智能楼梯清扫机器人及其控制方法和控制系统与流程

本发明涉及智能机器人，具体地，涉及智能楼梯清扫机器人及其控制方法和控制系统。

背景技术：

楼梯清扫工作的传统方式为人工打扫，但是，人工打扫存在着工作量大、风尘污染、人员监控等问题，因此，有必要设计一种智能机器人以代替人工方式进行清扫。

经检索，发现申请号为201610206204.X、公开号为CN105835973A的专利文献，公开了一种自适应楼梯楼道清扫机器人及其楼梯爬升方法，其包括卡箍机构、层积折叠机构、清理机构、伸缩机构、横向移动机构、控制及动力系统，所述卡箍机构和清理机构均安装在所述层积折叠机构的外侧面，所述伸缩机构安装在所述层积折叠机构的两端，所述控制及动力系统安装在所述层积折叠机构的内部。该专利文献虽可以在一定程度上实现楼梯清扫，但是存在结构复杂、移动不灵活等不足之处。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种智能楼梯清扫机器人及其控制方法和控制系统。

根据本发明提供的一种智能楼梯清扫机器人，包括：移动机构、升降机构、升降平台、清扫机构；

升降平台能够沿升降机构上下移动；

清扫机构安装在升降平台上；

升降机构的底部安装有移动机构。

优选地，所述升降平台包括：平台主支架17、平台辅助支架18、支脚安装支架19；

平台主支架17紧固连接平台辅助支架18，且位于平台辅助支架18的上方；

平台主支架17的前端沿水平方向延伸出支脚安装支架19；

支脚安装支架19的前端向下延伸出竖向支架20；

设置在竖向支架20底部的万向轮16底部与设置在平台辅助支架18底部的万向轮16底部相平齐；

平台辅助支架18的两侧分别安装清扫机构；

清扫机构的底部平齐于万向轮16底部或者略高于万向轮16底部。

优选地，所述升降平台连接有两个升降机构，这两个升降机构分别记为前部升降组件、后部升降组件；

前部升降组件位于支脚安装支架19与后补升降组件之间；

所述升降机构，包括升降电机5、升降电机固定角铁6、齿条7、齿轮8、平台升降导槽12、平台升降导轮13、升降支架21；

升降支架21位于平台主支架17下方；

升降支架21上安装有沿上下方向分别贯穿平台主支架17的平台升降导槽12、齿条7；

升降支架21的两侧分别安装有移动机构；

升降电机5通过升降电机固定角铁6安装在平台主支架17上，且升降电机5的输出轴连接齿轮8；

齿轮8与齿条7啮合；

平台升降导轮13的轮轴安装在平台主支架17上，且平台升降导轮13的轮面与平台升降导槽12的槽面滚动配合。

优选地，所述前部升降组件、后部升降组件相互独立，能够分别相对于所述升降平台沿上下方向移动；

所述智能楼梯清扫机器人的重心位于所述前部升降组件、后部升降组件之间，且靠近所述前部升降组件。

优选地，所述移动机构，包括：轮子1、舵机3、驱动电机4、舵机固定架2、驱动电机固定角铁14；

舵机3通过舵机固定架2连接升降机构；

舵机3的舵机舵盘15、驱动电机固定角铁14、驱动电机4、轮子1依次连接。

优选地，所述清扫机构，包括：吸尘风扇9、扫尘刷电机10、扫尘刷11；

升降平台、吸尘风扇9、扫尘刷电机10、扫尘刷11依次连接；

所述升降平台和/或升降机构连接有距离传感器。

根据本发明提供的一种上述的智能楼梯清扫机器人的控制方法，包括：

清扫步骤：控制移动机构进行移动，使所述智能楼梯清扫机器人沿阶梯面的宽度方向移动以进行清扫；和/或

爬梯步骤：控制升降机构进行升降，使升降平台高于阶梯面或者低于阶梯面。

优选地，所述爬梯步骤包括：

初始化步骤：在升降电机5的驱动下，使升降平台沿平台升降导槽12下降，直到平台主支架17接触升降支架21；在移动机构的驱动下，使升降平台的前端正对待爬阶梯面；其中，将所述智能楼梯清扫机器人当前所在的阶梯面记为当前阶梯面；将当前阶梯面的上一个阶梯面记为待爬阶梯面；

平台抬举步骤：在前部升降组件、后部升降组件的升降电机5的共同驱动下，使升降平台沿平台升降导槽12上升，直到竖向支架20所安装的万向轮16底端高于待爬阶梯面；

第一前进步骤：在移动机构的驱动下，使所述智能楼梯清扫机器人向待爬阶梯面靠拢，直到前部升降组件与待爬阶梯面之间的最小距离小于第一设定阈值；在前部升降组件、后部升降组件的升降电机5的共同驱动下，使升降平台沿平台升降导槽12下降，直到竖向支架20所安装的万向轮16底端接触抵在待爬阶梯面上；

