CN111757832B - 水下清洗机器人及其爬行方法、运动路径规划方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种水下清洗机器人及其爬行方法以及水下机器人的运动路径规划方法和系统，所述机器人包括机身(10)及把手(20)，水下清洗机器人在水下作业时，把手(20)能够相对所述机身(10)浮动。当水下清洗机器人在水底作业时，机身(10)前行方向为近似水平方向，把手(20)的浮心高于机身(10)的重心并远离机身(10)；当水下清洗机器人在水中沿墙壁爬行时，机身(20)前行方向为近似竖直方向，把手(20)的浮心高于机身(10)的重心并靠近机身(10)，这样把手(20)受到的竖直向上的浮力能够调整把手(20)相对机身(10)的位置以平衡机器人的重心和浮心，自动纠正机器人倾斜的程度，避免机器人走偏方向和从墙壁掉落，保证了机器人在水下作业运动的平稳性。所述水下机器人的运动路径规划方法和系统，可以避免清洗死角和电缆线缠绕。

Description

水下清洗机器人及其爬行方法、运动路径规划方法和系统

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种水下清洗机器人及其爬行方法、运动路径规划方法和系统。

背景技术

用于满足日常使用的智能家居机器人已经走进了人们的生活，各种不同类型的智能家居机器人已经能够代替人工进行各种工作。

水下清洗机器人，一种用于清洁私人泳池或公共泳池的清洁装置。利用水下清洗机器人对私人泳池或公共泳池进行清洁能够节省人力，并且相比人力清洁水下清洗机器人清洁的更为彻底，因此利用水下清洗机器人来代替人力进行泳池的清洁势必会成为一种趋势。

公开号为CN101695832的专利文献公开了一种水下清洗机器人，其机身内收容有诸如电机的驱动机构和用于收容水中赃物的过滤袋；机身的底部与背部分别开设有进水口与出水口，通过水泵，用于将池水自进水口吸入机身内部，并经过滤后自出水口喷入池内，从而实现净化池水的目的，通过电机驱动机身底部的行走轮转动实现机器人行走。该水下清洗机器人在清洗侧壁时，通过水泵喷力、前后轮对墙壁的摩擦力以及机器人本身重力和浮力共同作用下，使得机器人紧贴墙壁上下运动，实现对水池侧壁进行清洗。

目前，水下清洗机器人在水下作业，例如，在水里爬墙清洗时，水下清洗机器人不能自动调节重心和浮心(流体中的物体的浮心位置，是指被该物体排开的那部分流体的重心位置)。这样，在爬墙作业的过程中，水下清洗机器人可能会从墙上摔落或者不会按照规定的清洗路线行走，运动平稳性差。

此外，传统技术中，水下清洗机器人智能识别机器与X轴的夹角，并且其在泳池内的运动轨迹是不可预测的，传统技术中的水下清洗机器人在泳池内的运动是随机的。在这些传统技术的水下清洗机器人进行泳池清洁的技术方案中，因为只能识别到机器与空间坐标系内一个轴的夹角，并且运动是不可预测的，所以就会造成机器电缆线缠绕，并且其不可预测的运动轨迹可能会出现清洁死区，达不到清洁泳池的效果。

发明内容

基于此，本发明的目的之一是提供一种运动平稳的水下清洗机器人及其爬行方法。

本发明的目的之二是针对机器电缆线缠绕、出现清洁死区，达不到清洁泳池的效果问题，提供一种水下清洗机器人运动路径规划方法及系统。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种水下清洗机器人，包括机身及设于所述机身上的把手，所述水下清洗机器人在水底爬行作业和/或水下爬墙作业时，所述把手在浮力作用下能够相对于所述机身浮动。

在本申请中，由于把手能够相对所述机身浮动，这样，当水下清洗机器人在水底作业时，机身前行方向为近似水平方向，把手会受到水的浮力作用上浮，把手的浮心高于机身的重心并远离机身；当水下清洗机器人在水中沿墙壁爬行时，机身前行方向为近似竖直方向，把手会受到水的浮力作用上浮，把手的浮心高于机身的重心并靠近机身，这样把手受到的竖直向上的浮力能够调整把手相对机身的位置以平衡机器人的重心和浮心，自动纠正机器人倾斜的程度，避免机器人走偏方向和从墙壁掉落，保证了机器人在水下作业运动的平稳性。

在本申请中，以水下清洗机器人前进后退方向定义前后方向，以该前后方向的两侧方向定义左右方向，以竖直方向定义上下方向，以机身贴近水底或墙壁的一面为机身的底部，机身上与底部相对的另一面为背部，进水口设置在机身的底部，出水口和把手设置在机身的背部，把手的浮心是指被把手排开的那部分水的重心。

在本申请中，把手包括与机身直接连接的连接部以及通过该连接部与机身间接连接的活动部，该活动部相对于机身能够活动从而远离或者靠近机身的前侧或者后侧。在一种实施方式中，把手的活动部为横杆部，把手的连接部为横杆部两端的竖杆部。

在本申请中，所述把手内部中空或者填充有密度比水小的材料，以使把手的整体密度不大于水，这样在水中能够上浮。

在一种实施方式中，所述把手能够转动地安装在所述机身上，并且所述把手能够转动从而靠近或远离机身的前侧或后侧。这样，在机器爬墙时，把手受到的竖直向上的浮力通过其转动轴传导至机身，使得机身也受到该竖直向上的浮力作用，就可以自动纠正前行方向避免走偏。

在进一步的实施方式中，所述把手的两端分别能够转动地安装在所述机身的左右两侧，并且所述把手能够转动从而靠近或远离机身的前侧或后侧。这样，在机器爬墙时，把手受到的竖直向上的浮力通过多个转动轴传导至机身的多个部位，从而使得机器爬墙时，浮力纠偏效果更好、效率更高。

再进一步的实施方式中，所述把手的第一端能够滑动及转动地安装在所述机身的第一侧，所述把手的第二端能够转动地安装在所述机身的第二侧，所述机身的第二侧与所述机身的第一侧相对设置，并且所述把手能够转动从而靠近或远离机身的前侧或后侧。这样，把手的第一端通过滑动轴与机身的滑动接触传导浮力，把手的第二端通过转动轴与机身的转动接触传导浮力，不仅把手的浮力作用于机身的多个部位纠偏效果更好、效率更高，而且能够增大浮力纠偏范围以及避免频繁纠偏、过度纠偏增加行走轮电机负荷。

在其中一个实施例中，所述机身的第一侧设有滑槽，所述滑槽内设有与所述滑槽转动及滑动连接的滑动轴，所述把手的第一端与所述滑动轴固定连接。这样滑槽可以限制把手沿着机器的垂直方向滑动并对把手滑动起导向作用，同时通过滑槽增大把手调节机器重心的范围，从而增大浮力纠偏范围。

在其中一个实施例中，所述把手的第一端设有第一转接部，所述滑动轴的一端转动及滑动地安装在所述滑槽内，另一端与所述第一转接部固定连接。

在其中一个实施例中，所述机身的第一侧设有与所述滑槽的内端连通的第一腔室，所述滑动轴安装在所述滑槽内的一端伸入所述第一腔室内、且可拆卸地安装有防止所述滑动轴脱离所述滑槽的第一限位结构。

在其中一个实施例中，所述把手的第二端能够转动地安装在所述机身的第二侧，所述机身的第二侧与所述机身的第一侧相对设置。

在其中一个实施例中，所述机身的第二侧设有安装孔，所述安装孔内设有能够在安装孔内转动的转轴，所述把手的第二端与所述转轴固定连接。

在其中一个实施例中，所述把手的第二端设有第二转接部，所述转轴的一端转动地安装在所述安装孔内，另一端与所述第二转接部固定连接。

在其中一个实施例中，所述机身的第二侧设有与所述安装孔的内端连通的第二腔室，所述转轴安装在所述安装孔内的一端伸入所述第二腔室内、且可拆卸地安装有防止所述转轴脱离所述安装孔的第二限位结构。

