多模式驱动移动机器人及其运行方法
【专利摘要】本发明提供一种多模式驱动移动机器人及其运行方法，其中多模式驱动移动机器人包括：一机器人本体；一行进机构，行进机构连接机器人本体；一控制机构，控制机构固定于机器人本体，控制机构包括：一存储器、一模式切换器和一执行器，存储器连接模式切换器和执行器，模式切换器连接所述执行器；一传动机构，传动机构连接于控制机构和行进机构之间；一感应机构，感应机构固定于机器人本体并连接模式切换器；一供能装置。本发明的多模式驱动移动机器人及其运行方法，能够通过工作模式的切换实现惯性摩擦驱动和尺蠖驱动的混合驱动方式，从而减轻甚至防止由于环境改变或自身故障的原因所造成的运动失效，具有环境适应性高、结构简单的优点。
【专利说明】
多模式驱动移动机器人及其运行方法
技术领域
[0001]本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种多模式驱动移动机器人及其运行方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展，越来越多的移动机器人需要在各种各样的操作环境中进行工作。移动机器人的工作状态和运动性能很容易受到周边环境的影响。一方面，机器人的运动必须与周围的环境进行交互，比如在地面上爬行的移动机器人，其运动离不开与地面的接触。因而，地面粗糙程度、坡度等路况的变化都有可能造成机器人运动能力的失效；另一方面，在动态的、未知的、极端的环境下工作的机器人，可能会造成自身某一部分的损坏，无法实现原有的功能。现有的移动机器人一旦环境发生改变或者自身受到损坏，机器人有可能完全失去运动能力。当前的移动机器人由于驱动方式比较单一，其运动性能很容易受到周边环境的影响。目前尚缺乏一种具有较高外部环境适应力的移动机器人，能够在环境发生变化或者自身受到损坏的情况下，继续维持其原有的工作状态和运动性能。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种多模式驱动移动机器人及其运行方法，能够减轻甚至防止由于环境改变或自身故障的原因所造成的运动失效，具有环境适应性高、结构简单的优点。
[0004]为了实现上述目的，本发明一方面提供一种多模式驱动移动机器人，包括:
[0005]—机器人本体；
[0006]—行进机构，所述行进机构连接所述机器人本体；
[0007]—控制机构，所述控制机构固定于所述机器人本体，所述控制机构包括:一存储器、一模式切换器和一执行器，所述存储器连接所述模式切换器和所述执行器，所述模式切换器连接所述执行器；
[0008]—传动机构，所述传动机构连接于所述控制机构和所述行进机构之间；
[0009]—感应机构，所述感应机构固定于所述机器人本体并连接所述模式切换器;以及
[0010]一供能装置，所述供能装置固定于所述机器人本体；
[0011]其中，所述模式切换器根据所述感应机构的反馈信号并选择预存于所述存储器中的复数个行进工作模式中的一种作为当前工作模式，以控制多模式驱动移动机器人行进。
[0012]优选地，所述行进机构包括一第一行走件和一第二行走件，所述第一行走件和所述第二行走件对置于所述机器人本体两侧;且所述第一行走件和所述第二行走件的顶部分别通过一转轴与所述机器人本体枢接，所述转轴水平设置。
[0013]优选地，所述传动机构包括一舵机控制器、一第一舵机、一第二舵机、一第一传动杆件和一第二传动杆件;所述第一行走件通过所述第一传动杆件与所述第一舵机的一第一动力输出轴传动连接，所述第二行走件通过所述第二传动杆件与所述第二舵机的一第二动力输出轴传动连接，所述第一舵机和所述第二舵机分别连接所述舵机控制器，所述舵机控制器连接所述执行器。
[0014]优选地，所述第一行走件和所述第二行走件的材料采用瓦楞纸板。
