樓梯清潔機(jī)器人在踏步上移動(dòng)時(shí)的防跌落及碰撞處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種樓梯清潔機(jī)器人在踏步上移動(dòng)時(shí)的防跌落及碰撞處理方法，機(jī)器人車身安裝測(cè)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(cè)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(shí)，接近傳感器用于判斷下方是否為空，防止機(jī)器人萬(wàn)向輪后輪從當(dāng)前臺(tái)階踏步上踏空，防止機(jī)器人跌落；測(cè)距傳感器保證機(jī)器人的一側(cè)與上一級(jí)臺(tái)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(guò)接觸板探測(cè)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(wèn)題，方法可靠通用性高。
【專利說(shuō)明】樓梯清潔機(jī)器人在踏步上移動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)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?cè)絹?lái)越往高處發(fā)展，各種高樓大廈、階梯教室、會(huì)議廳、體育場(chǎng)看臺(tái)等包括樓梯的建筑越來(lái)越常見(jiàn)，樓道清潔的工作明顯增加，這方面的市場(chǎng)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(kāi)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(lái)回移動(dòng)，由于樓梯踏步較窄，機(jī)器人在樓梯踏步上移動(dòng)時(shí)需要防止從踏步上跌落，也需要防止與上一級(jí)臺(tái)階的踢面磕碰，或者與兩端的欄桿、墻壁碰到時(shí)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(shí)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(shí)的基本問(wèn)題，這對(duì)于樓梯清潔機(jī)器人推向?qū)嵱没兄匾饬x與價(jià)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(dòng)的前端的兩側(cè)布置相位靈敏探測(cè)器PSD (Position Sensitive Detector),方向朝下，通過(guò)PSD來(lái)區(qū)分探測(cè)高度和樓梯高度，以此來(lái)識(shí)別樓梯。機(jī)器人的頂部和底部分別有四個(gè)球腳輪和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，當(dāng)機(jī)器人需要下樓時(shí)，“L”型腿彎曲收回，保證不接觸地面，機(jī)器人在該級(jí)樓梯踏步上完成清掃工作。但其并未給出在樓梯踏步上來(lái)回移動(dòng)進(jìn)行清掃時(shí)的常見(jiàn)問(wèn)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(guò)程中由于慣性原因，機(jī)器人有掉落樓梯的風(fēng)險(xiǎn)。
[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(lái)回移動(dòng)，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(dòng)作，與實(shí)際清潔要求差距較大，未有該機(jī)器人實(shí)際投入使用的報(bào)道。因此，前述在樓梯踏步上移動(dòng)時(shí)的常見(jiàn)問(wèn)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(dòng)時(shí)的跌落及碰撞問(wèn)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(dòng)時(shí)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(gè)車身下方的驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)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(gè)萬(wàn)向輪前輪和萬(wàn)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(cè)距傳感器及第三、第四測(cè)距傳感器，用于檢測(cè)機(jī)器人在踏步上行走時(shí)，車身一側(cè)與上一級(jí)臺(tái)階踢面之間的距離，使其在一個(gè)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(cè)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(cè)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(cè)其正前方是否有遮擋；對(duì)于樓梯踏步兩端無(wú)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(shí)，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(wàn)向輪后輪從當(dāng)前臺(tái)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(guò)接觸板探測(cè)機(jī)器人前方是否觸碰到障礙物，對(duì)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(zhǎng)，機(jī)器人長(zhǎng)為a，寬為b，機(jī)器人一側(cè)與上一臺(tái)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(dòng)時(shí)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(gè)車身下方的驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)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(gè)萬(wàn)向輪前輪和萬(wàn)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(cè)距傳感器及第三、第四測(cè)距傳感器，用于檢測(cè)機(jī)器人在踏步上行走時(shí)，車身一側(cè)與上一級(jí)臺(tái)階踢面之間的距離，使其在一個(gè)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(cè)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(cè)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(cè)其正前方是否有遮擋；對(duì)于樓梯踏步兩端無(wú)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(shí)，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(wàn)向輪后輪從當(dāng)前臺(tái)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(guò)接觸板探測(cè)機(jī)器人前方是否觸碰到障礙物，對(duì)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(dòng)時(shí)的防跌落及碰撞處理方法，其特征是:樓梯踏步寬度為L(zhǎng)，機(jī)器人長(zhǎng)為a，寬為b，機(jī)器人一側(cè)與上一臺(tái)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(diǎn)的距離為d,且d+c〈L ； 對(duì)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(shí)，X可小于c-b/2，當(dāng)機(jī)器人轉(zhuǎn)身時(shí)，若接觸板觸碰到上一級(jí)臺(tái)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(cè)到下方無(wú)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(duì)角線垂直臺(tái)階踢面的姿態(tài)逆時(shí)針或順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一點(diǎn)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(cè)到有遮擋，或接觸板觸碰到上一級(jí)臺(tái)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(dòng)時(shí)的防跌落及碰撞處理方法，其特征是:通過(guò)第一、第二測(cè)距傳感器或第三、第四測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)器人車身一側(cè)與踢面踏步的距離；若前方測(cè)距傳感器測(cè)得的距離小于后方測(cè)距傳感器測(cè)得的距離，則控制機(jī)器人向外轉(zhuǎn)向前行；若前方測(cè)距傳感器測(cè)得的距離大于后測(cè)距傳感器測(cè)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(dòng)至樓梯臺(tái)階踏步的一端時(shí)，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(cè)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(shí)轉(zhuǎn)彎、掉頭或后退； 對(duì)于兩端無(wú)防護(hù)措施的樓梯，機(jī)器人清掃移動(dòng)至樓梯臺(tái)階踏步的一端時(shí)，進(jìn)行防跌落處理，利用第一接近傳感器斜向下探測(cè)，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(shí)，傳感器探測(cè)方向上有遮擋，當(dāng)傳感器檢測(cè)到其前方無(wú)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(hào)】B60R16/02GK103950482SQ201410191706
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)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(guó), 胡金飛, 楊元, 徐丹 申請(qǐng)人:南通大學(xué)