一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法
【专利摘要】本发明公开了一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法，机器人包括：机身、对称分布在机身两侧的包括支撑腿与转臂的平动旋转腿机构、测距和接近传感器。上下楼方法中：上楼时，由支撑腿通过转臂撑起机身，平动旋转至上一级台阶，继续旋转转臂至支撑腿收回在机身两侧；下楼时，由机身通过旋转转臂带动支撑腿平动旋转至下一级台阶，将机身从当前台阶撑起，继续旋转转臂至机身回落在下一级台阶，且支撑腿收回在机身两侧。利用测距和接近传感器避免机器人出现踏空和碰撞情况，确保运行可靠。本发明的机器人及上下楼方法具有上下楼动作简洁高效，结构紧凑，便于在楼梯踏步面上来回清理，也兼顾了平地清扫功能，扩展了其应用范围。
【专利说明】一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法，尤其涉及一种结构简单紧凑、移动可靠合理的平动旋转腿上下楼机器人及其上下楼方法，属于机器人领域。
【背景技术】
[0002]各种高楼大厦、阶梯教室、会议厅、体育场看台等包括楼梯的建筑越来越常见，楼道清洁的工作明显增加，然已走进人们日常生活的清洁机器人绝大多数是室内平地清洁机器人，因此有必要研究开发楼梯清洁机器人。先后提出了各种各样的爬楼方法，主要包括:轮式、履带式、腿式、翻滚式。其中履带式与翻滚式结构复杂，难以在楼梯上完成清扫任务，只是纯粹的爬楼，实用性有限。轮式爬楼机器人较多采用行星轮或其它复合轮式，结构庞大复杂，也很少兼顾楼梯清扫功能，实用性大打折扣。腿式爬楼机器人较多采用仿人行走式，机构复杂，成本高，不利于向市场推广。
[0003]此外有的采用一种当前较流行的八轮脚结构设计楼道清洁机器人，上下楼平稳，可对楼梯进行有限清扫；山东德州学院提出一种楼道清洁机器人利用平行四边形形变的特点实现上下楼梯功能。基于这些新型爬楼方法的楼道清洁机器人虽然体积相对履带式等结构有所减小，但仍然存在体积与占地面积较大的问题，造成机器人不方便在楼梯踏步上灵活转弯与来回行走进行清扫，也难以做到像当前室内清洁机器人可工作于低矮、狭窄的空间。
[0004]如中国专利CN200910028019.6带有导臂的履带式移动机器人的攀爬楼梯控制方法，带有导臂的履带式移动机器人的楼梯攀爬方法，其特征在于:步骤1:机器人驶近楼梯，导臂向下旋转，在与楼梯踏步接触后机器人被抬起，并向前攀爬楼梯，当机器人上的超声、红外测距传感器测得机器人与前方物体距离大于楼梯踏步的宽度时，认为机器人已攀爬至楼梯顶部，停止攀爬。步骤2:导臂向下旋转，直到导臂前端与地面接触，当导臂的旋转轴上产生转矩M大于设定值时，导臂停止转动，机器人继续向上攀爬，导臂随机器人的攀爬而与地面脱离，转矩M消失，机器人停止攀爬。步骤3:重复步骤2，二维姿态传感器测得的车体与水平面夹角Φ随机器人攀爬而减小，机器人继续攀爬至所述夹角Φ不再减小时，停止攀爬，导臂向后旋转，与车体的夹角为45度时停止转动。上述方法的机器人，由于采用履带式结构，对于救援中的快速爬楼有效，但庞大的体积对于楼梯清扫并不适合，具体表现为:1，机器人无法完成在楼梯台阶踏步面上的来回清扫任务，造成实用性能有限，仅仅只能爬楼；2，机器人的辅助相关打扫楼梯、抓取物品等操作使得机构庞大，不能工作于狭小的空间，适用性范围减小；3该机器人体积庞大，造成成本高，不利于向市场推广。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的问题是提供一种平动旋转腿楼梯清洁机器人及上下楼方法，具有结构紧凑、上下楼简洁高效，便于完成楼梯清扫的特点。