CN116098535A - 一种高空机器人及其行走控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高空机器人及其行走控制方法，高空机器人包括底盘机架、导向检测组件与表面检测组件；导向检测组件包括导向支座、导向轮、第一检测复位装置与第二检测复位装置，导向支座活动连接在底盘机架上，导向轮设置在导向支座的一端，导向轮凸出于底盘机架，第一检测复位装置与第二检测复位装置设置在导向支座的两侧，当导向轮被触压后，导向支座产生移动，并可触发第一检测复位装置和/或第二检测复位装置；表面检测组件包括用于抵接高空机器人行走面的触杆与第三检测复位装置，触杆可伸缩设置在底盘机架下方，触杆缩进后可触发第三检测复位装置。本发明利用机械式传感器实现了对障碍物的碰撞检测，便于判断碰撞角度及优化行走路径。

Description

一种高空机器人及其行走控制方法

技术领域

本发明涉及高空清洁机器人领域，尤其涉及一种高空机器人及其行走控制方法。

背景技术

高空机器人，包括负压吸附清洁机器人，能通过自身内置的真空泵或者风机装置抽真空后产生的负压而牢牢地吸附在光滑壁面上，并自动探测边角距离、规划路径。负压吸附清洁机器人一般会利用自身吸附在玻璃上的力度来带动机身底部的抹布擦掉光滑壁面上的脏污。

现有的负压吸附清洁机器人的表面感应装置和主机连成一体，通常会在边角处设置相应机构，结构零散的安装在机器人主体上，装配复杂，在边缘检测时通常只能粗略的检测到前进方向和侧向两个方向的碰撞，倾斜状态下的碰撞不敏感，难以判断碰撞方向与运动方向的角度关系。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高空机器人及其行走控制方法，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种高空机器人，包括：底盘机架、导向检测组件与表面检测组件；所述导向检测组件设置在所述底盘机架上，包括：导向支座、导向轮、第一检测复位装置与第二检测复位装置，所述导向支座通过定位轴活动连接在所述底盘机架上，所述导向轮设置在所述导向支座的一端，且所述导向轮凸出于所述底盘机架，所述第一检测复位装置与第二检测复位装置分别设置在所述导向支座的两侧，当所述导向轮被触压后，所述导向支座产生相对所述定位轴的移动，并可触发所述第一检测复位装置和/或第二检测复位装置；所述表面检测组件设置在所述底盘机架上，包括：用于抵接高空机器人行走面的触杆与第三检测复位装置，所述触杆可伸缩设置在所述底盘机架下方，所述触杆缩进后可触发所述第三检测复位装置。

在一可实施方式中，所述底盘机架的上表面固定设置有基座与所述定位轴，所述定位轴垂直于所述底盘机架，所述基座为左右对称结构，所述定位轴的轴线位于所述基座的对称面上。

在一可实施方式中，所述导向支座为左右对称结构，且所述导向支座的对称面与所述基座的对称面重合，所述第一检测复位装置与第二检测复位装置关于所述对称面对称设置。

在一可实施方式中，所述第一检测复位装置包括第一推力传导垫与第一被触发器，所述基座上侧设置有基板，所述第一被触发器设置在所述基板的一侧，所述导向支座上设置有与所述第一被触发器相对应的第一侧翼，所述第一推力传导垫设置在所述第一侧翼与所述第一被触发器之间。

在一可实施方式中，所述第一检测复位装置还包括第一弹性元件，所述第一弹性元件设置在位于所述第一侧翼一侧的所述导向支座与基座之间。

在一可实施方式中，所述基座上设置限位筒，所述限位筒包括窄径段与宽径段，所述窄径段从所述基板上表面穿出，所述宽径段从所述底盘机架的下表面穿出，所述触杆长于所述限位筒，所述触杆插设于所述限位筒内，并且可在所述限位筒中往复移动，所述触杆的顶部从所述窄径段伸出，所述触杆的底部从所述宽径段伸出。

在一可实施方式中，所述第三检测复位装置包括触发元件与第三被触发器，所述触发元件与所述触杆的顶部连接，所述第三被触发器设置在所述基板上，所述触杆与所述触发元件向上移动后可触发所述第三被触发器。

在一可实施方式中，所述第三检测复位装置包括设置在所述宽径段的第三弹性元件，所述触杆的底部设置为接触部，所述第三弹性元件套设在所述触杆上，并且所述第三弹性元件的两端分别抵接于所述接触部与所述窄径段的底部。

