CN114343506B - 一种多形态楼阶清扫机器人 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种多形态楼阶清扫机器人，包括包括支架、连接杆和对称设置在支架前端的爬楼单元，每一个爬楼单元均包括底座、第一驱动装置、控制板、第一红外传感器和供电单元，支架上设有超声波传感器、第二驱动装置、第二红外传感器、第三红外传感器、第三驱动装置、扫筒和垃圾清理盒，支架和底座上均设有驱动轮，第二驱动装置通过连接杆分别与对应第一驱动装置连接。本发明通过红外传感器、超声波传感器以及多个驱动装置结合，能够精准识别楼阶，实现了清扫机器人的自动爬楼下楼以及跨楼层清扫，同时，通过设置机械臂还可以针对大件垃圾进行清扫处理，具有体积小、结构紧凑、清扫效率高和能够适应复杂地形的特点，具有很好的市场前景。

Description

一种多形态楼阶清扫机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种多形态楼阶清扫机器人。

背景技术

现如今城市中各种高层建筑越来越多，导致了对楼道的清洁作业也更加繁重，需要耗费不少的人力及资源，各种常规的扫地机器人只局限于水平地面的清扫，无法进行楼梯的清扫，现在的楼梯清洁主要是以人工进行，这种清洁工作不仅费时费力而且工作效率也很低。

基于此，自动楼梯清扫机器人应运而生，自动楼梯清扫机器人是一个集运动控制、模式识别、规划执行等功能的智能系统，一些高校和企业关于楼梯机器人的研究多采用轮式、履带式以及模仿人类行走的腿式机器人，主要包括以下几种，以L型腿部结构实现楼梯的攀爬的一种楼道清洁机器人；一种轮脚混合式爬楼机器人，其轮子与脚部的上下组合伸缩实现平稳上下楼；利用平行四边形形变特点实现上下楼清扫功能的机器人；一种新型清洁机器人结构的整体设计方案及硬件设计思路，该清洁机器人适用于商业场所，且对所设计的机构进行了分析；一款楼道清洁机器人，采用齿轮齿条运动副进行上下楼，用于楼道内楼梯的清扫。

但是现有的轮式机器人多依靠齿轮转动达到爬坡目的，运动灵活，但运行时重心起伏大，运行不平稳：履带式机器人对地面适应性高，但能量损耗大，目前在轮椅上下楼梯中实验较多；腿式机器人适应性强，但机构和控制复杂，投入较大。

鉴于此，本发明设计了一种结构简单、能量损耗低且适应性强的多形态楼阶清扫机器人。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种多形态楼阶清扫机器人，所述。

本发明提供的一种多形态楼阶清扫机器人，包括支架、第一短杆、第二短杆和连接杆，所述支架前部的左右两侧连接有对称设置的爬楼单元，每一个爬楼单元均包括底座、第一驱动装置、控制板、第一红外传感器和供电单元，第一驱动装置、控制板、第一红外传感器和供电单元均固定设于底座上，且控制板分别与第一驱动装置、第一红外传感器和供电单元连接，第一驱动装置位于底座后部，红外传感器位于底座的前端端部用于对爬楼单元前端进行检测，两个爬楼单元的控制板相互连接以实现数据交互，支架的顶部设有超声波传感器，支架上部的左右两侧均固定设有第二驱动装置，支架中部的左右两侧均设有第二红外传感器，支架下部设有第三红外传感器和第三驱动装置，第三红外传感器位于支架下部的后侧用于对支架后侧进行检测，支架底部设有用于清扫地面的扫筒以及与扫筒连接用于收集清扫垃圾的垃圾清理盒，第三驱动装置与扫筒连接用于驱动扫筒运行，支架底部的左右两侧以及底座前端的底部左右两侧均设有用于分别支撑底架和底座以带动清扫机器人行走的驱动轮，第一短杆的一端与第一驱动装置的驱动端固定连接，第一短杆的另一端与连接杆的一端转动连接，第二短杆的一端与第二驱动装置的驱动端固定连接，第二短杆的另一端与连接杆的另一端转动连接。

