有效实现楼梯清洁机器人从楼梯到中间平台到楼梯过渡的方法

摘要

本发明公开了一种有效实现楼梯清洁机器人从楼梯到中间平台到楼梯过渡的方法，包括机器人从楼梯到中间平台的过渡、楼梯中间平台的遍历、机器人从中间平台向下一层楼梯的过渡、机器人遇到障碍的处理等方法。其中楼梯中间平台的遍历采取迂回和犁式路径规划相结合的方法。本发明具有规划有规律，简单易实现，可保证清扫覆盖率，便于机器人确定已遍历完中间平台，以及确认往下的楼梯等优点，是保证机器人能够完成楼梯连续性清扫的必不可少的手段。

主权项

一种有效实现楼梯清洁机器人从楼梯到中间平台到楼梯过渡的方法，其特征是：机器人车身下方设置有对称于机身左右中间线的两驱动轮；机器人车身下方前后端各有一个万向轮，一方面起到支撑机器人作用，另一方面方便机器人转弯，机器人车身前端下方有清洁装置；机器人车身两侧分别安装两个测距传感器：第一、第二测距传感器与第三、第四测距传感器，用于检测机器人车身两侧与楼梯踢面或墙壁的距离，为机器人在中间平台的行走与遍历提供道路信息依据；机器人车身前端上方安装斜向下探测的第一接近传感器，机器人车身前端安装第一、第二接触式传感器，第一接近传感器用于检测前方是否为往下的楼梯，接触式传感器用于检测前方是否为墙壁或碰到其他障碍物，为机器人的正确处理提供依据；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，用于感测机器人后方是楼梯还是中间平台；机器人采用下楼方式清扫；机器人从楼梯到中间平台的过渡：机器人在当前台阶踏步清扫完转身90°，使得机器人前方正对上一级台阶的踢面，利用第二、第三接近传感器判断机器人后方是中间平台或还是楼梯：若机器人后退一定距离，第二、第三接近传感器都感测到下方无遮挡，说明机器人当前所在的地面仍然是楼梯踏步面，下方必然仍然是楼梯部分；若机器人后退的距离达d，d＝L/2，第二、第三接近传感器均未感测到下方无遮挡，说明机器人当前所在的地面已经是楼梯中间平台，机器人应转入中间平台规划控制状态；其中L为踏步的宽度；机器人在楼梯中间平台的遍历过渡：机器人到达中间平台后通过中间平台的遍历完成过渡，采用迂回和犁式路径规划相结合的方法实现中间平台的遍历；所述迂回的路径规划方法为：机器人从楼梯到达中间平台，有两种着落点，即第一位置、第二位置，第一位置为中间平台上靠近楼梯井并在向上楼梯一侧的部位，第二位置为中间平台上的向上楼梯一侧、靠墙壁的部位，利用机器人右侧的测距传感器向右侧感测与墙的距离，判断在第一位置还是第二位置；机器人在下到中间平台后已后退离开楼梯踢面一定距离，此刻使机器人前行，当接触板触碰到楼梯踢面，机器人恢复到第一位置或第二位置；如果在第一位置，机器人顺时针转身90°，向第二位置进发，在机器人转身时，由机器人一侧的第一、第二测距传感器感测到楼梯踢面的距离相等，保证其是否转过90°，然后到达第二位置，机器人还需要顺时针转身90°，并靠第一、第二测距传感器感测与右侧墙壁距离相等保证；如果机器人从楼梯下到中间平台是在第二位置，则直接使机器人转身180°，靠第一、第二测距传感器感测与右侧墙壁距离相等保证；然后机器人沿着楼梯踢面边缘和中间平台墙壁按迂回路径规划路线方式完成中间平台区域大小的确定和中间平台各边与角的清扫；机器人利用迂回路径规划清扫中间平台各边与墙角时，需要与中间平台各边保持一个较小的距离X，保证清扫覆盖率；机器人的扫刷半径为R，扫刷安装位置距离车身边缘为D；第一、第二测距传感器的感测距离X满足，X＜R‑D，保证机器人能完全覆盖车