前轮抬举步骤：在前部升降组件的升降电机5的驱动下，使前部升降组件中的齿条7上升，以通过升降支架21带动连接前部升降组件的移动机构上升，直到该移动机构的轮子1底端平齐或者略高于待爬阶梯面；

第二前进步骤：在移动机构的驱动下，使所述智能楼梯清扫机器人向待爬阶梯面靠拢，直到后部升降组件与待爬阶梯面之间的最小距离小于第二设定阈值，使得所述智能楼梯清扫机器人的重心位于待爬阶梯面的正上方；

后轮抬举步骤：在后部升降组件的升降电机5的驱动下，使后部升降组件中的齿条7上升，以通过升降支架21带动连接后部升降组件的移动机构上升，直到该移动机构的轮子1底端平齐或者略高于待爬阶梯面。

第三前进步骤：在连接前部升降组件的移动机构的驱动下，使所述智能楼梯清扫机器人前进，直到连接后部升降组件的移动机构的轮子1位于待爬阶梯面正上方。

根据本发明提供的一种上述的智能楼梯清扫机器人的控制系统，包括：

清扫模块：控制移动机构进行移动，使所述智能楼梯清扫机器人沿阶梯面的宽度方向移动以进行清扫；和/或

爬梯模块：控制升降机构进行升降，使升降平台高于阶梯面或者低于阶梯面。

优选地，所述爬梯模块包括：

初始化模块：通过控制实现：在升降电机5的驱动下，使升降平台沿平台升降导槽12下降，直到平台主支架17接触升降支架21；在移动机构的驱动下，使升降平台的前端正对待爬阶梯面；其中，将所述智能楼梯清扫机器人当前所在的阶梯面记为当前阶梯面；将当前阶梯面的上一个阶梯面记为待爬阶梯面；

平台抬举模块：通过控制实现：在前部升降组件、后部升降组件的升降电机5的共同驱动下，使升降平台沿平台升降导槽12上升，直到竖向支架20所安装的万向轮16底端高于待爬阶梯面；

第一前进模块：通过控制实现：在移动机构的驱动下，使所述智能楼梯清扫机器人向待爬阶梯面靠拢，直到前部升降组件与待爬阶梯面之间的最小距离小于第一设定阈值；在前部升降组件、后部升降组件的升降电机5的共同驱动下，使升降平台沿平台升降导槽12下降，直到竖向支架20所安装的万向轮16底端接触抵在待爬阶梯面上；

前轮抬举模块：通过控制实现：在前部升降组件的升降电机5的驱动下，使前部升降组件中的齿条7上升，以通过升降支架21带动连接前部升降组件的移动机构上升，直到该移动机构的轮子1底端平齐或者略高于待爬阶梯面；

第二前进模块：通过控制实现：在移动机构的驱动下，使所述智能楼梯清扫机器人向待爬阶梯面靠拢，直到后部升降组件与待爬阶梯面之间的最小距离小于第二设定阈值，使得所述智能楼梯清扫机器人的重心位于待爬阶梯面的正上方；

后轮抬举模块：通过控制实现：在后部升降组件的升降电机5的驱动下，使后部升降组件中的齿条7上升，以通过升降支架21带动连接后部升降组件的移动机构上升，直到该移动机构的轮子1底端平齐或者略高于待爬阶梯面。

第三前进模块：通过控制实现：在连接前部升降组件的移动机构的驱动下，使所述智能楼梯清扫机器人前进，直到连接后部升降组件的移动机构的轮子1位于待爬阶梯面正上方。

与现有技术相比，本发明结构合理，使用方便，在优选例中更具有如下的有益效果：

1、本发明能够以任意方向灵活移动，包括沿楼梯宽度方向和前后防线，并能够适用于转角楼梯。

2、本发明以可靠的方式实现了爬楼梯的功能，包括向上爬和向下爬这两种方向。

3、本发明通过距离传感器，能够感知环境，以调整爬楼梯的高度和前进移动的距离，能够适合于多种尺寸不同的楼梯。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的智能楼梯清扫机器人的整体立体结构示意图。

