具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中”、“上”、“下”、“横”、“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-3所示，本发明提供的轮式越障机器人底盘，包括底盘主体100、主动轮200、越障轮300安装架400、越障组件500和激光雷达导航避障模块600。

其中主动轮200可旋转支撑在底盘主体100上，安装架400一端可拆卸连接底盘主体100，越障轮300可旋转支撑在安装架400的另一端，越障组件500设置在安装架400与越障轮300之间，能够使越障轮300沿安装架400滑动，以攀越障碍物，激光雷达导航模块600连接底盘主体100，用于障碍物识别和规划路径。

机器人底盘的工作过程为，利用激光雷达导航避障模块规划路径，主动轮200旋转，当遇到不可躲避的障碍物时，越障轮300首先接触障碍物底部，在主动轮的前推力和底盘本身的重力作用下，越障轮300沿安装架400向上滑动，越障轮300被弹起，机器人底盘一端逐渐向上攀越，缓缓攀越障碍物。

作为一种优选，越障轮300为万向轮。

作为一种优选，主动轮200的外径大于越障轮300的外径。

作为一种优选，主动轮200包括第一驱动轮210和第二驱动轮220。

进一步的，底盘主体100一体成型地包括底板110、第一支撑架120、第二支撑架130、电池固定架140和第三支撑架150。其中，第一支撑架120设置于底板110的一侧，第二支撑架130设置于底板110的另一侧，第三支撑架150设置于底板110的一端，电池固定架140设置于底板110的中心，且具有腔体，以容置电池。

作为一种优选，第一支撑架120与第二支撑架130位于底板110的横轴线上，第三支撑架150和安装架400设置于底板110的纵轴线上。

作为一种优选，底盘主体110的四周均设置有防撞构件，在具体实施例中，防撞构件可以是硅胶条、弹性气囊、弹性橡胶等，依靠防撞件能够充分缓解撞击力，保护底盘主体不被撞坏或掉漆。

进一步的，还包括从动轮700，其可旋转连接第三支撑架150，第一驱动轮210可旋转连接第一支撑架120，第二驱动轮220可旋转连接第二支撑架130，在自然状态下，主动轮200、越障轮300和从动轮700下端位于同一水平线上，即当机器人底盘放置于平面上时，主动轮200、越障轮300和从动轮/700均匀地面接触。

各部件直接与底板主体110固连，结构紧凑，产品安全可靠，同时降低现有的人工成本，提高工作效率，底板模块化生产，提升机器人整体强度，能让机器人负载更多，提升产品的实用，可靠性及更好的体验感受。

安装架400包括壳体410、第一限位机构420和第二限位机构430。其中，壳体410具有安装腔，第一限位机构420设置在壳体410的一端，且可滑动连接越障轮300的一端，第二限位机构420设置在壳体410的另一端，且可滑动连接越障轮300的另一端。

进一步的，第二限位机构430的自由度大于第一限位机构420的自由度。

如图4-6所示，越障组件500包括第一弹簧510和第二弹簧520。第一弹簧510设置在第一限位机构420和越障轮300之间，能够使越障轮300的一端沿第一限位机构420滑动，第二弹簧520设置在第二限位机构430和越障轮300之间，能够使越障轮300的另一端沿第二限位机构430滑动，第一弹簧510和第二弹簧520交替伸缩能够使越障轮向上攀爬。

作为一种优选，第一弹簧510和第二弹簧520均为高强度弹簧。

第一限位机构420和所述第二限位机构430结构相同，以第二限位机构420为例包括限位柱421、限位导轨422和轴销423。其中，限位柱421设置在安装腔内，且连接弹簧的一端，限位导轨422设置在壳体410上，轴销423可滑动设置在限位导轨422上，且一端连接弹簧的另一端，另一端连接越障轮300，以使越障轮300的能够沿限位导轨滑动。

进一步的，第一限位机构420中的限位导轨422的自由度大于第二限位机构430中的限位导轨432，当机器人底盘遇到障碍物时，受主动轮200的前推力和底盘重力的作用，第一弹簧510和第二弹簧520压缩，越障轮300的两端分别沿限位导轨向上滑动，受限位导轨自由度限制，第一弹簧510和第二弹簧520的压缩量不同，引起第一弹簧和第二弹簧交替伸缩，以使越障轮300不断向上攀爬。

进一步的，限位导轨包括第一滑轨和第二滑轨，第一滑轨设置在壳体410的一侧，第二滑轨设置在壳体410的另一侧，轴销设置在第一滑轨和第二滑轨之间，以提高机器人底盘的稳定性。

本发明提供的轮式越障机器人底盘，其障碍物识别和规划路径包括如下步骤：

1.采集一帧激光雷达数据。

2.将激光雷达数据分割为多个相等的方形区块，设定占比阈值，并分别计算每个方形区块的占比值，将占比值大于占比阈值的方形区块作为感兴趣区块，占比值小于占比阈值的为噪点，将噪点剔除，只保留障碍物的大致轮廓，对雷达数据进行初步筛选，能够有效提高障碍物识别的效率。

