一种履带式运输机器人及其重心控制方法技术

一种履带式运输机器人及其重心控制方法，该履带式运输机器人包括机体、动力装置、传动装置、行走装置、承载装置、控制装置和重心平衡装置，所述传动装置分别与所述动力装置和行走装置连接，所述控制装置与所述动力装置连接，所述重心平衡装置包括：横向滑轨，一端安装有横向步进电机；纵向滑轨，一端安装有纵向步进电机；配重块，安装于所述纵向滑轨上；压力传感器；角度传感器；双目相机和重心控制器，根据预设的重心控制方法驱动所述横向步进电机或纵向步进电机动作，所述配重块随所述机体姿态和前方障碍实时移动，实现机器人重心的实时调整。本发明专利技术还提供了该履带式运输机器人的重心控制方法，以提升其在丘陵山地果园的行驶和越障操作安全性。障操作安全性。障操作安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种履带式运输机器人及其重心控制方法


[0001]本专利技术涉及一种农业运输装置，特别是一种适用于丘陵山地果园的履带式运输机器人及其重心控制方法。

技术介绍

[0002]我国是世界上最大的水果生产国与消费国，丘陵山地的水果生产是我国水果产业的重要组成部分，果品生产过程当中，农用物资运输和果品转运过程中需要投入大量劳动力。随着国内城镇化水平的提高，农村劳动力数量逐年减少，生产成本逐年增加，果农经济效益显著下降，因此适合丘陵山地果园的运输机械对我国果品产业的进一步发展具有重要意义。
[0003]由于山地果园具有地块狭小、地形条件复杂、机耕路狭窄等特点，应用于大田的传统轮式农机底盘在山地果园作业时容易出现侧翻、打滑等现象，存在较大安全隐患。履带底盘具有接地比压小、负载能力强、牵引力大、地形适应性好等优点，是当前山地果园动力底盘的一种优选方案。
[0004]近年来，国内外市场出现了较多品牌的履带式果园运输机，多通过在普通履带底盘上部安装果品载物台完成果园运输作业，虽然相较于普通轮式底盘地形通过性好，能够在一定程度上适应山地果园作业条件，但此类果园运输机并未针对山地果园的实际地形地貌特征和坡地行驶环境进行针对性设计，并且也并未考虑上部搭载的果品重量变化对底盘实际行驶性能的影响，在坡地行驶稳定性和障碍通过性方面仍存在较大问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种适用于丘陵山地果园的履带式运输机器人及其重心控制方法，能够根据机体姿态、载物重量以及前方障碍类型实时调整重心位置，提高机器人坡地行驶性能，实现丘陵山地果园的物料稳定运输。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种履带式运输机器人，包括机体和安装在所述机体上的动力装置、传动装置、行走装置、承载装置和控制装置，所述传动装置分别与所述动力装置和行走装置连接，所述控制装置与所述动力装置连接，其中，还包括重心平衡装置，所述重心平衡装置位于所述机体内，所述重心平衡装置包括：
[0007]横向滑轨，安装于所述机体内的支架上，所述横向滑轨的一端安装有横向步进电机；
[0008]纵向滑轨，安装于所述横向滑轨上，并沿所述横向滑轨移动，所述纵向滑轨的一端安装有纵向步进电机；
[0009]配重块，安装于所述纵向滑轨上，并沿所述纵向滑轨移动；
[0010]压力传感器，安装于所述机体与所述承载装置的连接处，用于实时监测所述承载装置对所述机体的压力；
[0011]角度传感器，安装于靠近所述机体的形心位置，用于实时监测所述机体倾角变化；
[0012]双目相机，安装于所述机体前部，用于实时监测识别机器人前部障碍；以及
