[发明专利]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

权利要求书

1.一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。