[發(fā)明專利]清潔機(jī)器人從樓梯到中間平臺(tái)到樓梯的連續(xù)性過渡方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610013274.3
• 申請日: 2014-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN105496317B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙南生;張磊;姚興田;馬永林;黃立平;帥立國;黃希
• 申請（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): A47L11/24
• 分類號(hào): A47L11/24;B62D57/024
• 代理公司: 南通市永通專利事務(wù)所32100
• 代理人: 葛雷

1.一種清潔機(jī)器人從樓梯到中間平臺(tái)到樓梯的連續(xù)性過渡方法，其特征是：機(jī)器人車身下方設(shè)置有對稱于機(jī)身左右中間線的兩驅(qū)動(dòng)輪；機(jī)器人車身下方前后端各有一個(gè)萬向輪，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，機(jī)器人車身前端下方有清潔裝置；機(jī)器人車身兩側(cè)分別安裝兩個(gè)測距傳感器：第一、第二測距傳感器與第三、第四測距傳感器，用于檢測機(jī)器人車身兩側(cè)與樓梯踢面或墻壁的距離，為機(jī)器人在中間平臺(tái)的行走與遍歷提供道路信息依據(jù)；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，機(jī)器人車身前端安裝第一、第二接觸式傳感器，第一接近傳感器用于檢測前方是否為往下的樓梯，接觸式傳感器用于檢測前方是否為墻壁或碰到其他障礙物，為機(jī)器人的正確處理提供依據(jù)；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，用于感測機(jī)器人后方是樓梯還是中間平臺(tái)；機(jī)器人采用下樓方式清掃；

機(jī)器人從樓梯到中間平臺(tái)的過渡：

機(jī)器人在當(dāng)前臺(tái)階踏步清掃完轉(zhuǎn)身90°，使得機(jī)器人前方正對上一級(jí)臺(tái)階的踢面，利用第二、第三接近傳感器判斷機(jī)器人后方是中間平臺(tái)或還是樓梯：若機(jī)器人后退一定距離，第二、第三接近傳感器都感測到下方無遮擋，說明機(jī)器人當(dāng)前所在的地面仍然是樓梯踏步面，下方必然仍然是樓梯部分；若機(jī)器人后退的距離達(dá)d，d＝L/2，第二、第三接近傳感器均未感測到下方無遮擋，說明機(jī)器人當(dāng)前所在的地面已經(jīng)是樓梯中間平臺(tái)，機(jī)器人應(yīng)轉(zhuǎn)入中間平臺(tái)規(guī)劃控制狀態(tài)；其中L為踏步的寬度；

機(jī)器人在樓梯中間平臺(tái)的遍歷過渡：

機(jī)器人到達(dá)中間平臺(tái)后通過中間平臺(tái)的遍歷完成過渡，采用迂回和犁式路徑規(guī)劃相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)中間平臺(tái)的遍歷；

所述迂回的路徑規(guī)劃方法為：

機(jī)器人從樓梯到達(dá)中間平臺(tái)，有兩種著落點(diǎn)，即第一位置、第二位置，第一位置為中間平臺(tái)上靠近樓梯井并在向上樓梯一側(cè)的部位，第二位置為中間平臺(tái)上的向上樓梯一側(cè)、靠墻壁的部位，利用機(jī)器人右側(cè)的測距傳感器向右側(cè)感測與墻的距離，判斷在第一位置還是第二位置；機(jī)器人在下到中間平臺(tái)后已后退離開樓梯踢面一定距離，此刻使機(jī)器人前行，當(dāng)接觸板觸碰到樓梯踢面，機(jī)器人恢復(fù)到第一位置或第二位置；如果在第一位置，機(jī)器人順時(shí)針轉(zhuǎn)身90°，向第二位置進(jìn)發(fā)，在機(jī)器人轉(zhuǎn)身時(shí)，由機(jī)器人一側(cè)的第一、第二測距傳感器感測到樓梯踢面的距離相等，保證其是否轉(zhuǎn)過90°，然后到達(dá)第二位置，機(jī)器人還需要順時(shí)針轉(zhuǎn)身90°，并靠第一、第二測距傳感器感測與右側(cè)墻壁距離相等保證；如果機(jī)器人從樓梯下到中間平臺(tái)是在第二位置，則直接使機(jī)器人轉(zhuǎn)身180°，靠第一、第二測距傳感器感測與右側(cè)墻壁距離相等保證；

