楼梯清洁机器人在踏步上移动时的防跌落及碰撞处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种楼梯清洁机器人在踏步上移动时的防跌落及碰撞处理方法，机器人车身安装测距传感器、接近传感器和接触式传感器。前方的接近传感器斜向下探测其是否有遮挡及判断机器人行走的前方是否为空，防止机器人从踏步两端跌落；机器人在踏步上转身时，接近传感器用于判断下方是否为空，防止机器人万向轮后轮从当前台阶踏步上踏空，防止机器人跌落；测距传感器保证机器人的一侧与上一级台阶的踢面保持基本平行，相距在安全距离X附近；接触式传感器通过接触板探测机器人前方是否触碰到障碍物，用于判断机器人行走的前方是否碰到墙壁或防护栏，并做出正确处理。本发明可有效解决楼梯清洁机器人跌落及碰撞问题，方法可靠通用性高。
【专利说明】楼梯清洁机器人在踏步上移动时的防跌落及碰撞处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种楼梯清洁机器人在楼梯踏步上移动时的防跌落及碰撞处理方法。属于机器人与智能控制领域。
【背景技术】
[0002]当今世界人口激增，为了有效利用有限的地面空间，人们越来越往高处发展，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，这方面的市场需求应运而生。另一方面，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。为了清扫楼梯，要求机器人能在楼梯踏步上左右来回移动，由于楼梯踏步较窄，机器人在楼梯踏步上移动时需要防止从踏步上跌落，也需要防止与上一级台阶的踢面磕碰，或者与两端的栏杆、墙壁碰到时进行有效处理，如转身或后退等，目前相关研究的知识产权尚未成形，本发明有望填补此类空白，解决楼梯清洁机器人在踏步上行走时的基本问题，这对于楼梯清洁机器人推向实用化有着重要意义与价值。
[0003]日本的Takahisa Kakudou等学者推出了一种两侧带有“L”型腿的箱式楼梯清洁机器人，该机器人主要用于室内楼梯和地面，采用自上而下清扫方式，提高清洁效率。机器人平移运动的前端的两侧布置相位灵敏探测器PSD (Position Sensitive Detector),方向朝下，通过PSD来区分探测高度和楼梯高度，以此来识别楼梯。机器人的顶部和底部分别有四个球脚轮和两个驱动轮，当机器人需要下楼时，“L”型腿弯曲收回，保证不接触地面，机器人在该级楼梯踏步上完成清扫工作。但其并未给出在楼梯踏步上来回移动进行清扫时的常见问题(如何防止跌落，与墙壁、防护栏或障碍物的碰撞处理，如何在楼梯踏步上转弯等等)的解决方法。另外该机器人在翻转过程中由于惯性原因，机器人有掉落楼梯的风险。
[0004]还有一种当前较流行的八轮脚结构楼道清洁机器人，其上下楼平稳，可适应不同高度的楼梯，但由于体积较庞大，不方便在楼梯踏步上来回移动，造成该机器人只能完成限定条件下的爬楼与小范围清扫动作，与实际清洁要求差距较大，未有该机器人实际投入使用的报道。因此，前述在楼梯踏步上移动时的常见问题未能得以解决。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种可有效解决楼梯清洁机器人在踏步上移动时的跌落及碰撞问题的方法。
[0006]本发明的技术解决方案是:
[0007]—种楼梯清洁机器人在踏步上移动时的防跌落及碰撞处理方法，其特征是:所述机器人包括:两个车身下方的驱动轮，驱动机器人前进、后退和转弯；机器人车身下方前后端分别有一个万向轮前轮和万向轮后轮，一方面起到支撑机器人作用，另一方面方便机器人转弯；有用于控制机器人的单片机，机器人车身两侧分别安装第一、第二测距传感器及第三、第四测距传感器，用于检测机器人在踏步上行走时，车身一侧与上一级台阶踢面之间的距离，使其在一个安全范围内，保证机器人不跌落不碰撞；机器人车身前端上方安装斜向下探测的第一接近传感器和前端安装第一、第二接触式传感器，机器人车身后端下方安装向下探测的第二、第三接近传感器；
