CN113951765A - 一种楼宇楼梯智能清扫机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种楼宇楼梯智能清扫机器人，包括本体和下楼辅助结构，本体包括机壳、移动轮、两个旋转毛刷、抹布、水箱、吸尘器。旋转毛刷和抹布设置于机身底部前后两端，负责对地面进行清扫，下楼辅助结构包括垂直支撑杆和水平支撑杆，各自两个组成一组安装于机器人左右两侧，本发明提供的清扫机器人，在遇到楼梯时，通过垂直支撑杆和水平支撑杆的支撑作用，配合导轨及滑轮将清扫机器人本体放置于下一台阶，之后将两组支撑杆收回原位恢复至初始状态，进行当前台阶清扫工作；并且，该清扫机器人可以对楼梯转角平台识别和判断，进而可以在楼梯转角处变换工作状态进行清扫，应用更加广泛。

Description

一种楼宇楼梯智能清扫机器人

技术领域

本发明涉及智能家居技术领域，具体涉及一种楼宇楼梯智能清扫机器人。

背景技术

扫地机器人(robotcleaner)又称自动打扫机、智能吸尘、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清扫工作。一般采用刷扫和真空方式，将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清扫的功能。一般来说，将完成清扫、吸尘、擦地工作的机器人，也统一归为扫地机器人。

现有的扫地机器人，多数只能在一个平面内进行清扫，没有办法清扫楼梯，在配有电梯的高层建筑中，楼梯台阶长时间无人打理，还需要专门找人清扫，费时费力，这就需要一款清扫机器人专门负责清扫楼梯。

此外，现有的扫地机器人辅助装置仅能够帮助扫地机器人实现上下楼，但无法对各级台阶及转角平台进行清扫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种楼宇楼梯智能清扫机器人，目前市面上没有从上至下自动且完整的清扫各个台阶面的清扫机器人，因此市场价值潜力巨大。

为了满足市场需求,本发明提供如下技术方案:

一种楼宇楼梯智能清扫机器人,所述清扫机器人包括机器人的本体和下楼辅助结构, 本体包括机壳、移动轮、两个旋转毛刷、抹布、水箱、吸尘器，所述下楼辅助结构主要包括垂直支撑杆和水平支撑杆。垂直支撑杆是由竖直杆和水平杆构成的直角型支撑杆，其中垂直支撑杆的竖直杆是可以自由伸缩的，底部有一个可制动的移动轮，距离垂直支撑杆直角处约2cm有一电机驱动的可制动滑动轮，配合机身的导轨可将清扫机器人竖直下移至其着地；垂直支撑杆和水平支撑杆分别两个组成一组安装于清扫机器人左右两侧，垂直支撑杆的水平杆末端处有一电机驱动的可制动的衔接轮，用于衔接垂直支撑杆和水平支撑杆。水平支撑杆的一侧是通过衔接轮搭在垂直支撑杆水平杆上，另一侧末端有一电机驱动可制动的移动轮。垂直支撑杆水平杆和水平支撑杆上均设有导轨，清扫机器人的机身前侧有一组导轨，和垂直支撑杆的两个滑动轮相结合。清扫机器人的机身底部有两个动力轮和一个万向轮。

初始状态清扫机器人的移动轮着地，下楼辅助结构依附于清扫机器人的前侧，使垂直支撑杆的滑动轮与机身的导轨结合，此时垂直支撑杆底部移动轮悬空。

进一步地,当清扫机器人下楼时，垂直支撑杆竖直杆上的滑动轮将支撑杆缓慢下移至水平支撑杆的底部两个移动轮着地，此时垂直支撑杆竖直杆滑动轮脱离清扫机器人机身前侧的导轨。

进一步地,在可制动的垂直支撑杆和水平支撑杆的衔接轮的作用下，电机带动衔接旋转推出垂直支撑杆至其底部距离传感器检测悬空时停止，此时，垂直支撑杆向下伸出至竖直杆底部距离传感器检测到移动轮接触地面停止，位于清扫机器人内部的水平陀螺仪检测清扫机器人与水平支撑杆及垂直支撑杆的平衡，同时让清扫机器人底部导轨与水平支撑杆上的导轨结合，两处导轨在同一水平面上。

进一步地，清扫机器人在其底部导轨的驱动下，沿着垂直支撑杆的水平导轨平移至下一台阶上方，至其尾部的边缘检测传感器检测悬空为止，此时垂直支撑杆竖直杆上的滑动轮与机身前侧导轨结合。

