一种新型楼宇环境下的作业机器人的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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 动机理的研宄[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 andP.Holmes,"Ahexapedaljointed-legmodelforinsectlocomotioninthe horizontalplane, "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° 虫它形式（参见：D.Zarrouk,I.Sharf,andM.Shoham,"Conditionsforworm-robot locomotioninflexibleenvironment:Theoryandexperiments, "IEEE,Trans.Biomed. Eng.，vol.59，no.4，pp.l057 - 1067，Apr.2012 等）和跳跃式（SM:N.J.Kohut，A. Pullin,D.Haldane,D.Zarrouk,andR.S.Fearing,"Precisedynamicturningofa10cm leggedrobotonalowfrictionsurfaceusingatail,''inProc.IEEEInt.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。
[0004] 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】
[0005] 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親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。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 一种新型楼宇环境下的作业机器人，包括机架、设置在机架两侧的越障机构，所述 越障机构包括V型杆、能带动越障机构相对接触面运动的行进机构、第一连杆、第二连杆、 弹性支撑回复件，所述行进机构、第一连杆、第二连杆、弹性支撑回复件分别为一组，所述行 进机构、第一连杆、第二连杆、弹性支撑回复件分别对称设置在V型杆两侧，所述V型杆包 括两根摆臂，所述摆臂相交的一端为V型端，所述V型端与机架相连，所述V型杆的开口朝 上，所述第一连杆与V型杆的一端相连，所述行进机构设置在第一连杆的底端，所述第二连 杆的两端分别与第一连杆、机架相连，所述弹性支撑回复件的两端分别与摆臂、第二连杆相 连；
[0008] 以第一连杆与V型杆的连接点为第一端点，以第一连杆与第二连杆的连接点为第 二端点，以第二连杆与机架相连的连接点为第三端点，以第一端点与V型端连线间的中点 为第一中点，以第二端点与第三端点连线间的中点为第二中点，所述弹性支撑回复件与V 型杆的连接点位于第一中点与V型端之间，所述弹性支撑回复件与第二连杆之间的连接点 位于第二端点与第二中点之间；所述第三端点之间构成的平面与水平面平行时，第二连杆 与水平面之间的夹角为锐角且第二端点位于第三端点上方。
[0009] 所述越障机构对称设置在机架两侧。
[0010] 所述第三端点之间构成的平面与水平面平行时，第一连杆与摆臂的夹角为钝角。
[0011] 所述V型端与机架之间、第一连杆与V型杆之间、第一连杆与第二连杆之间、第二 连杆与机架之间分别采用平面轴承相连。
[0012] 所述弹性支撑回复件为拉簧；或所述弹性支撑回复件包括支撑杆、设置在支撑杆 上的压簧。
[0013] 所述机架包括底板、设置在底板两侧的侧板，所述越障机构与侧板相连。
[0014] 进一步，V型端与同侧的第三端点间呈等腰三角形分布。
[0015] 进一步，V型端与同侧的第三端点间呈等边三角形分布。
[0016] 所述行进机构包括驱动轮、用于使驱动轮工作的动力装置，所述驱动轮与第一连 杆的底端相连。
[0017] 所述驱动轮为Mecanum驱动轮，所述动力装置包括用于驱动Mecanum驱动轮的驱 动电机、用于控制驱动电机的控制系统，所述Mecanum驱动轮与第一连杆的底端相连。
[0018] 所述Mecanum驱动轮的小轮的旋转轴线与其大轮的旋转轴线成45°夹角。
[0019] 所述Mecanum驱动轮为四个且对称设置在机架两侧，机架的单侧设置两个 Mecanum驱动轮，四个Mecanum驱动轮的中心点呈矩形分布，单个Mecanum驱动轮的小轮与 距离最近的两个Mecanum驱动轮的小轮相互垂直。
[0020] 所述Mecanum驱动轮为四个且对称设置在机架两侧，机架的单侧设置两个 Mecanum驱动轮，四个Mecanum驱动轮的中心点呈矩形分布，Mecanum驱动轮的小轮形成的 逆雅可比矩阵满秩。
[0021] 还包括设置在机架或越障机构上的附加装置，所述附加装置为摄像头、超声避障 装置、温度探测器、湿度探测器中的一种或多种。
[0022] 针对前述问题，本发明提供一种新型楼宇环境下的作业机器人，其包括机架、设置 在机架两侧的越障机构。其中，越障机构包括V型杆、行进机构、第一连杆、第二连杆、弹性 支撑回复件，行进机构、第一连杆、第二连杆、弹性支撑回复件分别为一组，行进机构、第一 连杆、第二连杆、弹性支撑回复件分别以V型杆为中心且对称设置在V型杆两侧，构成双曲 柄弹簧耦合机构。V型杆包括两根摆臂，摆臂相交的一端为V型端，V型杆的开口朝上。V型 端与机架相连，第一连杆与V型杆的一端相连，行进机构设置在第一连杆的底端，行进机构 能带动越障机构相对接触面运动。第二连杆的两端分别与第一连杆、机架相连，弹性支撑回 复件的两端分别与摆臂、第二连杆相连。以第一连杆与V型杆的连接点为第一端点，以第一 连杆与第二连杆的连接点为第二端点，以第二连杆与机架相连的连接点为第三端点，以第 一端点与V型端连线间的中点为第一中点，以第二端点与第三端点连线间的中点为第二中 点，弹性支撑回复件与V型杆的连接点位于第一中点与V型端之间，弹性支撑回复件与第二 连杆之间的连接点位于第二端点与第二中点之间；第三端点之间构成的平面与水平面平行 时，第二连杆与水平面之间的夹角为锐角且第二端点位于第三端点上方。V型杆的两根摆臂 间呈钝角，设置在机架两侧的越障机构一共形成四个第三端点，第三端点之间构成的平面 与水平面平行时，第二连杆与水平面之间的夹角为锐角。
[0023] 本发明