在一可实施方式中，高空机器人还包括：行走执行设备与控制中心设备；所述行走执行设备用于在所述行走面行走；所述控制中心设备用于获取第一检测复位装置、第二检测复位装置与第三检测复位装置的检测信息，并根据所述检测信息控制所述行走执行设备在所述行走面行走。

本发明的第二方面，提供了一种高空机器人的行走控制方法，包括如下步骤：

通过所述表面检测组件确定高空机器人是否处于工作状态；

若高空机器人处于工作状态，向所述行走执行设备发送行走指令；

当高空机器人在行走过程中与障碍物产生碰撞，通过所述第一检测复位装置与第二检测复位装置获取碰撞角度信息；

根据所述碰撞角度信息，调整所述行走执行设备的行走路径。

本发明的高空机器人，通过机械式传感器设计第一检测复位装置与第二检测复位装置，进行碰撞检测，从而能够判断障碍物相对于高空机器人的方位或者角度关系；同时通过第三检测复位装置能够检测高空机器人的工作状态以及行走面的凹凸情况，便于进一步优化高空机器人在工作状态的行走路径。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1是本发明一个实施例的高空机器人的结构示意图；

图2是本发明一个实施例中的导向支座的结构示意图；

图3是本发明一个实施例的导向支座处于初始位置时延对称面的剖视图；

图4是本发明一个实施例的平行于第一弹性元件中轴线的剖视图；

图5是本发明一个实施例的高空机器人隐藏底盘机架后的结构示意图；

图6是本发明一个实施例的高空机器人底部视角的结构示意图；

图7是本发明一个实施例的高空机器人行走控制方法的流程图；

图8是本发明一个实施例的高空机器人被不同角度的障碍物撞击示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、底盘机架；11、避位槽；2、导向检测组件；20、导向支座；201、定位孔；202、第一侧翼；203、第二侧翼；21、导向轮；211、安装轴；212、轴承；22、第一检测复位装置；221、第一推力传导垫；222、第一被触发器；223、第一弹性元件；23、第二检测复位装置；231、第二推力传导垫；232、第二被触发器；233、第二弹性元件；24、定位轴；3、表面检测组件；31、触杆；311、接触部；32、第三检测复位装置；321、触发元件；322、第三被触发器；323、第三弹性元件；4、基座；41、限位筒；411、窄径段；412、宽径段；5、基板。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，本发明提供了一种高空机器人，包括：底盘机架1、导向检测组件2、表面检测组件3、行走执行设备与控制中心设备，其中，导向检测组件2与表面检测组件3均设置在底盘机架1上，高空机器人通过行走执行设备实现在高空墙壁或玻璃等行走面行走，控制中心设备分别与导向检测组件2、表面检测组件3通讯连接，在行走的过程中可以通过表面检测组件3检测高空机器人与行走面的距离，检测行走面的凹凸情况，以防止与行走面产生脱离；还可以通过导向检测组件2与障碍物的碰撞，判断出障碍物相对于高空机器人的方位，从而调整行走执行设备在行走面上的行走路径。

在本公开的实施例中，底盘机架1的上表面固定设置有基座4与定位轴24，定位轴24垂直于底盘机架1，基座4为左右对称结构，定位轴24的轴线位于基座4的对称面上。

参照图2和图3，在本公开的实施例中，导向检测组件2包括：导向支座20、导向轮21、第一检测复位装置22与第二检测复位装置23，导向支座20通过定位轴24活动连接在底盘机架1上，具体的，导向支座20上设置有定位孔201，定位轴24穿过该定位孔201，在定位轴24的顶部设置阻挡帽，该阻挡帽能够遮盖住定位孔201，防止导向支座20从定位轴24上脱落。

参照图2和图3，导向支座20为左右对称结构，在导向支座20远离基座4的一端设置有用于安装导向轮21的安装轴211，安装轴211朝向底盘机架1设置，当导向支座20未与障碍物触碰时，导向支座20处于初始位置，此时，导向支座20的对称面与基座4的对称面重合，安装轴211的中轴线与定位轴24的中轴线平行，且两者均位于导向支座20的对称面上。导向轮21通过轴承212与安装轴211同轴连接，在底盘机架1上开设用于避位导向轮21的避位槽11，使得导向轮21可以凸出于底盘机架1，在导向轮21接触障碍物并被障碍物触压时，根据障碍物的不同方位，导向支座20相对定位轴24的移动，该移动至少包括导向支座20向定位轴24的前移、相对定位轴24向左或向右的摆动中的一种，但是导向轮21始终不会触碰到避位槽11的槽壁，防止影响后续的导向检测结果的准确性。