本申请中，当水下清洗机器人在水底作业时，把手的浮心高于机身的重心并远离机身；当水下清洗机器人在水中沿墙壁向上爬行时，把手的浮心高于机身的重心并靠近机身的前侧；当水下清洗机器人爬出水面时，把手浮于水面，把手的浮心远离机身并且把手的浮心高度靠近机身的重心高度。

上述水下清洗机器人的爬行方法，当水下清洗机器人在水底作业时，把手受到水的浮力作用上浮远离机身；当水下清洗机器人在水中沿墙壁向上爬行时，把手受到水的浮力作用上浮并靠近机身的前侧。

在进一步的实施方式中，当水下清洗机器人在水底作业时，把手的浮心高于机身的重心并远离机身；当水下清洗机器人在水中沿墙壁向上爬行时，把手的浮心高于机身的重心并靠近机身的前侧，机身通过其出水口的水流喷射力、轮子对墙壁的摩擦力以及重力和浮力的共同作用紧贴墙壁向上爬行；当水下清洗机器人爬出水面时，把手浮于水面，把手的浮心远离机身并且把手的浮心高度靠近机身的重心高度，机身出水口接近水面导致水流喷射力减小，机身不再紧贴墙壁向上爬行。

再进一步的实施方式中，当水下清洗机器人在水中沿墙壁向上爬行时，检测其实际前行方向与预定前行方向(当墙壁为竖直墙壁时，预定前行方向为竖直向上；当墙壁为倾斜墙壁时，预定前行方向为竖直向上方向在倾斜的墙壁平面内投影的方向)之间的夹角A，若夹角A小于设定角度值，则通过浮动的把手拉动机身实施自动纠偏，若夹角A大于设定角度值且小于90°，则通过调整左右轮子的转速和/或方向实现主动纠偏；若夹角A大于90°，则水下清洗机器人下墙。这样可以提高爬壁清洗效率，避免机器停顿或重复动作。

与现有技术相比，本水下清洗机器人的优点在于：当水下清洗机器人在水底作业时，机身前行方向为近似水平方向，把手会受到水的浮力作用上浮，把手的浮心高于机身的重心并远离机身；当水下清洗机器人在水中沿墙壁爬行时，机身前行方向为近似竖直方向，把手会受到水的浮力作用上浮，把手的浮心高于机身的重心并靠近机身，这样把手受到的竖直向上的浮力能够调整把手相对机身的位置以平衡机器人的重心和浮心，自动纠正机器人倾斜的程度，避免机器人走偏方向和从墙壁掉落，保证了机器人在水下作业运动的平稳性。

此外，本发明提供了一种水下清洗机器人运动路径规划方法，包括步骤：实时获取所述水下清洗机器人当前的状态信息；基于所述状态信息控制所述水下清洗机器人前进爬墙，并且在前进爬墙之后后退下墙；基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成后退下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先后退，进行第一次转向，所述第一次转向后，再次后退，进行与第一次转向方向相反角度相同的第二次转向；基于所述状态信息控制所述水下清洗机器人后退爬墙，并且在后退爬墙之后前进下墙；基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成前进下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先前进，进行第三次转向，所述第三次转向后，再次前进，进行与第三次转向方向相反角度相同的第四次转向；重复以上步骤，并将往返次数加1。

进一步，所述基于所述状态信息控制所述水下清洗机器人前进爬墙，并且在前进爬墙之后后退下墙的步骤以及基于所述状态信息控制所述水下清洗机器人后退爬墙，并且在后退爬墙之后前进下墙的步骤具体为：基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否为水平状态，若为水平状态，获取当前的往返次数；若往返次数小于n次时，则控制所述水下清洗机器人前进/后退；获取当前前进/后退时间，将所述前进/后退时间与第一预设时间进行比较；若前进/后退时间小于第一预设时间，则基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若遇到，则控制所述水下清洗机器人前进/后退爬墙；获取当前前进/后退爬墙时间，将所述前进/后退爬墙时间与第二预设时间进行比较；若所述前进/后退爬墙时间不小于所述第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙。

进一步，所述往返次数增加到n时，对所述往返次数重置为1

进一步，所述基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否为水平状态，若为水平状态，获取当前的往返次数；若往返次数小于n次时，则控制所述水下清洗机器人前进/后退还包括：若往返次数不小于n次时，获取标志位信息，基于所述标志位控制所述水下清洗机器人第五次转向，所述第五次转向后，前进/后退且标志位加1。

进一步，所述基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否为水平状态，若为水平状态，获取当前的往返次数；若往返次数小于n次时，则控制所述水下清洗机器人前进/后退还包括：若不为水平状态，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙且往返次数减1，执行步骤基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成后退/前进下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先后退/前进，进行第一/三次转向，所述第一/三次转向后，再次后退/前进，进行与第一/三次转向方向相反角度相同的第二/四次转向。

进一步，所述基于所述标志位第五次转具体为：所述标志位的取值范围为1≤m≤4；当所述标志位等于1时，后退时右转向，前进时不转向，且所述标志位加1；当所述标志位等于2时，后退时左转向，前进时不转向，且所述标志位加1；当所述标志位等于3时，后退时不转向，前进时右转向，且所述标志位加1；当所述标志位等于4时，后退时不转向，前进时左转向，且所述标志位加1；当所述标志位大于4时，将标志位重置为1。

进一步，所述第一次转向、第二次转向、第三次转向、第四次转向的转动角度为45°，所述第五次转向的转动角度为90°。

进一步，所述若前进/后退时间小于第一预设时间，则基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若遇到，则控制所述水下清洗机器人前进/后退爬墙的步骤还包括：若前进/后退时间不小于第一预设时间，则执行步骤基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成前进/后退下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先前进/后退，进行第三/一次转向，所述第三/一次转向后，再次前进/后退，进行与第三/一次转向方向相反角度相同的第四/二次转向。

进一步，所述若前进/后退时间小于第一预设时间，则基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若遇到，则控制所述水下清洗机器人前进/后退爬墙的步骤还包括：若前进/后退时间小于第一预设时间，且没有遇到侧墙，则控制所述水下清洗机器人继续前进/后退。

进一步，所述若所述前进/后退爬墙时间不小于所述第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙的步骤还包括：若所述前进/后退爬墙时间小于所述第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人继续前进/后退爬墙。

进一步，所述前进爬墙、后退下墙、后退爬墙以及前进下墙还包括：实时获取当前的状态信息；基于所述状态信息，判断所述水下清洗机器人当前状态是否为竖直爬墙/下墙；若为竖直爬墙/下墙，则控制所述水下清洗机器人继续爬墙/下墙；若不为竖直爬墙/下墙，则判定所述水下清洗机器人当前状态为绕墙状态。

进一步，当处于绕墙状态时：实时获取当前的状态信息；基于所述状态信息，控制所述水下清洗机器人调整机身位置；基于所述状态信息，判断所述水下清洗机器人是否成功调整为竖直爬墙/下墙；若成功调整为竖直爬墙/下墙，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙，执行步骤基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成前进下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先前进，进行第三次转向，所述第三次转向后，再次前进，进行与第三次转向方向相反角度相同的第四次转向；若未成功调整为竖直爬墙/下墙，则控制所述水下清洗机器人发出警报。

进一步，所述实时获取所述水下清洗机器人当前的状态信息的步骤之前还包括：预先设置第一预设时间、第二预设时间、最大往返次数n、以及标志位的初始值。

本发明还提供了一种水下清洗机器人运动路径规划系统包括：状态获取模块，用于实时获取所述水下清洗机器人当前的状态信息；爬墙控制模块，用于基于所述状态信息控制水下清洗机器人前进/后退爬墙，并且在前进/后退爬墙之后后退/前进下墙；转向控制模块，用于基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成后退下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先后退，进行第一次转向，所述第一次转向后，再次后退，进行与第一次转向方向相反角度相同的第二次转向；基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成前进下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先前进，进行第三次转向，所述第三次转向后，再次前进，进行与第三次转向方向相反角度相同的第四次转向。

