本發(fā)明涉及智能家用電器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著社會的發(fā)展及人們生活水平的提高，清潔垃圾成為人們生活中必須面對的一個問題。對于大多數(shù)人來說，清潔垃圾是一個工作量大、辛苦且毫無利益的工作，因此大都不愿去做。由此，研發(fā)人員研究出了智能掃地機(jī)器人，掃地機(jī)器人以其操作簡單，方便且實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)如今清潔垃圾的重要工具。

然而，目前出現(xiàn)的掃地機(jī)器人都只能清潔水平地面的垃圾，對于垂直面、諸如天花板之類的倒立面等，掃地機(jī)器人則無法清潔。然而，采用人工清潔的方式，不但會消耗清潔者大量的體力，而且可能會造成清潔得不徹底。另外，像外墻面等采用人工方式不容易清潔的地方，只能雇傭?qū)I(yè)清潔工通過專業(yè)工具來清理，由此會產(chǎn)生額外的清潔費(fèi)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供不僅能夠清潔地面還能清潔天花板等區(qū)域的機(jī)器人裝置及其控制方法。

本發(fā)明提出的全方位清潔機(jī)器人裝置包括機(jī)器人本體；

機(jī)器人本體的底部安裝有行走裝置、吸附裝置及清潔裝置；

其中行走裝置用于驅(qū)動機(jī)器人本體在待清潔區(qū)域移動；

吸附裝置用于將機(jī)器人本體吸附在待清潔區(qū)域的表面；

清潔裝置用于對待清潔區(qū)域進(jìn)行清潔；

機(jī)器人本體安裝有環(huán)境信息采集裝置及飛行裝置；

環(huán)境信息采集裝置用于采集機(jī)器人本體周圍的環(huán)境信息；

飛行裝置用于驅(qū)動機(jī)器人本體飛行；

機(jī)器人本體上還安裝有人機(jī)交互裝置；

還包括中央處理單元，所述中央處理單元安裝于機(jī)器人本體內(nèi)部，中央處理單元與人機(jī)交互裝置、行走裝置、吸附裝置、清潔裝置、環(huán)境信息采集裝置及飛行裝置均具有信號連接。

進(jìn)一步，環(huán)境信息采集裝置包括距離傳感器及激光雷達(dá)傳感器；距離傳感器用于檢測機(jī)器人本體與待清潔區(qū)域表面的距離；激光雷達(dá)傳感器用于采集機(jī)器人本體周圍物體與機(jī)器人本體的距離。

進(jìn)一步，所述行走裝置包括萬向輪和兩個前驅(qū)動力輪，其中萬向輪安裝在機(jī)器人本體底部前端的中間位置，兩個前驅(qū)動力輪安裝于萬向輪的后方，且分居在機(jī)器人本體底部的兩側(cè)位置，兩個前驅(qū)動力輪關(guān)于萬向輪對稱。

進(jìn)一步，所述飛行裝置包括可收縮連桿、飛行旋翼、 360°旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)及旋翼槽；所述旋翼槽設(shè)置于機(jī)器人本體的側(cè)面，所述飛行旋翼通過360°旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與可收縮連桿的一端連接，可收縮連桿的另一端固定于旋翼槽中。

進(jìn)一步，所述吸附裝置包括4個非接觸式附著墊，4個非接觸式附著墊分布于機(jī)器人本體底部的四角上。

進(jìn)一步，所述距離傳感器數(shù)量為2，2個距離傳感器分布于機(jī)器人本體底部前端中點(diǎn)及后端中點(diǎn)；激光雷達(dá)傳感器的數(shù)量為1，安裝于機(jī)器人本體的正前端。

本發(fā)明還提供了前述全方位清潔機(jī)器人裝置的控制方法，包括：

步驟1：人機(jī)交互裝置接收用戶輸入的包含待清潔區(qū)域的指令；中央處理單元從內(nèi)部存儲器中加載全局地圖，并根據(jù)全局地圖及激光雷達(dá)傳感器返回的信息確定機(jī)器人本體的初始位置；

步驟2：中央處理單元根據(jù)機(jī)器人本體初始位置及待清潔區(qū)域的位置規(guī)劃出飛行路徑，并控制飛行裝置將機(jī)器人本體帶到待清潔區(qū)域中；