然后機(jī)器人沿著樓梯踢面邊緣和中間平臺(tái)墻壁按迂回路徑規(guī)劃路線方式完成中間平臺(tái)區(qū)域大小的確定和中間平臺(tái)各邊與角的清掃；機(jī)器人利用迂回路徑規(guī)劃清掃中間平臺(tái)各邊與墻角時(shí)，需要與中間平臺(tái)各邊保持一個(gè)較小的距離X，保證清掃覆蓋率；機(jī)器人的掃刷半徑為R1，掃刷安裝位置距離車身邊緣為D；第一、第二測距傳感器的感測距離X滿足，X＜R1-D，保證機(jī)器人能完全覆蓋車身到左邊墻壁或樓梯踢面之間的地面，同時(shí)機(jī)器人依靠一側(cè)的第一、第二傳感器保證機(jī)器人在行進(jìn)時(shí)，與樓梯踢面或墻壁前后保持相等的距離，使機(jī)器人平行于樓梯踢面或墻壁前行；

機(jī)器人在按迂回路徑規(guī)劃沿中間平臺(tái)墻壁和樓梯踢面邊緣路線的行進(jìn)過程中，在各個(gè)角落處轉(zhuǎn)彎時(shí)，機(jī)器人先后退距離d₂，然后轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑增大為R，所述R數(shù)學(xué)關(guān)系至少滿足：因此R值最低應(yīng)滿足：其中a為機(jī)器人長度；所述d₂最小應(yīng)滿足：d₂＝R-a/2；

所述犁式路徑規(guī)劃方法為：

機(jī)器人完成迂回路徑規(guī)劃后按照犁式路徑規(guī)劃方法進(jìn)行中間平臺(tái)的遍歷；機(jī)器人一側(cè)與墻壁的距離X2為一個(gè)車身寬度b，掃刷寬度寬于車身，機(jī)器人開始的姿態(tài)為前方面對右側(cè)墻壁，首先進(jìn)行順時(shí)針轉(zhuǎn)身，利用車身一側(cè)的第一、第二測距傳感器測得的距離相等，保證轉(zhuǎn)身90°；接著往樓梯對面的墻壁方向前行一個(gè)車身寬至A點(diǎn)，而后順時(shí)針轉(zhuǎn)身90°往左側(cè)墻壁方向前行，繼續(xù)利用車身一側(cè)的第一、第二測距傳感器測得與樓梯對面的墻壁的距離相等，保證車身沿平行于樓梯對面的墻壁前行，此刻記錄初始距離值Y；直到接近左側(cè)墻壁至B點(diǎn)，機(jī)器人利用碰撞傳感器碰到左側(cè)墻壁后，通過車輪反轉(zhuǎn)延時(shí)后退一定距離，使機(jī)器人一側(cè)與墻壁的距離X2為一個(gè)車身寬度，機(jī)器人逆時(shí)針轉(zhuǎn)身90°，利用車身另一側(cè)的第三、第四測距傳感器測得的距離相等的辦法保證轉(zhuǎn)身90°，同時(shí)使機(jī)器人側(cè)面距左側(cè)墻壁為X2；而后機(jī)器人前行一個(gè)車身寬度至C點(diǎn)后機(jī)器人逆時(shí)針轉(zhuǎn)身90°，接著機(jī)器人從C點(diǎn)沿平行于樓梯對面墻壁的直線方向向接近右側(cè)墻壁的D點(diǎn)前行，此過程機(jī)器人車身一側(cè)與樓梯對面墻壁的距離為Y-b，其由車身另一側(cè)的第三、第四測距傳感器保證，機(jī)器人利用碰撞傳感器碰到右側(cè)墻壁后，通過車輪反轉(zhuǎn)延時(shí)后退一定距離，機(jī)器人逆時(shí)針轉(zhuǎn)身90°，與右側(cè)墻壁的距離也為X2；然后重復(fù)前述過程，每來或回一次，使機(jī)器人車身一側(cè)與樓梯對面墻壁的距離與前一次比減小一個(gè)車身寬b；