进一步，所述爬墙控制模块包括：判断模块，用于基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若没有遇到，则控制所述水下清洗机器人前进/后退；判断所述前进/后退时间是否不小于所述第一预设时间，若前进/后退时间小于第一预设时间，则基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若遇到，则控制所述水下清洗机器人前进/后退爬墙；判断所述前进/后退爬墙时间是否不小于所述第二预设时间；下墙控制模块，用于若所述前进/后退爬墙时间不小于所述第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙。

本发明的水下清洗机器人对其运动路径上的泳池壁进行清洁，通过获取当前的状态信息，也即获取机身与XY平面、XZ平面、YZ平面之间的夹角，进而控制机器的运动路径。首先判断当前是否处于水平状态，若处于水平状态则前进爬墙清洗，到达第二预设时间后，竖直下墙，下墙后通过两次旋转，在机器宽度方向调整预定距离，调整后再后退爬墙，到达第二预设时间后，前进下墙，下墙后再次通过两次旋转，在机器宽度方向调整预定距离，完成一次往返清洗。通过多次的往返清洗达到对泳池的无死角清洗，由于其运动轨迹为有规律的，因此也避免了水下清洗机器人的电缆线缠绕的问题。

附图说明

图1为本发明提供的水下清洗机器人结构示意图。

图2为本发明提供的水下清洗机器人另一视角结构示意图。

图3为本发明提供的图1中A处放大图。

图4为本发明提供的图2中B处放大图。

图5本发明提供的水下清洗机器人的剖视图。

图6本发明提供的图5中C处放大图。

图7本发明提供的图5中D处放大图。

图8为本发明第一实施例提供的一种水下清洗机器人运动路径规划方法的流程图。

图9为本发明第二实施例提供的一种水下清洗机器人运动路径规划方法的流程图。

图10为本发明第三实施例提供的一种水下清洗机器人运动路径规划方法的流程图。

图11为本发明第四实施例提供的一种水下清洗机器人运动路径规划方法的流程图。

图12为本发明第五实施例提供的一种水下清洗机器人运动路径规划方法的流程图。

图13为本发明实施例提供的一种水下清洗机器人运动路径规划系统的模块关系示意图。

图14为本发明实施例提供的爬墙控制模块的模块关系示意图。

图中附图标记：机身10、机身的第一侧110、滑槽111、第一腔室112、机身的第二侧120、安装孔121、第二腔室122、把手20、把手的第一端210、滑动轴211、第一转接部212、、把手的第二端220、转轴221、第二转接部222、第一限位结构30、第一螺母310、第二限位结构40、第二螺母410。

100为状态获取模块、200为爬墙控制模块、2100为判断模块、2200为下墙控制模块、300为转向控制模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1、图2所示，本实施例提供一种水下清洗机器人，包括机身10及把手20，机身10底部安装有四个行走轮101和进水口，机身背部开设有出水口102，把手安装在机身背部。当水下清洗机器人在水下作业时，把手20能够相对机身10浮动以及摆动，并通过这种方式来调节水下清洗机器作业时的重心和浮心。

具体地，在本实施例中，如图1和图2所示，机身10具有相对设置的第一侧110和第二侧120；把手20具有相对设置的第一端210和第二端220。把手20的第一端210能够转动及滑动地安装在机身10的第一侧110。把手20的第二端220能够转动地安装在机身10的第二侧120。

进一步地，参阅图3和图4，机身10的第一侧110设有滑槽111。把手20的第一端210设有滑动轴211。滑动轴211安装在滑槽111内，且滑动轴211能够在滑槽111内转动的同时可沿滑槽111的宽度方向滑动，从而实现把手20的第一端210转动及滑动地安装在机身10的第一侧110。

机身10的第二侧120设有安装孔121。安装孔121内上设有转轴221。转轴221能够在安装孔121内转动，把手20的第二端220与转轴221固定连接。转轴221在安装孔121内转动，以实现把手20的第二端220与机身10的第二侧120转动连接。

在本实施例中，通过将把手20的第一端210转动及滑动地安装在机身10的第一侧110、把手20的第二端220转动地安装在机身10的第二侧120。当机器人在水中倾斜的墙壁上作业时，把手的浮动可以改变机器人在墙壁上工作时的重心和浮心，使机器人能够在墙壁上侧斜、横向走动。

优选地，在把手20的第一端210设有第一转接部212。滑动轴211的一端安装在滑槽111内并能够在滑槽111内转动以及滑动；滑动轴211的另一端与第一转接部212固定连接。当滑动轴211的一端在滑槽111内转动以及滑动时，可以使手柄20的第一端210相对于机身10的第一侧110转动以及滑动。把手20的第二端220设有第二转接部222。转轴221的一端安装在安装孔121内并能够在安装孔121转动，转轴221的另一端与第二转接部222固定连接。当转轴221在安装孔121内转动时，以实现手柄20的第二端220相对机身10的第二侧120转动。

更优选地，第一转接部212与把手20连为一体式结构。第二转接部222与把手20连为一体式结构。

在本实施例中，参阅图5至图7，机身10的第一侧110设有与滑槽111的内端连通的第一腔室112。滑动轴211安装在滑槽111内的一端伸入第一腔室112内、且可拆卸地安装有防止滑动轴211脱离滑槽111的第一限位结构30。机身10的第二侧120设有与安装孔121的内端连通的第二腔室122。转轴221安装在安装孔121内的一端伸入第二腔室122内、且可拆卸地安装有防止转轴221脱离安装孔121的第二限位结构40。

具体地，第一限位结构30与第二限位结构40的结构相同。第一限位结构30包括容置在第一腔室112内的第一螺母310。第一螺母310与安装在滑槽111内的滑动轴211螺纹连接，且第一螺母310的外径大于滑槽111的内径，以达到当滑动轴211在滑槽111内转动及滑动时脱离滑槽111。第二限位结构40包括容置在第二腔室122内的第二螺母410。第二螺母410与转轴221螺纹连接，且第二螺母410的外径大于安装孔121的内径，以防止转轴221在安装孔121内转动时脱离安装孔121。

在本实施例中，把手20内部为中空，且该把手20内部密封设置，以防止水渗入把手内部。

进一步地，把手20内填充有密度比水小的材料，例如聚苯乙烯泡沫等，以增大把手在水中所受的浮力，更有利于把手20在水中浮动。

上述水下清洗机器人的爬行方法，当水下清洗机器人在水底作业时，把手受到水的浮力作用上浮远离机身，把手的浮心高于机身的重心并远离机身；当水下清洗机器人在水中沿墙壁向上爬行时，把手受到水的浮力作用上浮并靠近机身的前侧，把手的浮心高于机身的重心并靠近机身的前侧，机身通过其出水口的水流喷射力、轮子对墙壁的摩擦力以及重力和浮力的共同作用紧贴墙壁向上爬行；在爬墙过程中由于墙体与机身摩擦力改变以及左右行走轮电机转速差异，会在墙面上产生一定的倾斜，浮动的把手在本身浮力作用下始终保持竖直向上，这样把手能够调整其相对机身的位置以平衡机器人的重心和浮心，调整机器重心向中心方向移动，协助机器减小倾斜角度。当水下清洗机器人爬出水面时，把手浮于水面，把手的浮心远离机身并且把手的浮心高度靠近机身的重心高度，机身出水口接近水面导致水流喷射力减小，机身不再紧贴墙壁继续向上爬出水面。

