[發(fā)明專利]樓梯清潔機(jī)器人在踏步上移動時(shí)的防跌落及碰撞處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410191706.0
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN103950482A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張磊;馬永林;姚興田;王漢成;帥立國;胡金飛;楊元;徐丹
• 申請（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號: B62D61/00
• 分類號: B62D61/00;B60R16/02
• 代理公司: 南通市永通專利事務(wù)所 32100
• 代理人: 葛雷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種樓梯清潔機(jī)器人在樓梯踏步上移動時(shí)的防跌落及碰撞處理方法。屬于機(jī)器人與智能控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)今世界人口激增，為了有效利用有限的地面空間，人們越來越往高處發(fā)展，各種高樓大廈、階梯教室、會議廳、體育場看臺等包括樓梯的建筑越來越常見，樓道清潔的工作明顯增加，這方面的市場需求應(yīng)運(yùn)而生。另一方面，已走進(jìn)人們?nèi)粘Ｉ畹那鍧崣C(jī)器人絕大多數(shù)是室內(nèi)平地清潔機(jī)器人，因此有必要研究開發(fā)樓梯清潔機(jī)器人。為了清掃樓梯，要求機(jī)器人能在樓梯踏步上左右來回移動，由于樓梯踏步較窄，機(jī)器人在樓梯踏步上移動時(shí)需要防止從踏步上跌落，也需要防止與上一級臺階的踢面磕碰，或者與兩端的欄桿、墻壁碰到時(shí)進(jìn)行有效處理，如轉(zhuǎn)身或后退等，目前相關(guān)研究的知識產(chǎn)權(quán)尚未成形，本發(fā)明有望填補(bǔ)此類空白，解決樓梯清潔機(jī)器人在踏步上行走時(shí)的基本問題，這對于樓梯清潔機(jī)器人推向?qū)嵱没兄匾饬x與價(jià)值。

日本的Takahisa?Kakudou等學(xué)者推出了一種兩側(cè)帶有“L”型腿的箱式樓梯清潔機(jī)器人，該機(jī)器人主要用于室內(nèi)樓梯和地面，采用自上而下清掃方式，提高清潔效率。機(jī)器人平移運(yùn)動的前端的兩側(cè)布置相位靈敏探測器PSD(Position?Sensitive?Detector)，方向朝下，通過PSD來區(qū)分探測高度和樓梯高度，以此來識別樓梯。機(jī)器人的頂部和底部分別有四個(gè)球腳輪和兩個(gè)驅(qū)動輪，當(dāng)機(jī)器人需要下樓時(shí)，“L”型腿彎曲收回，保證不接觸地面，機(jī)器人在該級樓梯踏步上完成清掃工作。但其并未給出在樓梯踏步上來回移動進(jìn)行清掃時(shí)的常見問題(如何防止跌落，與墻壁、防護(hù)欄或障礙物的碰撞處理，如何在樓梯踏步上轉(zhuǎn)彎等等)的解決方法。另外該機(jī)器人在翻轉(zhuǎn)過程中由于慣性原因，機(jī)器人有掉落樓梯的風(fēng)險(xiǎn)。

還有一種當(dāng)前較流行的八輪腳結(jié)構(gòu)樓道清潔機(jī)器人，其上下樓平穩(wěn)，可適應(yīng)不同高度的樓梯，但由于體積較龐大，不方便在樓梯踏步上來回移動，造成該機(jī)器人只能完成限定條件下的爬樓與小范圍清掃動作，與實(shí)際清潔要求差距較大，未有該機(jī)器人實(shí)際投入使用的報(bào)道。因此，前述在樓梯踏步上移動時(shí)的常見問題未能得以解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可有效解決樓梯清潔機(jī)器人在踏步上移動時(shí)的跌落及碰撞問題的方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種樓梯清潔機(jī)器人在踏步上移動時(shí)的防跌落及碰撞處理方法，其特征是：所述機(jī)器人包括：兩個(gè)車身下方的驅(qū)動輪，驅(qū)動機(jī)器人前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎；機(jī)器人車身下方前后端分別有一個(gè)萬向輪前輪和萬向輪后輪，一方面起到支撐機(jī)器人作用，另一方面方便機(jī)器人轉(zhuǎn)彎；有用于控制機(jī)器人的單片機(jī)，機(jī)器人車身兩側(cè)分別安裝第一、第二測距傳感器及第三、第四測距傳感器，用于檢測機(jī)器人在踏步上行走時(shí)，車身一側(cè)與上一級臺階踢面之間的距離，使其在一個(gè)安全范圍內(nèi)，保證機(jī)器人不跌落不碰撞；機(jī)器人車身前端上方安裝斜向下探測的第一接近傳感器和前端安裝第一、第二接觸式傳感器，機(jī)器人車身后端下方安裝向下探測的第二、第三接近傳感器；

第一接近傳感器在一定范圍內(nèi)，探測其正前方是否有遮擋；對于樓梯踏步兩端無防護(hù)欄或墻壁的，第一接近傳感器用于判斷機(jī)器人行走的前方是否為空，防止機(jī)器人從踏步兩端跌落；當(dāng)機(jī)器人在踏步上轉(zhuǎn)身，以及準(zhǔn)備下樓時(shí)，第二、第三接近傳感器用于判斷下方是否為空，防止機(jī)器人萬向輪后輪從當(dāng)前臺階踏步上踏空，防止機(jī)器人跌落；第一、第二接觸式傳感器通過接觸板探測機(jī)器人前方是否觸碰到障礙物，對于樓梯兩端有防護(hù)欄或墻壁的，用于判斷機(jī)器人行走的前方是否碰到墻壁或防護(hù)欄。

樓梯踏步寬度為L，機(jī)器人長為a，寬為b，機(jī)器人一側(cè)與上一臺階的踢面的距離為X，c-b/2<X<L-b，其中機(jī)器人后輪與中心點(diǎn)的距離為d，且d+c<L；

對于踏步寬度L較窄的樓梯或制作的機(jī)器人寬度b較大，使得X不能滿足c-b/2<X<L-b的情況，在機(jī)器人不轉(zhuǎn)身時(shí)，X可小于c-b/2，使掃刷盡可能覆蓋到當(dāng)前臺階踏步面與上一級臺階踢面的交匯處，但在這種情況下，機(jī)器人轉(zhuǎn)身存在前端碰到上一級臺階踢面的可能，當(dāng)機(jī)器人轉(zhuǎn)身時(shí)，若接觸板觸碰到上一級臺階踢面，則將機(jī)器人原地轉(zhuǎn)身的控制切換為原方向的轉(zhuǎn)向與后退相結(jié)合；利用機(jī)器人車身后方的第二、第三接近傳感器，若第二、第三接近傳感器均探測到下方無遮擋，說明機(jī)器人再轉(zhuǎn)向與后退，后輪有踏空的危險(xiǎn)，機(jī)器人立即停止后退，由于此刻機(jī)器人已從機(jī)器人機(jī)身對角線垂直臺階踢面的姿態(tài)逆時(shí)針轉(zhuǎn)過一點(diǎn)角度，機(jī)器人稍向前方前進(jìn)，直至第三接近傳感器或第二接近傳感器探測到有遮擋，或接觸板觸碰到上一級臺階踢面，再使機(jī)器人轉(zhuǎn)身。