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的技术方案为:一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人，其创新点在于包括:平行于楼梯踏步平面的机身、对称分布在机身两侧的平动旋转腿结构、并排设置于机身前方水平向前感测的两测距传感器、并排设置于机身后方垂直向下检测的两接近传感器，所述平动旋转腿结构包括初始位置时水平设置的支撑腿、与所述支撑腿铰连的转臂、分别位于该转臂长度方向上转臂两端的第一链轮和第二链轮、连接所述第一链轮和所述第二链轮的链条，所述第二链轮位于所述转臂与所述支撑腿铰接处，且所述第二链轮固连在所述支撑腿上，所述第一链轮栓接于与所述机身固连的轴承座上，所述转臂与机身上设置的转臂驱动电机直连；所述机身下方上设置有楼梯清扫装置。
[0007]优选地，所述机身下方设置有对称于机身左右中间线的起辅助机身前进的两行进轮，所述两行进轮与行进驱动电机相连；机身下方靠近所述测距传感器位置处设置有辅助支撑的万向轮a ;机身下方靠近所述接近传感器位置处设置有辅助平衡的万向轮b。
[0008]优选地，所述机身上两行进轮与所述万向轮a间设置有接近传感器a。
[0009]优选地，所述第一链轮的分度圆半径rl和齿数zl等于第二链轮的分度圆半径r2和齿数z2，运动过程中所述支撑腿与所述转臂间的夹角Θ i始终等于所述转臂与所述机身间的夹角θ2。
[0010]一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人的上下楼方法，应用于一种平动旋转腿上下楼机器人中，包括以下步骤:
[0011]步骤一，上楼过程中，初始状态时保证机身与支撑腿一并回落到台阶踏步面上，利用两测距传感器分别检测与上一级台阶踢面的距离Xl和Χ2，控制行进驱动电机带动两行进轮差动前进，使得Xl等于Χ2，接着控制转臂驱动电机带动转臂向上一级台阶踏步面的方向旋转，使得机身下方的万向轮a落于上一级台阶上，此时接近传感器a检测到近处有遮挡，暂停转臂旋转，接着控制机身下方的两行进轮前进，直至利用两接近传感器检测受到上一级台阶踏步面的遮挡，确保机身下方的万向轮b处于上一级台阶踏步面上；
[0012]步骤二，转臂驱动电机继续驱动转臂旋转，获得机身、转臂和支撑腿处于同一水平位置的瞬间状态，保证楼梯清洁机器人的重心位于万向轮b与行进轮之间，接着继续驱动转臂旋转，直至支撑腿与转臂回落到机身所在的上一级台阶踏步面上，完成一个周期的楼梯爬楼，如此往复即可完成楼道的爬楼并辅以楼梯清洁；
[0013]步骤三，下楼过程中，初始状态时保证机身与支撑腿一并回落到踏步平面上，控制行进驱动电机带动两行进轮差动前进，使得两接近传感器靠近机身所在台阶踏步面和机身所在台阶的踢面交汇的边缘，两测距传感器位于机身所在台阶踏步面上方，此时保证机身接近传感器在前，测距传感器在后的方式，使机器人向下一级台阶踏步面进发，若两接近传感器检测到近处无遮挡，则行进轮停止前进，接着控制转臂驱动电机带动转臂向下一级台阶踏步面方向旋转；
[0014]步骤四，继续驱动转臂旋转，获得机身、转臂和支撑腿处于同一水平位置的瞬间状态，保证下楼机器人的重心位于万向轮b与行进轮之间，接着继续驱动转臂旋转，使得支撑腿回落到下一级台阶踏步面上，此时控制转臂驱动电机继续驱动转臂旋转，使得机身离开机身所在台阶踏步面，直至机身、转臂、支撑腿均回落到下一级台阶踏步面上。
[0015]优选地，所述步骤一中，Xl和X2的取值范围在0.3倍的机身长与0.5倍的机身长间。
