支撑装置安装在所述机器人主体上并包括电动推杆，所述电动推杆由电机驱动并能够沿与地面相垂直的方向运动，所述机器人构造为当所述电动推杆向下运动并触碰到地面时，所述辅助支撑装置为所述机器人主体提供向上的支撑力，其中，所述触地判断方法包括以下步骤:a)启动所述电机使得所述电动推杆向下运动;b)每隔预定的时间采集一次所述电机的电流值;c)将所述电流值转换为所述电机的转矩值；以及d)判断所述转矩值是否大于预设阈值，如果所述转矩值大于所述预设阈值，则判定所述电动推杆与地面完全接触，所述电机停止工作，如果所述转矩值小于或等于所述预设阈值，则返回至步骤b)，直至所述电机停止工作。
[0007]根据本发明的实施例，所述电动推杆为蜗轮蜗杆式电动推杆。
[0008]根据本发明的实施例，所述机器人还包括主控CPU，所述主控CPU用于将所述电流值转换为所述转矩值并且判断所述电机的所述转矩值是否大于所述预设阈值。
[0009]根据本发明的实施例，按照以下公式将所述电流值转换为转矩值:M=CXΦ XIXD，其中，M为所述电机的转矩值，C为电机常数，Φ为所述电机的磁通，I为所述电机的电流。
[0010]根据本发明的实施例，所述机器人还包括电流传感器，所述电流传感器用于检测所述电机的电流。
[0011]根据本发明的实施例，所述电动推杆的更靠近所述地面的一端设置有带钉地盘，所述带钉地盘为底部设有钉状突起的圆盘。
[0012]本发明还提供了一种机器人，所述机器人包括:机器人主体;辅助支撑装置，其安装在所述机器人主体上并包括电动推杆，所述电动推杆由电机驱动并能够沿与地面相垂直的方向运动，其中，机器人构造为当所述电动推杆向下运动并触碰到地面时，所述辅助支撑装置为所述机器人提供向上的支撑力；电流传感器，其用于每隔一定的时间采集一次所述电机的电流值;和主控CPU，其用于将所述电机的所述电流值转换成转矩值并且判断所述电机的所述转矩值是否大于所述预设阈值，其中，所述机器人采用上述任一项所述的判断方法对所述辅助支撑装置是否完全触地进行判断。
[0013]根据本发明的机器人辅助支撑装置触地的判断方法能够可靠地检测辅助支撑装置是否与地面完全接触，并且根据本发明的机器人维修成本低。
【附图说明】
[0014]图1是根据本发明的实施例的机器人辅助支撑装置触地的判断方法的方框图。
[0015]图2是根据本发明的实施例的机器人主体的结构示意图。
[0016]图3是根据本发明的实施例的机器人主体的俯视图。
【具体实施方式】
[0017]将结合附图描述根据本发明的机器人辅助支撑装置触地的判断方法和机器人的【具体实施方式】。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。
[0018]<机器人>
[0019]首先，详细描述根据本发明的实施例的机器人。机器人包括机器人主体、辅助支撑装置、电流传感器和主控CPU。辅助支撑装置安装到机器人主体上，用于支撑机器人主体的重量。机器人主体上还安装有用于检测电流的电流传感器(将在下文描述)以及用于将电流值转换成转矩值的主控CPU(将在下文描述)。
[0020]机器人主体
[0021 ]图2和图3示出根据本发明的机器人主体，机器人主体可取代人在火灾中发挥灭火作用，减少人员伤亡。机器人主体包括:底盘架2，用于承载和连接各个部件;消防水炮I，安装在底盘架2上，用于喷射灭火介质；支重轮组件5，安装在底盘架2下方，用于支撑整车质量;驱动轮4，安装在底盘架2前部，且位于支重轮组件5的上方，用于输出动力;涨紧轮8，安装在底盘架2后部，且位于支重轮组件5的上方;履带3，安装在驱动轮4、支重轮组件5和涨紧轮8上，用于动力传动;涨紧装置7，安装在底盘架2上，用于推动涨紧轮8以调节履带松紧;动力装置9，安装在底盘架2上，用于为驱动轮4提供动力；以及电控装置11，安装在底盘架2上，用于机器人的检测、通讯和控制。
[0022]根据本发明的实施例，底盘架2为由金属板材制成的框架结构，底盘架上可承载各种装置，因此，底盘架需要由高强度的金属板材制成，兼具耐高温特性，以适应火灾现场的环境。
[0023]根据本发明的实施例，支重轮组件5包括多个，至少安装在底盘架2下方的前部、中部和后部。多个支重轮组件的设置，使得每个支重轮组件的承载力减少，从而使每个支重轮组件的工况更加稳定。另外，支重轮组件5安装在底盘架2下方的前部、中部和后部，可使得底盘架2的整个下部得到有效地支撑。
[0024]根据本发明的实施例，底盘架下方的前部和后部分别安装有第一支重轮组件，底盘架下方的中部安装有第二支重轮组件;第一支重轮组件包括第一支重轮，第二支重轮组件包括第二支重轮，第一支重轮的外径大于第二支重轮的外径。
