CN117598636B - 一种楼梯清扫机器人自适应控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种楼梯清扫机器人自适应控制系统及方法，属于机器人控制系统技术领域。本发明的楼梯清扫机器人自适应控制系统包括主控系统、激光雷达、视觉相机模组、四足驱动机构和平面驱动机构，通过激光雷达、所述视觉相机模组和四足驱动机构获取的信息进行场景建模并识别场景信息，根据场景信息设置楼梯清扫模式或普通清扫模式，进而选择四足驱动机构和平面驱动机构驱动楼梯清扫机器人本体移动。本发明可实现对不同场景的清扫以及对踢面和踏面的清洁，实现了更高效、智能的清洁。

Description

一种楼梯清扫机器人自适应控制系统及方法

技术领域

本发明涉及机器人控制系统技术领域，具体为一种楼梯清扫机器人自适应控制系统及方法。

背景技术

随着经济的发展和社会的进步，智能家居设备已经成为我们日常生活的一部分。其中，扫地机器人作为智能家居的代表产品，以其高效、便捷的清洁能力，赢得了广大消费者的喜爱，扫地机器人凭借一定的人工智能，能够自动完成清扫任务，无需人工干预，大大减轻了人们的负担。目前的市面上的自动扫地机器人它一般采用单一的行走清扫方式，将地面杂物吸入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清理的功能，仅适用于清扫简单平整地面。在复式楼房和别墅等大型、多层结构的住宅中，由于存在大量的楼梯，传统扫地机器人无法应对楼梯的清扫，导致很容易出现漏扫、重复扫或运行路径混乱的情况，使其清扫作业不彻底。

针对现有的扫地机器人清扫楼梯的问题：

1）专利申请号202211493775.8公开了一种可爬楼式扫拖一体仿生机器人及全覆盖路径规划算法，该可爬楼式扫拖一体仿生机器人采用六足仿生蚂蚁形状的机器人进行驱动，但由于腿足过多，身体较长，在上下楼梯运动中占用面积较大，仅适用于踏面较宽大的楼梯。其并未公开踢面的清扫过程。

2)专利申请号202210357302.9公开了一种应用于扫地机器人的爬楼梯机构，采用前攀爬足和后支撑足的上下移动配合实现上下楼梯，只能一个一个台阶运动，移动不灵活、通行效率较低，导致通过较长楼梯时花费时间较多。前攀爬足和后支撑足仅为扫地机器人添加了攀爬楼梯的辅助机械机构，在清扫楼梯方式方法上，与传统圆形扫地机器人并无差异。

3) 专利申请号201610737541.1公开了一种智能楼梯清扫机器人及其控制方法和控制系统，通过升降机构上下移动将其升降平台带动实现攀爬楼梯功能，移动机构使其清扫机器人沿阶梯面的宽度方向移动以完成清扫，其机械结构复杂，体积庞大，清扫机器人运行范围会收到踏面宽度的限制，并且没有实现对踢面的清理。

目前，如何解决扫地机器人在复式楼房和别墅等环境中面对楼梯清洁的问题，实现扫地机器人不同的驱动控制，从而具有自主爬楼功能，能改变清洁形态，实现更高效、智能的楼梯清洁，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种楼梯清扫机器人自适应控制系统及方法，以解决传统扫地机器人只能在平坦地面进行清洁工作，无法应对楼梯清洁，特别是复式楼房和别墅等大型，多层结构的住宅中楼梯的踢面和踏面以及楼梯直角卫生死角，本发明采用两种不同的驱动形式，提高了通行能力，实现了更高效、智能的清洁，也间接提高了楼梯清扫机器人的利用率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种楼梯清扫机器人自适应控制系统，包括主控系统、激光雷达、视觉相机模组、四足驱动机构和平面驱动机构，激光雷达和视觉相机模组均安装于楼梯清扫机器人本体上，所述平面驱动机构安装楼梯清扫机器人本体底部，四足驱动机构安装于楼梯清扫机器人本体四角，所述激光雷达和视觉相机模组与所述主控系统电连接，所述激光雷达用于对周围环境进行建模，所述视觉相机模组用于识别灰尘垃圾以及卫生死角；通过激光雷达扫描和四足驱动机构力反馈感知融合识别场景信息，识别的场景信息分为楼梯和平坦地面；当场景信息为楼梯，设置为楼梯清扫模式，采用四足驱动机构进行步态移动，四足驱动机构以步态模式踏上一阶梯后，分别调节四足驱动机构的四足的弯曲角度，使楼梯清扫机器人本体前部接触踏面并与踏面平行，使平面驱动机构触地，进行踢面和踏面的清扫后，平面驱动机构驱动楼梯清扫机器人本体整体横向移动至一下身位；当场景信息为平坦地面，设置为普通清扫模式，使用平面驱动机构驱动；如果识别的场景信息，不对应楼梯清扫机器人当前清洁模式，则进行清洁模式转换；所述四足驱动机构，在清扫时，通过其下压力的反馈大小来判断其污渍的清洁难易程度；在四足驱动机构步态移动行走时，缓慢沿障碍物边缘寻找最低的抬腿高度来估计障碍物的类型；在楼梯清扫模式下，通过所述四足驱动机构的前足姿态角度计算当前踏面的宽度，通过所述四足驱动机构的后足的支撑姿态角度计算当前踢面的高度。