[0013]重心控制器，安装于所述机体内，所述重心控制器包括工控机和步进电机驱动器，所述工控机分别与所述压力传感器、角度传感器和所述双目相机连接，并实时接收所述压力传感器、角度传感器和所述双目相机采集的压力数据、角度数据和图像数据，所述步进电机驱动器分别与所述横向步进电机和纵向步进电机连接，所述工控机根据预设的重心控制方法将控制信号输入所述步进电机驱动器，所述步进电机驱动器相应驱动所述横向步进电机或纵向步进电机动作，所述配重块随所述机体姿态和前方障碍实时移动，实现机器人重心的实时调整。
[0014]上述的履带式运输机器人，其中，还包括警报器，与所述工控机连接，用于行驶过程中机器人倾翻报警，当机器人倾斜角度接近当前负载下的极限安全角度或机器人无法安全通过前方障碍时，所述报警器发出报警提示。
[0015]上述的履带式运输机器人，其中，所述纵向滑轨为包括纵滑轨、纵滑台和滚珠丝杠，所述滚珠丝杠与所述纵滑轨分别平行于所述纵滑台设置，所述配重块安装在所述纵滑台上，所述纵向步进电机与所述滚珠丝杠连接，并驱动所述滚珠丝杠带动所述配重块沿所述纵滑轨滑动。
[0016]上述的履带式运输机器人，其中，所述横向滑轨包括第一横向滑轨和第二横向滑轨，所述第一横向滑轨包括第一横滑轨、第一横滑台和丝杠，所述丝杠和第一横滑轨分别平行于所述第一横滑台设置，所述横向步进电机与所述丝杠连接，并驱动所述丝杠带动所述纵向滑轨和配重块沿所述第一横滑轨滑动；所述第二横向滑轨包括第二横滑轨和第二横滑台，用于支撑所述纵向滑轨和配重块。
[0017]上述的履带式运输机器人，其中，所述重心控制器根据所述角度数据和压力数据计算得到机器人整机的实时重心位置，以所述行走装置的两侧履带接地比压相等为控制条件，通过所述步进电机驱动器驱动所述横向步进电机和纵向步进电机控制所述配重块位置调整整机重心。
[0018]上述的履带式运输机器人，其中，所述重心控制器在计算整机实时重心位置的同时，计算在当前负载条件下机器人极限倾角，若当前倾斜角度接近机器人极限倾角，报警器将会报警。
[0019]上述的履带式运输机器人，其中，所述重心控制器根据所述双目相机采集的机器人前方图像数据和深度数据，基于视觉SLAM算法进行相机位置姿态的实时估计与前方地面三维建图，并基于所述三维建图的结果判断机器人前方是否存在障碍及存在障碍的类型。
[0020]上述的履带式运输机器人，其中，所述重心控制器基于视觉SLAM算法处理结果，如判断前方障碍为垂直障碍，则首先判断所述垂直障碍当前高度是否超过机器人当前负载条件下的极限越障高度，若超过，则机器人不能翻越，报警器报警提示；若可以翻越，则基于视觉SLAM的实时位置姿态估计结果，监测机器人与障碍物的距离，在机器人翻越障碍前将配重块调整至机体前部，以使机器人重心前移。
[0021]上述的履带式运输机器人，其中，所述重心控制器基于视觉SLAM算法处理结果，如判断前方障碍为壕沟障碍，则首先判断壕沟宽度是否超过机器人当前负载条件下的极限跨壕宽度，若超过，则机器人不能通过，报警器报警提示；若可以跨越，则基于视觉SLAM的实时位置姿态估计结果，监测机器人与壕沟前沿的距离，在机器人跨越壕沟之前将所述配重块
调整至所述机体后部，以增长机器人前部悬空长度；记录机体超过壕沟前沿时双目相机推算出的位置姿态，计算机器人前部超过壕沟前沿的距离，若该距离超过壕沟宽度，则将所述配重块调整至所述机体前部，以增长机器人尾部悬空长度。
[0022]为了更好地实现上述目的，本专利技术还提供了一种履带式运输机器人的重心控制方法，其中，包括如下步骤：
[0023]S100、采用双目相机采集机器人前方的图像数据和深度数据，并基于视觉SLAM算法进行相机位置姿态的实时估计与前方地面三维建图；
[0024]S200、基于所述三维建图的结果判断机器人前方是否存在障碍及存在障碍的类型；