优选地，还包括设于底座底部且可单自由度翻转180°的机械臂以及与机械臂连接用于驱动机械臂伸出或收回的第四驱动装置，机械臂上设有机械夹以及与机械夹连接用于驱动机械夹夹持物体的第五驱动装置。

优选地，所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置和第五驱动装置均为舵机。

优选地，所述支架顶部横向设有横梁，超声波传感器位于横梁中部位置。

优选地，两个所述第二驱动装置分别位于横梁的左右两端。

优选地，所述支架中部的左侧穿设有左支撑架，支架中部的右侧穿设有右支撑架，两个第二红外传感器分别位于左支撑架的左端端部和右支撑架的右端端部。

优选地，所述支架上设有无线通讯模块，左支撑架的右端或右支撑架的左端上设有与无线通讯模块连接的摄像头。

优选地，至少一个所述控制板内设有蓝牙串口模块。

优选地，每一个所述连接杆的一端均与对应侧的第一短杆铰接，连接杆的另一端均与对应侧的第二短杆铰接。

优选地，所述供电单元为锂电池。

与现有技术相比，本发明通过第一红外传感器、第二红外传感器、超声波传感器以及多个驱动装置的相结合，能够有效对楼阶进行识别，实现了清扫机器人在楼道楼阶上的自动爬楼下楼动作，以及清扫机器人的跨楼层清扫，同时，通过设置机械臂还可以针对大件垃圾进行清扫处理，具有体积小、结构紧凑、清扫效率高和能够适应复杂地形的特点，具有很好的市场前景。

附图说明

图1为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人的整体立体结构示意图，

图2为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人的整体左视结构示意图，

图3为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人的整体后视结构示意图，

图4为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人的整体俯视结构示意图，

图5为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人的整体仰视结构示意图，

图6为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人的机械臂结构示意图，

图7为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人楼道初步检测示意图，

图8为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人楼道精准检测示意图，

图9为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人脱离死角示意图，

图10为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人爬楼原理图，

图11为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人上楼检测原理图，

图12为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人楼阶行走位姿调整示意图，

图13为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人终止楼阶清扫示意图，

图14为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人下楼形态结构示意图，

图15为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人蓝牙抓取模式变形结构示意图，

图16为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人蓝牙抓取模式下运动结构示意图，

图17为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人自动抓取结构示意图，

图18为本发明提供的多形态楼阶清扫机器人应用程序APP操控垃圾清理盒翻转结构示意图。

图中：1.第一驱动轮，2.第一驱动装置，3.连接杆，4.扫筒，5.第二红外传感器，6.控制板，7.第二驱动装置，8.第三红外传感器，9.超声波传感器，10.摄像头，11.第三驱动装置，12.蓝牙串口模块，14.第一红外传感器，15.供电单元，16.第四驱动装置，17.第五驱动装置，18.无线通讯模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，本实施例中，所述“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅指代不同部件，没有先后次序之分，以图1为例，垂直纸面向左为左，垂直纸面向右为右，垂直纸面向上为上，垂直纸面向下为下，垂直纸面向前为前，垂直纸面向后为后，左右方向为横向，前后方向为纵向，上下方向为竖向。

如图1-图18所示，一种多形态楼阶清扫机器人，包括支架、第一短杆、第二短杆和连接杆3，所述支架前部的左右两侧连接有对称设置的爬楼单元，每一个爬楼单元均包括底座、第一驱动装置2、控制板6、第一红外传感器14和供电单元15，第一驱动装置2、控制板6、第一红外传感器14和供电单元15均固定设于底座上，且控制板6分别与第一驱动装置2、第一红外传感器14和供电单元15连接，第一驱动装置2位于底座后部，红外传感器14位于底座的前端端部用于对爬楼单元前端进行检测，两个爬楼单元的控制板6相互连接以实现数据交互，支架的顶部设有超声波传感器9，支架上部的左右两侧均固定设有第二驱动装置7，支架中部的左右两侧均设有第二红外传感器5，支架下部设有第三红外传感器8和第三驱动装置11，第三红外传感器8位于支架下部的后侧用于对支架后侧进行检测，支架底部设有用于清扫地面的扫筒4以及与扫筒4连接用于收集清扫垃圾的垃圾清理盒19，第三驱动装置11与扫筒4连接用于驱动扫筒4运行，支架底部的左右两侧以及底座前端的底部左右两侧均设有用于分别支撑底架和底座以带动清扫机器人行走的驱动轮1，第一短杆的一端与第一驱动装置2的驱动端固定连接，第一短杆的另一端与连接杆3的一端转动连接，第二短杆的一端与第二驱动装置7的驱动端固定连接，第二短杆的另一端与连接杆3的另一端转动连接。