步驟3：中央處理單元根據(jù)待清潔區(qū)域的z坐標(biāo)判斷是否為地面：若不是，中央處理單元啟動吸附裝置，將機(jī)器人本體固定于待清潔區(qū)域的表面，同時(shí)關(guān)閉飛行裝置；若是，中央處理單元不啟動吸附裝置，而是直接關(guān)閉飛行裝置；

步驟4：中央處理單元啟動清潔裝置，并控制行走裝置在待清潔區(qū)域移動，直到遍歷整個待清潔區(qū)域；

步驟5：中央處理單元再次根據(jù)全局地圖及激光雷達(dá)傳感器返回的信息確定機(jī)器人本體的終點(diǎn)位置，規(guī)劃機(jī)器人本體從所述終點(diǎn)到所述初始位置的飛行路徑，若檢測到吸附裝置開啟則先關(guān)閉吸附裝置再控制飛行裝置將機(jī)器人本體帶回初始位置。

進(jìn)一步，所述步驟3中，中央處理單元接收距離傳感器返回的距離數(shù)據(jù)，當(dāng)中央處理單元檢測到待清潔區(qū)域不是地面時(shí)，且當(dāng)距離數(shù)據(jù)小于設(shè)定值時(shí)啟動吸附裝置。

進(jìn)一步，步驟2及步驟5中，中央處理單元監(jiān)測激光雷達(dá)傳感器返回的信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)規(guī)劃的路徑中出現(xiàn)障礙物時(shí)，中央處理單元規(guī)劃避障路徑，并控制飛行裝置按照避障路徑飛行。

進(jìn)一步，步驟4中，中央處理單元監(jiān)測激光雷達(dá)傳感器返回的信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)清潔路徑中出現(xiàn)障礙物時(shí)，中央處理單元規(guī)劃避障路徑，并控制行走裝置按照避障路徑移動。

綜上，本發(fā)明技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)天花板、墻面、家具的清理，填補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。本發(fā)明能根據(jù)地圖、初始位置及目標(biāo)位置規(guī)劃出飛行路徑，然后機(jī)器人自動飛行到目標(biāo)區(qū)域，自動化程度更高，無需人為移動機(jī)器人，更加節(jié)省人力，用戶體驗(yàn)更好。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的全方位清潔機(jī)器人底部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明全方位清潔機(jī)器人的模塊分配圖。

圖3為本發(fā)明全方位清潔機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)流程圖。

圖4為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)施例中機(jī)器人裝置清理天花板的示意圖。

圖中標(biāo)記：1為機(jī)器人底部方形平面；2為清潔裝置；3為飛行裝置；4為機(jī)器人本體；11為萬向輪；12為距離傳感器；13為非接觸式附著墊；14前驅(qū)動力輪，15為激光雷達(dá)傳感器；21為清潔工具；22為清水容器；23為垃圾回收容器；31為可收縮連桿；32為飛行旋翼；33為360°旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；34為旋翼槽。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，很顯然，下文所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的全方位清潔機(jī)器人本體底部結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中，機(jī)器人本體4為橢球體，機(jī)器人本體的底部為方形平面1。機(jī)器人本體底部裝有萬向輪11和兩個前驅(qū)動力輪14作為機(jī)器人本體的行走裝置，萬向輪11安裝在機(jī)器人本體底部1的最前端的中間位置，兩個前驅(qū)動力輪14分居在機(jī)器人本體底部1的兩側(cè)位置，兩個前驅(qū)動力輪14關(guān)于萬向輪11對稱。

在機(jī)器人本體底部1還安裝有超音速伯努利機(jī)器人手爪13，作為吸附裝置，超音速伯努利機(jī)器人手爪13均勻的安裝在機(jī)器人底部1的四個角上。

同時(shí)，在機(jī)器人本體底部1的前、后端的中間位置分別設(shè)有一個距離傳感器12，用于檢測機(jī)器人本體與待清潔區(qū)域表面的距離，而位于機(jī)器人本體底部前端的距離傳感器在萬向輪11的后方。機(jī)器人本體4的正前端安裝有激光雷達(dá)傳感器15，激光雷達(dá)傳感器用于探測機(jī)器人周圍的物體。