[0015]优选地，所述感应机构包括至少一超声波传感器。
[0016]优选地，所述第一动力输出轴设置有一第一角度传感器，所述第二动力输出轴设置有一第二角度传感器，所述感应机构包括所述第一角度传感器和所述第二角度传感器。
[0017]本发明另一方面提供一种基于本发明所述的多模式驱动移动机器人的移动机器人运行方法，包括步骤:
[0018]SI:预设复数个行进工作模式；
[0019]S2:根据所述感应机构的反馈信号，选定一所述行进工作模式作为当前工作模式；
[0020]所述反馈信号包括所述第一角度传感器的一第一角度反馈信号、所述第二角度传感器的一第二角度反馈信号和所述超声波传感器的一距离反馈信号；
[0021]S3:根据所述当前工作模式控制所述多模式驱动移动机器人行进。
[0022]进一步地，所述复数个行进工作模式包括:一第一行进工作模式、一第二行进工作模式和一第三行进工作模式；
[0023]当所述当前工作模式为所述第一行进工作模式时，所述S3包括步骤:
[0024]通过所述第一舵机将所述第一行走件与所述机器人本体的底面之间的一第一夹角调整至一第一初始角度；
[0025]通过所述第一舵机用一第一速度增大所述第一夹角的角度值，使得所述第一行走件底端向前移动一第一预设距离；
[0026]通过所述第一舵机用一第二速度减小所述第一夹角的角度值，直至所述第二行走件向前移动所述第一预设距离，所述第二速度大于所述第一速度；
[0027]当所述当前工作模式为所述第二行进工作模式时，所述S3包括步骤:
[0028]通过所述第二舵机将所述第二行走件与所述机器人本体的底面之间的一第二夹角调整至一第二初始角度；
[0029]通过所述第二舵机用一第三速度增大所述第二夹角的角度值，使得所述第一行走件底端向前移动一第二预设距离；
[0030]通过所述第二舵机用一第四速度减小所述第二夹角的角度值，直至所述第二行走件向前移动所述第二预设距离，所述第三速度大于所述第四速度；
[0031]当所述当前工作模式为所述第三行进工作模式时，所述S3包括步骤:
[0032]通过所述第一舵机将所述第一夹角调整至所述第一初始角度;并将所述第二夹角调整至所述第二初始角度；
[0033]通过所述第一舵机用一第五速度增大所述第一夹角的角度值，所述第二行走件底端保持在初始位置；
[0034]通过所述第二舵机用所述第五速度增大所述第二夹角的角度值，使得所述第一行走件底端向前移动一第三预设距离；
[0035]通过所述第一舵机用所述第五速度减小所述第一夹角的角度值，直至所述第一夹角的角度值恢复为所述第一初始角度；
[0036]通过所述第二舵机用所述第五速度减小所述第二夹角的角度值，直至所述第二夹角的角度值恢复为所述第二初始角度，此时所述第二行走件向前移动所述第三预设距离。
[0037]进一步地，所述S2包括步骤:
[0038]S21:根据所述第一角度反馈信号判断所述第一行走件是否正常工作，根据所述第二角度反馈信号判断所述第二行走件是否正常工作；
[0039]S22:当所述第二行走件非正常工作时，选定第一行进工作模式作为当前工作模式；
[0040]S23:当所述第一行走件非正常工作时，选定第二行进工作模式作为当前工作模式；
[0041]S24:当所述第一行走件和所述第二行走件都正常工作时，根据所述距离反馈信号选定所述当前工作模式。
[0042]进一步地，所述S24步骤中:
[0043]当所述距离反馈信号的一反馈数值位于一第一预设阈值区间内时，选定所述第一行进工作模式作为当前工作模式；
[0044]当所述反馈数值位于一第二预设阈值区间内时，选定所述第二行进工作模式作为当前工作模式；
[0045]当所述反馈数值位于所述第一预设阈值区间和所述第二预设阈值区间外时，选定所述第三行进工作模式作为当前工作模式。