[0016]本发明的优点在于:通过采用机身上的转臂驱动电机带动转臂，利用转臂带动撑地的支撑腿转动，由于同步链轮的存在，运动过程中机身始终保持水平状态，支撑腿绕着机身做整周的平动旋转。机身下方的万向轮行进过程中可实现上楼路线的调整，也可起到平衡支点的作用；通过测距传感器和接近传感器确保机器人不存在踏空的情况，便于机器人在准备上下楼时调整机身姿态，使机器人正对楼梯，实现高效可靠的爬楼。采用上述紧凑的结构设计，确保运行灵活。
[0017]本发明的机器人及其上下楼方法，可使清扫装置类似平地清洁机器人布置于机身下方，带来结构紧凑，便于楼梯踏步面及边角的清理，也兼顾了平地清扫功能，大大扩展了其应用范围，有利于向市场推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细的说明。
[0019]图1是本发明一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法中机器人的结构不意的主视图。
[0020]图2是本发明一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法中机器人的结构不意的左视图。
[0021]图3是本发明一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法中机器人的结构不意的俯视图。
[0022]图4是本发明一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法中机器人机身和支撑腿始终保持平行的结构示意图。
[0023]图5是本发明一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法中机器人支撑腿相对于机身做整周平动旋转运动的结构示意图。
[0024]图6是本发明一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法中机器人机身撑起而不随重力不倒下的力平衡原理图。
[0025]图7是本发明一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法中机器人动力扭矩使机身不下转的平衡原理图。
[0026]图8是本发明一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法中机器人爬楼过程中支撑腿与上一级台阶面距离过大、正常和过小时的示意图。
[0027]图9是本发明一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法中机器人上楼或下楼瞬间的俯视结构示意图。
[0028]图10是本发明一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法中机器人上楼或下楼瞬间的左视结构示意图
[0029]图11是本发明一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法中机器人上楼支撑腿收起离开地面瞬间的结构示意图。
[0030]图12是本发明一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法中机器人的支撑腿旋转运动处于最远离机身时的结构示意图。
[0031]图13是本发明一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法中机器人上下楼梯的动作示意图。
[0032]图中:1-机身、2-测距传感器、3-接近传感器、4-支撑腿、5-转臂、6_第一链轮、
7-第二链轮、8-链条、9-转臂驱动电机、10-行进轮、11 -万向轮a、12-万向轮b、13-楼梯清扫装置、15-接近传感器a、16-行进驱动电机。
【具体实施方式】