进一步优选，所述平面驱动机构包括四个麦克纳姆轮和一个辅助万向轮，四个麦克纳姆轮和一个辅助万向轮分别设有驱动电机单独进行控制，形成完整驱动结构；所述四个麦克纳姆轮分别固定于楼梯清扫机器人本体底部四个边角一侧，所述辅助万向轮固定于所述楼梯清扫机器人本体底部，所述辅助万向轮的水平高度略于所述麦克纳姆轮。

进一步优选，所述四足驱动机构包括足端组件，所述足端组件与旋转边扫之间采用球形万向节连接且可以改变边刷旋转角度，所述球形万向节具有一定的阻尼。所述旋转边扫受控于所述四足驱动机构的控制，使旋转边扫清洁自由度更大，可对其踢面和直角死角进行清洁。

进一步优选，所述足端组件最底端中心设置有小擦布。

进一步优选，所述清扫机构还包括吸尘滚筒、吹风滚筒、湿擦拭块和干擦拭块；所述吸尘滚筒、吹风滚筒、湿擦拭块和干擦拭块均水平设置于所述楼梯清扫机器人本体底部，所述旋转边扫设在所述足端组件末端；两侧前后的旋转边扫旋转方向朝向吸尘滚筒，将灰尘垃圾扫入吸尘滚筒中。

进一步优选，所述清扫机构还包括垃圾收集箱、清水箱和污水箱，所述垃圾收集箱位于所述楼梯清扫机器人本体顶面后端中间，所述清水箱位于所述楼梯清扫机器人本体顶面前端右侧，所述清水箱位于所述楼梯清扫机器人本体顶面前端左侧；所述清水箱底部通过水泵与所述湿擦拭块一端相接，所述污水箱底部通过水泵与所述湿擦拭块另一端相接。

进一步优选，所述楼梯清扫机器人本体内还设有垃圾感应器和水量感应器，垃圾感应器用于感应垃圾收集箱的垃圾容量，水量感应器用于感应清水箱和污水箱的水量。

进一步优选，所述四足驱动机构包括髋关节、大腿、小腿、足端组件，大腿末端与小腿前端旋转滑动连接，所述大腿前端与所述髋关节末端旋转滑动连接，所述足端组件与所述小腿末端旋转滑动连接，所述髋关节、大腿、小腿、足端组件各设有单独的驱动电机。

本发明还提供一种楼梯清扫机器人自适应控制方法，通过激光雷达扫描和四足驱动机构力反馈感知融合识别场景信息，识别的场景信息分为楼梯和平坦地面；当场景信息为楼梯，设置为楼梯清扫模式，采用四足驱动机构进行步态移动，四足驱动机构以步态模式踏上一阶梯后，分别调节四足驱动机构的四足的弯曲角度，使楼梯清扫机器人本体前部接触踏面并与踏面平行，使平面驱动机构触地，平面驱动机构驱动楼梯清扫机器人本体整体横向移动清扫踏面；当场景信息为平坦地面，设置为普通清扫模式，使用平面驱动机构驱动；如果识别的场景信息，不对应楼梯清扫机器人当前清洁模式，则进行清洁模式转换。

进一步优选，楼梯清扫模式下，四足驱动机构以步态模式踏上一阶梯后，四足驱动机构的两前足轻微接触踏面后收缩，使楼梯清扫机器人本体前部接触踏面并与踏面平行，使楼梯清扫机器人本体平面驱动机构的前部麦克纳姆轮触地，后部麦克纳姆轮悬空；先改变旋转边扫角度实现对踢面的清理，待到踢面清理完毕后，旋转边扫复位；通过主控系统控制四足驱动机构和平面驱动机构配合，使其前后运动，实现对当前身位下的踏面的清洁作业，完成当前身位踏面清洁后，四足驱动机构的两后足略收缩，使辅助万向轮触地紧贴踏面边缘，并旋转至横向，辅助万向轮与前部麦克纳姆轮共同承载机身，同时麦克纳姆轮和辅助万向轮使得楼梯清扫机器人本体整体横向移动，四足驱动机构的两后足半支撑，防止移动时楼梯清扫机器人本体出现滑动掉落翻转的情况；当前阶梯清理完毕后，四足驱动机构撑起楼梯清扫机器人本体，以步态行走的形式移动至下一阶梯，继续对下一阶梯进行清理，直到楼梯全部清理完成。

