樓梯清潔機(jī)器人在踏步上移動時的防跌落及碰撞處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種樓梯清潔機(jī)器人在踏步上移動時的防跌落及碰撞處理方法，機(jī)器人車身安裝測距傳感器、接近傳感器和接觸式傳感器。前方的接近傳感器斜向下探測其是否有遮擋及判斷機(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；機(jī)器人在踏步上轉(zhuǎn)身時，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；測距傳感器保證機(jī)器人的一側(cè)與上一級臺階的踢面保持基本平行，相距在安全距離X附近；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，用于判斷機(jī)器人行走的前方是否碰到墻壁或防護(hù)欄，并做出正確處理。本發(fā)明可有效解決樓梯清潔機(jī)器人跌落及碰撞問題，方法可靠通用性高。
【專利說明】樓梯清潔機(jī)器人在踏步上移動時的防跌落及碰撞處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]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與價值。
[0003]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球腳輪和兩個驅(qū)動輪，當(dāng)機(jī)器人需要下樓時，“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。
[0004]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，前述在樓梯踏步上移動時的常見問題未能得以解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]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的跌落及碰撞問題的方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0007]—種樓梯清潔機(jī)器人在踏步上移動時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，車身一側(cè)與上一級臺階踢面之間的距離，使其在一個安全范圍內(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；
[0008]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，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。
[0009]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
【權(quán)利要求】
1.一種樓梯清潔機(jī)器人在踏步上移動時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，車身一側(cè)與上一級臺階踢面之間的距離，使其在一個安全范圍內(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，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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樓梯清潔機(jī)器人在踏步上移動時的防跌落及碰撞處理方法，其特征是: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c = ^j(j)2 + (j)2 ;機(jī)器人后輪與中心點的距離為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，X可小于c-b/2，當(dāng)機(jī)器人轉(zhuǎn)身時，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，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)逆時針或順時針轉(zhuǎn)過一點角度，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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的樓梯清潔機(jī)器人在踏步上移動時的防跌落及碰撞處理方法，其特征是:通過第一、第二測距傳感器或第三、第四測距傳感器實時測量機(jī)器人車身一側(cè)與踢面踏步的距離；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)器人向外轉(zhuǎn)向前行；若前方測距傳感器測得的距離大于后測距傳感器測得的距離，則控制機(jī)器人向內(nèi)轉(zhuǎn)向前行； 機(jī)器人清掃移動至樓梯臺階踏步的一端時，樓梯兩端如有護(hù)欄或墻，由機(jī)器人前端的第一、第二接觸傳感器檢測是否碰到踏步兩端的護(hù)欄或者墻壁，控制機(jī)器人碰到護(hù)欄或者墻壁時轉(zhuǎn)彎、掉頭或后退； 對于兩端無防護(hù)措施的樓梯，機(jī)器人清掃移動至樓梯臺階踏步的一端時，進(jìn)行防跌落處理，利用第一接近傳感器斜向下探測，斜向與水平方向的夾角Θ范圍是:30° <θ<60° ；在機(jī)器人未接近踏步一端時，傳感器探測方向上有遮擋，當(dāng)傳感器檢測到其前方無遮擋，表示機(jī)器人已接近踏步一端的邊緣，機(jī)器人行走的前方為空，機(jī)器人轉(zhuǎn)身掉頭、后退或準(zhǔn)備爬樓，防止機(jī)器人從踏步兩端跌落。
【文檔編號】B60R16/02GK103950482SQ201410191706
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】張磊, 馬永林, 姚興田, 王漢成, 帥立國, 胡金飛, 楊元, 徐丹 申請人:南通大學(xué)