图2为本发明提供的智能楼梯清扫机器人的整体前视结构示意图。

图3为本发明提供的智能楼梯清扫机器人的整体底视结构示意图。

图4为本发明提供的智能楼梯清扫机器人中升降平台与升降机构的配合结构示意图。

图5为本发明提供的智能楼梯清扫机器人中清扫机构的等轴结构示意图。

图6为本发明提供的智能楼梯清扫机器人中清扫机构的底视结构示意图。

图7为本发明提供的智能楼梯清扫机器人中升降平台、升降机构、移动机构的配合结构示意图。

图8为本发明提供的智能楼梯清扫机器人中移动机构的结构示意图。

图中：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种智能楼梯清扫机器人，包括：移动机构、升降机构、升降平台、清扫机构；升降平台能够沿升降机构上下移动；清扫机构安装在升降平台上；升降机构的底部安装有移动机构。

在优选例中，智能楼梯清扫机器人可以使用电池作为电源，也可以通过有线方式供电。除清扫机构、移动机构之外，升降机构、升降平台等其余装置可装配在壳体中。

进一步地，所述升降平台包括：平台主支架17、平台辅助支架18、支脚安装支架19；平台主支架17紧固连接平台辅助支架18，且位于平台辅助支架18的上方；平台主支架17的前端沿水平方向延伸出支脚安装支架19；支脚安装支架19的前端向下延伸出竖向支架20；设置在竖向支架20底部的万向轮16底部与设置在平台辅助支架18底部的万向轮16底部相平齐；平台辅助支架18的两侧分别安装清扫机构；清扫机构的底部平齐于万向轮16底部或者略高于万向轮16底部。

在优选例中，平台主支架17采用安装板，安装板的下方紧固连接平台辅助支架18，安装板的上方紧固连接升降电机5，安装板上设置有通孔，以便齿条7、平台升降导槽12穿过通孔，并且通孔的形状与齿条7、平台升降导槽12匹配。尤其是支脚安装支架19与竖向支架20之间可拆卸连接。

进一步地，所述升降平台连接有两个升降机构，这两个升降机构分别记为前部升降组件、后部升降组件；前部升降组件位于支脚安装支架19与后补升降组件之间；所述升降机构，包括升降电机5、升降电机固定角铁6、齿条7、齿轮8、平台升降导槽12、平台升降导轮13、升降支架21；升降支架21位于平台主支架17下方；升降支架21上安装有沿上下方向分别贯穿平台主支架17的平台升降导槽12、齿条7；升降支架21的两侧分别安装有移动机构；升降电机5通过升降电机固定角铁6安装在平台主支架17上，且升降电机5的输出轴连接齿轮8；齿轮8与齿条7啮合；平台升降导轮13的轮轴安装在平台主支架17上，且平台升降导轮13的轮面与平台升降导槽12的槽面滚动配合。

在优选例中，在前部升降组件、后部升降组件之间，升降电机5同轴反向设置，且升降电机5的输出轴相背设置。每一个升降机构包括两根平台升降导槽12、一根齿条7，在宽度方向上，一根齿条7位于两根平台升降导槽12之间，尤其是两根平台升降导槽12的上端之间的间距大于或者略大于下端之间的间距，齿条7的顶端低于平台升降导槽12的顶端，平台升降导轮13高于齿轮7。

进一步地，所述前部升降组件、后部升降组件相互独立，能够分别相对于所述升降平台沿上下方向移动；所述智能楼梯清扫机器人的重心位于所述前部升降组件、后部升降组件之间，且靠近所述前部升降组件。

在优选例中，可以在升降平台上设置配重块，实现重心位置的设定。

进一步地，所述移动机构，包括：轮子1、舵机3、驱动电机4、舵机固定架2、驱动电机固定角铁14；舵机3通过舵机固定架2连接升降机构；舵机3的舵机舵盘15、驱动电机固定角铁14、驱动电机4、轮子1依次连接。

进一步地，所述清扫机构，包括：吸尘风扇9、扫尘刷电机10、扫尘刷11；升降平台、吸尘风扇9、扫尘刷电机10、扫尘刷11依次连接；所述升降平台和/或升降机构连接有距离传感器。

在优选例中，在宽度方向上，轮子1位于同侧清扫机构的扫尘刷11的内侧。每个清扫机构具有两个扫尘刷电机10，这两个扫尘刷电机10分别驱动两个扫尘刷11。在前后方向上这两个扫尘刷11之间的最大距离大于同侧两个轮子1之间的最大距离。尤其是宽度方向上同侧的轮子1与扫尘刷11相接触，且轮子1的底端略低于同侧轮子1的底端。距离传感器设置在平台主支架17上以及清扫机构的外侧。