进一步地,在垂直支撑杆竖直杆滑动轮的驱动下，缓慢将清扫机器人竖直下移至其底部移动轮着地为止，并利用清扫机器人内部的水平陀螺仪检测整个装置的水平。

进一步地,在衔接轮的作用下，收回水平支撑杆；同时垂直支撑杆竖直杆伸缩收回，使得清扫机器人和垂直支撑杆以及水平支撑杆回到了初始状态。

本发明提供的一种楼宇楼梯智能清扫机器人，清扫模块分为底部清扫与两端清扫，底部有电池用于供电，电池两边分布两个吸尘器用于清扫尘土，吸尘器前方均装有旋转毛刷，旋转毛刷在清扫地面时能有效清扫角落尘土，电池上方放置尘盒，尘盒两端放置两个小型水箱，水箱连接机身下的抹布，位于机身下方负责地面清扫；从整体结构来看，吸尘器与旋转毛刷位于清扫机器人前后端，抹布位于机身下方旋转毛刷内侧，水箱、尘盒、电池置于机身内部。

进一步地，旋转毛刷和吸尘器用于清扫地面的尘土、纸屑等，机身底部的抹布负责对粘连在地面的物品进行清扫。

本发明提供的一种楼宇楼梯智能清扫机器人，清扫楼梯转角平台时，四个距离传感器用于测量机器人与墙壁的距离，便于机器人进行清扫；1号传感器位于机器人机身前端，负责测量机身前端与墙壁或扶手的距离，3号传感器位于机身后端，与1号传感器相对应。在平台清扫过程中，4、2号传感器分别位于长方体机身的左右两侧。

本发明提供的一种楼宇楼梯智能清扫机器人，在楼梯的转角平台部分，下楼辅助结构不工作；清扫完台阶清扫机器人移动到转角平台部分时，在原地转向调整行径方向，并利用四个距离传感器中的1、3号传感器测量距墙面的距离，清扫机器人行驶到墙面附近，开始打扫整个平台。

进一步地，机器人靠近墙面，整个机身旋转90°，复位陀螺仪，以此时的航向角为基准。2、4号传感器检测机器人使其贴近墙面，1号传感器检测机器人到对面墙面的距离，开启后端旋转毛刷与吸尘器，结合机身下方抹布，对航向角的偏差与编码器的值进行卡尔曼滤波，得到差值带入串级PID进行闭环控制电机，完成第一次直线行走及清扫。

进一步地，完成第一次直线清扫至楼梯平台拐角处后，整个机身旋转90°，紧靠墙面直行并清扫一个机身的距离，整个机身再旋转90°，进行下一段直线行走及清扫；进行完下一段直线行走及清扫后，使用1、3号距离传感器测量机身到楼梯的距离，机器人靠近楼梯，整体旋转90°，紧靠楼梯直行并清扫一个机身的距离，整个机身再旋转90°，进行直线行走及清扫，以此类推，完成整个“弓”字形清扫过程。进一步地，清扫过程中，根据机身底部前端的边缘检测传感器，在靠近扶手拐角及下一段楼梯时，机器人会根据距离适当提前转向，防止发生跌落现象。

进一步地，2、4号传感器测得机器人紧靠下段台阶的墙面时，完成“弓”字形清扫整个平台的过程，开始下段台阶的清扫，利用下楼辅助结构下楼梯。

本发明提供的一种楼宇楼梯智能清扫机器人，清扫每个台阶时，利用处于前端的1号传感器，测量机器人到墙壁的距离，靠近墙壁时机身旋转90°，利用下楼辅助结构到达下一台阶，整体机身旋转90°，进行下一台阶的清扫。

进一步地，如果台阶较宽，进行了第一次直行清扫后，利用1号传感器测量机身到墙壁或者扶手的距离，靠近墙壁或扶手时，整个机身旋转90°，直行清扫一段距离（此距离根据台阶宽度而定），使用机器人前端底部的边缘检测传感器检测是否靠近台阶边缘，靠近台阶边时，整个机身旋转90°，进行第二次直行清扫，完成一次小型的“弓”字形清扫，而后借助下楼辅助结构下楼，清扫下一台阶。

进一步地，清扫机器人对台阶进行清扫时，启动前后两端的旋转毛刷，利用抹布、毛刷、吸尘器对台阶进行清扫；清扫机器人对转角平台进行清扫时，考虑到平台相较于台阶面积更大，可只开启后端毛刷、抹布和吸尘器进行工作，节省电力。

