感器2固定在機(jī)器人的前方中部，距離地面高度100_，與傳感 器1組合判斷樓梯，可判斷的樓梯踢面高度范圍IOOmm以上。對于樓梯踢面高度過矮小于 IOOmm的，可下調(diào)傳感器2使之與需判別樓梯的高度相當(dāng)。
[0045] 關(guān)于上樓過程：
[0046] 升降伸縮式樓道清潔機(jī)器人采用升降與伸縮的組合方式上下樓，如圖7所示，機(jī) 器人在判斷樓梯后，升降機(jī)構(gòu)先將機(jī)器人車身升起，直到上升到樓梯踏步踢面的高度；伸縮 機(jī)構(gòu)將機(jī)器人車身伸出并將車身送到上一級臺階踏步面上；而升降機(jī)構(gòu)將機(jī)器人支撐架收 回；支撐架收回后伸縮機(jī)構(gòu)將支撐架收回到機(jī)器人車身兩側(cè)。至此，機(jī)器人完成上樓動作。
[0047] 在上樓的過程中，升降機(jī)構(gòu)使機(jī)器人車身上升，如果沒有上升到使機(jī)器人車身底 輪高于上一級臺階的高度，是不能進(jìn)行下一步的伸出運(yùn)動的。因此，需要傳感器判斷是否達(dá) 到了有關(guān)高度。當(dāng)伸縮機(jī)構(gòu)將機(jī)器人車身送到踏步上，若車身伸出不足，導(dǎo)致機(jī)器人后輪未 落到上一級臺階踏步面上，升降機(jī)構(gòu)是不能將支撐架收起的。因?yàn)榇丝讨匦囊押芸拷鼨C(jī)器 人后方，若沒有機(jī)器人后輪的支撐，而收起支撐架將導(dǎo)致機(jī)器人向后傾翻。因此，伸縮機(jī)構(gòu) 是否伸出到位也需要傳感器來判斷。升起與伸出判斷使用的接近傳感器，其分布如圖8所 示的傳感器1和4。
[0048] 機(jī)器人判斷前方為樓梯后，進(jìn)行上樓動作。機(jī)器人在上升過程中，利用傳感器1判 斷機(jī)器人車身是否上升到樓梯高度，如圖8為機(jī)器人到達(dá)樓梯邊緣準(zhǔn)備爬樓，機(jī)器人車身 由升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動開始上升，此刻傳感器1前方有遮擋。傳感器1前方剛剛無遮擋時，如圖9， 控制機(jī)器人繼續(xù)上升一小段距離y，y為傳感器1與地面的距離，具體取40mm，由此保證機(jī) 器人的驅(qū)動輪達(dá)到樓梯的高度，避免車身向前伸出碰撞到上一階樓梯踏步邊緣，如圖10所 示，然后可使車身伸出。
[0049] 機(jī)器人車身伸出后，利用傳感器4判斷機(jī)器人車身是否伸出充分，即萬向輪后輪 是否落到上一級臺階踏步面上。傳感器4安裝在機(jī)器人下底板后部，方向朝下，在萬向輪后 輪的后方，傳感器4有兩個，分布于萬向輪后輪的兩側(cè)。機(jī)器人車身由伸縮機(jī)構(gòu)驅(qū)動開始伸 出，傳感器4探測到無遮擋，如圖11。當(dāng)機(jī)器人車身伸出到傳感器4探測到有遮擋，表明機(jī) 器人后萬向輪已落到了樓梯踏步上，如圖12。而后可通過升降機(jī)構(gòu)收起支撐架，再通過伸縮 將支撐架部分往前收回到初始狀態(tài)，如圖7的最上面的狀態(tài)。
[0050] 關(guān)于下樓過程：
[0051] 機(jī)器人準(zhǔn)備下樓時，如果從休息平臺下樓，由于涉及從平地行走到下樓的狀態(tài)切 換，機(jī)器人需要判斷前方是否是往下的樓梯。對于機(jī)器人當(dāng)前已經(jīng)處在樓梯踏步時的情況， 由于本身處于整體下樓過程中，因此不需要這種判斷，踏步清掃完，則繼續(xù)下樓的過程。前 方是否是往下的樓梯，使用接近傳感器進(jìn)行判斷。在機(jī)器人前端兩側(cè)安裝接近傳感器5來 進(jìn)行下樓判斷，方向斜向下，與水平方向夾角為Θ，如圖所示，圖13為機(jī)器人接近傳感器5 探測斜下方無遮擋，說明機(jī)器人未到達(dá)樓梯附近，圖14為機(jī)器人接近傳感器5探測斜下方 有遮擋，說明機(jī)器人已到達(dá)樓梯附近，準(zhǔn)備下樓。
[0052] 具體實(shí)施時，按照國家規(guī)定的樓梯設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，往下的俯角為30°，故角度 30?！?Θ〈60。。
