清潔機(jī)器人從樓梯到中間平臺到樓梯的連續(xù)性過渡方法本申請是申請?zhí)枺?01410245199.4、申請日：2014.6.4、名稱“樓梯清潔機(jī)器人從樓梯到中間平臺到樓梯的過渡方法”的分案申請。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種機(jī)器人與智能控制領(lǐng)域，是清潔機(jī)器人從樓梯到中間平臺到樓梯的過渡與規(guī)劃方法。

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，樓梯與樓道清潔的工作明顯增加，這方面的市場需求應(yīng)運而生。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。樓梯清潔機(jī)器人不只是針對樓梯的清掃，還應(yīng)設(shè)計合適的路徑規(guī)劃算法以滿足樓梯休息平臺的清掃，并完成從樓梯到休息平臺再到樓梯的過渡。其中，當(dāng)機(jī)器人處于樓梯時，從樓梯向中間平臺過渡，需要區(qū)別已到達(dá)中間平臺或仍然是樓梯；到達(dá)中間平臺后，中間平臺的遍歷是機(jī)器人樓梯中間平臺清掃是否完整的重要標(biāo)志；機(jī)器人遍歷完中間平臺，需要在結(jié)束點，判斷前方是否是往下的樓梯，完成再向樓梯的過渡。目前此類研究的相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)尚未有成形，本發(fā)明有望填補此類空白，因此該研究對于完整實現(xiàn)樓梯的清掃具有重大意義。人們關(guān)于爬樓方法及其相關(guān)機(jī)構(gòu)的研究已有較長的歷史，先后提出了各種各樣的爬樓方法，主要包括：輪式、履帶式、腿式、翻滾式。其中履帶式與翻滾式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以在樓梯上完成清掃任務(wù)，只是純粹的爬樓，實用性有限。輪式爬樓機(jī)器人較多采用行星輪或其它復(fù)合輪式，結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜，也很少兼顧樓梯清掃功能，實用性大打折扣。腿式爬樓機(jī)器人較多采用仿人行走式，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，成本高，顯得大材小用，不利于向市場推廣。因此，本發(fā)明針對體積相對較小且可在樓梯踏步上來回移動的樓梯清潔機(jī)器人，這類機(jī)器人可在休息平臺上靈活轉(zhuǎn)彎、掉頭等，以便實現(xiàn)本發(fā)明提出的中間平臺過渡與規(guī)劃方法。哈爾濱工程大學(xué)在2008年推出了一種基于阿基米德螺線三葉輪的樓梯清潔機(jī)器人試制機(jī)。該樓梯清潔機(jī)器人可實現(xiàn)連續(xù)爬樓，爬樓動作雖然平穩(wěn)，但在平地上的轉(zhuǎn)彎、掉頭等反而不方便，因此未有該機(jī)器人在樓梯中間平臺上的相關(guān)過渡與規(guī)劃方法報道。臺灣劉超中采用一種當(dāng)前較流行的八輪腳結(jié)構(gòu)設(shè)計樓梯清潔機(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，與實際清潔要求差距較大，未有該機(jī)器人實際投入使用的報道。因此也就沒有該清潔機(jī)器人應(yīng)對樓梯中間平臺方面的報道。中間平臺雖然是一種平地，但不同于一般的平地。首先，一般的平地不存在與樓梯的過渡問題，所以自然也就沒有與樓梯相關(guān)的判別問題；其次，一般的平地路徑規(guī)劃算法，雖然可實現(xiàn)遍歷，但遍歷結(jié)束點具有隨機(jī)性，這不利于機(jī)器人尋找往下的樓梯，即便找到，整個遍歷與尋找過程必然耗時，造成能量浪費較大，或者需要給機(jī)器人配備高端傳感器，成本增大，不利于機(jī)器人的推廣；再者，如果機(jī)器人在中途就發(fā)現(xiàn)往下的樓梯，那么是否立即下樓，還是以后再下樓，以后什么時候下樓，等等都是需要解決的問題。因此一般的平地路徑規(guī)劃算法不能直接用于樓梯中間平臺的規(guī)劃，需要為樓梯中間平臺的過渡與遍歷設(shè)計專門的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種方便有效實現(xiàn)樓梯清潔機(jī)器人從樓梯到中間平臺的過渡；中間平臺的遍歷過渡；中間平臺到下一層樓梯的過渡的方法，保證機(jī)器人能夠完成一層樓梯清掃的連續(xù)性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種樓梯清潔機(jī)器人從樓梯到中間平臺到樓梯的過渡方法，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)動輪；機(jī)器人車身下方前后端各有一個萬向輪，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；機(jī)器人采用下樓方式清掃；機(jī)器人從樓梯到中間平臺的過渡：機(jī)器人在當(dāng)前臺階踏步清掃完轉(zhuǎn)身90°，使得機(jī)器人前方正對上一級臺階的踢面，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，機(jī)器人應(yīng)轉(zhuǎn)入中間平臺規(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的遍歷過渡：機(jī)器人到達(dá)中間平臺后通過中間平臺的遍歷完成過渡，采用迂回和犁式路徑規(guī)劃相結(jié)合的方法實現(xiàn)中間平臺的遍歷；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，有兩種著落點，即第一位置、第二位置，第一位置為中間平臺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)器人順時針轉(zhuǎn)身90°，向第二位置進(jìn)發(fā)，是否轉(zhuǎn)過90°，在機(jī)器人轉(zhuǎn)身時，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，然后到達(dá)第二位置，機(jī)器人還需要順時針轉(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墻壁按迂回路徑規(guī)劃路線方式完成中間平臺區(qū)域大小的確定和中間平臺各邊與角的清掃；機(jī)器人利用迂回路徑規(guī)劃清掃中間平臺各邊與墻角時，需要與中間平臺各邊保持一個較小的距離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，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)劃沿中間平臺墻壁和樓梯踢面邊緣路線的行進(jìn)過程中，在各個角落處轉(zhuǎn)彎時，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)行中間平臺的遍歷；機(jī)器人一側(cè)與墻壁的距離X2為一個車身寬度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車身寬至A點，而后順時針轉(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，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)延時后退一定距離，使機(jī)器人一側(cè)與墻壁...