本发明的有益效果为：本发明针对现有扫地机器人进行了改造，不仅提升了清扫效果，而且能够实现自动下楼梯功能。

附图说明

图1：清扫机器人的结构示意图

图2：清扫机器人的底面视图

图3：清扫机器人下楼的状态示意图

图4：清扫机器人下楼的状态示意图

图5：清扫机器人下楼的状态示意图

图6：清扫机器人下楼的状态示意图

图7：清扫机器人下楼的状态示意图

图8：清扫机器人下楼的状态示意图

图9：清扫机器人在转角平台时的“弓”字形工作方式

图10：清扫机器人在台阶面的工作方式

附图中：机壳1、距离传感器2、旋转毛刷3、抹布4、万向轮5、尘盒6、动力轮7、电池8、水箱9、吸尘器与尘盒连接管10、距离传感器11、吸尘器12、边缘检测传感器13、机身底部导轨14、水平支撑杆的移动轮15、衔接轮16、水平支撑杆17、垂直支撑杆的滑动轮18、垂直支撑杆19、机身前侧导轨20、垂直支撑杆的移动轮21

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本发明实施例提供的一种楼宇楼梯智能清扫机器人的结构示意图；图2为清扫机器人的底部视图；图3为清扫机器人在下楼梯时利用下楼辅助结构的状态示意图；图4为清扫机器人在楼梯转角平台的“弓”字形工作方式示意图；

请参照图1所示，本发明实施例提供了一种楼宇楼梯智能清扫机器人，用于对地面进行清洁。

其中，清扫机器人包括本体和下楼辅助结构。

本体包括机壳1、一号距离传感器2、万向轮5、动力轮7、两个旋转毛刷3、抹布4、水箱9、三号距离传感器11、吸尘器12、尘盒6，机壳1底部的前后两端设置有吸尘器12，吸尘器12通过旋转毛刷3的清扫和负压作用吸附待吸附物并进入尘盒6内，机壳前侧有一组用于支撑杆上下滑动的导轨20，与垂直支撑杆竖直杆的滑动轮18结合。

可转动的万向轮5设置于机身底部前端，可转动的两个旋转毛刷3设置于机壳1前后两端且通过电机带动旋转，旋转毛刷3与吸尘器12吸口相邻，两个抹布4连接水箱9位于旋转毛刷3内侧。

请参照图2所示，两个动力轮7与一个万向轮5分布于机壳1底部，三者连线组成一个三角形，万向轮5在顶角位置，两个动力轮7分布在底角位置。

下楼辅助结构的具体结构为：水平支撑杆包括杆本体17、可制动移动轮15和衔接轮16；垂直支撑杆包括杆本体19、可制动移动轮21、一号电机、伸缩杆、距离传感器；衔接轮16位于垂直支撑杆和水平支撑杆的导轨衔接处，由二号电机驱动，用于垂直支撑杆的推出；垂直支撑杆是由竖直杆和水平杆构成的直角型支撑杆，与水平支撑杆17通过衔接轮16衔接。

当清扫机器人下楼梯时，下楼辅助结构开始工作，垂直支撑杆上的一号电机带动可制动滑动轮18和支撑杆一起向下移动，直至水平支撑杆接触地面，使用二号电机带动衔接轮16使垂直支撑杆的水平杆推出，垂直支撑杆竖直杆上的距离传感器检测到竖直杆已悬空在下一台阶时，停止推出，伸缩杆开始工作，垂直支撑杆的可制动移动轮21到达下一台阶时，停止伸出。

机器人开始下楼梯，利用位于机身前端吸尘器12吸口附近的三、四号电机驱动同样位于机身底部的可制动滑动轮，将整个机身在导轨上从水平支撑杆17移动到垂直支撑杆水平杆上，位于机身底部的边缘检测传感器13测得机身已离开当前台阶，到达下一台阶时停止移动，利用垂直支撑杆上的可制动滑动轮18和机身前侧的导轨20配合一号电机，将整个机身放置在下一台阶面上，利用二号电机驱动衔接轮16收回水平支撑杆，机器人回到初始状态。