當(dāng)機(jī)器人檢測車身一側(cè)與樓梯對面墻壁的距離大于車身寬度時(shí)，說明機(jī)器人未接近所述墻壁，機(jī)器人繼續(xù)前行清掃；當(dāng)檢測車身一側(cè)與樓梯對面墻壁的距離小于車身寬度時(shí)，說明機(jī)器人已接近樓梯對面墻壁，機(jī)器人沿平行于所述墻壁的路線前行后，犁式路徑規(guī)劃即將結(jié)束；

不同寬度的中間平臺(tái)，犁式路徑規(guī)劃結(jié)束的終點(diǎn)位置不同，為樓梯對面墻壁與左側(cè)墻壁的角落位置Z1及樓梯對面墻壁與右側(cè)墻壁的角落位置Z2，但該兩個(gè)位置并不能作為中間平臺(tái)的最終結(jié)束位置，需要過渡到左側(cè)墻壁與樓梯踏面的角落，即ZE點(diǎn)，才可以進(jìn)行下樓動(dòng)作；如果犁式路徑規(guī)劃的終點(diǎn)在Z1位置，說明在最后一次直線清掃過程中是通過機(jī)器人車身左側(cè)的第一、第二測距傳感器感測的，依此控制機(jī)器人順時(shí)針90°后直行到達(dá)ZE位置處；如果犁式路徑規(guī)劃的終點(diǎn)在Z2位置，說明在最后一次直線清掃過程中是通過機(jī)器人車身右側(cè)第三、第四測距傳感器感測的，依此控制機(jī)器人順時(shí)針轉(zhuǎn)180°后直行到達(dá)Z1位置，然后再順時(shí)針轉(zhuǎn)90°到達(dá)ZE位置處；

機(jī)器人從中間平臺(tái)向下一層樓梯的過渡的過程為：

當(dāng)機(jī)器人到達(dá)ZE點(diǎn)位置附近，繼續(xù)前行，若車身前端上方的第一接近傳感器感測方向沒有遮擋，表明機(jī)器人到達(dá)了中間平臺(tái)與下一層樓梯的交匯邊緣，前方為往下的樓梯，而后機(jī)器人利用測距傳感器轉(zhuǎn)身180度，并結(jié)合利用車身后方的第二、第三接近傳感器，向下探測到都無遮擋，此時(shí)機(jī)器人正對著下一層樓梯邊緣，機(jī)器人可執(zhí)行下樓動(dòng)作，下樓動(dòng)作是以后退的形式進(jìn)行，然后重復(fù)進(jìn)行樓梯清掃工作；至此，機(jī)器人完成了從樓梯到中間平臺(tái)再到樓梯的過渡；

當(dāng)機(jī)器人按設(shè)定要求平行于樓梯踢面或墻壁前行時(shí)，并不能總是平行于樓梯踢面或墻壁，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生前方側(cè)面與樓梯踢面或墻壁的距離和后方側(cè)面與樓梯踢面或墻壁的距離不等的情形，通過第一、第二測距傳感器或第三、第四測距傳感器實(shí)時(shí)測量機(jī)器人車身一側(cè)與樓梯踢面或墻壁的距離；若前方測距傳感器測得的距離小于后方測距傳感器測得的距離，則控制機(jī)器人向外，即遠(yuǎn)離樓梯踢面或墻壁的方向，轉(zhuǎn)向前行；若前方測距傳感器測得的距離大于后方測距傳感器測得的距離，則控制機(jī)器人向內(nèi)，即靠近樓梯踢面或墻壁的方向，轉(zhuǎn)向前行。