[0008]第一接近传感器在一定范围内，探测其正前方是否有遮挡；对于楼梯踏步两端无防护栏或墙壁的，第一接近传感器用于判断机器人行走的前方是否为空，防止机器人从踏步两端跌落；当机器人在踏步上转身，以及准备下楼时，第二、第三接近传感器用于判断下方是否为空，防止机器人万向轮后轮从当前台阶踏步上踏空，防止机器人跌落；第一、第二接触式传感器通过接触板探测机器人前方是否触碰到障碍物，对于楼梯两端有防护栏或墙壁的，用于判断机器人行走的前方是否碰到墙壁或防护栏。
[0009]楼梯踏步 宽度为L，机器人长为a，宽为b，机器人一侧与上一台阶的踢面的距离为X，c-b/2〈X〈L-b，其中
【权利要求】
1.一种楼梯清洁机器人在踏步上移动时的防跌落及碰撞处理方法，其特征是:所述机器人包括:两个车身下方的驱动轮，驱动机器人前进、后退和转弯；机器人车身下方前后端分别有一个万向轮前轮和万向轮后轮，一方面起到支撑机器人作用，另一方面方便机器人转弯；有用于控制机器人的单片机，机器人车身两侧分别安装第一、第二测距传感器及第三、第四测距传感器，用于检测机器人在踏步上行走时，车身一侧与上一级台阶踢面之间的距离，使其在一个安全范围内，保证机器人不跌落不碰撞；机器人车身前端上方安装斜向下探测的第一接近传感器和前端安装第一、第二接触式传感器，机器人车身后端下方安装向下探测的第二、第三接近传感器； 第一接近传感器在一定范围内，探测其正前方是否有遮挡；对于楼梯踏步两端无防护栏或墙壁的，第一接近传感器用于判断机器人行走的前方是否为空，防止机器人从踏步两端跌落；当机器人在踏步上转身，以及准备下楼时，第二、第三接近传感器用于判断下方是否为空，防止机器人万向轮后轮从当前台阶踏步上踏空，防止机器人跌落；第一、第二接触式传感器通过接触板探测机器人前方是否触碰到障碍物，对于楼梯两端有防护栏或墙壁的，用于判断机器人行走的前方是否碰到墙壁或防护栏。
2.根据权利要求1所述的楼梯清洁机器人在踏步上移动时的防跌落及碰撞处理方法，其特征是:楼梯踏步宽度为L，机器人长为a，宽为b，机器人一侧与上一台阶的踢面的距离为X, c-b/2〈X〈L_b,其中c = ^j(j)2 + (j)2 ;机器人后轮与中心点的距离为d,且d+c〈L ； 对于踏步宽度L较窄的楼梯或制作的机器人宽度b较大，使得X不能满足c-b/2〈X〈L-b的情况，在机器人不转身时，X可小于c-b/2，当机器人转身时，若接触板触碰到上一级台阶踢面，则将机器人原地转身的控制切换为原方向的转向与后退相结合；利用机器人车身后方的第二、第三接近传感器，若第二、第三接近传感器均探测到下方无遮挡，机器人立即停止后退，由于此刻机器人已从机器人机身对角线垂直台阶踢面的姿态逆时针或顺时针转过一点角度，机器人稍向前方前进，直至第三接近传感器或第二接近传感器探测到有遮挡，或接触板触碰到上一级台阶踢面，再使机器人转身。
3.根据权利要求1或2所述的楼梯清洁机器人在踏步上移动时的防跌落及碰撞处理方法，其特征是:通过第一、第二测距传感器或第三、第四测距传感器实时测量机器人车身一侧与踢面踏步的距离；若前方测距传感器测得的距离小于后方测距传感器测得的距离，则控制机器人向外转向前行；若前方测距传感器测得的距离大于后测距传感器测得的距离，则控制机器人向内转向前行； 机器人清扫移动至楼梯台阶踏步的一端时，楼梯两端如有护栏或墙，由机器人前端的第一、第二接触传感器检测是否碰到踏步两端的护栏或者墙壁，控制机器人碰到护栏或者墙壁时转弯、掉头或后退； 对于两端无防护措施的楼梯，机器人清扫移动至楼梯台阶踏步的一端时，进行防跌落处理，利用第一接近传感器斜向下探测，斜向与水平方向的夹角Θ范围是:30° <θ<60° ；在机器人未接近踏步一端时，传感器探测方向上有遮挡，当传感器检测到其前方无遮挡，表示机器人已接近踏步一端的边缘，机器人行走的前方为空，机器人转身掉头、后退或准备爬楼，防止机器人从踏步两端跌落。
【文档编号】B60R16/02GK103950482SQ201410191706
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】张磊, 马永林, 姚兴田, 王汉成, 帅立国, 胡金飞, 杨元, 徐丹 申请人:南通大学