在本公开的实施例中，第一检测复位装置22与第二检测复位装置23分别设置在导向支座20对称面的两侧，当导向支座20处于初始位置时，第一检测复位装置22与第二检测复位装置23关于基座4的对称面对称设置。

参照图1、图2和图4，在本公开的实施例中，第一检测复位装置22包括第一推力传导垫221、第一被触发器222与第一弹性元件223，基座4上侧设置有基板5，第一被触发器222设置在基板5的一侧，导向支座20上设置有与第一被触发器222相对应的第一侧翼202，第一推力传导垫221设置在第一侧翼202与第一被触发器222之间，第一弹性元件223设置在位于第一侧翼202一侧的导向支座20与基座4之间。

参照图3和图5，在本公开的实施例中，第二检测复位装置23包括第二推力传导垫231、第二被触发器232与第二弹性元件233，第二被触发器232设置在基板5的另一侧，导向支座20上设置有与第二被触发器232相对应的第二侧翼203，第二推力传导垫231设置在第二侧翼203与第二被触发器232之间，第二弹性元件233设置在位于第二侧翼203一侧的导向支座20与基座4之间。

导向支座20产生相对定位轴24的移动后，可触发第一检测复位装置22和/或第二检测复位装置23。

具体的，导向轮21露出避让槽的周向弧度角不小于180°，当导向支座20处于初始位置时，控制中心设备中定义碰撞角度为0°；当导向支座20向第一检测复位装置22一侧摇摆时，第一弹性元件223被压缩，第一推力传导垫221可以将障碍物对导向轮21的触压力传导至第一被触发器222，使得第一被触发器222被触发，定义此时的碰撞角度范围为0-90°；当导向支座20向第二检测复位装置23一侧摇摆时，第二弹性元件233被压缩，第二推力传导垫231可以将障碍物对导向轮21的触压力传导至第二被触发器232，使得第二被触发器232被触发，定义此时的碰撞角度范围为-90-0°。

参照图3、图5和图8，在本公开的实施例中，当导向轮21延A方向被触压后，导向支座20产生相对定位轴24的前移，此时导向支座20逐渐靠近基座4，导向支座20与基座4左右侧之间的间隙同步减小，第一弹性元件223与第二弹性元件233同时被压缩，第一被触发器222与第二被触发器232同时产生触发信号，并且两被触发器产生触发信号的时间差为0，通过对两触发器被触发的时间差分析，可以判断与障碍物的碰撞方向关系，即碰撞角度为0°。

当导向轮21延B方向被触压后，导向支座20向第二检测复位装置23一侧摇摆，即第二侧翼203与其对应一侧的基座4之间的间隙减小，第一侧翼202与其对应一侧的基座4之间的间隙增大；第二弹性元件233被压缩，第一弹性元件223被拉伸，第二推力传导垫231将障碍物对导向轮21的触压力传导至第二被触发器232，使得第二被触发器232被触发，从而可以判断障碍物的碰撞角度范围为-90-0°。

当导向轮21延C方向被触压后，导向支座20向第一检测复位装置22一侧摇摆，即第一侧翼202与其对应一侧的基座4之间的间隙减小，第二侧翼203与其对应一侧的基座4之间的间隙增大；第一弹性元件223被压缩，第二弹性元件233被拉伸，第一推力传导垫221将障碍物对导向轮21的触压力传导至第一被触发器222，使得第一被触发器222被触发，从而可以判断障碍物的碰撞角度范围为0-90°。

所以，根据第一推力传导垫221与第二推力传导垫231所传导的推力的大小，可以确定障碍物对导向轮21产生碰撞的具体方位。

对于单点障碍物的碰撞角度的确定，有利于控制中心设备及时建立避让关系，具体的，通过解析障碍物的相对位置，可以直接反向解析出相对于障碍物的单点运动方向，从而使得高空机器人可以通过行走执行设备做出简单的倒退或其它方向运动的避让运动。

本公开的高空机器人还可以对相对复杂的障碍物的复合碰撞角度进行确定，即在一段行走路径中障碍物对导向轮21的碰撞角度涉及了-90-0°、0°与0-90°中的至少两项。

在本公开的实施例中，当触碰到图8所示的障碍物时，可以通过对障碍物的多次触碰，通过控制中心设备对障碍物的形状进行简单形状建模；也可以通过与陀螺仪等其它传感器的配合工作，对整个作业区域的障碍物的触碰位置标记，建立作业区域的空间数据模型，为高空机器人的运动路径规划提供参考依据。此种空间数据模型的建立方式与采用激光扫描仪等传感器建立的模型对比，相对所需的算力资源少，生成的数据量较少，更适合平面工作的机器人使用，有利于降低硬件成本。

