用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置及方法.pdf

本发明提供了一种用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置，所述的爬楼机器人具有至少四个机械腿，所述的机械腿包括电动推杆，所述的机械腿的升降通过电动推杆的伸缩实现，所述的电动推杆由电机驱动，其特征在于，包括超声波传感器和增量式编码器，所述的爬楼机器人的至少一个机械腿设有超声波传感器，所述的超声波传感器可随着机械腿的升降而升降，所述的增量式编码器设于所述电机的电机轴上。本发明利用简单的传感器和编码器，针对实际使用中的楼梯高度，深度都在一定的范围的特点，采取必要信息，安装简便，成本低廉，技术简单，分辨率高，信息准确，可以适用推广于其他自动检测装置。

1.  一种用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置，所述的爬楼机器人具有至少四个机械腿，所述的机械腿包括电动推杆(3)，所述的机械腿的升降通过电动推杆的伸缩实现，所述的电动推杆由电机驱动，其特征在于，包括超声波传感器和增量式编码器，所述的爬楼机器人的至少一个机械腿设有超声波传感器(1)，所述的超声波传感器(1)可随着机械腿的升降而升降，所述的增量式编码器(2)设于所述电机的电机轴上。

2.  如权利要求1所述的用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置，其特征在于，所述的超声波传感器(1)、增量式编码器(2)和电动推杆的电机均由单片机控制。

3.  一种用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置，包括：
第一步：在爬楼机器人向楼梯前进的过程中，利用至少一个超声波传感器(1)测量爬楼机器人的机械腿离楼梯底部的距离，达到指定距离S后爬楼机器人停止前进；
第二步：控制爬楼机器人的机械腿抬升，在抬升过程中，超声波传感器(1)检测到的机械腿离楼梯底部的距离的值会发生突变，将突变后的值Z记录，并与第一步中的指定距离S相减，得到楼梯的深度X，X＝Z-S，爬楼机器人的机械腿停止抬升；
第三步：读取增量式编码器(2)的信息，得到电动推杆的位移量H，即为楼梯的高度H。

4.  如权利要求3所述的用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置，其特征在于，还包括：
第四步：爬楼机器人的机械腿下降到原位后再抬升高度Ha，Ha＞H，利用分别设于爬楼机器人前面两个位于外侧的机械腿上的两个高度相同的超声波传感器检测机械腿离楼梯底部的距离，若两者检测的机械腿离楼梯底部的距离相等，则判断楼梯宽度满足爬楼要求，否则不满足。

5.  如权利要求4所述的用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置，其特征在于，所述的Ha比H值大20mm。