本实施例中，所述第一短杆、连接杆3和第二短杆构成一个三连杆结构。支架顶部横向设有横梁，超声波传感器9位于横梁中部位置；两个第二驱动装置7分别位于横梁的左右两端；支架中部的左侧穿设有左支撑架，支架中部的右侧穿设有右支撑架，两个第二红外传感器5分别位于左支撑架的左端端部和右支撑架的右端端部。当所述清扫机器人需要工作时，首先利用超声波传感器9和两个第一红外传感器14检测是否为楼道，由于所述连接杆3的两端分别与第一短杆的一端端部和第二短杆的一端端部铰接，因此，在第一驱动装置2或第二驱动装置7的驱动下，连接杆3均可带动前部的爬楼单元或带动后部支架完成变形，当主控板6判定前方为楼道时，则通过第一驱动装置2、连接杆3和第二驱动装置7相互配合分步实现爬楼单元和支架的爬楼动作；然后，在第二红外传感器5的控制下使得清扫机器人在楼阶上进行清扫，同时，利用第二红外传感器5和超声波传感器9实现清扫机器人在楼阶上的转向，当完成当前楼阶的清扫工作后，重复上述爬楼和清扫步骤直至完成所有楼阶的清扫；最后，通过第一驱动装置2、第二驱动装置7和第一红外传感器14的配合实现清扫机器人的自动下楼。在楼阶清扫过程中，所述扫筒4在第三驱动装置11的驱动下实现楼阶上垃圾的清扫并将清扫后的垃圾送入垃圾清理盒19中。

本实施例中，清扫机器人的爬楼方法为：由于两个爬楼单元对称设置并独立控制，通过第二驱动装置7驱动进而可带动对应支架前端对应的单个爬楼单元运动并先后完成爬楼，其仿生了人体两腿先后的上楼梯方式，利用前端爬楼单元重量大于支架重量，并通过第一驱动装置2和第二驱动装置7配合驱动将支架抬起进而完成整个清扫机器人的爬楼；

清扫机器人的下楼方法为：模拟桥形结构，通过第一驱动装置2和第二驱动装置7同时顺时针驱动以完成清扫机器人下楼的姿态变形，增加了清扫机器人下楼时机体的高度差，因此实现了清扫机器人在楼层间的智能移动，且能够有效避开楼阶的剐蹭。

楼阶清扫方法为：清扫机器人的楼阶清扫采用倒行的行进方式，通过左右两侧的第二红外传感器5的响应不断改变清扫机器人车体的行进方向进而调整整体位姿，能够有效保证清扫机器人的车体始终平稳处于当前楼阶上，在将到达该楼阶末端时，清扫机器人通过第二红外传感器5的响应数据和超声波传感器9的超声波返回值并利用往返转向及后退的方式完成转向。

如图1、图2所示，所述供电单元15为锂电池。本实施例中，所述供电单元采用锂电池，通过锂电池分别给与供电单元15连接的两个主控板6供电，一方面拆装便捷，便于日常维护，另一方面也能够保证主控板6的正常运行。

