【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人控制系统，具体为一种楼梯清扫机器人自适应控制系统及方法。
技术介绍
1、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。
2、针对现有的扫地机器人清扫楼梯的问题：
3、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。
4、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。
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6、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。
技术实现思路
1、本专利技术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，本专利技术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。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、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。
4、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。
5、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。
6、进一步优选，所述足端组件最底端中心设置有小擦布。
7、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。
8、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。
9、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。
10、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。
11、本专利技术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。
12、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本文档来自技高网...
【技术保护点】
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
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；
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。
...【技术特征摘要】
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。
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