[0053] 機(jī)器人的下樓過程是圖7所示過程的逆過程，因此當(dāng)機(jī)器人判斷前方為往下的樓 梯后，需轉(zhuǎn)身180 °將后方面對樓梯，如圖15，此刻傳感器4向下探測到有遮擋，機(jī)器人還到 達(dá)樓梯踢面邊緣；而后機(jī)器人后退，利用傳感器4,當(dāng)傳感器4探測到下方無遮擋，說明機(jī)器 人已走到樓梯踢面邊緣，如圖16,機(jī)器人停止后退；而后利用伸縮機(jī)構(gòu)，將支撐架部分向樓 梯方向伸出，如圖17 ;接著將支撐架往下降，直至撐到下一階樓梯踏步面，如圖18所示；最 后就是機(jī)器人車身收回并復(fù)位，如圖19、20所示。
[0054] 機(jī)器人準(zhǔn)備上下樓時，必須先調(diào)整姿態(tài)，正對樓梯臺階的踏步邊緣。準(zhǔn)備上樓時， 依靠機(jī)器人前端向前方感測的左右兩個接近傳感器1。如圖21，若左邊接近傳感器1先檢 測到前方有遮擋，則使機(jī)器人逆時針轉(zhuǎn)向，使兩個接近傳感器1都探測到有遮擋；若右邊接 近傳感器1先探測到前方有遮擋，則使機(jī)器人順時針轉(zhuǎn)向，使兩個接近傳感器1都探測到前 方有遮擋。上述兩種情況均判定機(jī)器人處于如圖22的正對（即垂直）上一級臺階踏步邊 緣的姿態(tài)，然后方可執(zhí)行上樓動作。接近傳感器1探測前方是否有遮擋的距離可事先調(diào)整 為X。
[0055] 準(zhǔn)備下樓時，依靠機(jī)器人后端向下方感測的兩個接近傳感器4,如圖15-圖22。如 圖21，若右邊的傳感器先探測到下方無遮擋，則使機(jī)器人逆時針轉(zhuǎn)向，使兩個接近傳感器4 都探測到下方無遮擋；若左邊的傳感器先探測到下方無遮擋，則使機(jī)器人順時針轉(zhuǎn)向，使兩 個接近傳感器4都探測到前方無遮擋。上述兩種情況均判定機(jī)器人處于如圖22的正對（即 垂直）當(dāng)前臺階踏步邊緣或休息平臺與樓梯的交匯邊緣的姿態(tài)，然后方可執(zhí)行下樓動作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種升降伸縮式樓道清潔機(jī)器人上下樓梯的方便有效判別方法，其特征是：所述的 升降伸縮式樓道清潔機(jī)器人由車身、升降機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)和清潔機(jī)構(gòu)組成，其中升降和伸縮 機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條傳動方式實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，保證機(jī)器人實(shí)現(xiàn)上下樓動作，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；機(jī)器人車身前端的上、中、下位置分別裝有接 近傳感器，方向分別為斜向上、水平向前和水平向前，其中下部位置為左右各一個接近傳感 器；另在機(jī)器人前端上部安裝方向斜向下的接近傳感器來進(jìn)行下樓判斷；車身后端安裝兩 個向下感測的接近傳感器； 當(dāng)機(jī)器人車身前端的上部位置接近傳感器感測方向無遮擋，而機(jī)器人車身前端的中、 下位置傳感器方向有遮擋時，機(jī)器人判定前方為樓梯；機(jī)器人車身前端的下部位置接近傳 感器還用于探測低矮的障礙物； 若機(jī)器人車身前端的上部位置接近傳感器的感測方向有遮擋，直接將判斷機(jī)器人前方 為障礙物，這類障礙物較高，機(jī)器人無法通過這類障礙物，需要使機(jī)器人進(jìn)行避障； 機(jī)器人車身前端的中部位置接近傳感器可用于探測與樓梯臺階高度相當(dāng)，但僅為凸起 的障礙物； 當(dāng)機(jī)器人車身前端的上、中、下位置三個接近傳感器感測方向都沒有遮擋物時，機(jī)器人 判斷前方無障礙物； 上樓過程： 機(jī)器人判斷前方為樓梯后，準(zhǔn)備向上爬樓，機(jī)器人車身由升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動開始上升，此刻 機(jī)器人車身前端的下部位置接近傳感器前方有遮擋；當(dāng)機(jī)器人車身前端的下部位置接近傳 感器前方剛剛無遮擋時，控制機(jī)器人繼續(xù)上升一小段距離y，y為機(jī)器人車身前端的下部位 置接近傳感器與地面的距離，由此保證機(jī)器人的驅(qū)動輪達(dá)到樓梯的高度，避免車身向前伸 出碰撞到上一階樓梯踏步邊緣，然后使車身伸出； 機(jī)器人車身由伸縮機(jī)構(gòu)驅(qū)動開始伸出，后端的兩個接近傳感器探測到無遮擋；當(dāng)機(jī)器 