[0046]本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果:
[0047]行进机构为机器人本体的行进提供了基础;传动机构用于接受执行器的指令，按照指令对行进机构进行传动;控制机构用于控制各功能部件;存储器用于存储各类数据指令和预设的各种行进模式数据;模式切换器用于根据感应机构的反馈信号进行当前工作模式的切换，即根据反馈信号选用合适的一行进工作模式作为当前工作模式。舵机控制器用于接收执行器的指令，控制第一舵机和第二舵机的工作。由于瓦楞纸板其自身的刚度和阻尼，是一种很好的防振材料，第一行走件和第二行走件的材料采用瓦楞纸板，能够在一定程度上吸收惯性带来的冲击，降低了机器人本体受损的可能性；同时，还具有成本低、加工便捷和环保的优点。第一角度传感器用于测量第一动力输出轴的旋转角度，为判断第一行走件是否正常工作提供了基础。第二角度传感器用于测量第二动力输出轴的旋转角度，为判断第二行走件是否正常工作提供了基础。
【附图说明】
[0048]图1为本发明实施例的多模式驱动移动机器人的结构示意图；
[0049]图2为本发明实施例的多模式驱动移动机器人运行方法的流程图；
[0050]图3、图4为本发明实施例的多模式驱动移动机器人在第一行进工作模式下的行进过程状态图；
[0051]图5、图6为本发明实施例的多模式驱动移动机器人在第二行进工作模式下的行进过程状态图；
[0052]图7为本发明实施例的多模式驱动移动机器人在第三行进工作模式下的行进过程状态图。
【具体实施方式】
[0053]下面根据附图1-7，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
[0054]请参阅图1，本发明的一种多模式驱动移动机器人，包括:一机器人本体I; 一行进机构2，行进机构2连接机器人本体I ； 一控制机构3，控制机构3固定于机器人本体I，控制机构3包括:一存储器(图中未示)、一模式切换器(图中未示)和一执行器(图中未示)，存储器连接模式切换器和执行器，模式切换器连接执行器;一传动机构4，传动机构4连接于控制机构3和行进机构2之间；一感应机构5，感应机构5固定于机器人本体I并连接模式切换器，还包括一供能装置7，供能装置7固定于机器人本体I。
[0055]模式切换器根据感应机构5的反馈信号并选择预存于存储器中的复数个行进工作模式中的一种作为当前工作模式，以控制多模式驱动移动机器人行进。
[0056]行进机构2为机器人本体I的行进提供了基础，并用于支撑机器人本体I;传动机构4用于接受执行器的指令，按照指令对行进机构2进行传动；控制机构3用于控制各功能部件;存储器用于存储各类数据指令和预设的各种行进模式数据;模式切换器用于根据感应机构5的反馈信号进行当前工作模式的切换，即根据反馈信号选用合适的一行进工作模式作为当前工作模式。感应机构5为测距和避障提供了基础。
[0057]其中，行进机构2包括一第一行走件21和一第二行走件22，第一行走件21和第二行走件22对置于机器人本体I两侧;且第一行走件21和第二行走件22的顶部分别通过一转轴6与机器人本体I枢接，转轴6水平设置。
[0058]本实施例中，传动机构4包括一舵机控制器43、一第一舵机41、一第二舵机42、一第一传动杆件44和一第二传动杆件45;第一行走件21通过第一传动杆件44与第一舵机41的一第一动力输出轴(图中未示)传动连接，第二行走件22通过第二传动杆件45与第二舵机42的一第二动力输出轴(图中未示)传动连接，第一舵机41和第二舵机42分别连接舵机控制器43，舵机控制器43连接执行器。
[0059]本实施例中，第一行走件21和第二行走件22作为机器人本体I的两条运动腿。