[0033]本发明的一种平动旋转腿上下楼机器人包括机身1、平动旋转腿结构、安装于机身前方的测距传感器2、安装于机身后方的接近传感器3，如图1、图2和图3所示。上述的测距传感器2对称于机身1左右中间线各分布有一个，上述3对称于机身1左右中间线各分布有一个。为了实现爬楼过程的楼道清洗，机身1下方上设置有楼梯清扫装置13。上述的平动旋转腿结构包括初始位置时水平设置的支撑腿4、与支撑腿4铰连的转臂5、分别位于该转臂长度方向上转臂两端的第一链轮6和第二链轮7、连接第一链轮6和第二链轮7的链条8，第二链轮7位于转臂5与支撑腿4铰接处，且所述第二链轮7固连在支撑腿4上，第一链轮6栓接于与机身1固连的轴承座上，转臂5与机身上设置的转臂驱动电机9直接相连。机身1下方上设置有楼梯清扫装置13，如图1所示。
[0034]为了保证支撑腿4可相对于机身1进行整周旋转，如图3所示，平动旋转腿结构对称分布在机身两侧。另外机身1下方还设置有对称于机身1左右中间线的起辅助机身前进的两行进轮10，且两行进轮10与行进驱动电机16相连。为了实现机器人行进的运动平稳性，机身1上设置有供机身1上楼过程中着落在上一级台阶的瞬间起辅助支撑作用的万向轮all，万向轮all位于机身1下方前侧靠近距离检测传感器2位置处；机身1上还设置有供机身上楼或下楼过程中支撑腿4、转臂5和机身1处于同一水平线时起辅助平衡作用的万向轮bl2，万向轮bl2位于机身1下方后侧靠近接近传感器3。
[0035]上楼过程中为了判断前轮有无搁在上一级台阶面上继而完成后续的转臂旋转动作，或者判断转臂是否回落到当前台阶踏步面时，即收回在机身两侧，在机身上两行进轮10与万向轮all之间设置有接近传感器al5，通过接近传感器al5检测近处有无遮挡加以实现。
[0036]为了保证支撑腿4相对机身1平动旋转，第一链轮6的分度圆半径rl和齿数zl等于第二链轮7的分度圆半径r2和齿数z2，确保运动过程中支撑腿4与转臂5间的夹角Θ !始终等于转臂5与机身1间的夹角Θ 2。如图4所示，图中ABCD为机器人的机身，0102为转臂，H1JK为支撑腿。机身1可绕转臂5的01旋转；支撑腿4与安装在02处的第二链轮7固连，使得支撑腿4可绕转臂5的02旋转；第一链轮6与第二链轮7通过链条8传递动力与运动。具体动作如下，视转臂为静止，当转臂驱动电机9带动机身1转过Q1，机身1转到虚线所示的位置，此时第一链轮6通过链条8带动第二链轮7以及支撑腿4转过θ2，支撑腿4转到虚线位置，此时由于第一链轮6与第二链轮7相同分度圆半径与齿数，从而保证9工始终等于θ2，因此，可使支撑腿4相对于机身1的运动始终是平行的。实际的上下楼动作时，是机身1不动，而转动转臂5,即第一链轮6并未旋转,旋转的是转臂5,但这并不改变第一链轮6与转臂5的相对转动关系，因此上述原理在转臂5旋转时，仍然得以实现，即9工始终等于θ2，支撑腿4与机身1保持平行关系。
[0037]如图5所示，支撑腿4相对于机身1从al至a2，至a3，……，由于支撑腿4并未发生相对于自身的转动，在运动学上称为“平动”，但支撑腿4相对于机身1的运动轨迹却是旋转，形成一个圆，如图中的点划线圆轨迹，因此在上下楼的过程中，支撑腿相对机身做“平动旋转”。支撑腿4可相对机身1的01点作顺时针旋转,也可作逆时针旋转。为了完成完整的上楼或下楼，支撑腿需要进行整周旋转。
[0038]如图6所示，在机身I被撑起与转臂5成α角时，机身I与转臂5不会绕O2点倒下。因为如果倒下，必须打破这个平行的约束，而从图4可知机身I与支撑腿4在链轮的约束下，只能保持平行，故机身I将在空中保持与支撑腿4平行。力的平衡解释为:将机身ABCD、链轮1、与转臂看成一个整体，即图6的实线所画部分。这部分在机身与转臂的合成重力Gl作用下有倒下的趋势，如果没有约束，将立即倒下。但在第一链轮6与第二链轮7之间由链条8约束，由于第二链轮7固连在楼梯踏步面的支撑腿4上，第二链轮7不发生旋转，可提供拉紧力F1，与重力Gl相平衡，使机身I不倒下，此刻链条的ef段受拉紧力，e’f’松弛。