其中，占比值和占比阈值通过计算得到

其中，ρ表示占比值，Α表示方形区块中像素点数量，m表示方形区块的长度，n表示方形区块的高度，ρ_des表示占比阈值，k表示激光雷达角度分辨率，Δω表示测量误差，N表示阈值参数，λ表示激光雷达离地高度，H表示阈值因子。

3.设定邻域和最低密度值，遍历感兴趣区块，得到每个感兴趣区块的中心点，邻域和最低密度值通过计算得到：

其中，d_min表示最低密度值，σ表示密度均值，κ表示校正系数，R表示发射波形的宽度，θ表示激光雷达的角度误差，x_max表示单个像素点在横轴上的最大投影长度，x_min表示单个像素点在横轴上的最小投影长度，y_max表示单个像素点在纵轴上的最大投影长度，y_min表示单个像素点在纵轴上的最小投影长度，ε表示邻域，x表示单个像素点在横轴上的投影长度，y表示单个像素点在横轴上的投影长度，a表示干扰系数。

以区块中任选一个点P作为起始点，根据邻域ε和最低密度值d_min，查找所有从P点密度可达的点，如果是中心点，那么在ε邻域内的所有候选点归为一个图簇，然后通过考察候选点的密度来进一步扩大这个簇，直至最终完整的簇被找到。如果P不是中心点，则继续搜寻下一个点，直至所有点都搜寻完毕。

4.若相邻感兴趣区块的中心点密度相连，则相邻感兴趣区块归为一个障碍物团簇。

密度相连是指对于给定的邻域ε和最低密度值d_min，若存在点Q，使得相邻区块的两个中心点P_d1和点P_d2密度可达，则点P_d1和点P_d2密度相连。

密度可达是指对于给定的邻域ε和最低密度值d_min，若存在一系列的个点且P_i+1由P_i直接密度可达，则有到P₁密度可达。

5.提取障碍物团簇的几何特征，并绘制障碍物的矩形边框；

提取障碍物的主要几何特征，包括顶点坐标、x轴的偏离角度、长度、宽度，利用Graham扫描提取凸包点，然后利用简化的模糊线段法提取障碍物的矩形边框。

6.对相邻两帧激光雷达数据关联，采用卡尔曼滤波器对障碍物的位置和速度进行滤波和预测，并绘制环境地图。

受测量噪声和机器人底盘本身运动影响，测量结果存在很大的误差，为了解决目标跟踪中测量噪声引起的目标运动轨迹的大幅变动，对预测目标运动轨迹造成的影响，以及在障碍物关联中对于预测目标下一帧位置的需要，有必要采用卡尔曼滤波器对目标的位置进行滤波和预测。

建立每个障碍物的几何特征列表，根据障碍物之间的几何特征建立关联关系，对相邻两帧之间的障碍物进行数据关联，采用卡尔曼滤波器对目标障碍物的位置和速度进行滤波和预测。

7.根据环境地图规划路径。

实施以轮式越障机器人底盘工作的过程为：激光雷达导航避障模块600实时绘制环境地图，并规划路径，主动轮200旋转，以带动越障轮300旋转，机器人底盘向前行进，当遇到障碍物时，越障轮300首先接触障碍物，主动轮200旋转，以向越障轮300提供水平向前的推动力，与机器人底盘自身重力形成合力，其与地面和障碍物接触的反作用力，驱使第一弹簧510a和第二弹簧520压缩，越障轮300两端沿限位导轨向上滑动，由于越障轮300两侧的自由度不同，第二弹簧520的压缩量大于第一弹簧510的压缩量，越障轮300远离障碍物一端的滑动位移量大于靠近障碍物一端的位移量，位于障碍物一侧的地盘一端翘起，第二弹簧520的回弹力大于第一弹簧510，第二弹簧520回弹将第一弹簧510拉伸，第一弹簧510回弹又将第二弹簧520拉伸，在前推力和重力的不断作用下，第一弹簧510和第二弹簧520反复交替伸缩，越障轮300的两端如同一个跷跷板的两端交替翘起，以使机器人底盘一端不断升高，越障轮300不断攀升，最终攀越障碍物。

本发明提供的一种轮式越障机器人底盘，使用一体压铸的底盘将使结构更加紧凑，底板模块化生产，提升机器人整体强度，能让机器人负载更多，同时，通过在底盘主体和越障轮之间设置越障组件，使机器人底盘遇到障碍物时，越障轮滑动将底盘主体一端抬高，以攀越障碍物，结构简单，成本低，工作效率高，进一步促进了机器人的发展及普及。

本发明还给出了机器人底盘障碍物识别和规划路径的方法，通过实时采集周围环境数据，预测障碍物的位置和速度，并绘制环境地图，进而规划路径，有效躲避障碍物，结果精准、效率高。

以上内容仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不脱离本发明的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。