[0060]一第一舵机41和一第二舵机42分别通过一 U型支架固定于机器人本体I。
[0061]舵机控制器43用于接收执行器的指令，控制第一舵机41和第二舵机42的工作。
[0062]本实施例中，第一行走件21和第二行走件22的材料采用瓦楞纸板。
[0063]由于瓦楞纸板其自身的刚度和阻尼，是一种很好的防振材料，第一行走件21和第二行走件22的材料采用瓦楞纸板，能够在一定程度上吸收惯性带来的冲击，降低了机器人本体I受损的可能性;同时，还具有成本低、加工便捷和环保的优点。
[0064]本实施例中，感应机构5包括至少一超声波传感器51。
[0065]同时，第一动力输出轴设置有一第一角度传感器(图中未示)，第二动力输出轴设置有一第二角度传感器(图中未示)，感应机构5包括第一角度传感器和第二角度传感器。
[0066]第一角度传感器用于测量第一动力输出轴的旋转角度，为判断第一行走件21是否正常工作提供了基础。第二角度传感器用于测量第二动力输出轴的旋转角度，为判断第二行走件22是否正常工作提供了基础。
[0067]请参见图1、图2，本发明另一方面提供一种基于本发明的多模式驱动移动机器人的移动机器人运行方法，包括步骤:
[0068]S1:预设复数个行进工作模式；
[0069]S2:根据感应机构5的反馈信号，选定一行进工作模式作为当前工作模式；
[0070]反馈信号包括第一角度传感器的一第一角度反馈信号、第二角度传感器的一第二角度反馈信号和超声波传感器的一距离反馈信号；
[0071]S3:根据当前工作模式控制多模式驱动移动机器人行进。
[0072]本实施例中，复数个行进工作模式包括:一第一行进工作模式、一第二行进工作模式和一第三行进工作模式。
[0073]进一步地，S2包括步骤:
[0074]S21:根据第一角度反馈信号判断第一行走件21是否正常工作，根据第二角度反馈信号判断第二行走件22是否正常工作；
[0075]S22:当第二行走件22非正常工作时，选定第一行进工作模式作为当前工作模式；
[0076]S23:当第一行走件21非正常工作时，选定第二行进工作模式作为当前工作模式；
[0077]S24:当第一行走件21和第二行走件22都正常工作时，根据距离反馈信号选定当前工作模式。
[0078]本实施例中的S24步骤中:
[0079]当距离反馈信号的反馈数值位于一第一预设阈值区间内时，选定第一行进工作模式作为当前工作模式；
[0080]当距离反馈信号的反馈数值位于一第二预设阈值区间内时，选定第二行进工作模式作为当前工作模式；
[0081]当距离反馈信号的反馈数值位于一第三预设阈值区间内时，选定第三行进工作模式作为当前工作模式。
[0082]其中，请参阅图1、图3、图4，(I)当当前工作模式为第一行进工作模式时，S3包括步骤:
[0083]通过第一舵机41将第一行走件21与机器人本体I的底面之间的一第一夹角调整至一第一初始角度；
[0084]通过第一舵机41用一第一速度增大第一夹角的角度值，使得第一行走件21底端向前移动一第一预设距离Al;
[0085]通过第一舵机41用一第二速度减小第一夹角的角度值，直至第二行走件22向前移动第一预设距离Al，第二速度大于第一速度。
[0086]其中第二行走件22非正常工作时的多模式驱动移动机器人的运行状态请参见图4;第一行走件21和第二行走件22正常工作时，反馈数值位于一第一预设阈值区间内时的多模式驱动移动机器人的运行状态请参见图3。
[0087]请参见图1，图5、图6，(2)当当前工作模式为第二行进工作模式时，S3包括步骤:
[0088]通过第二舵机42将第二行走件22与机器人本体I的底面之间的一第二夹角调整至一第二初始角度；
[0089]通过第二舵机42用一第三速度增大第二夹角的角度值，使得第一行走件21底端向前移动一第二预设距离A2;