当清扫机器人开始打扫台阶时，使用1号距离传感器2和3号距离传感器11检测机器人与墙面或者扶手的距离，打扫过程中，前后两端的旋转毛刷3和吸尘器12均开启，毛刷3和吸尘器12配合机壳底部的抹布4完成台阶清扫工作，机身到达下节楼梯开始处时，使用下楼辅助结构将机器人移动到下节台阶进行下一阶段的清扫。

本发明提供的一种楼宇楼梯智能清扫机器人，在清扫楼梯转角平台时，开启机身后端旋转毛刷3、吸尘器12和抹布4进行转角清扫工作，机身到达平台时，先使用1号2、3号11距离传感器检测机身与墙面的距离，使用机身下方的万向轮5和动力轮7使机器人靠近墙面，万向轮5配合陀螺仪使整体机身旋转90°后开始清扫工作；进行直线清扫，在1号距离传感器检测到机器人已靠近墙面时，停止前进，使用万向轮5配合陀螺仪使整个机身旋转90°，再向前直行清扫一个机身的距离，万向轮5配合陀螺仪使整个机身旋转90°，进行下一段直线清扫；2、4号距离传感器测量机身到较远墙面的距离，将数据传至软件，计算出机器人需要来回打扫的次数后，向机器人下达对应指令，使机器人完成整个“弓”字形清扫。

请参照图所示，转角平台的“弓”字形工作方式能最大程度地完成平台的清扫，将无法清扫的面积尽量缩小。

完成“弓”字形清扫后，利用机器人底部前端的边缘检测传感器13在机身到达下节楼梯开始处时，使用下楼辅助结构将机器人移动到下节台阶进行下一阶段的清扫。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种楼宇楼梯智能清扫机器人，其特征在于：所述清扫机器人包括本体和下楼辅助结构, 本体包括机壳1、万向轮5、动力轮7、两个旋转毛刷3、抹布4、水箱9、吸尘器12、尘盒6，所述本体的底部两端分别有吸尘器，所述吸尘器通过负压作用吸附待吸附物并进入尘盒6内，所述尘盒6和吸尘器12相连于本体的电源8上方;所述可制动万向轮5和动力轮7设置于所述本体底部且通过电机旋转驱动,所述两个旋转毛刷3设置于所述本体的底部两侧，所述抹布4置于本体的底部旋转毛刷3内侧,所述水箱9置于本体内部的两侧;所述下楼辅助结构包括垂直支撑杆19、水平支撑杆17,所述垂直支撑杆是由竖直杆和水平杆构成的直角型支撑杆，垂直支撑杆19的竖直杆底部有一可制动移动轮21；距离垂直支撑杆直角约2cm处有可制动的滑动轮18，可将清扫机器人竖直移动至其底部移动轮着地；垂直支撑杆19的水平杆末端处有电机驱动的可制动衔接轮16，水平支撑杆17一侧是通过可制动的衔接轮16搭在垂直支撑杆19上，另一侧末端有可制动的移动轮15，垂直支撑杆水平杆和水平支撑杆上均有导轨，清扫机器人的机身前侧有一组导轨20，与垂直支撑杆19相结合，初始状态清扫机器人的移动轮着地，下楼辅助结构依附于清扫机器人的前侧，使垂直支撑杆的滑动轮18与机身的导轨20接触，此时垂直支撑杆底部移动轮21悬空。

2.根据权利要求1所述的一种楼宇楼梯智能清扫机器人，其特征在于：所述机器人的本体清扫模块分为底部清扫与两端清扫两部分，本体前后两端分布两个吸尘器口用于清扫尘土，吸尘器口前方均装有旋转毛刷3，旋转毛刷3和吸尘器12用于清扫地面的尘土，纸屑等，机身底部的抹布4负责对粘连在地面的物品进行清扫,旋转毛刷结构在清扫地面时能有效清扫角落尘土。

3.电池8上方放置尘盒6，尘盒两端放置两个小型水箱9，水箱连接机身下的抹布4负责底部清扫；从整体结构来看，吸尘器口与旋转毛刷3位于清扫机器人前后端，抹布4位于机身下方旋转毛刷3内侧，水箱9、尘盒6、电池8置于机身内部。