在本公开的实施例中，当障碍物对导向轮21的触压解除后，在第一弹性元件223和第二弹性元件233的作用下，导向支座20可以立即回复到初始位置。

参照图1、图3、图5和图6，在本公开的实施例中，表面检测组件3包括：用于抵接高空机器人行走面的触杆31与第三检测复位装置32，触杆31可伸缩设置在底盘机架1下方，具体的，基座4上设置限位筒41，限位筒41包括窄径段411与宽径段412，窄径段411从基板5上表面穿出，宽径段412从底盘机架1的下表面穿出，触杆31插设于限位筒41内，其长于限位筒41，并且触杆31的顶部从窄径段411伸出，触杆31的底部从宽径段412伸出。触杆31可在限位筒41中往复移动，当触杆31在限位筒41中缩进后，触杆31的顶部向上抬升可触发第三检测复位装置32。

具体的，第三检测复位装置32包括触发元件321、第三被触发器322与第三弹性元件323，触发元件321与触杆31的顶部连接，第三被触发器322设置在基板5上，触杆31与触发元件321向上移动后可触发第三被触发器322，第三弹性元件323设置在限位筒41的宽径段412内，触杆31的底部设置为接触部311，接触部311的一端为用于抵接行走面的曲面，接触部311的另一端为限位平面，第三弹性元件323套设在触杆31上，并且第三弹性元件323的两端分别抵接于接触部311的限位平面与窄径段411的底部。

当高空机器人接近行走面时，触杆31的接触部311首先与行走面接触，高空机器人继续接近行走面，接触部311相对行走面静止，底盘机架1与行走面处于相对运动状态；触杆31相对基座4为运动状态，第三弹性元件323在力的作用下产生压缩，将机械运动转换为弹力；触发元件321跟随触杆31运动，当触发元件321运动到一定位置后第三被触发器322被触发，产生触发信号。当第三检测复位装置32结束工作或触杆31脱离行走面后，在第三弹性元件323的作用下第三检测复位装置32会恢复到初始状态。

在本公开的实施例中，控制中心设备用于获取第一检测复位装置22、第二检测复位装置23与第三检测复位装置32的检测信息，通过第三检测复位装置32可以检测高空机器人与行走面的距离，获得行走面的凹凸情况，以防止与行走面产生脱离；通过第一检测复位装置22与第二检测复位装置23，可以判断出障碍物相对于高空机器人的方位，从而调整行走执行设备在行走面上的行走路径。

参照图7，本发明还提供了一种高空机器人的行走控制方法，包括如下步骤：

S1、通过表面检测组件3确定高空机器人是否处于工作状态；

具体的，第三检测复位装置32在初始状态下，底盘机架1未与行走面接触，或者底盘机架1与行走面的距离为H，此时，第三弹性元件323未产生压缩。当底盘机架1与行走面的距离小于H时，第三被触发器322向控制中心设备发送高空机器人正在行走面行走的信息，即高空机器人处于工作状态。

S2、若高空机器人处于工作状态，向行走执行设备发送行走指令；

具体的，高空机器人通过控制中心设备控制行走执行设备在高空墙壁或玻璃等行走面行走。

S3、当高空机器人在行走过程中与障碍物产生碰撞，通过第一检测复位装置22与第二检测复位装置23获取碰撞角度信息；

具体的，根据图8所示，当碰撞方向为A，第一弹性元件223与第二弹性元件233同时被压缩，且压缩量相同，此时对应的碰撞角度为0°；当碰撞方向为B，导向支座20向第二检测复位装置23一侧摇摆，第二弹性元件233被压缩，第二推力传导垫231将障碍物对导向轮21的触压力传导至第二被触发器232，使得第二被触发器232被触发，此时对应的碰撞角度范围为-90-0°；当碰撞方向为C，导向支座20向第一检测复位装置22一侧摇摆时，第一弹性元件223被压缩，第一推力传导垫221将障碍物对导向轮21的触压力传导至第一被触发器222，使得第一被触发器222被触发，此时对应的碰撞角度范围为0-90°，控制中心设备可以获取到上述的碰撞角度信息。

S4、根据碰撞角度信息，调整行走执行设备的行走路径。

具体的，假设存在障碍物碰撞，定义碰撞角度为X，若X为0°，控制中心设备控制行走执行设备继续保持原有的行走路径行走；若X在-90-0°之间，控制中心设备控制行走执行设备逆时针调整机身转动|X|后，再保持直线行走；若X在0-90°之间，控制中心设备控制行走执行设备顺时针调整机身转动X后，再保持直线行走。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。有涉及“第一方向”、“第二方向”等方向性的术语，均代指某直线方向，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高空机器人，其特征在于，包括：