[0090]通过第二舵机42用一第四速度减小第二夹角的角度值，直至第二行走件22向前移动第二预设距离A2，第三速度大于第四速度。
[0091]第一行走件21非正常工作时的多模式驱动移动机器人的运行状态可参见图6;第一行走件21和第二行走件22正常工作时，反馈数值位于一第二预设阈值区间内时的多模式驱动移动机器人的运行状态可参见图5。
[0092](3)当当前工作模式为第三行进工作模式时，S3包括步骤:
[0093]通过第一舵机41将第一夹角调整至第一初始角度;并将第二夹角调整至第二初始角度；
[0094]通过第一舵机41用一第五速度增大第一夹角的角度值，第二行走件22底端保持在初始位置；
[0095]通过第二舵机42用第五速度增大第二夹角的角度值，使得第一行走件21底端向前移动一第三预设距离A3;
[0096]通过第一舵机41用第五速度减小第一夹角的角度值，直至第一夹角的角度值恢复为第一初始角度；
[0097]通过第二舵机42用第五速度减小第二夹角的角度值，直至第二夹角的角度值恢复为第二初始角度，此时第二行走件22向前移动第三预设距离A3。
[0098]此时，多模式驱动移动机器人的运行状态可参见图7。
[0099]本发明的移动机器人运行方法中，通过多种工作模式的切换实现了移动机器人的混合驱动方式:惯性摩擦驱动和尺蠖驱动。
[0100]本发明的移动机器人所实现的惯性摩擦驱动原理是一种新型的粘滑驱动原理，惯性力和摩擦力能够随着机器人构型的变化而变化，其包括本发明的第一行进工作模式和第二行进工作模式两种情况。其中第一行进工作模式中惯性起主导驱动作用，称之为“惯性驱动”；第二行进工作模式中摩擦起主导驱动作用，称之为“摩擦驱动”。
[0101]通过本发明的移动机器人运行方法，使得移动机器人具有弹恢复性，即当某一行走件不能正常工作时，可通过另一行走件来实现运动。
[0102]以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。
【主权项】
1.一种多模式驱动移动机器人，其特征在于，包括: 一机器人本体； 一行进机构，所述行进机构连接所述机器人本体； 一控制机构，所述控制机构固定于所述机器人本体，所述控制机构包括:一存储器、一模式切换器和一执行器，所述存储器连接所述模式切换器和所述执行器，所述模式切换器连接所述执行器； 一传动机构，所述传动机构连接于所述控制机构和所述行进机构之间； 一感应机构，所述感应机构固定于所述机器人本体并连接所述模式切换器；以及 一供能装置，所述供能装置固定于所述机器人本体； 其中，所述模式切换器根据所述感应机构的反馈信号并选择预存于所述存储器中的复数个行进工作模式中的一种作为当前工作模式，以控制多模式驱动移动机器人行进。2.根据权利要求1所述的多模式驱动移动机器人，其特征在于，所述行进机构包括一第一行走件和一第二行走件，所述第一行走件和所述第二行走件对置于所述机器人本体两侦L且所述第一行走件和所述第二行走件的顶部分别通过一转轴与所述机器人本体枢接，所述转轴水平设置。3.根据权利要求2所述的多模式驱动移动机器人，其特征在于，所述传动机构包括一舵机控制器、一第一舵机、一第二舵机、一第一传动杆件和一第二传动杆件;所述第一行走件通过所述第一传动杆件与所述第一舵机的一第一动力输出轴传动连接，所述第二行走件通过所述第二传动杆件与所述第二舵机的一第二动力输出轴传动连接，所述第一舵机和所述第二舵机分别连接所述舵机控制器，所述舵机控制器连接所述执行器。4.根据权利要求3所述的多模式驱动移动机器人，其特征在于，所述第一行走件和所述第二行走件的材料采用瓦楞纸板。5.根据权利要求4所述的多模式驱动移动机器人，其特征在于，所述感应机构包括至少一超声波传感器。6.