用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置及方法
技术领域
本发明涉及了一种适用于爬楼机器人检测所爬楼梯高度和深度的方法，利用超声波传感器检测的距离信息和编码器检测到的位移信息，精确计算出楼梯高度和深度，使爬楼机器人能够根据不同楼梯调整相应动作。同时本装置还可判断爬楼机器人所处楼梯宽度是否满足正常爬楼要求。
背景技术
爬楼机器人由PLC主控制，单片机辅助控制，其动作原理是利用两组电动推杆分别抬升，并在一组推杆抬升的时候，利用步进电机控制另一组被悬空的推杆向前运动来实现爬楼的基本动作。而本发明是利用超声波传感器测距，编码器检测机器腿的位移，通过单片机程序实现楼梯高度和深度的测量。同时本装置还可根据两侧的超声波传感器距离信息的一致性，判断爬楼机器人所处楼梯宽度是否满足正常爬楼要求。实现楼梯高深度的自动检测可以帮助此爬楼机器人调整腿部抬升的高度和悬空的电动推杆向前移动的距离，从而实现爬楼机器人适应各种楼梯的功能。
发明内容
本发明提供了一种用于爬楼机器人检测楼梯高度和深度的装置及方法，利用超声波传感器和增量式编码器的搭配工作，实现具体数值的测算。
为了达成上述目的，本发明提供了一种用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置，所述的爬楼机器人具有至少四个机械腿，所述的机械腿包括电动推杆，所述的机械腿的升降通过电动推杆的伸缩实现，所述的电动推杆由电机驱动，其特征在于，包括超声波传感器和增量式编码器，所述的爬楼机器人的至少一个机械腿设有超声波传感器，所述的超声波传感器可随着机械腿的升降而升降，所述的增量式编码器设于所述电机的电机轴上。
优选地，，所述的超声波传感器、增量式编码器和电动推杆的电机均由单片机控制。
本发明还提供了一种用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的方法，其特征 在于，采用上述的用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置，包括：
第一步：在爬楼机器人向楼梯前进的过程中，利用至少一个超声波传感器测量爬楼机器人的机械腿离楼梯底部的距离，达到指定距离S后爬楼机器人停止前进；
第二步：控制爬楼机器人的机械腿抬升，在抬升过程中，超声波传感器检测到的机械腿离楼梯底部的距离的值会发生突变，将突变后的值z记录，并与第一步中的指定距离S相减，得到楼梯的深度X，X＝Z-S，爬楼机器人的机械腿停止抬升；
第三步：读取增量式编码器的信息，得到电动推杆的位移量H，即为楼梯的高度H。
优选地，所述的用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的方法还包括：
第四步：爬楼机器人的机械腿下降到原位后再抬升高度Ha，Ha＞H，利用分别设于爬楼机器人前面两个位于外侧的机械腿上的两个高度相同的超声波传感器检测机械腿离楼梯底部的距离，若两者检测的机械腿离楼梯底部的距离相等，则判断楼梯宽度满足爬楼要求，否则不满足。
更优选地，所述的Ha比H值大20mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明可适用与其他自动检验装置，可在现有设备上直接安装控制，原理简单，成本低廉，可靠度高，推广性强；
2)本发明可仅仅简单靠的传感器和编码器实现功能要求，安装便捷，改动量小，功能实现简单可靠；
3)本发明可适应楼梯高深度的不同变化，采用PLC和单片机进行中心控制，测量精度高，易实现批量生产。
附图说明
图1为用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置示意图；
图2为本发明提供的一种用于爬楼机器人检测楼梯高度和深度的基本外观和爬楼机器人的外形；
图3为本发明的应用示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例
如图1所示，为用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置示意图，所述的用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置，如图2所示，所述的爬楼机器人具有6个机械腿，所述的机械腿包括电动推杆3，所述的机械腿的升降通过电动推杆的伸缩实现，所述的电动推杆由电机驱动，包括超声波传感器和增量式编码器，所述的爬楼机器人的前面两个位于外侧的机械腿上分别设有超声波传感器1，所述的超声波传感器1可随着机械腿的升降而升降，所述的增量式编码器2设于所述电机的电机轴上。本发明是直接在爬楼机器人的机械腿上进行安装实现的，所述的超声波传感器1、增量式编码器2和电动推杆的电机均由单片机控制。
如图3所示，采用上述的用于爬楼机器人的检测楼梯高度和深度的装置来检测楼梯高度和深度的方法为：
第一步：在爬楼机器人向楼梯前进的过程中，利用其中一个超声波传感器1测量爬楼机器人的机械腿离楼梯底部的距离，达到指定距离S后控制爬楼机器人停止前进；
第二步：控制爬楼机器人的机械腿抬升，在抬升过程中，超声波传感器1检测到的机械腿离楼梯底部的距离的值会发生突变，将突变后的值z记录，并与第一步中的指定距离S相减，得到楼梯的深度X，X＝Z-S，通过单片机控制电机停转，爬楼机器人的机械腿停止抬升；
第三步：PLC读取增量式编码器2的信息，得到电动推杆的位移量H，即为楼梯的高度H；
第四步：爬楼机器人的机械腿下降到原位后再抬升高度Ha(Ha比H值大20mm)，用于保障安装在两侧的超声波传感器都能检测到第二节楼梯，利用分别设于爬楼机器人前面两个位于外侧的机械腿的两个超声波传感器检测机械腿离楼梯底部的距离，若两者检测的机械腿离楼梯底部的距离相等，则判断楼梯宽度满足爬楼要求，否则不满足。