[0025]S300、若不存在障碍，则读取压力数据和角度数据，并计算当前负载下的整机重心位置，并计算在当前负载条件下机器人极限倾角，若当前倾斜角度接近机器人极限倾角，则报警器报警；否则计算机器人当前姿态下牵引力最大时的理想重心位置，并调整配重块使其达到理想重心位置；
[0026]S400、如判断前方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种履带式运输机器人，包括机体和安装在所述机体上的动力装置、传动装置、行走装置、承载装置和控制装置，所述传动装置分别与所述动力装置和行走装置连接，所述控制装置与所述动力装置连接，其特征在于，还包括重心平衡装置，所述重心平衡装置位于所述机体内，所述重心平衡装置包括：横向滑轨，安装于所述机体内的支架上，所述横向滑轨的一端安装有横向步进电机；纵向滑轨，安装于所述横向滑轨上，并沿所述横向滑轨移动，所述纵向滑轨的一端安装有纵向步进电机；配重块，安装于所述纵向滑轨上，并沿所述纵向滑轨移动；压力传感器，安装于所述机体与所述承载装置的连接处，用于实时监测所述承载装置对所述机体的压力；角度传感器，安装于靠近所述机体的形心位置，用于实时监测所述机体倾角变化；双目相机，安装于所述机体前部，用于实时监测识别机器人前部障碍；以及重心控制器，安装于所述机体内，所述重心控制器包括工控机和步进电机驱动器，所述工控机分别与所述压力传感器、角度传感器和所述双目相机连接，并实时接收所述压力传感器、角度传感器和所述双目相机采集的压力数据、角度数据和图像数据，所述步进电机驱动器分别与所述横向步进电机和纵向步进电机连接，所述工控机根据预设的重心控制方法将控制信号输入所述步进电机驱动器，所述步进电机驱动器相应驱动所述横向步进电机或纵向步进电机动作，所述配重块随所述机体姿态和前方障碍实时移动，实现机器人重心的实时调整。2.如权利要求1所述的履带式运输机器人，其特征在于，还包括警报器，与所述工控机连接，用于行驶过程中机器人倾翻报警，当机器人倾斜角度接近当前负载下的极限安全角度或机器人无法安全通过前方障碍时，所述报警器发出报警提示。3.如权利要求1或2所述的履带式运输机器人，其特征在于，所述纵向滑轨为包括纵滑轨、纵滑台和滚珠丝杠，所述滚珠丝杠与所述纵滑轨分别平行于所述纵滑台设置，所述配重块安装在所述纵滑台上，所述纵向步进电机与所述滚珠丝杠连接，并驱动所述滚珠丝杠带动所述配重块沿所述纵滑轨滑动。4.如权利要求3所述的履带式运输机器人，其特征在于，所述横向滑轨包括第一横向滑轨和第二横向滑轨，所述第一横向滑轨包括第一横滑轨、第一横滑台和丝杠，所述丝杠和第一横滑轨分别平行于所述第一横滑台设置，所述横向步进电机与所述丝杠连接，并驱动所述丝杠带动所述纵向滑轨和配重块沿所述第一横滑轨滑动；所述第二横向滑轨包括第二横滑轨和第二横滑台，用于支撑所述纵向滑轨和配重块。5.如权利要求4所述的履带式运输机器人，其特征在于，所述重心控制器根据所述角度数据和压力数据计算得到机器人整机的实时重心位置，以所述行走装置的两侧履带接地比压相等为控制条件，通过所述步进电机驱动器驱动所述横向步进电机和纵向步进电机控制所述配重块位置调整整机重心。6.如权利要求5所述的履带式运输机器人，其特征在于，所述重心控制器在计算整机实时重心位置的同时，计算在当前负载条件下机器人极限倾角，若当前倾斜角度接近机器人极限倾角，报...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩振浩，朱立成，赵博，王瑞雪，苑严伟，张天赋，靳印浩，
申请(专利权)人：中国农业机械化科学研究院，
类型：发明
国别省市：