如图1、图3、图4所示，所述支架上设有无线通讯模块18，左支撑架的右端或右支撑架的左端上设有与无线通讯模块18连接的摄像头10。

本实施例中，所述无线通讯模块18为WIFI路由器，WIFI路由器具有150M无线速率，支持连接USB高清(HD)摄像头，通过手机APP可以随时随地轻松访问，在远程的PC端，可以对现场环境的监控和分辨率的调整，所述摄像头10与无线通讯模块18的具体连接方式为：先将摄像头10与WIFI路由器连接，再把WIFI路由器连接到2510通信转接板进行转接，最后把2510通信转接板堆叠到BigFish扩展板上，从而保证了摄像头10采集的数据能够及时稳定可靠的进行传输。

如图1、图4所示，至少一个所述控制板6内设有蓝牙串口模块12。本实施例中，所述控制板6通过设置蓝牙串口模块12，进而驱动清扫机器人的多形态变化。

如图4、图5、图6所示，还包括设于底座底部且可单自由度翻转180°的机械臂以及与机械臂连接用于驱动机械臂伸出或收回的第四驱动装置16，机械臂上设有机械夹以及与机械夹连接用于驱动机械夹夹持物体的第五驱动装置17。

本实施例中，所述机械臂为二指机械臂，通过第四驱动装置16驱动机械臂向前伸出或向后收回，同时，利用第五驱动装置17驱动二指机械臂实现夹持，进而完成对地面物体的夹持，自动抓取的过程为：首先，旋转右侧(或左侧)第二驱动装置7逆时针转动30°，右侧(或左侧)第一驱动装置2顺时针转动30°进而为机械夹翻出留出空间，同时机械夹逆时针转动90°，然后，收回第一驱动装置2和第二驱动装置同时机械夹逆时针旋转90°，此时，机械臂完成180°的外翻，在自动模式下机械夹拥有一个自由度可以上下移动一小段距离以进行物体的自动抓取。

本实施例中，为了实现自动操作，在手机上设计了与清扫机器人相匹配的应用程序APP，通过蓝牙串口模块12与手机实现蓝牙连接，在普通清扫模式下通过手机控制面板变形键进入蓝牙抓取功能，此时清扫机器人左侧(或右侧)的第二驱动装置7向后翻转160°，左侧(或右侧)的第一驱动装置2逆时针转动5°进而完成清扫机器人左侧(或右侧)变形；右侧(或左侧)的第二驱动装置7向后翻转160°，右侧(或左侧)的第一驱动装置2顺时针转动40°进而将左侧(或右侧)的重心收拢，此时将机械臂内的机械夹旋转90°翻转出来就完成机械臂的变形，在完成变形后可以操控清扫机器人前进、后退、左转和右转，同时机械夹也可以上下旋转以及上升下降，进而抓取高处物品，还可以在蓝牙界面设定微调开关，当微调开关打开时可以让清扫机器人小幅度调整完成精细抓取；

最后，在蓝牙抓取状态下再次按下变形键，清扫机器人即可通过逆运动变回普通清扫模式。

同时，为了及时对垃圾清理盒19内的垃圾进行清理，在手机上的应用程序APP上设定了垃圾箱翻转功能，具体操作过程为：首先，将两个第一驱动装置2同时逆时针旋转10°以将后侧支架抬起；然后，通过控制第三驱动装置11顺时针转动120°即可完成垃圾清理盒19的翻转，实现垃圾清理盒19内垃圾的自动清理，不需要人工清理，解放了操作人员的双手。

其中，所述第一驱动装置2、第二驱动装置7、第三驱动装置11、第四驱动装置16和第五驱动装置17均为舵机。

为了更好的理解本发明的工作原理和技术效果，下面以清扫机器人的具体工作为例予以说明。

如图7-图18所示，所述清扫机器人在日常清扫过程中，存在两种清扫模式，即正常地面的普通清扫模式和楼阶地面的楼阶清扫模式，具体地，包括如下几个步骤：

(1)楼道检测

(1.1)楼道初步检测

由于楼阶是呈梯形状且每一阶宽度为固定数值，当清扫机器人遇到楼阶时，存在两种情况：

第一种是清扫机器人正向驶向楼阶(即当清扫机器人的倾斜角度在左右15°内则视为正向遇向楼阶)，此时置于爬楼单元前端端部的第一红外传感器14被触发，同时基于超声波传感器9的超声波数据判断是否为楼阶，当超声波传感器9的判断与第一红外传感器14的判断一致时就视为初步检测完成；