进一步优选，四足驱动机构的两后足为外弯曲支撑状态时，通过机构外弯曲的角度大小来计算出当前楼梯的阶梯高度，反馈给主控系统与激光雷达建模数据融合，融合更精确的楼梯数据。在楼梯清扫模式中，四足驱动机构的两前足为控制旋转边扫清扫踢面时，通过四足驱动机构的前足姿态关节的角度与楼梯清扫机器人本体在踏面上的位置融合计算出当前踏面的宽度。通过四足驱动机构计算踢面高度和踏面宽度分别为式（1）和式（2）：

(1)；

(2)；

其中,表示当前踢面的高度，/>表示当前踏面的高度，/>表示大腿长度，/>表示大腿的水平弯曲角度，/>表示小腿长度,/>表示小腿的水平弯曲角度，D表示足端组件与地面的垂直距离，/>表示后大腿驱动电机与前部麦克纳姆轮底端的垂直距离,/>表示前大腿驱动电机与横向状态的辅助万向轮的垂直距离。

进一步优选，通过收集四足驱动机构控制下压旋转边扫对其污渍清洁过程中受到的力反馈大小，判断其污渍清洁的难易程度；在对狭窄环境和直角角落往复清理时，通过往复清扫运动时四足驱动机构受污渍阻碍的影响，计算出狭窄环境或直角角落污渍的大致位置，与激光雷达和视觉相机模组获取的数据一起整理后创建地图。

进一步优选，所述四足驱动机构在正常水平地面作业情况下控制所述旋转边扫改变清扫角度和位置，对于狭窄环境和直角角落，利用四足驱动机构的协助控制旋转边扫伸入墙的死角进行清洁。

本发明的有益效果是：

一、本发明提供了一种楼梯清扫机器人自适应控制系统，具有两种不同的清扫模式和驱动方式，在场景信息识别为平坦地面情况下，为普通清扫模式，平面驱动机构进行驱动，采用四个麦克纳姆轮进行移动清扫。当场景信息识别为楼梯情况下，为楼梯清扫模式，四足驱动机构进行步态移动，实现了楼梯攀爬功能。四足驱动机构和平面驱动机构配合进行清扫相比传统的扫地机器人，可以有效地规划在不同环境中的清扫路径，能够实现楼梯清扫机器人自由移动以及攀爬并清扫楼梯，解决了传统扫地机器人在复式楼房和别墅等复杂环境中的楼梯清洁问题，能够大大提高单台楼梯清扫机器人的清扫面积和降低使用成本，实现了更高效、智能的清洁，具有较好的通用性。

二、本发明利用四足驱动机构控制旋转边扫，可以根据污渍自由调整旋转边扫的角度、位置和下压力，不仅能对踏面进行清理还能清理踢面，减少卫生死角，同时利用吸尘滚筒产生吸力，将地面上的灰尘垃圾水渍等带入垃圾回收箱进行过滤收集，最后空气通过后方吹风滚筒加压吹出干燥地面，实现清洁一体化操作风，由于吸尘滚筒、吹风滚筒和垃圾收集箱共用一个风道，提升了效率，减少了楼梯清扫机器人能耗。在楼梯清扫机器人行驶的过程中，湿擦拭块和干擦拭块会与地面接触，分别对地面进行湿擦和干擦。使楼梯清扫机器人在对地面清洁的过程中实现垃圾吸取、地面擦洗以及对地面风干的工作，提高楼梯清扫机器人对地面清理的效率、大大提高单台楼梯清扫机器人的清扫面积、有效节约楼梯清扫机器人的使用成本，应用前景广泛。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式,并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解,并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。