機(jī)器人清潔裝置2安裝在機(jī)器人本體底部1。清潔裝置2中的吸塵孔、滴水板、洗地刷等（圖中未一一標(biāo)出）清潔工具21安裝在前端距離傳感器的后方。清潔裝置2還包括清水容器22和垃圾回收容器23，依次位于清潔工具21的后方。

機(jī)器人本體4的四周安裝有飛行裝置3，具體包括前后左右四個飛行裝置，每個飛行裝置包括可收縮連桿31，飛行旋翼32、 360°旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)33、旋翼槽34。旋翼槽34設(shè)置于機(jī)器人本體的側(cè)面，可伸縮連桿31的一端固定于槽34內(nèi)，另一端通過360°旋轉(zhuǎn)開關(guān)33與飛行旋翼32連接。飛行裝置工作時(shí)，中央處理單元控制收縮連桿31伸出，同時(shí)控制飛行旋翼32旋轉(zhuǎn)，飛行時(shí)，飛行旋翼32通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)調(diào)整飛行旋翼方位，從而控制機(jī)器人的飛行方向。飛行裝置不工作時(shí)，中央處理單元關(guān)閉飛行旋翼同時(shí)收縮連桿31縮回，將飛行旋翼32收納到旋翼槽34中。

人機(jī)交互裝置，本實(shí)施例中為顯示器，安裝于機(jī)器人本體4的頂端，人機(jī)交互裝置主要用于接收用戶輸入的指令，以及顯示機(jī)器人的工作狀態(tài)或信息。

本實(shí)施例中的中央處理單元安裝于在機(jī)器人本體4內(nèi)部，中央處理單元包含存儲器以及路徑規(guī)劃軟件模塊。存儲器中存儲有全局地圖。

參見圖3，本發(fā)明一個控制方法包括以下步驟：

步驟1：人機(jī)交互裝置接收用戶輸入的包含待清潔區(qū)域的指令；中央處理單元從內(nèi)部存儲器中加載全局地圖，并根據(jù)全局地圖及激光雷達(dá)傳感器返回的信息確定機(jī)器人本體的初始位置。全局地圖是通過激光雷達(dá)傳感器采集一定空間內(nèi)周圍物體的信息，然后由中央處理單元構(gòu)造得到后存儲在存儲器中的。

步驟2：中央處理單元根據(jù)機(jī)器人本體初始位置及待清潔區(qū)域的位置規(guī)劃出飛行路徑，并控制飛行裝置將機(jī)器人本體帶到待清潔區(qū)域中。具體的，中央處理單元采用Astar算法在全局地圖中規(guī)劃出機(jī)器人本體從當(dāng)初始位置到目標(biāo)位置的最優(yōu)路徑。規(guī)劃過程中不考慮地圖上運(yùn)動的障礙物，即采用靜態(tài)路徑規(guī)劃算法，所謂靜態(tài)路徑規(guī)劃算法是指外界環(huán)境不變，計(jì)算最短路徑。常用的靜態(tài)路徑規(guī)劃算法主要有Dijkstra算法和Astar算法兩種。Astar算法是一種智能找最短路徑算法, 與 Dijkstra算法相比，Astar算法訪問的節(jié)點(diǎn)比較少，因此可以縮短搜索時(shí)間，因此本實(shí)施例采用Astar算法規(guī)劃最優(yōu)路徑。

機(jī)器人本體在飛行或者清潔過程中，通過激光雷達(dá)傳感器實(shí)時(shí)掃描周圍的環(huán)境信息，并構(gòu)建出局部地圖。

當(dāng)規(guī)劃路線上出現(xiàn)了障礙物時(shí)，則中央處理單元規(guī)劃出最優(yōu)避障路徑。即，采用VFF（虛擬力場移動避障）算法，在離開障礙物之后的原路徑上找到合適的點(diǎn)，作為逃離點(diǎn)，在當(dāng)前點(diǎn)與逃離點(diǎn)之間規(guī)劃一段最優(yōu)路徑，最終使得機(jī)器人本體避開障礙物，然后再按照原路徑運(yùn)行。VFF算法是由密歇根大學(xué)的Borenstein和Koren提出的一種典型的應(yīng)用于未知環(huán)境中的移動機(jī)器人實(shí)時(shí)避障算法，該算法簡易、直觀、實(shí)時(shí)性避障效果明顯，因此本實(shí)施例采用VFF算法進(jìn)行避障。反之，當(dāng)機(jī)器人本體的運(yùn)行線路上沒有出現(xiàn)障礙物時(shí)，機(jī)器人本體則按原規(guī)劃路徑運(yùn)行。