第二种是清扫机器人沿倾斜方向驶向楼阶，此时置于爬楼单元前端端部的第一红外传感器14被触发，通过第一红外传感器14的返回数值与超声波传感器9的返回数值计算出清扫机器人与楼阶之间的倾斜角度，进而控制清扫机器人旋转一定角度后并按第一种情况处理，旋转角度的范围需控制在15°～50°。

(1.2)楼道精准检测

经过楼道初步检测后，此时可控制清扫机器人前进并贴近该楼阶，即清扫机器人的前面两个驱动轮1处于贴近该楼阶的状态，此时，根据超声波传感器9的返回值确定超声波传感器9与第二节楼阶之间的水平距离是否在预设值之间(本实施例中，水平距离范围预设值为46cm-47cm)，若该水平距离处于46cm-47cm之间，则判定为楼阶。

(2)爬楼

清扫机器人的爬楼动作分为三个阶段：

第一阶段：首先，清扫机器人后退预设距离(本实施例中预设距离值设为1.5cm)以预留出空间避免清扫机器人前部被楼阶阻挡；接着左侧(或右侧)爬楼单元的第二驱动装置7顺时针转动20°，同时左侧(或右侧)爬楼单元的第三驱动装置11逆时针转动40°，进而能够最大限度缩小上楼需要的空间；其次左侧(或右侧)爬楼单元的第二驱动装置7顺时针转动25°，左侧(或右侧)爬楼单元的第三驱动装置11顺时针转动85°，由于爬楼单元上转时的角度变换会让清扫机器人的前部向前伸出一定距离，即可以此作为楼阶上的支撑点，进而左侧(或右侧)爬楼单元完成爬楼；最后按照上述步骤完成右侧(或左侧)爬楼单元的爬楼动作。

第二阶段：由于一般楼阶前沿会探出1.5～2cm，通过同时保持出后部离开楼阶的距离躲避前沿的探出部分，清扫机器人前进一段距离以使后部支架贴近楼阶，同时第二驱动装置7逆时针转动60°，第三驱动装置11逆时针转动35°；同时为了让支架重心更加接近连接杆3以减少支架带来的力，在支架上升过程中会有着同时自身顺时针35°的转动。

第三阶段：将第二驱动装置7和第三驱动装置11复位，进而完成清扫机器人的爬楼动作。

需要说明的是，清扫机器人完成爬楼时，若第一红外传感器14和第二红外传感器5均响应，且超声波传感器9的超声波距离小于第一预设值(本实施例中的第一预设值为50cm)，则判断该清扫机器人爬楼失败，此时将按照爬楼步骤再次重复爬楼；若此时超声波传感器9的超声波返回数据大于第二预设值(本实施例中的第二预设值为60cm)且第一红外传感器14和第二红外传感器5都没有响应时，则判断该楼道的最后一阶楼阶上楼完成，则控制清扫机器人退出楼阶清扫模式并进入普通清扫模式。

(3)楼阶清扫

楼阶清扫包括楼阶行走和楼阶转向两个阶段，其中，楼阶行走具体包括：

当清扫机器人完成爬楼后将进行楼阶清扫，由于扫筒4大小有限且楼阶宽度固定(本实施例中楼阶宽度为30cm)，为了清扫机器人进行有效的清扫且不从楼阶上摔落，清扫机器人在楼阶上的行进路线设为曲线行进路线，即使清扫机器人的车体保持在中间位置并与两边相离5cm处左右，当清扫机器人靠近楼阶的第二红外传感器5响应时，则会先进行0.2秒的向外转动；当第二红外传感器5不响应时会进行0.2秒向内侧转动，这样的行进方式能够在矫正曲线运动后调整清扫机器人的位姿以使清扫机器人的车体与楼阶对齐，进而清扫机器人通过向外或向内的曲线运动能够有效增大清扫面积并且使清扫机器人的车体处在楼阶中间左右位置。