附图标记说明：

图1为楼梯清扫机器人的整体结构立体示意图；

图2为楼梯清扫机器人的底部示意图；

图3为楼梯清扫机器人的正面示意图；

图4为楼梯清扫机器人的步态模式站立示意图；

图5为四足驱动机构的楼梯清扫机器人单足示意图；

图6为楼梯清扫机器人在楼梯清洁工作横向示意图；

图7为楼梯清扫机器人在楼梯清洁工作整体示意图；

图8为楼梯清扫机器人使用四足驱动机构控制旋转边清理特殊卫生死角的示意图。

图9为楼梯清扫机器人清理踢面的示意图。

图10为楼梯清扫机器人清理楼梯直角死角的示意图。

图中：

100-楼梯、200-墙、300-踢面、400-踏面；

1-楼梯清扫机器人本体、2-垃圾收集箱、3-激光雷达、4-清水箱、5-污水箱、6-工作指示灯、7-同步带、8-小腿、9-大腿、10-足端组件、11-旋转边扫、12-视觉相机模组、13-大腿驱动电机、14-小腿驱动电机、15-髋关节驱动电机、16-小擦布、17-湿擦拭块、18-干擦拭块、19-吹风滚筒、20-辅助万向轮、21-麦克纳姆轮、22-吸尘滚筒、23-球形万向节。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参考图1和图2，根据本发明的实施例，提供一种楼梯清扫机器人自适应控制系统，包括：主控系统、激光雷达3、视觉相机模组12、四足驱动机构和平面驱动机构，所述激光雷达3设置于楼梯清扫机器人本体1顶部中间，所述激光雷达3设置于楼梯清扫机器人本体1前部，所述激光雷达3对周围环境进行建模，所述视觉相机模组12用于识别灰尘垃圾以及卫生死角，所述激光雷达3和视觉相机模组12与所述主控系统电连接；楼梯清扫机器人本体1安装有清扫机构。

楼梯清扫机器人本体1四周设置有四足驱动机构，所述四足驱动机构包括：髋关节、大腿9、小腿8、足端组件10，所述髋关节、大腿9、小腿8、足端组件10依次串联，所述大腿9末端与所述小腿8前端旋转滑动连接，所述大腿9前端与所述髋关节末端旋转滑动连接，所述足端组件10与所述小腿8末端旋转滑动连接，所述髋关节、大腿9、小腿8、足端组件10各设有单独的驱动电机，所述足端组件10末端可装配不同扫地模组配件，提高对地面不同污渍的清洁能力。

在本实施例中，如图1和图4所示，楼梯清扫机器人具有两种不同的清洁模式，通过激光雷达3扫描和四足驱动机构力反馈感知融合识别场景信息，识别的场景信息分为楼梯和平坦地面；当场景信息为楼梯，设置为楼梯清扫模式；当场景信息为平坦地面，设置为普通清扫模式；如果识别的场景信息，不对应楼梯清扫机器人当前清洁模式，则进行清洁模式转换。

在本实施例中，在场景信息为平坦地面情况下，普通清扫模式下如图1和图3所示，使用平面驱动机构驱动，所述平面驱动机构位于所述楼梯清扫机器人本体1底部，所述平面驱动机构包括四个麦克纳姆轮21和一个辅助万向轮20，四个麦克纳姆轮21和一个辅助万向轮20分别设有驱动电机单独进行控制，形成完整驱动结构。所述四个麦克纳姆轮21分别固定于楼梯清扫机器人本体1底部四个边角一侧，所述辅助万向轮20固定于所述楼梯清扫机器人本体1底部，所述辅助万向轮20可自由转向，且水平高度略于所述麦克纳姆轮21，在平坦地面上所述辅助万向轮20不接触地面,只在楼梯100清扫等狭窄特殊情况下，才会接触地面。由于麦克纳姆轮21特性，可以使楼梯清扫机器人在普通清扫模式下在平坦地面实现自由自由移动，具有较好灵活自由度，有效提高路径行进效率。

在本实施例中，在场景信息为楼梯100的情况下，如图4所示，采用四足驱动机构进行步态移动。所述四足驱动机构中，如图5所示，所述大腿9采取中空结构可以使其所述小腿8可以完美收入所述大腿9中以缩小体积，所述髋关节与髋关节驱动电机15硬连接，所述髋关节驱动电机15固定安装与所述楼梯清扫机器人本体1四周外侧内部，所述髋关节与大腿9之间通过大腿驱动电机13硬连接；所述小腿8与所述小腿驱动电机14采用同步带7连接，所述同步带7一端连接小腿8齿轮，另一端连接到所述小腿驱动电机14输出端；所述足端组件10设置于所述小腿8末端，需要说明的是，小腿8、大腿9和髋关节驱动电机15的结构和各自的电机的安装方式可以采用现有技术的关节结构，分别实现各自关节所在转动平面的转动。所述足端组件10最底端中心设置有小擦布16，如图4所示，在步态行走的时候转变为足端，使用四足驱动机构使楼梯清扫机器人本体1以四足步态行进方式通过楼梯100阶梯，当楼梯清扫机器人步态行走时，平面驱动机构将关闭，以节约电源，步态行走时解决传统扫地机器人无法爬梯楼梯100的问题，大大提高通行能力。