[0025]根据本发明的实施例，第一支重轮的外径大于第二支重轮的外径，因此，第一支重轮组件为主要支撑件，第二支重轮组件为辅助支重轮组件。第一支重轮组件承担主要的支撑作用，确保支撑的稳定性，第二支重轮组件在第一重轮组件无法支撑的位置进行辅助支撑，一方面可减低整体的成本，另外一方面，相比同排量机器人车体更小型化。
[0026]根据本发明的实施例，电控装置11包括电控箱和设置在电控箱内的:电池，用于为机器人主体的电气元件提供电力;雷达避障传感器，用于检测行进过程中所遇到的障碍物；温度传感器，用于检测电控箱内部及工作现场温度;通讯装置，用于将传感器检测的数据及图像信息实时传输给机器人控制端；中央处理器，用于采集和传输传感器检测的数据，接收和发送指令控制机器人主体的运动；以及动力装置驱动器，用于控制动力装置的工作。
[0027]电控装置11为机器人主体的“心脏”，一方面，承担着实时检测环境情形的作用；另一方面，承担着数据的通讯、指令的接收和执行。因此，本发明的电控装置集成度更高，具备壁障系统，当前方有障碍物的时可以自动转向或停止。
[0028]电控箱内部还配有高温报警系统，当车体临近火场工作时，实时检查电控箱内部温度，临近安全温度会报警，保护电子元器件。
[0029]根据本发明的实施例，电控箱为由阻火、耐高温材料制成的内部具有中空腔室箱体。电控箱为设置在其中的各种装置提供了有效的保障，在进入火灾现场时，确保机器人能正常工作。
[0030]优选地，消防水炮I包括用于消防灭火的主喷头和用于机器人自喷淋的自喷淋喷头。本发明的消防喷头在进行灭火的同时，还能实现对机器人自身的喷淋，避免机器人在火灾现场发生着火。
[0031]具体地，消防水炮I的进水管上安装三通，三通的两个出水口分别连通主喷头和自喷淋喷头;的自喷淋喷头包括多个，均布于底盘架上的各个部位。本发明通过在底盘架上的各个部位设置自喷淋喷头，保证机器人整体都能实现自喷淋效果，最大限度的避免机器人着火。
[0032]消防水炮I上放置电子水压计，遥控器上实时显示消防水炮I的水压，避免由于水压过大导致消防水炮I后坐力大引起车体滑移。
[0033]另外，通过调整结构上合理设计，通过重心调节使消防水炮I前置，增加工作时的安全性。
[0034]根据本发明的实施例，机器人还包括姿态检测传感器12，用于实时监测机器人车体姿态。
[0035]具体地，姿态检测传感器为倾角仪，倾角仪通过检测机器人相对水平面的倾角，判断工作地点是否满足消防水炮安全工作要求。本发明的机器人主体配备倾角仪，可以检查车体姿态，当车体临近倾翻角时提醒操作人员，避免发生危险。
[0036]本发明的消防机器人工作前的准备工作:将电控箱内的电池电量冲满;将消防机器人中心电源开关启动。
[0037]本发明的消防机器人运行过程:准备工作完成后，开启远程控制端的实时监控画面，由摄像头拍摄的实时画面经无线传输至远程控制端，由操作人员根据行进路线从远程控制端发出指令，经无线数据传输系统传递信号命令至消防机器人的中央处理器，控制动力装置驱动器启动，控制动力装置驱动器控制动力装置9运转，动力装置9分别带动两个驱动轮，消防机器人前进后退时由操作人员。
[0038]控制操作手柄的方向来对动力装置驱动器进行控制。
[0039]当到达指定位置时，通过操作手柄上的停止按钮控制动力装置驱动器停止，而操作人员根据实时监控画面里面的现场情况判断是否进行消防水炮喷射动作。若需要进行喷射操作时，则通过操作手柄上的消防水炮控制按钮进行操作，而操作的命令由远程控制端经无线传输系统传递至消防机器人的中央处理器，由中央处理器控制消防水炮喷射回转角度和俯仰角度。通过实时监控画面的监控，待位置合适后操作人员通过操作手柄发出启动的命令。同时自喷淋启动，由消防水炮的入水口处通过三通分出水流，经过软管，硬管传至多个喷头处，给车体降温。
[0040]灭火完成后再由操作人员操作控制手柄停止喷射，同时自喷淋停止。
[0041 ]辅助支撑装置
[0042]辅助支撑装置包括电动推杆，电动推杆由电机驱动并能够沿与地面相垂直的方向运动。具体而言，在初始位置处，电动推杆容纳在辅助支撑装置中。当电机沿一个方向转动时，电动推杆伸出并向下运动至接触地面，此时辅助支撑装置为机器人主体提供向上的支撑力。当电机沿另一个方向转动时，电动推杆缩回并向上运动至初始位置。
[0043]根据本发明的实施例，电动推杆为蜗轮蜗杆式电动推杆。
[0044]根据本发明的实施例，电动推杆构造为圆柱形，电动推杆的更靠近地面的一端设置有带钉地盘。带钉地盘为底部设有钉状突起的圆盘。电动推杆与带钉地盘的轴心对准，并且电动推杆的横截面的直径小于圆盘的直径。带钉地盘代替电动推杆的一端与地面接触，使得接触部分所受到的压强减小。带钉地盘的钉状突起的设置可以增大带钉地盘与地面的摩擦，使得带钉地盘不会相对于地面运动。