人車身伸出到車身后端的兩個接近傳感器探測到有遮擋，表明機(jī)器人后萬向輪已落到了樓 梯踏步上，而后通過升降機(jī)構(gòu)收起支撐架，再通過伸縮將支撐架部分往前收回到初始狀態(tài)， 完成上樓動作； 下樓過程： 機(jī)器人準(zhǔn)備下樓時，如果從休息平臺下樓，由于涉及從平地行走到下樓的狀態(tài)切換，機(jī) 器人需要判斷前方是否是往下的樓梯；對于機(jī)器人當(dāng)前已經(jīng)處在樓梯踏步時的情況，由于 本身處于整體下樓過程中，因此不需要這種判斷，踏步清掃完，則繼續(xù)下樓的過程；前方是 否是往下的樓梯，使用接近傳感器進(jìn)行判斷；利用在機(jī)器人前端上部安裝的方向斜向下的 接近傳感器來進(jìn)行下樓判斷，方向斜向下的接近傳感器探測方向與水平方向夾角為9，如 機(jī)器人方向斜向下的接近傳感器探測斜下方有遮擋，說明機(jī)器人未到達(dá)樓梯附近；如方向 斜向下的接近傳感器探測斜下方無遮擋，說明機(jī)器人已到達(dá)樓梯附近，準(zhǔn)備下樓；角度； 機(jī)器人準(zhǔn)備下樓時，當(dāng)機(jī)器人判斷前方為往下的樓梯后，轉(zhuǎn)身180°將后方面對樓梯， 此刻車身后端的兩個接近傳感器向下探測到有遮擋，機(jī)器人未到達(dá)休息平臺與樓梯的交匯 邊緣；而后機(jī)器人后退，利用車身后端的兩個接近傳感器，當(dāng)車身后端的兩個接近傳感器探 測到下方無遮擋，說明機(jī)器人已后退走到休息平臺與樓梯的交匯邊緣，機(jī)器人停止后退，機(jī) 器人執(zhí)行下樓動作； 機(jī)器人準(zhǔn)備上樓或下樓時，先調(diào)整姿態(tài)，正對樓梯臺階的踏步邊緣或休息平臺與樓梯 的交匯邊緣； 準(zhǔn)備上樓時，依靠機(jī)器人車身前端的下部位置接近傳感器；若機(jī)器人車身前端的下部 位置接近傳感器中左邊一個接近傳感器先檢測到前方有遮擋，則使機(jī)器人逆時針轉(zhuǎn)向，當(dāng) 機(jī)器人車身前端的下部位置兩個接近傳感器都探測到有遮擋，判定機(jī)器人處于正對上一級 臺階踏步邊緣的姿態(tài)；若機(jī)器人車身前端的下部位置兩個接近傳感器中的右邊接近傳感器 先探測到前方有遮擋，則使機(jī)器人順時針轉(zhuǎn)向，當(dāng)機(jī)器人車身前端的下部位置兩個接近傳 感器都探測到有遮擋，判定機(jī)器人處于正對上一級臺階踏步邊緣的姿態(tài)； 準(zhǔn)備下樓時，依靠機(jī)器人后端向下方感測的接近傳感器，若其中右邊的傳感器先探測 到下方無遮擋，則使機(jī)器人逆時針轉(zhuǎn)向，當(dāng)機(jī)器人后端兩個接近傳感器都探測到下方無遮 擋，判定機(jī)器人正對當(dāng)前臺階踏步邊緣的姿態(tài)或休息平臺與樓梯的交匯邊緣的姿態(tài)；若其 中左邊的傳感器先探測到下方無遮擋，則使機(jī)器人順時針轉(zhuǎn)向，當(dāng)機(jī)器人后端兩個接近傳 感器都探測到下方無遮擋，判定機(jī)器人正對當(dāng)前臺階踏步邊緣或休息平臺與樓梯的交匯邊 緣的姿態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種升降伸縮式樓道清潔機(jī)器人上下樓梯的方便有效判別方法，機(jī)器人車身前端的上、中、下位置分別裝有接近傳感器，車身后端安裝向下感測的接近傳感器；由上、中、下三個位置的接近傳感器組合判別前方是否為樓梯；在上樓時，前端下部的接近傳感器用于判別機(jī)身是否上升到合理高度，后端的接近傳感器用于判別機(jī)身是否伸出到安全位置；在下樓時，機(jī)器人前端上部斜向下的接近傳感器用于判別前方是否是向下的樓梯；機(jī)器人準(zhǔn)備上樓或下樓時，利用前端下部的兩個接近傳感器或后端下方的兩個接近傳感器判定機(jī)器人處于正對樓梯邊緣的姿態(tài)。上述一系列判別保證了機(jī)器人可靠上下樓，本發(fā)明的方法成本低廉易實(shí)現(xiàn)。
【IPC分類】B62D57/024
【公開號】CN105151151
【申請?zhí)枴緾N201510655329
【發(fā)明人】姚興田, 張磊, 馬永林, 周旭, 唐文學(xué), 左駿秋, 楊元
【申請人】南通大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2014年5月8日
【公告號】CN103963865A