在本实例中，如图6和图7所示，楼梯100的一个阶梯包括一个踢面300和一个踏面400。楼梯清扫模式下，当楼梯清扫机器人对楼梯100进行清理时，四足驱动机构以步态模式踏上一阶梯后，四足驱动机构的两前足轻微接触踏面400后收缩，使楼梯清扫机器人本体1前部接触踏面400并与踏面400平行，使楼梯清扫机器人本体1平面驱动机构的前部麦克纳姆轮21触地，后部麦克纳姆轮21悬空，考虑到每一级踏面400可能不一致，四足驱动机构的两后足为外弯曲以增加活动范围，并处于支撑状态，承受后部身体的重量。先改变其旋转边扫11角度实现对踢面300的清理，待到踢面300清理完毕后，旋转边扫11复位。通过主控系统控制四足驱动机构和平面驱动机构配合，使楼梯清扫机器人本体1前后运动，实现对当前身位下的踏面400的清洁作业，完成当前身位清洁后，四足驱动机构的两后足略收缩，使辅助万向轮20触地，并旋转至横向，辅助万向轮20与前部麦克纳姆轮21共同承载机身，同时麦克纳姆轮21和辅助万向轮20使得楼梯清扫机器人本体1整体横向移动，四足驱动机构的两后足半支撑，防止移动时楼梯清扫机器人本体1出现滑动掉落翻转的情况。

当前阶梯清理完毕后，四足驱动机构撑起楼梯清扫机器人本体1，以步态行走的形式移动至下一阶梯，继续对下一阶梯进行清理，直到楼梯100全部清理完成。在本实施例中，楼梯清扫机器人在其步态移动行走时，通过四足驱动机构末端与障碍物触碰，缓慢沿障碍物边缘寻找最低的抬腿高度来估计障碍物的类型。在楼梯清扫模式中，四足驱动机构的两前足为控制旋转边扫11清扫踢面300时，通过四足驱动机构的前足姿态关节的角度与楼梯清扫机器人本体1在踏面400上的位置融合计算出当前踏面400的宽度；四足驱动机构的两后足为外弯曲支撑状态时，通过机构外弯曲的角度大小和楼梯清扫机器人本体1与踏面400平行度融合计算出当前踢面300高度。反馈给主控系统与激光雷达3建模数据融合，获得更精确的楼梯100数据。因此，楼梯清扫机器人可自动适应不同踏面400和踢面300，实现对不同规格楼梯100清洁。

在本实施例中，通过四足驱动机构计算踢面300高度和踏面400宽度分别为式（1）和式（2）：

(1)；

(2)；

其中,表示当前踢面300的高度，/>表示当前踏面400的高度，/>表示大腿9长度，表示大腿9的水平弯曲角度，/>表示小腿8长度,/>表示小腿8的水平弯曲角度，D表示足端组件10与地面的垂直距离，/>表示后大腿驱动电机13与前部麦克纳姆轮21底端的垂直距离,/>表示前大腿驱动电机13与横向状态的辅助万向轮20的垂直距离。

本实施例中提供的楼梯清扫机器人自适应控制系统，可以有效地实现家庭清洁的全面覆盖。具有两种不同的驱动模式，从而实现攀爬楼梯100和同时清洁踏面400和踢面300，改变传统的清洁形态，解决传统扫地机器人在复式楼房和别墅等环境中存在大量的楼梯100却无法自动化清扫的问题，并且可较好清洁卫生死角，实现更高效、智能的清洁。