为了提高爬壁清洗效率，避免机器停顿或重复动作，再进一步的实施方式中，当水下清洗机器人在水中沿墙壁向上爬行时，检测其实际前行方向与预定前行方向(当墙壁为竖直墙壁时，预定前行方向为竖直向上；当墙壁为倾斜墙壁时，预定前行方向为竖直向上方向在倾斜的墙壁平面内投影的方向)之间的夹角A，若夹角A小于设定角度值(本实施例为15°)，则通过浮动的把手拉动机身实施自动纠偏，若夹角A大于设定角度值且小于90°，则通过调整左右轮子的转速和/或方向实现主动纠偏，将机器调整至水平；若夹角A大于90°，则水下清洗机器人直接切换运动模式(上墙切换为下墙)。当机器一直倾斜在墙上时，机器会定时开关水泵电机及行走轮电机，让机器下墙。至于检测其实际前行方向与预定前行方向之间的夹角A的方法和装置为现有技术，例如可以采用陀螺仪检测。

为了避免机器电缆线缠绕、出现清洁死区等问题，本发明实施例还公开了一种水下清洗机器人运动路径规划方法。通过获取当前的状态信息，控制水下清洗机器人进行先纵向再横向的有规律的清洗，进而能够保证水下清洗机器人无死角的对泳池进行清洗。并且由于其对泳池为有规律的清洗，因此还能够避免水下清洗机器人的电缆线缠绕的问题。该水下清洗机器人运动路径规划方法优选采用上述水下清洗机器人的结构和爬行方法，也可以采用其他水下清洗机器人的结构和爬行方法。

本实施例中水平状态包括：在第一次转向、第二次转向、第三次转向、第四次转向、第五次转向后水平状态为：水下清洗机器人与XY平面的夹角小于预设水平夹角，本实施例优选的预设水平夹角为30°；在下墙时水平状态为，机身与XY平面的夹角小于或等于预设下墙角度；在上墙时水平状态为，机身与XY平面的夹角小于或等于预设爬墙角度。

请参阅图8，图8为本发明第一实施例提供的一种水下清洗机器人运动路径规划方法的流程图。

如图8所示，一种水下清洗机器人运动路径规划方法可以包括以下步骤S100至S600，以下步骤以水下清洁机器人对泳池进行清洗的路径规划方法为例进行介绍，其中涉及对泳池底部以及周围墙壁的清洁路径规划。

步骤S100：实时获取所述水下清洗机器人当前的状态信息。

具体的，所述状态信息为机身与XY平面、XZ平面、YZ平面之间的夹角。其中，XY平面、XZ平面、YZ平面为空间坐标系中X轴、Y轴以及Z轴两两所在的平面，XY平面为X轴与Y轴所形成的平面；XZ平面为X轴与Z轴所在的平面；YZ平面为Y轴与Z轴所形成的平面，并且XY平面与泳池底面平行。其中获取当前状态信息的装置为惯性传感器，可以为三轴加速度传感器、陀螺仪或者二者的结合。水下清洗机器人在运动时，实时更新当前的状态信息。

本实施例中的状态信息包括机身与XY、YZ和XZ三个平面的夹角。

步骤S200：基于所述状态信息控制所述水下清洗机器人前进爬墙，并且在前进爬墙之后后退下墙。

具体的，所述基于所述状态信息控制所述水下清洗机器人前进爬墙时包括：基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否为水平状态，若为水平状态，则控制所述水下清洗机器人水平前进；获取当前水平前进时间，将所述水平前进时间与第一预设时间进行比较；若水平前进时间小于第一预设时间，则基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若遇到侧墙，则根据状态信息控制所述水下清洗机器人前进爬墙；获取当前前进爬墙时间，将所述前进爬墙时间与第二预设时间进行比较；若所述前进爬墙时间不小于所述第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人后退下墙。

在水下清洗机器人水平前进过程中，机器人遇到侧墙时，由于水下清洗机器人继续水平前进，机身会倾斜，且机身相对于XY平面的夹角逐渐增大直至垂直于XY平面。相应的，本实施例中基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙包括：判断机身与XY平面的夹角是否达到60°，若夹角达到60°，则认为遇到侧墙。否则，认为未遇到侧墙。

当水下清洗机器人与XY平面之间的夹角达到一定值时，则控制水下清洗机器人前进爬墙。具体的，将水下清洗机器人与XY平面的角度与预设爬墙角度进行对比，当大于预设爬墙角度时，则认为水下清洗机器人遇到侧墙，并控制水下清洗机器人前进爬墙，优选的预设爬墙角度为60°，即当与XY平面的角度大于60°时控制水下清洗机器人前进爬墙。当水下清洗机器人前进爬墙运行第二预设时间后，后退下墙。其中第二预设时间为根据泳池高度以及水下清洗机器人运动的速度，预先设置的第二预设时间。也就是当水下清洗机器人在竖直方向以固定的速度运行第二预设时间后，所行进的距离略大于泳池的高度。

步骤S300：基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成后退下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先后退，进行第一次转向，所述第一次转向后，再次后退，进行与第一次转向方向相反角度相同的第二次转向。

具体的，基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成后退下墙为：判断当前是否处于水平状态，将水下清洗机器人与XY平面的角度与预设下墙角度进行对比，当小于预设下墙角度时，则为水平状态，优选的预设下墙角度为30°，即当与XY平面的角度小于30°时判断水下清洗机器人完成下墙。也就说明水下清洗机器人已经完全下墙。当完全下墙时，则后退，当后退第三预设时间时，进行第一次转向，第一次转向之后再后退第三预设时间，之后进行第二次转向。当判断不处于水平状态时，则继续后退下墙。其中，第一次转向与第二次转向的转动方向相反，也就是通过两次转向将水下清洗机器人在机器宽度方向调整预定距离，并且所述第一次转向与第二次转向所转动的角度相同，即两次转向后水下清洗机器人仍沿两次转向前的方向后退，优选第一次转向与第二次转向的转动角度为45°。其中第三预设时间为根据水下清洗机器人的运动速度以及机身的长度预先设置的，第三预设时间能够保证在两次转向之后水下清洗机器人能够在机器宽度的方向调整预定距离。

步骤S400：基于所述状态信息控制所述水下清洗机器人后退爬墙，并且在后退爬墙之后前进下墙。

具体的，当将水下清洗机器人通过步骤S300在机器宽度方向调整预定距离之后，水下清洗机器人为水平状态，即水下清洗机器人与XY平面之间的夹角小于预设水平角度，此时水下清洗机器人水平后退。

具体的，基于所述状态信息控制所述水下清洗机器人后退爬墙，并且在后退爬墙之后前进下墙包括：获取当前水平后退时间，将所述水平后退时间与第一预设时间进行比较；若水平后退时间小于第一预设时间，则基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若遇到侧墙，则根据状态信息控制所述水下清洗机器人后退爬墙；获取当前后退爬墙时间，将所述后退爬墙时间与第二预设时间进行比较；若所述后退爬墙时间不小于所述第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人前进下墙。

在水下清洗机器人水平后退过程中，水下清洗机器人水平后退，机身会倾斜使机身相对于XY平面的夹角逐渐增大。相应的，本实施例中基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙包括：判断机身与XY平面的夹角是否达到60°，若夹角达到60°，则认为遇到侧墙。否则，认为未遇到侧墙。

当水下清洗机器人与XY平面之间的夹角达到一定值时，则认为水下清洗机器人遇到侧墙并控制水下清洗机器人后退爬墙。具体的，将水下清洗机器人与XY平面的角度与预设爬墙角度进行对比，当大于预设爬墙角度时，则认为水下清洗机器人遇到侧墙并控制水下清洗机器人后退爬墙，优选的预设爬墙角度为60°，即当与XY平面的角度大于60°时控制水下清洗机器人后退爬墙。当水下清洗机器人后退爬墙运行第二预设时间后，前进下墙。其中第二预设时间为根据泳池高度以及水下清洗机器人运动的速度，预先设置的第二预设时间。也就是当水下清洗机器人在竖直方向以固定的速度运行第二预设时间后，所行进的距离略大于泳池的高度。