根据本发明提供的一种上述的智能楼梯清扫机器人的控制方法，包括：

清扫步骤：控制移动机构进行移动，使所述智能楼梯清扫机器人沿阶梯面的宽度方向移动以进行清扫；和/或

爬梯步骤：控制升降机构进行升降，使升降平台高于阶梯面或者低于阶梯面。

进一步地，所述爬梯步骤包括：

初始化步骤：在升降电机5的驱动下，使升降平台沿平台升降导槽12下降，直到平台主支架17接触升降支架21；在移动机构的驱动下，使升降平台的前端正对待爬阶梯面；其中，将所述智能楼梯清扫机器人当前所在的阶梯面记为当前阶梯面；将当前阶梯面的上一个阶梯面记为待爬阶梯面；

平台抬举步骤：在前部升降组件、后部升降组件的升降电机5的共同驱动下，使升降平台沿平台升降导槽12上升，直到竖向支架20所安装的万向轮16底端高于待爬阶梯面；

第一前进步骤：在移动机构的驱动下，使所述智能楼梯清扫机器人向待爬阶梯面靠拢，直到前部升降组件与待爬阶梯面之间的最小距离小于第一设定阈值；在前部升降组件、后部升降组件的升降电机5的共同驱动下，使升降平台沿平台升降导槽12下降，直到竖向支架20所安装的万向轮16底端接触抵在待爬阶梯面上；

前轮抬举步骤：在前部升降组件的升降电机5的驱动下，使前部升降组件中的齿条7上升，以通过升降支架21带动连接前部升降组件的移动机构上升，直到该移动机构的轮子1底端平齐或者略高于待爬阶梯面；

第二前进步骤：在移动机构的驱动下，使所述智能楼梯清扫机器人向待爬阶梯面靠拢，直到后部升降组件与待爬阶梯面之间的最小距离小于第二设定阈值，使得所述智能楼梯清扫机器人的重心位于待爬阶梯面的正上方；

后轮抬举步骤：在后部升降组件的升降电机5的驱动下，使后部升降组件中的齿条7上升，以通过升降支架21带动连接后部升降组件的移动机构上升，直到该移动机构的轮子1底端平齐或者略高于待爬阶梯面。

第三前进步骤：在连接前部升降组件的移动机构的驱动下，使所述智能楼梯清扫机器人前进，直到连接后部升降组件的移动机构的轮子1位于待爬阶梯面正上方。

以上步骤逆顺序且方向反向执行则能够相应地实现向下爬楼梯。

根据本发明提供的一种上述的智能楼梯清扫机器人的控制系统，包括：

清扫模块：控制移动机构进行移动，使所述智能楼梯清扫机器人沿阶梯面的宽度方向移动以进行清扫；和/或

爬梯模块：控制升降机构进行升降，使升降平台高于阶梯面或者低于阶梯面。

进一步地，所述爬梯模块包括：

初始化模块：通过控制实现：在升降电机5的驱动下，使升降平台沿平台升降导槽12下降，直到平台主支架17接触升降支架21；在移动机构的驱动下，使升降平台的前端正对待爬阶梯面；其中，将所述智能楼梯清扫机器人当前所在的阶梯面记为当前阶梯面；将当前阶梯面的上一个阶梯面记为待爬阶梯面；

平台抬举模块：通过控制实现：在前部升降组件、后部升降组件的升降电机5的共同驱动下，使升降平台沿平台升降导槽12上升，直到竖向支架20所安装的万向轮16底端高于待爬阶梯面；

第一前进模块：通过控制实现：在移动机构的驱动下，使所述智能楼梯清扫机器人向待爬阶梯面靠拢，直到前部升降组件与待爬阶梯面之间的最小距离小于第一设定阈值；在前部升降组件、后部升降组件的升降电机5的共同驱动下，使升降平台沿平台升降导槽12下降，直到竖向支架20所安装的万向轮16底端接触抵在待爬阶梯面上；

前轮抬举模块：通过控制实现：在前部升降组件的升降电机5的驱动下，使前部升降组件中的齿条7上升，以通过升降支架21带动连接前部升降组件的移动机构上升，直到该移动机构的轮子1底端平齐或者略高于待爬阶梯面；

第二前进模块：通过控制实现：在移动机构的驱动下，使所述智能楼梯清扫机器人向待爬阶梯面靠拢，直到后部升降组件与待爬阶梯面之间的最小距离小于第二设定阈值，使得所述智能楼梯清扫机器人的重心位于待爬阶梯面的正上方；

后轮抬举模块：通过控制实现：在后部升降组件的升降电机5的驱动下，使后部升降组件中的齿条7上升，以通过升降支架21带动连接后部升降组件的移动机构上升，直到该移动机构的轮子1底端平齐或者略高于待爬阶梯面。

第三前进模块：通过控制实现：在连接前部升降组件的移动机构的驱动下，使所述智能楼梯清扫机器人前进，直到连接后部升降组件的移动机构的轮子1位于待爬阶梯面正上方。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。