实施例2

为了更好的实现清扫功能，本实施例在实施例1的基础上进行了更进一步地设置。

在本实施例中、如图1和图2所示，所述清扫机构包括吸尘滚筒22、吹风滚筒19、湿擦拭块17、干擦拭块18、垃圾收集箱2、清水箱4、污水箱5和旋转边扫11。所述吸尘滚筒22、吹风滚筒19、湿擦拭块17和干擦拭块18均水平设置于所述楼梯清扫机器人本体1底部，其中所述吸尘滚筒22设置在底部前端第一位置，其次分别为湿擦拭块17，干擦拭块18，吹风滚筒19，吸尘滚筒22和吹风滚筒19内部各具有驱动电机，所述旋转边扫11设在所述足端组件10末端。两侧前后的旋转边扫11旋转方向朝向吸尘滚筒22，将灰尘垃圾扫入吸尘滚筒22中。所述垃圾收集箱2位于所述楼梯清扫机器人本体1顶面后端中间，所述清水箱4位于所述楼梯清扫机器人本体1顶面前端右侧，所述清水箱4位于所述楼梯清扫机器人本体1顶面前端左侧，所述清水箱4和污水箱5为圆柱体，所述垃圾收集箱2为长方体。所述清水箱4、污水箱5和垃圾收集箱2为可拆卸设计，均可以从楼梯清扫机器人本体1中拆除。所述清水箱4底部通过水泵与所述湿擦拭块17一端相接，所述污水箱5底部通过水泵与所述湿擦拭块17另一端相接。

在本实施例中，如图5所示，所述足端组件10和所述旋转边扫11之间采用球形万向节23连接且可以改变边刷旋转角度，所述球形万向节23具有一定的阻尼。所述四足驱动机构在正常水平地面作业情况下控制所述旋转边扫11改变清扫角度和位置，所述足端组件10内还设置有微型驱动器，微型驱动器驱动旋转边扫11，使得旋转边扫11可以有力的旋转打扫地面，加强对顽固污渍的清理。部分旋转边扫11可更换为抹布，增加功能性。

在本实施例中，所述旋转边扫11受控于所述四足驱动机构的控制，使旋转边扫11清洁自由度更大，对于狭窄环境和特殊直角角落，如图8和图9所示，楼梯清扫机器人使用四足驱动机构控制旋转边扫11伸入墙200的直角死角进行往复清洁，将灰尘垃圾等从死角中全部扫出后，通过吸尘滚筒22吸入处理。同时，如图10所示，在楼梯100上清洁作业时，还能控制旋转边扫11对踢面300进行清理，实现楼梯100的全面清洁。

在本实例中，普通清扫模式下通过收集四足驱动机构控制下压旋转边扫11对其污渍清洁过程中受到的力反馈大小，判断其污渍清洁的难易程度。在对狭窄环境和特殊直角角落往复清理时，通过往复运动时四足驱动机构受污渍阻碍的影响，计算出狭窄环境或特殊直角角落污渍的大致位置，加强该位置清扫时的下压力。

在本实施例中，所述吸尘滚筒22出风口、所述吹风滚筒19吸风口和所述垃圾收集箱2内部为同一风道，以增强吸力。所述吸尘滚筒22吸风吸入灰尘垃圾经过所述垃圾收集箱2，从实现对地面上的脏污进行收集，通过所述吹风滚筒19加压吹出，用于地面的烘干。

在本实施例中，所示楼梯清扫机器人本体1中的湿擦拭块17和干擦拭块18由于需要常常对地面进行清理，因此湿擦拭块17和干擦拭块18上擦除的灰尘过多后，需要更换清理湿擦拭块17和干擦拭块18。

实施例3

为了更好的加强楼梯清扫机器人行进和清扫功能，本实施例在实施例3的基础上进行了更在本实例中设置。

楼梯清扫机器人本体1顶部的激光雷达3能够实时检测周围的障碍物、楼梯100等环境要素，视觉相机识别灰尘垃圾，还通过收集四足驱动机构控制旋转边扫11清洁过程中受到障碍物或污渍的阻力大小等信息，并将所获取的数据整理后传输给主控系统，主控系统根据平面图、路径障碍、灰尘垃圾、力反馈信息和楼梯100位置等数据创建地图并实时更新。使其楼梯清扫机器人能够实现场景信息识别，自动切换运行模式，智能规划路线的功能。确保清洁效果更加全面和高效。提高了楼梯清扫机器人的智能化程度，还提升了其对地面清理的效率和干净度。

在本实施例中，楼梯清扫机器人本体1内还设有垃圾感应器和水量感应器，垃圾感应器用于感应垃圾收集箱2的垃圾容量，水量感应器用于感应清水箱4和污水箱5的水量，并通过工作指示灯6颜色变换及时提醒更换，同时污水箱5可加入消毒液，实现对其地面的消毒。