[0039]结合图6和图7，在拉力Fl以及机身重力的作用下将使机身I有向转臂5转动而下转的趋势。在本发明的动作实现中，为了使机身I撑起，需要给转臂5施加扭力，使转臂5相对机身转动。为便于分析，将转臂5视为静止，以图7中实线所画的机身I与第一链轮6为受力分析对象，相当于给机身I施加图5所示的逆时针扭矩Ts。该扭矩需克服机身I重力G2以及拉力Fl产生的力矩，拉力Fl也因重力引起，所以扭矩TS最终相当于要克服总重力。事实上，如果不产生源动力Ts，使机身撑起，就不会产生F1。机身撑起后，若撤掉TsJlJ机身会立即降下来，降下来的过程中仍然保持与支撑腿平行。因此该方法的上下楼过程中源动力Ts必须始终存在，其由转臂驱动电机9通电驱动转臂时产生。在断电时，若转臂驱动电机9到转臂5的传动部分不能自锁，机身也会下来，但因TS并非为0，所以机身将逐渐下来。若能自锁，或者扭矩Ts足够，机身将在断电时保持在如图6的空中姿态。
[0040]如图8a I所示，在上楼过程中，若支撑腿4前端与上一级楼梯踢面的距离X太大，则在机身I撑起后，在转臂5接近竖直时，会有向前倾倒，万向轮all不着落在上一级台阶踏步面的危险，造成上楼不成功。因此，距离X必须限制最大值，保证如图8b的情况，使机身的万向轮all能着落在上一级台阶的踏步面上。如图Sc所示，若支撑腿4前端与上一级楼梯踢面的距离X太短，则在机身I刚开始撑起后，机身前端会有与上一级楼梯踢面相磕碰的可能，该情况虽不致使上楼不成功，但在发生磕碰后，由于转臂的继续旋转，使磕碰力加大，造成机身前端磨损，或者支撑腿4与楼梯踏步面产生滑动摩损，应尽量避免。
[0041]对支撑腿4前端与上一级楼梯踢面的距离X的要求，应满足Xmin < X < Xmax，其中Xmx与Xmin由机器人具体设计的尺寸决定。关于Xmax,由于支撑腿设计得轻，相对机身重量小，所以主要考虑机身重量G2。当X大于机身长度L的一半后，G2已处于支撑腿的支点外侦牝开始有前倾的可能。如果把支撑腿与转臂重量考虑进来，X值显然可以放得更大，考虑一定裕度，取Xmax = 0.5L。关于XMIN，如图6所示，机身前端旋转半径La实际就是转臂长度，
根据该图示意的几何关系.Xmin=La-√L2a-H2，其中H为标准楼梯踢面高度。设计时取
La >3.2H (在满足此前提下，La应该尽量小，以减小机器人尺寸)，可保证机身撑起后高于上
一级楼梯踏步面，所以Xmin ^=0.255La。一般La略小于机身长度L，为了一定裕度，可取Xmin=0.3L。所以最终选择X的范围在0.3L < X < 0.5L间。机身长度通常是不变的，但不同楼梯高度有一定差别，在标准高度下，该X的范围安全，可保证上下楼。若楼梯踢面偏高，可能会发生磕碰，但仍能上楼。
[0042]如图9、图10所示，该机器人准备上下楼时，初始状态时保证机身与支撑腿一并回落到台阶踏步面上，机器人必须先调整姿态，使得机器人机身正对楼梯台阶踏步踢面。准备上楼时，利用两测距传感器2分别检测与上一级台阶踢面的距离Xl和X2，控制行进驱动电机16带动两行进轮10差动前进，调整使得Xl等于X2。准备下楼时，使得机器人机身正对楼梯台阶踏步边缘，即两接近传感器靠近机身所在台阶踏步面和机身所在台阶的踢面交汇的边缘，两测距传感器位于机身所在台阶踏步面上方，即保证机身接近传感器在前，测距传感器在后的方式，使机器人向下一级台阶踏步面进发，利用两接近传感器3检测到近处无遮挡，控制行进轮暂时停止前进，即可准备进行转臂旋转的动作。