步骤S500：基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成前进下墙(即离开侧墙)，若是，则控制所述水下清洗机器人先前进，进行第三次转向，所述第三次转向后，再次前进，进行与第三次转向方向相反角度相同的第四次转向。

在前进下墙过程中，水下清洗机器人逐渐离开侧墙与泳池底面接触，在该过程中水下清洗机器人的机身相对于XY平面的夹角逐渐减小，并在进入水平状态后水平前进。具体的，基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成前进下墙为：判断当前是否处于水平状态，将水下清洗机器人与XY平面的角度与预设下墙角度进行对比，当小于预设下墙角度时，则为水平状态，优选的预设下墙角度为30°，即当与XY平面的角度小于30°时判断人水下清洗机器人完成下墙。当完全下墙时，则前进，当水平前进第三预设时间时，进行第三次转向，第三次转向之后再前进第三预设时间，之后进行第四次转向。当判断不处于水平状态时，则继续前进下墙。其中，第三次转向与第四次转向的转动方向相反，也就是通过两次转向将水下清洗机器人在机器宽度方向调整预定距离，并且所述第三次转向与第四次转向所转动的角度相同，即两次转向后水下清洗机器人仍沿两次转向前的方向前进，优选的第三次转向与第四次转向的转动角度为45°。其中第三预设时间为根据水下清洗机器人的运动速度以及机身的长度预先设置的，第三预设时间能够保证在两次转向之后水下清洗机器人能够在机器宽度的方向调整预定距离。

步骤S600：重复以上步骤，并将往返次数加1。

具体的，当调整完机身预定距离之后再次执行步骤S100，从而保证水下清洗机器人能够对泳池进行无死角的清洗。当再次执行步骤S100时，将往返次数加1，用于统计在当前方向水下清洗机器人的往返清洗次数，当往返次数增加到n时，重置往返次数为1。其中n为预先设置的统计往返次数的最大值。

请参阅图9，图9为本发明第二实施例提供的一种水下清洗机器人运动路径规划方法的流程图。本发明第二实施例为对第一实施例中步骤S200的具体优化，与第一实施例相同的步骤，在本实施例中不再赘述。

如图9所示，本发明第二实施例可以包括以下步骤S210至步骤S250。

步骤S210：基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否为水平状态，若为水平状态，获取当前的往返次数；若往返次数小于n次时，则控制所述水下清洗机器人前进。

具体的，基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否为水平状态：实时获取当前的状态信息，基于当前状态信息中水下清洗机器人与XY平面的夹角判断当前水下清洗机器人是否处于水平状态，如果当前水下清洗机器人与XY平面的夹角小于预设水平角度，水下清洗机器人为水平状态，控制水下清洗机器人前进，优选的预设水平角度为30°。若往返次数不小于n次时，获取标志位信息，基于所述标志位控制所述水下清洗机器人第五次转向，所述第五次转向后，前进且标志位加1。若不为水平状态，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙且往返次数减1，执行步骤S300。具体的，所述标志位的取值范围为1≤m≤4；当所述标志位等于1时，后退时右转向，前进时不转向，且所述标志位加1；当所述标志位等于2时，后退时左转向，前进时不转向，且所述标志位加1；当所述标志位等于3时，后退时不转向，前进时右转向，且所述标志位加1；当所述标志位等于4时，后退时不转向，前进时左转向，且所述标志位加1；当所述标志位大于4时，将标志位重置为1。第五次转向优选的转动角度为90°。标志位的取值范围以及取不同时进行的操作规则可调整。

步骤S220：获取当前前进时间，将所述前进时间与第一预设时间进行比较。

具体的，当前的前进时间为：水下清洗机器人检测到为水平状态开始前行的时间点到当前时间点的时长。将当前前进时间与预先设置的第一预设时间进行对比。其中第一预设时间为根据泳池的长度和宽度以及水下清洗机器人运动速度预先设置的第一预设时间，基于所述第一预设时间能够为水下清洗机器人选择最优的清洗路径。

步骤S230：若前进时间小于第一预设时间，则基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若遇到，则控制所述水下清洗机器人前进爬墙。

具体的，将所述当前前进时间与第一预设时间进行对比，并且基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙。其中遇到侧墙为：在水下清洗机器人前进/后退过程中，水下清洗机器人水平前进/后退，机身会倾斜，机身相对于XY平面的夹角逐渐增大。相应的，本实施例中基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙包括：判断机身与XY平面的夹角是否达到60°，若夹角达到60°，则认为遇到侧墙。否则，认为未遇到侧墙。当前进时间小于第一预设时间，且未遇到侧墙，则继续前进；当前进时间小于第一预设时间，且遇到侧墙，则前进爬墙；当前进时间不小于第一预设时间，则执行步骤S300。

步骤S240：获取当前前进爬墙时间，将所述前进爬墙时间与第二预设时间进行比较。

具体的，当前的前进爬墙时间为：遇到侧墙开始前进爬墙的时间点到当前时间点的时长。将当前前进爬墙时间与预先设置的第二预设时间进行对比。其中第二预设时间为根据泳池高度以及水下清洗机器人运动的速度，预先设置的第二预设时间。也就是当水下清洗机器人在竖直方向以固定的速度运行第二预设时间后，所行进的距离不超过泳池的高度。

步骤S250：若所述前进爬墙时间不小于所述第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人后退下墙。

具体的，将所述当前前进爬墙时间与第二预设时间进行对比，当所述前进爬墙时间不小于所述第二预设时间时，则后退下墙；当所述前进爬墙时间小于所述第二预设时间时，则继续前进爬墙。

请参阅图10，图10为本发明第三实施例提供的一种水下清洗机器人运动路径规划方法的流程图。本发明第三实施例为对第一实施例以及第二实施例中步骤S400的具体优化，与第一实施例以及第二实施例相同的步骤，在本实施例中不再赘述。

如图10所示，本发明第三实施例可以包括以下步骤S410至步骤S450。

步骤S410：基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否为水平状态，若为水平状态，获取当前的往返次数；若往返次数小于n次时，则控制所述水下清洗机器人后退。

具体的，基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否为水平状态：实时获取当前的状态信息，基于当前状态信息中水下清洗机器人与XY平面的夹角判断当前水下清洗机器人是否处于水平状态，如果当前水下清洗机器人与XY平面的夹角小于预设水平角度，水下清洗机器人为水平状态，控制水下清洗机器人后退，优选的预设水平角度为30°。若往返次数不小于n次时，获取标志位信息，基于所述标志位控制所述水下清洗机器人第五次转向，所述第五次转向后，前进且标志位加1。若不为水平状态，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙且往返次数减1，执行步骤S500。具体的，所述标志位的取值范围为1≤m≤4；当所述标志位等于1时，后退时右转向，前进时不转向，且所述标志位加1；当所述标志位等于2时，后退时左转向，前进时不转向，且所述标志位加1；当所述标志位等于3时，后退时不转向，前进时右转向，且所述标志位加1；当所述标志位等于4时，后退时不转向，前进时左转向，且所述标志位加1；当所述标志位大于4时，将标志位重置为1。第五次转向优选的转动角度为90°。

步骤S420：获取当前后退时间，将所述后退时间与第一预设时间进行比较。

具体的，当前的后退时间为：水下清洗机器人检测到为水平状态开始后退的时间点到当前时间点的时长。将当前后退时间与预先设置的第一预设时间进行对比。其中第一预设时间为根据泳池的长度和宽度以及水下清洗机器人运动速度预先设置的第一预设时间，基于所述第一预设时间能够为水下清洗机器人选择最优的清洗路径。

步骤S430：若后退时间小于第一预设时间，则基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若遇到，则控制所述水下清洗机器人后退爬墙。