[0045]电流传感器和主控CPU
[0046]电流传感器用于采集电机的电流值。主控CPU通过模拟数字信号转换功能将电机电流的模拟信号转换为数字信号以供处理，并且通过判断电机的转矩值是否大于预设阈值，即辅助支撑装置是否与地面完全接触，来决定电动推杆是否继续向下运动。当辅助支撑装置的底部触碰到地面时，电机处于堵转状态，所以电机的转矩值变大。
[0047]将电机的电流值转换成电机的转矩值的计算公式为:
[0048]M = CX Φ XIXD
[0049]式中，M为电机的转矩值，C为电机的常数，Φ为电机的磁通，I为通过电机的电流值。当电机正常工作时，Φ为常数，因此通过电机的电流与电机的转矩成正比关系，所以通过检测电机的电流值即可得知电机的转矩值的变化情况。由此，就可以判断辅助支撑装置是否有效地触碰到地面。
[0050]<机器人辅助支撑装置的触地判断方法>
[0051]其次，参照图1详细描述根据本发明的实施例的机器人辅助支撑装置的触地判断方法。其中，触地判断方法包括以下步骤:
[0052]a)启动电机使得电动推杆向下运动；
[0053]b)每隔预定的时间采集一次电机的电流值；
[0054]c)将电流值转换为电机的转矩值;以及
[0055]d)判断转矩值是否大于预设阈值，如果转矩值大于预设阈值，则判定电动推杆与地面完全接触，电机停止工作，如果转矩值小于或等于预设阈值，则返回至步骤b)，直至电机停止工作。
[0056]根据本发明的实施例，在机器人辅助支撑装置在接收遥控器指示电动推杆进行工作的指令后，启动电机使得电动推杆向下运动。
[0057]通过本发明的方法，大流量的消防机器人可以自主判断辅助支撑装置是否安全触地，减少了人为的干预，提高了机器人的自主性与稳定性，降低了维修成本。
[0058]如前所述，尽管说明中已经参考附图对本发明的示例性实施例进行了说明，但是本发明不限于上述各【具体实施方式】，还可以有许多其他实施例方式，本发明的范围应当由权利要求书及其等同含义来限定。
【主权项】
1.一种机器人辅助支撑装置的触地判断方法，其中，所述机器人包括机器人主体，辅助支撑装置安装在所述机器人主体上并包括电动推杆，所述电动推杆由电机驱动并能够沿与地面相垂直的方向运动，所述机器人构造为当所述电动推杆向下运动并触碰到地面时，所述辅助支撑装置为所述机器人主体提供向上的支撑力，其中，所述触地判断方法包括以下步骤: a)启动所述电机使得所述电动推杆向下运动； b)每隔预定的时间采集一次所述电机的电流值； c)将所述电流值转换为所述电机的转矩值；以及 d)判断所述转矩值是否大于预设阈值，如果所述转矩值大于所述预设阈值，则判定所述电动推杆与地面完全接触，所述电机停止工作，如果所述转矩值小于或等于所述预设阈值，则返回至步骤b)，直至所述电机停止工作。2.根据权利要求1所述的触地判断方法，其中，所述电动推杆为蜗轮蜗杆式电动推杆。3.根据权利要求2所述的触地判断方法，其中，所述机器人还包括主控CPU，所述主控CPU用于将所述电流值转换为所述转矩值并且判断所述电机的所述转矩值是否大于所述预设阈值。4.根据权利要求3所述的触地判断方法，其中，按照以下公式将所述电流值转换为转矩值:M=CX Φ XIXD，其中， M为所述电机的转矩值，C为电机常数，Φ为所述电机的磁通，I为所述电机的电流。5.根据权利要求4所述的触地判断方法，其中，所述机器人还包括电流传感器，所述电流传感器用于检测所述电机的电流。6.根据权利要求5所述的触地判断方法，其中，所述电动推杆的更靠近所述地面的一端设置有带钉地盘，所述带钉地盘为底部设有钉状突起的圆盘。7.一种机器人，所述机器人包括: 机器人主体； 辅助支撑装置，其安装在所述机器人主体上并包括电动推杆，所述电动推杆由电机驱动并能够沿与地面相垂直的方向运动，其中，机器人构造为当所述电动推杆向下运动并触碰到地面时，所述辅助支撑装置为所述机器人主体提供向上的支撑力； 电流传感器，其用于每隔一定的时间采集一次所述电机的电流值;和 主控CPU，其用于将所述电机的所述电流值转换成转矩值并且判断所述电机的所述转矩值是否大于所述预设阈值，其中， 所述机器人采用权利要求1-6任一项所述的判断方法对所述辅助支撑装置是否完全触地进行判断。
【文档编号】A62C27/00GK105944264SQ201610091162
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年2月19日
【发明人】郭李浩, 杨文玉, 王坤
【申请人】青岛克路德机器人有限公司