楼阶转向具体包括：

清扫机器人在楼阶上的转向主要依靠第二红外传感器5和超声波传感器9完成，每一节楼阶上清扫机器人均有三个转向点；

第一个转向点在完成楼阶爬楼后(本实施例中，清扫机器人默认从右往左清扫)：首先，清扫机器人会先顺时针转60°，然后向前行驶一段距离，接着继续旋转顺时针40°进而完成第一次转向，其中，清扫机器人向前行驶一段距离是为了让清扫机器人的位置更靠近内侧以使清扫机器人在完成第一次转向后处于该楼阶的中间位置。

第二个转向点在楼阶墙体处：由于楼阶修建在左边时，其左方是墙壁，右方是护栏，当修建在右边时左方是护栏，右方是墙壁，因此，清扫机器人会从超声波传感器9和两个第二红外传感器5的响应值判断是否到达该楼阶的尽头，下面以修建在左部的楼梯为例进行示例说明，当清扫机器人靠近右边时，由于左方栏杆的空隙导致超声波传感器9的超声波信号可能不会传来有效数据，但第二红外传感器5会感应到墙壁进而响应，此时清扫机器人会根据红外传感器的数据判断到达该楼阶尽头并开始转向，清扫机器人先前进一小段距离以预留出转向的空间(因为在实际操作过程中，所述清扫机器人此时位置不确定，因此不能够设定为固定转向)，由于底座前端的驱动轮1可能会被阻挡导致清扫机器人的转向不够，此时需要根据第二红外传感器5的响应数据和超声波传感器9的返回距离计算出清扫机器人的大致角度，并基于计算出的大致角度控制清扫机器人转向直至超声波传感器9的返回距离和第二红外传感器5响应数据满足垂直的条件，进而确定清扫机器人前进贴近楼阶位置，最后按照第一个转向点的转向方式完成清扫机器人的转向。

第三个转点在楼阶栏杆处：首先，根据超声波传感器9的超声波返回值确定清扫机器人的车体离左方墙壁的实时距离，然后，清扫机器人根据所确定的实时距离进行转向，此时，清扫机器人的转向方式与楼阶墙体处的第二个转向点相同。

最终，清扫机器人垂直靠近楼阶并进行下一楼阶的爬楼，从而完成当前楼阶的清扫。

(4)自动下楼

当清扫机器人完成全部楼阶的清扫工作后，同时控制清扫机器人的两个第三驱动装置11顺时针转动45°，以及第二驱动装置2顺时针旋转45°，进而完成清扫机器人下楼姿态的变形，然后通过第一红外传感器14的红外检测，进而判断清扫机器人下楼是否完成。

需要说明的是，在清扫机器人的整个楼阶清扫过程中，还可利用超声波传感器9和第一红外传感器14相结合实现清扫机器人的避障，具体包括普通避障和防卡死，其中，

普通避障具体为：当左侧(或右侧)第一红外传感器14响应时，而超声波传感器9的超声波返回值不在楼阶的参数范围内，即视为障碍，此时清扫机器人会后退并左转(或右转)90°进行避障(本实施例中，若超声波传感器9的超声波返回数值为20cm以内，清扫机器人也会执行普通避障操作)；

防卡死具体为：由于现实环境多样加上第一红外传感器14的检测范围有限，极有可能遇到清扫机器人检测不到障碍物的情况从而陷入死角，此时，利用超声波传感器9的超声波返回数据即可解决问题，清扫机器人在正常前进时每隔0.05秒发送一次超声波传感器9的超声波距离值，并实时将相邻两个超声波传感器9的超声波距离值进行比较，若比较数值相差2cm以内则视为有效数据，若在连续两秒内超声波返回值对应的比较数值均为有效数据时，则视为处于卡死状态，此时，清扫机器人进行后退并同时后转180°以脱离死角，实现了清扫机器人的防卡死。

