一种新型楼宇环境下的作业机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种新型楼宇环境下的作业机器人，目的在于针对客运中心、物流仓储基地、大型会议中心、住宅小区等楼宇环境的特点，提供一种适应楼宇环境下的越障机器人，尤其是全方位移动越障机器人。本发明专利技术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，本发明专利技术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。本发明专利技术结构简单，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。

【技术实现步骤摘要】
一种新型楼宇环境下的作业机器人
本专利技术涉及机械领域，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。本专利技术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。
技术介绍
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.KukillayaandP.Holmes,“Ahexapedaljointed-legmodelforinsectlocomotioninthehorizontalplane,”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,andM.Shoham,“Conditionsforworm-robotlocomotioninflexibleenvironment:Theoryandexperiments,”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,andR.S.Fearing,“Precisedynamicturningofa10cmleggedrobotonalowfrictionsurfaceusingatail,”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。因此，迫切需要一种新的越障机器人，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：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。本专利技术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，本专利技术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。本专利技术结构简单，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，本专利技术采用如下技术方案：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；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。所述越障机构对称设置在机架两侧。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。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。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。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。进一步，V型端与同侧的第三端点间呈等腰三角形分布。进一步，V型端与同侧的第三端点间呈等边三角形分布。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。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。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。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。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。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。针对前述问题，本专利技术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，摆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型楼宇环境下的作业机器人，其特征在于，包括机架（1）、设置在机架（1）两侧的越障机构（2），所述越障机构（2）包括V型杆（3）、能带动越障机构（2）相对接触面运动的行进机构、第一连杆（4）、第二连杆（5）、弹性支撑回复件，所述行进机构、第一连杆（4）、第二连杆（5）、弹性支撑回复件分别为一组，所述行进机构、第一连杆（4）、第二连杆（5）、弹性支撑回复件分别对称设置在V型杆（3）两侧，所述V型杆（3）包括两根摆臂（6），所述摆臂（6）相交的一端为V型端（7），所述V型端（7）与机架（1）相连，所述V型杆（3）的开口朝上，所述第一连杆（4）与V型杆（3）的一端相连，所述行进机构设置在第一连杆（4）的底端，所述第二连杆（5）的两端分别与第一连杆（4）、机架（1）相连，所述弹性支撑回复件的两端分别与摆臂（6）、第二连杆（5）相连；以第一连杆（4）与V型杆（3）的连接点为第一端点（8），以第一连杆（4）与第二连杆（5）的连接点为第二端点（9），以第二连杆（5）与机架（1）相连的连接点为第三端点（10），以第一端点（8）与V型端（7）连线间的中点为第一中点，以第二端点（9）与第三端点（10）连线间的中点为第二中点，所述弹性支撑回复件与V型杆（3）的连接点位于第一中点与V型端（7）之间，所述弹性支撑回复件与第二连杆（5）之间的连接点位于第二端点（9）与第二中点之间；所述第三端点（10）之间构成的平面与水平面平行时，第二连杆（5）与水平面之间的夹角为锐角且第二端点（9）位于第三端点（10）上方。...

【技术特征摘要】
1.一种新型楼宇环境下的作业机器人，其特征在于，包括机架（1）、设置在机架（1）两侧的越障机构（2），所述越障机构（2）包括V型杆（3）、能带动越障机构（2）相对接触面运动的行进机构、第一连杆（4）、第二连杆（5）、弹性支撑回复件，所述行进机构、第一连杆（4）、第二连杆（5）、弹性支撑回复件分别为一组，所述行进机构、第一连杆（4）、第二连杆（5）、弹性支撑回复件分别对称设置在V型杆（3）两侧，所述V型杆（3）包括两根摆臂（6），所述摆臂（6）相交的一端为V型端（7），所述V型端（7）与机架（1）相连，所述V型杆（3）的开口朝上，所述第一连杆（4）与V型杆（3）的一端相连，所述行进机构设置在第一连杆（4）的底端，所述第二连杆（5）的两端分别与第一连杆（4）、机架（1）相连，所述弹性支撑回复件的两端分别与摆臂（6）、第二连杆（5）相连；以第一连杆（4）与V型杆（3）的连接点为第一端点（8），以第一连杆（4）与第二连杆（5）的连接点为第二端点（9），以第二连杆（5）与机架（1）相连的连接点为第三端点（10），以第一端点（8）与V型端（7）连线间的中点为第一中点，以第二端点（9）与第三端点（10）连线间的中点为第二中点，所述弹性支撑回复件与V型杆（3）的连接点位于第一中点与V型端（7）之间，所述弹性支撑回复件与第二连杆（5）之间的连接点位于第二端点（9）与第二中点之间；所述第三端点（10）之间构成的平面与水平面平行时，第二连杆（5）与水平面之间的夹角为锐角且第二端点（9）位于第三端点（10）上方。2.根据权利要求1所述新型楼宇环境下的作业机器人，其特征在于，所述V型端（7）与机架（1）之间、第一连杆（4）与V型杆（3）之间、第一连杆（4）与第二连杆（5）之间、第二连杆（5）与机架（1）之间分别采用平面轴承相连。3.根据权利要求1或2所述新型楼宇环境下的作业机器人，其特征在于，所述弹性支撑回复件为拉簧（11）；或...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧红彬，陶俊杰，周颖玥，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51