底盘机架（1）；

导向检测组件（2），设置在所述底盘机架（1）上，包括：导向支座（20）、导向轮（21）、第一检测复位装置（22）与第二检测复位装置（23），所述导向支座（20）通过定位轴（24）活动连接在所述底盘机架（1）上，所述导向轮（21）设置在所述导向支座（20）的一端，且所述导向轮（21）凸出于所述底盘机架（1），

所述第一检测复位装置（22）与第二检测复位装置（23）分别设置在所述导向支座（20）的两侧，当所述导向轮（21）被触压后，所述导向支座（20）产生相对所述定位轴（24）的移动，并可触发所述第一检测复位装置（22）和/或第二检测复位装置（23）；

表面检测组件（3），设置在所述底盘机架（1）上，包括：用于抵接高空机器人行走面的触杆（31）与第三检测复位装置（32），所述触杆（31）可伸缩设置在所述底盘机架（1）下方，所述触杆（31）缩进后可触发所述第三检测复位装置（32）。

2.根据权利要求1所述的高空机器人，其特征在于，所述底盘机架（1）的上表面固定设置有基座（4）与所述定位轴（24），所述定位轴（24）垂直于所述底盘机架（1），所述基座（4）为左右对称结构，所述定位轴（24）的轴线位于所述基座（4）的对称面上。

3.根据权利要求2所述的高空机器人，其特征在于，所述导向支座（20）为左右对称结构，且所述导向支座（20）的对称面与所述基座（4）的对称面重合，所述第一检测复位装置（22）与第二检测复位装置（23）关于所述对称面对称设置。

4.根据权利要求3所述的高空机器人，其特征在于，所述第一检测复位装置（22）包括第一推力传导垫（221）与第一被触发器（222），所述基座（4）上侧设置有基板（5），所述第一被触发器（222）设置在所述基板（5）的一侧，所述导向支座（20）上设置有与所述第一被触发器（222）相对应的第一侧翼（202），所述第一推力传导垫（221）设置在所述第一侧翼（202）与所述第一被触发器（222）之间。

5.根据权利要求4所述的高空机器人，其特征在于，所述第一检测复位装置（22）还包括第一弹性元件（223），所述第一弹性元件（223）设置在位于所述第一侧翼（202）一侧的所述导向支座（20）与基座（4）之间。

6.根据权利要求4所述的高空机器人，其特征在于，所述基座（4）上设置限位筒（41），所述限位筒（41）包括窄径段（411）与宽径段（412），所述窄径段（411）从所述基板（5）上表面穿出，所述宽径段（412）从所述底盘机架（1）的下表面穿出，所述触杆（31）长于所述限位筒（41），所述触杆（31）插设于所述限位筒（41）内，并且可在所述限位筒（41）中往复移动，所述触杆（31）的顶部从所述窄径段（411）伸出，所述触杆（31）的底部从所述宽径段（412）伸出。

7.根据权利要求6所述的高空机器人，其特征在于，所述第三检测复位装置（32）包括触发元件（321）与第三被触发器（322），所述触发元件（321）与所述触杆（31）的顶部连接，所述第三被触发器（322）设置在所述基板（5）上，所述触杆（31）与所述触发元件（321）向上移动后可触发所述第三被触发器（322）。

8.根据权利要求7所述的高空机器人，其特征在于，所述第三检测复位装置（32）包括设置在所述宽径段（412）的第三弹性元件（323），所述触杆（31）的底部设置为接触部（311），所述第三弹性元件（323）套设在所述触杆（31）上，并且所述第三弹性元件（323）的两端分别抵接于所述接触部（311）与所述窄径段（411）的底部。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的高空机器人，其特征在于，还包括：

行走执行设备，用于在所述行走面行走；

控制中心设备，用于获取第一检测复位装置（22）、第二检测复位装置（23）与第三检测复位装置（32）的检测信息，并根据所述检测信息控制所述行走执行设备在所述行走面行走。

10.一种高空机器人的行走控制方法，其特征在于，应用于权利要求9所述的高空机器人，包括如下步骤：

通过所述表面检测组件（3）确定高空机器人是否处于工作状态；

若高空机器人处于工作状态，向所述行走执行设备发送行走指令；

当高空机器人在行走过程中与障碍物产生碰撞，通过所述第一检测复位装置（22）与第二检测复位装置（23）获取碰撞角度信息；

根据所述碰撞角度信息，调整所述行走执行设备的行走路径。

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