具体的，将所述当前后退时间与第一预设时间进行对比，并且基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙。其中遇到侧墙为：在水下清洗机器人前进/后退过程中，水下清洗机器人水平前进/后退，机身会倾斜，机身相对于XY平面的夹角逐渐增大。相应的，本实施例中基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙包括：判断机身与XY平面的夹角是否达到60°，若夹角达到60°，则认为遇到侧墙。否则，认为未遇到侧墙。当后退时间小于第一预设时间，且未遇到侧墙，则继续前进；当后退时间小于第一预设时间，且遇到侧墙，则前进爬墙；当前进时间不小于第一预设时间，则执行步骤S500。

步骤S440：获取当前后退爬墙时间，将所述后退爬墙时间与第二预设时间进行比较。

具体的，当前的后退爬墙时间为：遇到侧墙开始后退爬墙的时间点到当前时间点的时长。将当前后退爬墙时间与预先设置的第二预设时间进行对比。其中第二预设时间为根据泳池高度以及水下清洗机器人运动的速度，预先设置的第二预设时间。也就是当水下清洗机器人在竖直方向以固定的速度运行第二预设时间后，所行进的距离不超过泳池的高度。

步骤S450：若所述后退爬墙时间不小于所述第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人前进下墙。

具体的，将所述当前后退爬墙时间与第二预设时间进行对比，当所述后退爬墙时间不小于所述第二预设时间时，则前进下墙；当所述后退爬墙时间小于所述第二预设时间时，则继续前进爬墙。

请参阅图11，图11为本发明第四实施例提供的一种水下清洗机器人运动路径规划方法的流程图。本发明第四实施例为对上述实施例中前进爬墙、后退下墙、后退爬墙、前进下墙具体优化。

如图11所示，本发明第四实施例可以包括以下步骤S431至步骤S434。

步骤S431：实时获取当前的状态信息。

具体的，获取当前机身与与XY平面、XZ平面、YZ平面之间的夹角信息。

步骤S432：基于所述状态信息，判断所述水下清洗机器人当前状态是否为竖直爬墙/下墙。

具体的，判断当前状态是否为竖直爬墙/下墙，也就是判断当机身与XY平面的夹角为90°时，机身与YZ平面是否存在夹角。

步骤S433：若为竖直爬墙/下墙，则控制所述水下清洗机器人继续爬墙/下墙。

具体的，如果当机身与XY平面的夹角为90°时，机身与YZ平面不存在夹角，则继续爬墙/下墙。

步骤S434：若不为竖直爬墙/下墙，则判定所述水下清洗机器人当前状态为绕墙状态。

具体的，如果当机身与XY平面的夹角为90°时，机身与YZ平面存在夹角，且夹角的度数大于25°时，则判定当前状态为绕墙状态。

请参阅图12，图12为本发明第五实施例提供的一种水下清洗机器人运动路径规划方法的流程图。本发明第五实施例为对上述实施例中判定绕墙状态的具体优化。

如图12所示，本发明第五实施例可以包括以下步骤S641至步骤S645。

步骤S641：实时获取当前的状态信息。

具体的，获取当前机身与XY平面、XZ平面、YZ平面之间的夹角信息。

步骤S642：基于所述状态信息，控制所述水下清洗机器人调整机身位置。

具体的，在绕墙状态时，机身与XY平面的夹角为90°，且机身与YZ平面存在夹角。其中调整机身位置为，通过电动机控制水下清洗机器人左右两边轮子的转速，使其形成速度差。当机身在YZ平面的左侧，且与YZ平面形成夹角且夹角大于25°时，则控制水下清洗机器人左侧轮子转速大于右侧轮子转速，从而将与YZ平面的夹角调整为零；当机身在YZ平面的右侧，且与YZ平面形成夹角且夹角大于25°时，则控制水下清洗机器人右侧轮子转速大于左侧轮子转速，从而将与YZ平面的夹角调整为零。从而达到调整机身位置的目的。

步骤S643：基于所述状态信息，判断所述水下清洗机器人是否成功调整为竖直爬墙/下墙。

具体的，当调整完成时，再次获取当前机身与与XY平面、XZ平面、YZ平面之间的夹角信息。判断是否成功调整为竖直爬墙/下墙，也就是判断当机身与XY平面的夹角为90°时，机身与YZ平面是否存在夹角。

步骤S644：若成功调整为竖直爬墙/下墙，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙，执行步骤S500。

具体的，如果当前机身与XY平面的夹角为90°时，机身与YZ平面不存在夹角，即成功调整为竖直爬墙/下墙时，则后退/前进下墙，执行步骤S500。

步骤S645：若未成功调整为竖直爬墙/下墙，则控制所述水下清洗机器人发出警报。

具体的，当前机身与XY平面的夹角为90°时，机身与YZ平面存在夹角，即未成功调整为竖直爬墙/下墙，则发出警报。其中发出警报可以为报警音乐和/或灯光闪烁等。具体的为蜂鸣器和LED报警指示灯。

在上述实施例中，还包括预先设置第一预设时间、第二预设时间、第三预设时间、最大往返次数n、以及标志位的初始值。

请参阅图13-14，图13为本发明实施例提供的一种水下清洗机器人运动路径规划系统的模块关系示意图；图14为本发明实施例提供的爬墙控制模块的模块关系示意图。

如图13-14所示，一种水下清洗机器人运动路径规划系统包括：状态获取模块100，用于实时获取所述水下清洗机器人当前的状态信息；爬墙控制模块200，用于基于所述状态信息控制水下清洗机器人前进/后退爬墙，并且在前进/后退爬墙之后后退/前进下墙；转向控制模块300，用于基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成后退下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先后退，进行第一次转向，所述第一次转向后，再次后退，进行与第一次转向方向相反角度相同的第二次转向；基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成前进下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先前进，进行第三次转向，所述第三次转向后，再次前进，进行与第三次转向方向相反角度相同的第四次转向。

具体的，状态获取模块100获取的所述状态信息为机身与XY平面、XZ平面、YZ平面之间的夹角。其中，XY平面、XZ平面、YZ平面为空间坐标系中X轴、Y轴以及Z轴两两所在的平面，XY平面为X轴与Y轴所形成的平面；XZ平面为X轴与Z轴所在的平面；YZ平面为Y轴与Z轴所形成的平面。并且XY平面与水平面平行。其中状态获取模块100为惯性传感器，可以为三轴加速度传感器、陀螺仪或者二者的结合。水下清洗机器人在运动时，实时更新当前的状态信息。

爬墙控制模块200用于在水下清洗机器人水平前进过程中，水下清洗机器人水平前进/后退，机身会倾斜，机身相对于XY平面的夹角逐渐增大。相应的，本实施例中基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙包括：判断机身与XY平面的夹角是否达到60°，若夹角达到60°，则认为遇到侧墙。否则，认为未遇到侧墙。当水下清洗机器人与XY平面之间的夹角达到一定值时，则控制水下清洗机器人前进/后退爬墙。具体的，若遇到侧墙，则控制所述水下清洗机器人前进/后退爬墙包括：将水下清洗机器人与XY平面的角度与预设爬墙角度进行对比，当大于预设爬墙角度时，则控制水下清洗机器人前进爬墙，优选的预设爬墙角度为60°，即当与XY平面的角度大于60°时控制水下清洗机器人前进/后退爬墙。当水下清洗机器人前进/后退爬墙运行第二预设时间后，后退/前进下墙。其中第二预设时间为根据泳池高度以及水下清洗机器人运动的速度，预先设置的第二预设时间。也就是当水下清洗机器人在竖直方向以固定的速度运行第二预设时间后，所行进的距离略大于泳池的高度。