4.根据权利要求1所述的一种楼宇楼梯智能清扫机器人，其特征在于:所述机器人初始状态为万向轮5和动力轮7着地，下楼辅助结构依附于清扫机器人的前侧，使垂直支撑杆的滑动轮18与机身的导轨14接触，此时垂直支撑杆底部移动轮21悬空，垂直支撑杆19和水平支撑杆17分别两个组成一组安装于清扫机器人左右两侧；当清扫机器人下楼时，垂直支撑杆竖直杆上的滑动轮18将支撑杆缓慢下移至水平支撑杆的底部两个移动轮21着地，此时垂直支撑杆竖直杆滑动18轮脱离清扫机器人机身前侧的导轨20；在可制动的垂直支撑杆和水平支撑杆的衔接轮16的作用下，电机带动衔接轮旋转推出垂直支撑杆19至垂直支撑杆底部距离传感器检测悬空时停止推出，此时，垂直支撑杆向下伸出至竖直杆底部距离传感器检测到移动轮21接触地面停止，位于清扫机器人内部的水平陀螺仪检测清扫机器人与水平支撑杆17及垂直支撑杆19的平衡，同时让清扫机器人底部导轨14与水平支撑杆上的导轨结合，两处导轨在同一水平面上；清扫机器人在其底部导轨14的驱动下，沿着垂直支撑杆的水平导轨平移至下一台阶上方，至其尾部的边缘检测传感器13检测悬空为止，此时垂直支撑杆竖直杆上的滑动轮18与机身前侧导轨14结合；在垂直支撑杆竖直杆滑动轮的驱动下，缓慢将清扫机器人竖直下移至其底部移动轮着地为止，并利用清扫机器人内部的水平陀螺仪检测整个装置的水平；在衔接轮16的作用下，收回水平支撑杆，同时垂直支撑杆竖直杆伸缩收回，使得清扫机器人和垂直支撑杆19以及水平支撑杆17回到了初始状态。

5.根据权利要求1所述的一种楼宇楼梯智能清扫机器人，其特征在于：清扫楼梯转角平台时，四个距离传感器11用于测量机器人与墙壁的距离，一个边缘检测传感器位于机身底部13前端，便于机器人进行清扫；1号传感器位于机器人机身前端，负责测量机身前端与墙壁或扶手的距离，3号传感器位于机身后端，与1号传感器相对应，在平台清扫过程中，4、2号传感器分别位于长方体机身的左右两侧。

6.根据权利要求4所述的一种楼宇楼梯智能清扫机器人，其特征在于：在楼梯的转角平台部分，下楼辅助结构不工作；清扫完台阶清扫机器人移动到转角平台部分时，在原地转向调整行径方向，并利用四个距离传感器中的1、3号传感器测量距墙面的距离，清扫机器人行驶到墙面附近，开始打扫整个平台。

7.根据权利要求5所述的一种楼宇楼梯智能清扫机器人，其特征在于:机器人靠近墙面，整个机身旋转90°，以此时的航向角为基准，1号传感器检测机器人到对面墙面的距离，开启后端旋转毛刷与吸尘器，结合机身下方抹布，完成第一次直线行走及清扫；完成第一次直线清扫至楼梯平台拐角处后，整个机身旋转90°，紧靠墙面直行并清扫一个机身的距离，整个机身再旋转90°，进行下一段直线行走及清扫；以此类推，完成整个“弓”字形清扫过程；清扫过程中，根据边缘检测传感器，在靠近扶手拐角及下一段楼梯时，机器人会根据距离适当提前转向，防止发生跌落现象。

8.根据权利要求6所述的一种楼宇楼梯智能清扫机器人，其特征在于；清扫每个台阶时，利用处于前端的1号传感器，测量机器人到墙壁的距离，靠近墙壁时机身旋转90°，利用下楼辅助结构到达下一台阶，整体机身旋转90°，进行下一台阶的清扫；如果台阶较宽，进行了第一次直行清扫后，利用1号传感器测量机身到墙壁或者扶手的距离，靠近墙壁或扶手时，整个机身旋转90°，直行清扫一段距离（此距离根据台阶宽度而定），使用机器人前端底部的边缘检测传感器检测机器人是否靠近台阶边缘，靠近台阶边时，整个机身旋转90°，进行第二次直线清扫，完成一次小型的“弓”字形清扫，而后借助下楼辅助结构下楼，清扫下一台阶。

9.根据权利要求7所述的一种楼宇楼梯智能清扫机器人，其特征在于；清扫机器人对台阶进行清扫时，启动前后两端的旋转毛刷3，利用抹布4、毛刷、吸尘器12对台阶进行清扫；清扫机器人对转角平台进行清扫时，考虑到平台相较于台阶面积更大，可只开启后端毛刷3、抹布4和吸尘器12进行工作，节省电力。

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