身到左边墙壁或楼梯踢面之间的地面，同时机器人依靠一侧的第一、第二传感器保证机器人在行进时，与楼梯踢面或墙壁前后保持相等的距离，使机器人平行于楼梯踢面或墙壁前行；机器人在按迂回路径规划沿中间平台墙壁和楼梯踢面边缘路线的行进过程中，在各个角落处转弯时，机器人先后退距离d₂，然后转弯，转弯半径增大为R，所述R数学关系至少满足：因此R值最低应满足：其中a为机器人长度；所述d₂最小应满足：d₂＝R‑a/2；所述犁式路径规划方法为：机器人完成迂回路径规划后按照犁式路径规划方法进行中间平台的遍历；机器人一侧与墙壁的距离X2为一个车身宽度b，扫刷宽度宽于车身，机器人开始的姿态为前方面对右侧墙壁，首先进行顺时针转身，利用车身一侧的第一、第二测距传感器测得的距离相等，保证转身90°；接着往楼梯对面的墙壁方向前行一个车身宽至A点，而后顺时针转身90°往左侧墙壁方向前行，继续利用车身一侧的第一、第二测距传感器测得与楼梯对面的墙壁的距离相等，保证车身沿平行于楼梯对面的墙壁前行，此刻记录初始距离值Y；直到接近左侧墙壁至B点，机器人利用碰撞传感器碰到左侧墙壁后，通过车轮反转延时后退一定距离，使机器人一侧与墙壁的距离X2为一个车身宽度，机器人逆时针转身90°，利用车身另一侧的第三、第四测距传感器测得的距离相等的办法保证转身90°，同时使机器人侧面距左侧墙壁为X2；而后机器人前行一个车身宽度至C点后机器人逆时针转身90°，接着机器人从C点沿平行于楼梯对面墙壁的直线方向向接近右侧墙壁的D点前行，此过程机器人车身一侧与楼梯对面墙壁的距离为Y‑b，其由车身另一侧的第三、第四测距传感器保证，机器人利用碰撞传感器碰到右侧墙壁后，通过车轮反转延时后退一定距离，机器人逆时针转身90°，与右侧墙壁的距离也为X2；然后重复前述过程，每来或回一次，使机器人车身一侧与楼梯对面墙壁的距离与前一次比减小一个车身宽b；当机器人检测车身一侧与楼梯对面墙壁的距离大于车身宽度时，说明机器人未接近所述墙壁，机器人继续前行清扫；当检测车身一侧与楼梯对面墙壁的距离小于车身宽度时，说明机器人已接近楼梯对面墙壁，机器人沿平行于所述墙壁的路线前行后，犁式路径规划即将结束；不同宽度的中间平台，犁式路径规划结束的终点位置不同，为楼梯对面墙壁与左侧墙壁的角落位置Z1及楼梯对面墙壁与右侧墙壁的角落位置Z2，但该两个位置并不能作为中间平台的最终结束位置，需要过渡到左侧墙壁与楼梯踏面的角落，即ZE点，才可以进行下楼动作；如果犁式路径规划的终点在Z1位置，说明在最后一次直线清扫过程中是通过机器人车身左侧的第一、第二测距传感器感测的，依此控制机器人顺时针90°后直行到达ZE位置处；如果犁式路径规划的终点在Z2位置，说明在最后一次直线清扫过程中是通过机器人车身右侧第三、第四测距传感器感测的，依此控制机器人顺时针转180°后直行到达Z1位置，然后再顺时针转90°到达ZE位置处；机器人从中间平台向下一层楼梯的过渡当机器人到达ZE点位置附近，继续前行，若车身前端上方的接近传感器(1)感测方向没有遮挡，表明机器人到达了中间平台与下一层楼梯的交汇边缘，前方为往下的楼梯，而后机器人利用测距传感器转身180度，并结合利用车身后方的第二、第三接近传感器，向下探测到都无遮挡，此时机器人正对着下一层楼梯边缘，机器人可执行下楼动作，下楼动作是以后退的形式进行，然后重复进行楼梯清扫工作；至此，机器人完成了从楼梯到中间平台再到楼梯的过渡；机器人在清扫过程中，如遇到人或者其它活动障碍，则利用碰撞传感器感测，感测到碰撞，让机器人暂停，在不发生再次碰撞时，机器人继续前行。