转向控制模块300用于基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成后退下墙为：判断当前是否处于水平状态，将水下清洗机器人与XY平面的角度与预设下墙角度进行对比，当小于预设下墙角度时，则为水平状态，优选的预设下墙角度为30°，即当与XY平面的角度小于30°时判断水下清洗机器人完成下墙。也就说明水下清洗机器人已经完全下墙。当完全下墙时，则后退，当后退第三预设时间时，进行第一次转向，第一次转向之后再后退第三预设时间，之后进行第二次转向。当判断不处于水平状态时，则继续后退下墙。其中，第一次转向与第二次转向的转动方向相反，也就是通过两次转向将水下清洗机器人在机器宽度方向调整预定距离，并且所述第一次转向与第二次转向所转动的角度相同，即两次转向后水下清洗机器人仍沿两次转向前的方向后退，优选第一次转向与第二次转向的转动角度为45°。其中第三预设时间为根据水下清洗机器人的运动速度以及机身的长度预先设置的，第三预设时间能够保证在两次转向之后水下清洗机器人能够在机器宽度的方向调整预定距离。还用于基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成前进下墙为：判断当前是否处于水平状态，将水下清洗机器人与XY平面的角度与预设下墙角度进行对比，当小于预设下墙角度时，则为水平状态，优选的预设下墙角度为30°，即当与XY平面的角度小于30°时判断人水下清洗机器人完成下墙。当完全下墙时，则前进，当前进第三预设时间时，进行第三次转向，第三次转向之后再前进第三预设时间，之后进行第四次转向。当判断不处于水平状态时，则继续前进下墙。其中，第三次转向与第四次转向的转动方向相反，也就是通过两次转向将水下清洗机器人在机器宽度方向调整预定距离，并且所述第三次转向与第四次转向所转动的角度相同，即两次转向后水下清洗机器人仍沿两次转向前的方向前进，优选的第三次转向与第四次转向的转动角度为45°。其中第三预设时间为根据水下清洗机器人的运动速度以及机身的长度预先设置的，第三预设时间能够保证在两次转向之后水下清洗机器人能够在机器宽度的方向调整预定距离。

优选的，爬墙控制模块200包括：判断模块2100，用于基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若没有遇到，则控制所述水下清洗机器人前进/后退；判断所述前进/后退时间是否不小于所述第一预设时间，若前进/后退时间小于第一预设时间，则基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若遇到，则控制所述水下清洗机器人前进/后退爬墙；判断所述前进/后退爬墙时间是否不小于所述第二预设时间；下墙控制模块2200，用于若所述前进/后退爬墙时间不小于所述第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙。

判断模块2100用于基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否为水平状态：实时获取当前的状态信息，基于当前状态信息中水下清洗机器人与XY平面的夹角判断当前水下清洗机器人是否处于水平状态，如果当前水下清洗机器人与XY平面的夹角小于预设水平角度，水下清洗机器人为水平状态，控制水下清洗机器人前进，优选的预设水平角度为30°。

判断模块2100还用于将当前前进时间与预先设置的第一预设时间进行对比。其中第一预设时间为根据泳池的长度和宽度以及水下清洗机器人运动速度预先设置的第一预设时间，基于所述第一预设时间能够为水下清洗机器人选择最优的清洗路径。将所述当前前进时间与第一预设时间进行对比，并且基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙。其中遇到侧墙为：在水下清洗机器人前进/后退过程中，水下清洗机器人水平前进/后退，机身会倾斜，机身相对于XY平面的夹角逐渐增大。相应的，本实施例中基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙包括：判断机身与XY平面的夹角是否达到60°，若夹角达到60°，则认为遇到侧墙。否则，认为未遇到侧墙。当前进时间小于第一预设时间，且未遇到侧墙，则继续前进；当前进时间小于第一预设时间，且遇到侧墙，则前进爬墙；当前进时间不小于第一预设时间，则执行步骤S300。将当前前进爬墙时间与预先设置的第二预设时间进行对比。其中第二预设时间为根据泳池高度以及水下清洗机器人运动的速度，预先设置的第二预设时间。也就是当水下清洗机器人在竖直方向以固定的速度运行第二预设时间后，所行进的距离不超过泳池的高度。

下墙控制模块2200用于当所述前进/后退爬墙时间不小于所述第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙。

需要说明的是，本发明的运动路径规划方法中，若满足以下三个条件中的任意一个则认为水下清洗机器人是否处于水平状态：

(a)机身与XY平面的夹角小于水平夹角(实施例中为30°)；

(b)在由侧墙下到泳池底面时，机身与XY平面的夹角小于下墙角度；

(c)在由泳池底面上到侧墙到，机身与XY平面的夹角小于上墙角度。

水平夹角、下墙角度和上墙角度的取值之间相互独立，互不相干，实施应用时，在该判断原则的基础上可以根据应用需求调整具体实现方案。

本发明的水下清洗机器人对其运动路径上的泳池壁进行清洁，通过获取当前的状态信息，也即获取机身与XY平面、XZ平面、YZ平面之间的夹角，进而控制机器的运动路径。首先判断当前是否处于水平状态，若处于水平状态则前进爬墙清洗，到达第二预设时间后，竖直下墙，下墙后通过两次旋转，在机器宽度方向调整预定距离，调整后再后退爬墙，到达第二预设时间后，前进下墙，下墙后再次通过两次旋转，在机器宽度方向调整预定距离，完成一次往返清洗。通过多次的往返清洗达到对泳池的无死角清洗，由于其运动轨迹为有规律的，因此也避免了水下清洗机器人的电缆线缠绕的问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (28)

1.一种水下清洗机器人，包括机身及设于所述机身上的把手，其特征在于，所述水下清洗机器人在水底爬行作业和/或水下爬墙作业时，所述把手在浮力作用下能够相对于所述机身浮动，所述机身的第一侧设有滑槽，所述滑槽内设有与所述滑槽滑动及转动连接的滑动轴，所述把手的第一端与所述滑动轴固定连接；当水下清洗机器人在水底作业时，把手的浮心高于机身的重心并远离机身；当水下清洗机器人在水中沿墙壁向上爬行时，把手的浮心高于机身的重心并靠近机身的前侧；当水下清洗机器人爬出水面时，把手浮于水面，把手的浮心远离机身并且把手的浮心高度靠近机身的重心高度。

2.根据权利要求1所述的水下清洗机器人，其特征在于，所述把手能够转动地安装在所述机身上，并且所述把手能够转动从而靠近或远离机身的前侧或后侧。

3.根据权利要求1所述的水下清洗机器人，其特征在于，所述把手的两端分别能够转动地安装在所述机身的左右两侧，并且所述把手能够转动从而靠近或远离机身的前侧或后侧。

4.根据权利要求1所述的水下清洗机器人，其特征在于，所述把手的第一端能够滑动及转动地安装在所述机身的第一侧，所述把手的第二端能够转动地安装在所述机身的第二侧，所述机身的第二侧与所述机身的第一侧相对设置，并且所述把手能够转动从而靠近或远离机身的前侧或后侧。

5.根据权利要求1所述的水下清洗机器人，其特征在于，所述把手的第一端设有第一转接部，所述滑动轴的一端滑动及转动地安装在所述滑槽内，另一端与所述第一转接部固定连接。

6.根据权利要求1所述的水下清洗机器人，其特征在于，所述机身的第一侧设有与所述滑槽的内端连通的第一腔室，所述滑动轴安装在所述滑槽内的一端伸入所述第一腔室内、且可拆卸地安装有防止所述滑动轴脱离所述滑槽的第一限位结构。

7.根据权利要求1所述的水下清洗机器人，其特征在于，所述机身的第二侧设有安装孔，所述安装孔内设有能够在安装孔内转动的转轴，所述把手的第二端与所述转轴固定连接。

8.根据权利要求7所述的水下清洗机器人，其特征在于，所述把手的第二端设有第二转接部，所述转轴的一端转动地安装在所述安装孔内，另一端与所述第二转接部固定连接。

9.根据权利要求7所述的水下清洗机器人，其特征在于，所述机身的第二侧设有与所述安装孔的内端连通的第二腔室，所述转轴安装在所述安装孔内的一端伸入所述第二腔室内、且可拆卸地安装有防止所述转轴脱离所述安装孔的第二限位结构。