步驟3：中央處理單元根據(jù)待清潔區(qū)域的z坐標(biāo)判斷待清潔區(qū)域是否為地面，若不是則啟動吸附裝置，將機(jī)器人本體固定于待清潔區(qū)域的表面，同時(shí)關(guān)閉飛行裝置，若是則無需啟動吸附裝置，而是直接關(guān)閉飛行裝置即可。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，所述步驟3中，中央處理單元接收距離傳感器返回的距離數(shù)據(jù)，當(dāng)中央處理單元判斷待清潔區(qū)域不是地面且當(dāng)距離數(shù)據(jù)小于設(shè)定值時(shí)啟動吸附裝置，以便將機(jī)器人固定于天花板或墻體上。本發(fā)明中，使用三維坐標(biāo)來描述全局地圖中的點(diǎn)，地面所在平面為xoy面，垂直于地面朝上的方向?yàn)閦軸，地面上的點(diǎn)z坐標(biāo)為0，非地面上的點(diǎn)的z坐標(biāo)不為0。

步驟4：中央處理單元啟動清潔裝置，并控制行走裝置在待清潔區(qū)域移動，直到遍歷整個待清潔區(qū)域。機(jī)器人本體在飛行或者清潔過程中，通過激光雷達(dá)傳感器實(shí)時(shí)掃描周圍的環(huán)境信息，當(dāng)清潔路徑上出現(xiàn)障礙物時(shí)，中央處理單元按照步驟2中的避障方式規(guī)劃出避障路徑，使機(jī)器人繞開障礙物。

步驟5：中央處理單元再次根據(jù)全局地圖及激光雷達(dá)傳感器返回的信息確定機(jī)器人本體的終點(diǎn)位置，規(guī)劃機(jī)器人本體從所述終點(diǎn)到所述初始位置的飛行路徑，當(dāng)檢測到吸附裝置開啟時(shí)則先關(guān)閉吸附裝置再控制飛行裝置將機(jī)器人本體帶回初始位置。本步驟中的飛行路徑規(guī)劃及避障路徑規(guī)劃原理與步驟2一樣，在此不再贅述。

圖4為本發(fā)明一個實(shí)施例具體工作時(shí)過程的示意圖，全方位清潔機(jī)器人的具體工作過程如下：

1）啟動并初始化機(jī)器人4，消費(fèi)者通過顯示器向機(jī)器人發(fā)送清潔天花板的命令。

2）機(jī)器人4根據(jù)全局地圖確定清潔起點(diǎn)即初始路徑的終點(diǎn)（圖中天花板左下角）。在當(dāng)前點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間，規(guī)劃出最優(yōu)路徑（圖中初始路徑）。

3）啟動飛行裝置3，具體表現(xiàn)為伸展收縮連桿31，展開飛行旋翼32。通過控制飛行旋翼32使機(jī)器人本體4按照已規(guī)劃的路徑平穩(wěn)飛行，當(dāng)接近清潔目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，開啟四個非接觸式附著墊13，使機(jī)器人本體4“固定”到天花板上，同時(shí)關(guān)閉飛行旋翼32。

4）開啟清潔裝置2，并按照吸塵、洗地、拖地的順序清潔天花板。同時(shí)，開啟行走裝置1，使機(jī)器人本體4按照圖中a->b->c->d->e的路線運(yùn)動，最終達(dá)到待清潔區(qū)域的終點(diǎn)，從而完成清潔天花板工作。

5）確定出當(dāng)前狀態(tài)下機(jī)器人本體4在全局地圖中的位置，并在當(dāng)前點(diǎn)與初始位置間規(guī)劃出最優(yōu)路徑，即圖中返回路徑。開啟飛行旋翼32，同時(shí)關(guān)閉非接觸式附著墊13，使機(jī)器人4按照返回路徑平穩(wěn)飛行到初始位置，從而完成整個清潔工作。

最后應(yīng)說明的是：以上所述實(shí)施例，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。