[0043]上楼或下楼途中都必须保证后轮不能从当前踏步上跌落。机器人准备下楼时，利用接近传感器3向下感测控制，同时可控制机器人调整姿态，正对踏步边缘。具体是:控制行进驱动电机16带动两行进轮10差动前进，使左右两个接近传感器3向下感测从有遮挡到无遮挡，说明万向轮bl2已接近踏步边缘，并且正对踏步边缘，如图9与图10，机器人停止前进。然后开始旋转转臂5，直至支撑腿4撑在下一级台阶上。机器人在上楼动作开始时，转臂5旋转使机身I刚着落在上一级台阶的一刻，需控制转臂I旋转暂停，使支撑腿4暂不离开当前楼梯踏步面，由图11中的接近传感器al5发现机身I下部离台阶踏步面足够近时给控制器信号，控制实现转臂5暂停。当机身I着落在上一级台阶时，若万向轮bl2未着落到上一级台阶踏步面，可不断驱动主动轮10使机器人往前拖行，直到传感器3检测到有遮挡，表明万向轮bl2已着落在上一级台阶踏步面，可再旋转支撑腿4，使支撑腿4抬起离开当前楼梯踏步面。
[0044]具体的该清洁机器人上下楼动作包含下列步骤:如图13a?图13e所示，
[0045]步骤一，上楼过程中，初始状态时保证机身I与支撑腿4 一并回落到台阶踏步面上，保证机身测距传感器在前，接近传感器在后的方式，使机器人准备向上一级台阶踏步面进发，利用两测距传感器2分别向前检测与上一级台阶踢面的距离Xl和X2，控制行进驱动电机16带动两行进轮10差动前进，使得Xl等于X2，接着控制转臂驱动电机9带动转臂5向上一级台阶踏步面的方向旋转，使得机身I下方的万向轮alO落于上一级台阶上，此时接近传感器al5检测到近处有遮挡，暂停转臂5旋转，接着控制机身I下方的两行进轮10前进，直至利用两接近传感器3检测受到上一级台阶踏步面的遮挡，确保机身下方的万向轮bl2处于上一级台阶踏步面上。
[0046]步骤二，继续驱动转臂5旋转，获得机身1、转臂5和支撑腿4处于同一水平位置的瞬间状态，设计的机器人进行适当配重，保证机器人的重心位于万向轮bl2与万向轮all之间，如图12，可保证机器人不会往后倾翻；接着继续驱动第一链轮6旋转，直至支撑腿4与转臂5回落到机身I所在的上一级台阶踏步面上，完成一个周期的楼梯爬楼，如此往复即可完成楼道的爬楼并辅以楼梯清洁。
[0047]步骤三，下楼过程中，初始状态时保证机身I与支撑腿4 一并回落到踏步平面上，使得机器人机身正对楼梯台阶踏步边缘，即两接近传感器靠近机身所在台阶踏步面和机身所在台阶的踢面交汇的边缘，两测距传感器位于机身所在台阶踏步面上方，此时保证机身接近传感器在前，测距传感器在后的方式，使机器人向下一级台阶踏步面进发，利用两接近传感器3检测到近处无遮挡，行进轮停止前进，接着控制转臂驱动电机9带动转臂向下一级台阶踏步面方向旋转。
[0048]步骤四，继续驱动第一链轮6旋转，获得机身1、转臂5和支撑腿4处于同一水平位置的瞬间状态，设计的机器人进行适当配重，保证机器人的重心位于万向轮bl2与万向轮all之间，如图12，可保证机器人不会往后倾翻。接着继续驱动转臂5旋转，使得支撑腿4回落到下一级台阶踏步面上，此时，控制转臂驱动电机继续旋转使得机身I离开机身所在台阶踏步面，直至机身1、转臂5、支撑腿4均回落到下一级台阶踏步面上。
[0049]对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人，其特征在于包括:平行于楼梯踏步平面的机身、对称分布在机身两侧的平动旋转腿结构、并排设置于机身前方水平向前感测的两测距传感器、并排设置于机身后方垂直向下检测的两接近传感器，所述平动旋转腿结构包括初始位置时水平设置的支撑腿、与所述支撑腿铰连的转臂、分别位于该转臂长度方向上转臂两端的第一链轮和第二链轮、连接所述第一链轮和所述第二链轮的链条，所述第二链轮位于所述转臂与所述支撑腿铰接处，且所述第二链轮固连在所述支撑腿上，所述第一链轮栓接于与所述机身固连的轴承座上，所述转臂与机身上设置的转臂驱动电机直连；所述机身下方上设置有楼梯清扫装置。