10.根据权利要求1所述的水下清洗机器人，其特征在于，所述把手内部中空或者填充有密度比水小的材料。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的水下清洗机器人的爬行方法，其特征在于，当水下清洗机器人在水底作业时，把手受到水的浮力作用上浮远离机身；当水下清洗机器人在水中沿墙壁向上爬行时，把手受到水的浮力作用上浮并靠近机身的前侧。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的水下清洗机器人的爬行方法，其特征在于，当水下清洗机器人在水底作业时，把手的浮心高于机身的重心并远离机身；当水下清洗机器人在水中沿墙壁向上爬行时，把手的浮心高于机身的重心并靠近机身的前侧，机身通过其出水口的水流喷射力、轮子对墙壁的摩擦力以及重力和浮力的共同作用紧贴墙壁向上爬行；当水下清洗机器人爬出水面时，把手浮于水面，把手的浮心远离机身并且把手的浮心高度靠近机身的重心高度，机身出水口接近水面导致水流喷射力减小，机身不再紧贴墙壁向上爬行。

13.根据权利要求12所述的水下清洗机器人的爬行方法，其特征在于，当水下清洗机器人在水中沿墙壁向上爬行时，检测其实际前行方向与预定前行方向之间的夹角A，若夹角A小于设定角度值，则通过浮动的把手拉动机身实施自动纠偏，若夹角A大于设定角度值且小于90°，则通过调整左右轮子的转速和/或方向实现主动纠偏；若夹角A大于90°，则水下清洗机器人下墙。

14.根据权利要求1至10中任一项所述的水下清洗机器人的运动路径规划方法，其特征在于，包括步骤：

实时获取所述水下清洗机器人当前的状态信息；

基于所述状态信息控制所述水下清洗机器人前进爬墙，并且在前进爬墙之后后退下墙；

基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成后退下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先后退，进行第一次转向，所述第一次转向后，再次后退，进行与第一次转向方向相反角度相同的第二次转向；

基于所述状态信息控制所述水下清洗机器人后退爬墙，并且在后退爬墙之后前进下墙；

基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成前进下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先前进，进行第三次转向，所述第三次转向后，再次前进，进行与第三次转向方向相反角度相同的第四次转向；

重复以上步骤，并将往返次数加1。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述基于所述状态信息控制所述水下清洗机器人前进爬墙，并且在前进爬墙之后后退下墙的步骤以及基于所述状态信息控制所述水下清洗机器人后退爬墙，并且在后退爬墙之后前进下墙的步骤具体为：

基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否为水平状态，若为水平状态，获取当前的往返次数；若往返次数小于n次时，则控制所述水下清洗机器人前进/后退；

获取当前前进/后退时间，将所述前进/后退时间与第一预设时间进行比较；

若前进/后退时间小于第一预设时间，则基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若遇到，则控制所述水下清洗机器人前进/后退爬墙；

获取当前前进/后退爬墙时间，将所述前进/后退爬墙时间与第二预设时间进行比较；

若所述前进/后退爬墙时间不小于所述第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述往返次数增加到n时，对所述往返次数重置为1。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否为水平状态，若为水平状态，获取当前的往返次数；若往返次数小于n次时，则控制所述水下清洗机器人前进/后退还包括：

若往返次数不小于n次时，获取标志位信息，基于所述标志位控制所述水下清洗机器人第五次转向，所述第五次转向后，前进/后退且标志位加1。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否为水平状态，若为水平状态，获取当前的往返次数；若往返次数小于n次时，则控制所述水下清洗机器人前进/后退还包括：

若不为水平状态，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙且往返次数减1，执行步骤基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成后退/前进下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先后退/前进，进行第一/三次转向，所述第一/三次转向后，再次后退/前进，进行与第一/三次转向方向相反角度相同的第二/四次转向。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述基于所述标志位第五次转具体为：

所述标志位的取值范围为1≤m≤4；

当所述标志位等于1时，后退时右转向，前进时不转向，且所述标志位加1；

当所述标志位等于2时，后退时左转向，前进时不转向，且所述标志位加1；

当所述标志位等于3时，后退时不转向，前进时右转向，且所述标志位加1；

当所述标志位等于4时，后退时不转向，前进时左转向，且所述标志位加1；

当所述标志位大于4时，将标志位重置为1。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，

所述第一次转向、第二次转向、第三次转向、第四次转向的转动角度为45°，所述第五次转向的转动角度为90°。

21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述若前进/后退时间小于第一预设时间，则基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若遇到，则控制所述水下清洗机器人前进/后退爬墙的步骤还包括：

若前进/后退时间不小于第一预设时间，则执行步骤基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成前进/后退下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先前进/后退，进行第三/一次转向，所述第三/一次转向后，再次前进/后退，进行与第三/一次转向方向相反角度相同的第四/二次转向。

22.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述若前进/后退时间小于第一预设时间，则基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若遇到，则控制所述水下清洗机器人前进/后退爬墙的步骤还包括：

若前进/后退时间小于第一预设时间，且没有遇到侧墙，则控制所述水下清洗机器人继续前进/后退。

23.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述若所述前进/后退爬墙时间不小于所述第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙的步骤还包括：

若所述前进/后退爬墙时间小于所述第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人继续前进/后退爬墙。

24.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述前进爬墙、后退下墙、后退爬墙以及前进下墙还包括：

实时获取当前的状态信息；

基于所述状态信息，判断所述水下清洗机器人当前状态是否为竖直爬墙/下墙；

若为竖直爬墙/下墙，则控制所述水下清洗机器人继续爬墙/下墙；

若不为竖直爬墙/下墙，则判定所述水下清洗机器人当前状态为绕墙状态。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，当处于绕墙状态时：

实时获取当前的状态信息；

基于所述状态信息，控制所述水下清洗机器人调整机身位置；

基于所述状态信息，判断所述水下清洗机器人是否成功调整为竖直爬墙/下墙；

若成功调整为竖直爬墙/下墙，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙，执行步骤基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成前进下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先前进，进行第三次转向，所述第三次转向后，再次前进，进行与第三次转向方向相反角度相同的第四次转向；

若未成功调整为竖直爬墙/下墙，则控制所述水下清洗机器人发出警报。

26.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述实时获取所述水下清洗机器人当前的状态信息的步骤之前还包括：

预先设置第一预设时间、第二预设时间、最大往返次数n、以及标志位的初始值。

27.根据权利要求1至10中任一项所述的水下清洗机器人的运动路径规划系统，其特征在于，包括：

状态获取模块，用于实时获取所述水下清洗机器人当前的状态信息；

爬墙控制模块，用于基于所述状态信息控制水下清洗机器人前进/后退爬墙，并且在前进/后退爬墙之后后退/前进下墙；

转向控制模块，用于基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成后退下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先后退，进行第一次转向，所述第一次转向后，再次后退，进行与第一次转向方向相反角度相同的第二次转向；基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否完成前进下墙，若是，则控制所述水下清洗机器人先前进，进行第三次转向，所述第三次转向后，再次前进，进行与第三次转向方向相反角度相同的第四次转向。

28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述爬墙控制模块包括：

判断模块，用于基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若没有遇到，则控制所述水下清洗机器人前进/后退；判断前进/后退时间是否不小于第一预设时间，若前进/后退时间小于第一预设时间，则基于所述状态信息判断所述水下清洗机器人是否遇到侧墙，若遇到，则控制所述水下清洗机器人前进/后退爬墙；判断前进/后退爬墙时间是否不小于第二预设时间；

下墙控制模块，用于若所述前进/后退爬墙时间不小于第二预设时间时，则控制所述水下清洗机器人后退/前进下墙。

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