根据权利要求5所述的多模式驱动移动机器人，其特征在于，所述第一动力输出轴设置有一第一角度传感器，所述第二动力输出轴设置有一第二角度传感器，所述感应机构包括所述第一角度传感器和所述第二角度传感器。7.—种基于权利要求6所述的多模式驱动移动机器人的移动机器人运行方法，包括步骤: S1:预设复数个行进工作模式； S2:根据所述感应机构的反馈信号，选定一所述行进工作模式作为当前工作模式； 所述反馈信号包括所述第一角度传感器的一第一角度反馈信号、所述第二角度传感器的一第二角度反馈信号和所述超声波传感器的一距离反馈信号； S3:根据所述当前工作模式控制所述多模式驱动移动机器人行进。8.根据权利要求7所述的移动机器人运行方法，其特征在于，所述复数个行进工作模式包括:一第一行进工作模式、一第二行进工作模式和一第三行进工作模式； 当所述当前工作模式为所述第一行进工作模式时，所述S3包括步骤: 通过所述第一舵机将所述第一行走件与所述机器人本体的底面之间的一第一夹角调整至一第一初始角度； 通过所述第一舵机用一第一速度增大所述第一夹角的角度值，使得所述第一行走件底端向前移动一第一预设距离； 通过所述第一舵机用一第二速度减小所述第一夹角的角度值，直至所述第二行走件向前移动所述第一预设距离，所述第二速度大于所述第一速度； 当所述当前工作模式为所述第二行进工作模式时，所述S3包括步骤: 通过所述第二舵机将所述第二行走件与所述机器人本体的底面之间的一第二夹角调整至一第二初始角度； 通过所述第二舵机用一第三速度增大所述第二夹角的角度值，使得所述第一行走件底端向前移动一第二预设距离； 通过所述第二舵机用一第四速度减小所述第二夹角的角度值，直至所述第二行走件向前移动所述第二预设距离，所述第三速度大于所述第四速度； 当所述当前工作模式为所述第三行进工作模式时，所述S3包括步骤: 通过所述第一舵机将所述第一夹角调整至所述第一初始角度;并将所述第二夹角调整至所述第二初始角度； 通过所述第一舵机用一第五速度增大所述第一夹角的角度值，所述第二行走件底端保持在初始位置； 通过所述第二舵机用所述第五速度增大所述第二夹角的角度值，使得所述第一行走件底端向前移动一第三预设距离； 通过所述第一舵机用所述第五速度减小所述第一夹角的角度值，直至所述第一夹角的角度值恢复为所述第一初始角度； 通过所述第二舵机用所述第五速度减小所述第二夹角的角度值，直至所述第二夹角的角度值恢复为所述第二初始角度，此时所述第二行走件向前移动所述第三预设距离。9.根据权利要求8所述的移动机器人运行方法，其特征在于，所述S2包括步骤: S21:根据所述第一角度反馈信号判断所述第一行走件是否正常工作，根据所述第二角度反馈信号判断所述第二行走件是否正常工作； S22:当所述第二行走件非正常工作时，选定第一行进工作模式作为当前工作模式； S23:当所述第一行走件非正常工作时，选定第二行进工作模式作为当前工作模式； S24:当所述第一行走件和所述第二行走件都正常工作时，根据所述距离反馈信号选定所述当前工作模式。10.根据权利要求9所述的移动机器人运行方法，其特征在于，所述S24步骤中: 当所述距离反馈信号的一反馈数值位于一第一预设阈值区间内时，选定所述第一行进工作模式作为当前工作模式； 当所述反馈数值位于一第二预设阈值区间内时，选定所述第二行进工作模式作为当前工作模式； 当所述反馈数值位于所述第一预设阈值区间和所述第二预设阈值区间外时，选定所述第三行进工作模式作为当前工作模式。
【文档编号】G05D1/02GK105923065SQ201610353477
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】丁洪凯, 章文俊, 李锦 , 钱志勤, 刘长利, 张亭
【申请人】华东理工大学