2.如权利要求1所述的一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人，其特征在于:所述机身下方设置有对称于机身左右中间线的起辅助机身前进的两行进轮，所述两行进轮与行进驱动电机相连；机身下方靠近所述测距传感器位置处设置有辅助支撑的万向轮a ;机身下方靠近所述接近传感器位置处设置有辅助平衡的万向轮b。
3.如权利要求1和2所述的一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人，其特征在于:所述机身上两行进轮与所述万向轮a间设置有接近传感器a。
4.如权利要求1所述的一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人，其特征在于:所述第一链轮的分度圆半径rl和齿数zl等于第二链轮的分度圆半径r2和齿数z2，运动过程中所述支撑腿与所述转臂间的夹角Q1始终等于所述转臂与所述机身间的夹角θ2。
5.一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人的上下楼方法，应用权利要求1和2所述的一种平动旋转腿上下楼机器人，其特征在于包括以下步骤: 步骤一，上楼过程中，初始状态时保证机身与支撑腿一并回落到台阶踏步面上，利用两测距传感器分别检测与上一级台阶踢面的距离Xl和Χ2，控制行进驱动电机带动两行进轮差动前进，使得Xl等于Χ2，接着控制转臂驱动电机带动转臂向上一级台阶踏步面的方向旋转，使得机身下方的万向轮a落于上一级台阶上，此时接近传感器a检测到近处有遮挡，暂停转臂旋转，接着控制机身下方的两行进轮前进，直至利用两接近传感器检测受到上一级台阶踏步面的遮挡，确保机身下方的万向轮b处于上一级台阶踏步面上； 步骤二，转臂驱动电机继续驱动转臂旋转，获得机身、转臂和支撑腿处于同一水平位置的瞬间状态，保证楼梯清洁机器人的重心位于万向轮b与行进轮之间，接着继续驱动转臂旋转，直至支撑腿与转臂回落到机身所在的上一级台阶踏步面上，完成一个周期的楼梯爬楼，如此往复即可完成楼道的爬楼并辅以楼梯清洁； 步骤三，下楼过程中，初始状态时保证机身与支撑腿一并回落到踏步平面上，控制行进驱动电机带动两行进轮差动前进，使得两接近传感器靠近机身所在台阶踏步面和机身所在台阶的踢面交汇的边缘，两测距传感器位于机身所在台阶踏步面上方，此时保证机身接近传感器在前，测距传感器在后的方式，使机器人向下一级台阶踏步面进发，若两接近传感器检测到近处无遮挡，则行进轮停止前进，接着控制转臂驱动电机带动转臂向下一级台阶踏步面方向旋转； 步骤四，继续驱动转臂旋转，获得机身、转臂和支撑腿处于同一水平位置的瞬间状态，保证下楼机器人的重心位于万向轮b与行进轮之间，接着继续驱动转臂旋转，使得支撑腿回落到下一级台阶踏步面上，此时控制转臂驱动电机继续驱动转臂旋转，使得机身离开机身所在台阶踏步面，直至机身、转臂、支撑腿均回落到下一级台阶踏步面上。
6 .如权利要求5所述的一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人的上下楼方法，其特征在于:所述步骤一中，Xl和X2的取值范围在0.3倍的机身长与0.5倍的机身长间。
【文档编号】B62D57/024GK103895728SQ201410146501
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】张磊, 王汉成, 胡金飞, 孙小刚, 凌俊, 曹鑫, 杨元 申请人:南通大学