实施例4

一种楼梯清扫机器人自适应控制方法，步骤如下：

S1.启动楼梯清扫机器人，设定清扫；

S2.激光雷达和四足控制机构对楼梯清扫机器人周围环境进行场景信息识别，判断是否需要切换模式；

S3.判定场景信息为平坦地面，进行普通清扫模式，主控系统控制平面驱动机构，使其楼梯清扫机器人本体1开始发生行驶运动；

S4.主控系统控制清扫机构启动，四足驱动机构控制旋转边扫11使其刷毛用力贴紧地面，将两侧灰尘垃圾刷入吸尘滚筒22，吸尘滚筒22将地面上的灰尘垃圾水渍等吸入，经过垃圾回收箱回收过滤后，空气再通过后方吹风滚筒19加压风干地面；通过水泵将清水箱4中的水压送至湿擦拭块17润湿清洁后，再循环至污水箱5中。楼梯清扫机器人在行驶的过程中，湿擦拭块17和干擦拭块18分别对地面进行湿擦和干擦，实现擦地作业。

S5.当前方出来出现楼梯100等特殊结构，主控系统控制第一驱动机和清洁机构暂停运行，主控系统转而控制四足驱动机构，四足驱动机构使楼梯清扫机器人站立并以步态的方式通过该路段。

S6.当场景信息识别为楼梯100，进入楼梯清扫模式，首先采用四足驱动机构步态模式踏上一阶梯后，后部四足驱动机构轻微接触下一踏面400，使平面驱动机构前部接触踏面400进行清扫作业。先改变其旋转边扫11角度实现踢面300的清理，待到踢面300清理完毕后，旋转边扫11复位。通过主控系统控制四足驱动机构和平面驱动机构协同作业，使楼梯清扫机器人本体1前后运动，实现对当前身位下的踏面400和踢面300的清洁，当完成当前身位的踏面400清洁；控制四足驱动机构使楼梯清扫机器人本体1前部接触踏面400并与踏面400平行，中心辅助万向轮20触地紧贴踏面边缘并旋转至横向方向承载机身，楼梯清扫机器人本体1在楼梯平台上横向移动到下一身位，继续完成下一身位的阶梯清洁作业，直到完成整个阶梯清洁后，按照流程继续完成下一阶梯的清洁工作，直到楼梯100全部阶梯实现清洁。

S7.全部清洁任务完成后，分别将垃圾收集箱2、清水箱4和污水箱5从楼梯清扫机器人本体1上拆除，检查清水箱4的水量并进行补充，对垃圾收集箱2内回收的垃圾进行清理，倾倒污水箱5废水。

S8.将垃圾收集箱2、清水箱4和污水箱5重新安装回楼梯清扫机器人本体1执行下一次清洁工作。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种楼梯清扫机器人自适应控制系统，其特征在于，包括主控系统、激光雷达、视觉相机模组、四足驱动机构和平面驱动机构，激光雷达和视觉相机模组均安装于楼梯清扫机器人本体上，所述平面驱动机构安装楼梯清扫机器人本体底部，四足驱动机构安装于楼梯清扫机器人本体四角，所述激光雷达和视觉相机模组与所述主控系统电连接，所述激光雷达用于对周围环境进行建模，所述视觉相机模组用于识别灰尘垃圾以及卫生死角；通过激光雷达扫描和四足驱动机构力反馈感知融合识别场景信息，识别的场景信息分为楼梯和平坦地面；当场景信息为楼梯，设置为楼梯清扫模式，采用四足驱动机构进行步态移动，四足驱动机构以步态模式踏上一阶梯后，分别调节四足驱动机构的四足的弯曲角度，使楼梯清扫机器人本体前部接触踏面并与踏面平行，使平面驱动机构触地，进行踢面和踏面的清扫后，平面驱动机构驱动楼梯清扫机器人本体整体横向移动至下一位置；当场景信息为平坦地面，设置为普通清扫模式，使用平面驱动机构驱动；如果识别的场景信息，不对应楼梯清扫机器人当前清洁模式，则进行清洁模式转换；所述四足驱动机构，在清扫时，通过下压力的反馈大小来判断其污渍的清洁难易程度；四足驱动机构在步态移动行走时，通过沿障碍物边缘运动寻找最低的抬腿高度来估计障碍物的类型；在楼梯清扫模式下，通过所述四足驱动机构的前足姿态计算当前踏面的宽度，通过所述四足驱动机构的后足的支撑姿态角度计算当前踢面的高度。

2.根据权利要求1所述的楼梯清扫机器人自适应控制系统，其特征在于，所述平面驱动机构包括四个麦克纳姆轮和一个辅助万向轮，四个麦克纳姆轮和一个辅助万向轮分别设有驱动电机单独进行控制，形成完整驱动结构；所述四个麦克纳姆轮分别固定于楼梯清扫机器人本体底部四个边角一侧，所述辅助万向轮固定于所述楼梯清扫机器人本体底部，所述辅助万向轮的水平高度略于所述麦克纳姆轮。