以上对本发明所提供的一种多形态楼阶清扫机器人进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种多形态楼阶清扫机器人，其特征在于，包括支架、第一短杆、第二短杆、和连接杆（3），所述支架前部的左右两侧连接有对称设置的爬楼单元，每一个爬楼单元均包括底座、第一驱动装置（2）、控制板（6）、第一红外传感器（14）和供电单元（15），第一驱动装置（2）、控制板（6）、第一红外传感器（14）和供电单元（15）均固定设于底座上，且控制板（6）分别与第一驱动装置（2）、第一红外传感器（14）和供电单元（15）连接，第一驱动装置（2）位于底座后部，第一短杆的一端与第一驱动装置（2）的驱动端固定连接，第一红外传感器（14）位于底座的前端端部用于对爬楼单元前端进行检测，两个爬楼单元的控制板（6）相互连接以实现数据交互，支架的顶部设有超声波传感器（9），支架上部的左右两侧均固定设有第二驱动装置（7），支架中部的左右两侧均设有第二红外传感器（5），支架下部设有第三红外传感器（8）和第三驱动装置（11），第三红外传感器（8）位于支架下部的后侧用于对支架后侧进行检测，支架底部设有用于清扫地面的扫筒（4）以及与扫筒（4）连接用于收集清扫垃圾的垃圾清理盒（19），第三驱动装置（11）与扫筒（4）连接用于驱动扫筒（4）运行，支架底部的左右两侧以及底座前端的底部左右两侧均设有用于分别支撑底架和底座以带动清扫机器人行走的驱动轮（1），第一短杆的一端与第一驱动装置（2）的驱动端固定连接，第一短杆的另一端与连接杆（3）的一端转动连接，第二短杆的一端与第二驱动装置（7）的驱动端固定连接，第二短杆的另一端与连接杆（3）的另一端转动连接还包括设于底座底部且可单自由度翻转180°的机械臂以及与机械臂连接用于驱动机械臂伸出或收回的第四驱动装置（16），机械臂上设有机械夹以及与机械夹连接用于驱动机械夹夹持物体的第五驱动装置（17）；

两个爬楼单元对称设置并独立控制，两个爬楼单元的爬楼过程仿生了人体两腿先后的上楼梯方式；

首先通过支架上部左侧或者右侧的第二驱动装置（7）驱动进而带动对应支架前端的单个爬楼单元运动，利用前端爬楼单元重量大于支架重量，并通过第一驱动装置（2）和第二驱动装置（7）配合驱动将支架抬起进而完成整个清扫机器人的爬楼。

2.如权利要求1所述的多形态楼阶清扫机器人，其特征在于，所述第一驱动装置（2）、第二驱动装置（7）、第三驱动装置（11）、第四驱动装置（16）和第五驱动装置（17）均为舵机。

3.如权利要求1所述的多形态楼阶清扫机器人，其特征在于，所述支架顶部横向设有横梁，超声波传感器（9）位于横梁中部位置。

4.如权利要求3所述的多形态楼阶清扫机器人，其特征在于，两个所述第二驱动装置（7）分别位于横梁的左右两端。

5.如权利要求4所述的多形态楼阶清扫机器人，其特征在于，所述支架中部的左侧穿设有左支撑架，支架中部的右侧穿设有右支撑架，两个第二红外传感器（5）分别位于左支撑架的左端端部和右支撑架的右端端部。

6.如权利要求5所述的多形态楼阶清扫机器人，其特征在于，所述支架上设有无线通讯模块（18），左支撑架的右端或右支撑架的左端上设有与无线通讯模块（18）连接的摄像头（10）。

7.如权利要求1所述的多形态楼阶清扫机器人，其特征在于，至少一个所述控制板（6）内设有蓝牙串口模块（12）。

8.如权利要求1所述的多形态楼阶清扫机器人，其特征在于，每一个所述连接杆（3）的一端均与对应侧的第一短杆铰接，连接杆（3）的另一端均与对应侧的第二短杆铰接。

9.如权利要求1所述的多形态楼阶清扫机器人，其特征在于，所述供电单元（15）为锂电池。

Images