3.根据权利要求1所述的楼梯清扫机器人自适应控制系统，其特征在于，所述四足驱动机构包括足端组件，所述足端组件与旋转边扫之间采用球形万向节连接且可以改变边刷旋转角度，所述球形万向节具有一定的阻尼。

4.根据权利要求3所述的楼梯清扫机器人自适应控制系统，其特征在于，所述足端组件最底端中心设置有小擦布。

5.根据权利要求3所述的楼梯清扫机器人自适应控制系统，其特征在于，所述楼梯清扫机器人本体上设有清扫机构，所述清扫机构包括吸尘滚筒、吹风滚筒、湿擦拭块和干擦拭块；所述吸尘滚筒、吹风滚筒、湿擦拭块和干擦拭块均水平设置于所述楼梯清扫机器人本体底部，所述旋转边扫设在所述足端组件末端；两侧前后的旋转边扫旋转方向朝向吸尘滚筒，将灰尘垃圾扫入吸尘滚筒中。

6.根据权利要求5所述的楼梯清扫机器人自适应控制系统，其特征在于，所述清扫机构还包括垃圾收集箱、清水箱和污水箱，所述垃圾收集箱位于所述楼梯清扫机器人本体顶面后端中间，所述清水箱位于所述楼梯清扫机器人本体顶面前端右侧，所述清水箱位于所述楼梯清扫机器人本体顶面前端左侧；所述清水箱底部通过水泵与所述湿擦拭块一端相接，所述污水箱底部通过水泵与所述湿擦拭块另一端相接。

7.根据权利要求6所述的楼梯清扫机器人自适应控制系统，其特征在于，所述楼梯清扫机器人本体内还设有垃圾感应器和水量感应器，垃圾感应器用于感应垃圾收集箱的垃圾容量，水量感应器用于感应清水箱和污水箱的水量。

8.根据权利要求1所述的楼梯清扫机器人自适应控制系统，其特征在于，所述四足驱动机构包括髋关节、大腿、小腿、足端组件，大腿末端与小腿前端旋转滑动连接，所述大腿前端与所述髋关节末端旋转滑动连接，所述足端组件与所述小腿末端旋转滑动连接，所述髋关节、大腿、小腿、足端组件各设有单独的驱动电机。

9.一种楼梯清扫机器人自适应控制方法，其特征在于，基于权利要求2所述的楼梯清扫机器人自适应控制系统，通过激光雷达扫描和四足驱动机构力反馈感知融合识别场景信息，识别的场景信息分为楼梯和平坦地面；当场景信息为楼梯，设置为楼梯清扫模式；当场景信息为平坦地面，设置为普通清扫模式，使用平面驱动机构驱动；如果识别的场景信息，不对应楼梯清扫机器人当前清洁模式，则进行清洁模式转换；

楼梯清扫模式下，四足驱动机构以步态模式踏上一阶梯后，四足驱动机构的两前足轻微接触踏面后收缩，使楼梯清扫机器人本体前部接触踏面并与踏面平行，使楼梯清扫机器人本体平面驱动机构的前部麦克纳姆轮触地，后部麦克纳姆轮悬空；先改变其旋转边扫角度实现踢面的清理，待到踢面清理完毕后，旋转边扫复位；通过主控系统控制四足驱动机构和平面驱动机构配合，使其前后运动，实现对当前身位下的踏面的清洁作业，完成当前身位清洁后，四足驱动机构的两后足略收缩，使辅助万向轮触地紧贴踏面边缘，并旋转至横向，辅助万向轮与前部麦克纳姆轮共同承载机身，同时麦克纳姆轮和辅助万向轮使得楼梯清扫机器人本体整体横向移动至一下身位，四足驱动机构的两后足半支撑，防止移动时楼梯清扫机器人本体出现滑动掉落翻转的情况；当前阶梯清理完毕后，四足驱动机构撑起楼梯清扫机器人本体，以步态行走的形式移动至下一阶梯，继续对下一阶梯进行清理，直到楼梯全部清理完成。

10.根据权利要求9所述的楼梯清扫机器人自适应控制方法，其特征在于，将四足驱动机构感知的踢面和踢面信息以及污渍和障碍物信息，反馈给主控系统与激光雷达建模数据融合创建地图并实时更新；所述四足驱动机构在正常水平地面作业情况下控制所述旋转边扫改变清扫角度和位置，对于狭窄环境和直角角落，利用四足驱动机构的协助控制旋转边扫伸入墙的死角进行清洁。