CN111026162B - 自跟随清洁机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自跟随清洁机器人。本发明的自跟随清洁机器人，通过激光雷达对前方作业人员的腿部进行持续扫描，并利用控制***基于激光雷达的扫描结果选取腿部特征的均值点作为识别作业人员的标定，同时基于该均值点的位置信息划分了激光雷达的识别范围，并且该识别范围是基于均值点的位置变化实时更新的，从而将处于识别范围外的数据剔除，大大降低了***运算量，提高了识别跟踪效率，后续基于均值点的位置信息进行跟踪识别，大大提高了识别准确度。

Description

自跟随清洁机器人
技术领域
本发明涉及环卫设备技术领域，特别地，涉及一种自跟随清洁机器人。
背景技术
现有的城市高铁站、机场、公园、风光带、社区等区域的清扫保洁作业，由于大型扫路车无法进入，大部分是由纯人工进行清洁，小部分是由小型扫路机进行清洁。其中，人工清洁的方式效率低下、运营成本高、人工劳动强度大，而小型扫路机进行清洁的方式需要人工驾驶扫路机，当遇到需要人力进行清扫的情况时，需要一人驾车和一人清扫，或者一人定点清扫后上车移位再进行下一位置点清扫，仍然没有有效地解决清洁效率低、人工劳动强度大、成本高的问题。
目前，虽然出现了一些基于机器视觉自动跟随前方作业人员行走的智能环卫机器人，但是其需要进行实时处理的运算量非常大，从而导致识别跟踪效率很低，尤其是在机场、高铁站等人流量大的场所，经常会出现突然无法进行自跟随作业的情况，而且当遇到与作业人员体型相似的行人出现时，其识别准确度也较差，经常出现误跟随的情况。
发明内容
本发明提供了一种自跟随清洁机器人，以解决现有的自跟随环卫机器人存在的识别跟踪效率低、识别准确度差的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种自跟随清洁机器人，包括激光雷达和控制***，所述激光雷达用于对在机器人前方行走的作业人员的腿部进行持续扫描，所述控制***用于根据所述激光雷达的扫描结果控制机器人进行自跟随作业；
所述激光雷达完成初始化后，所述控制***基于所述激光雷达的初次扫描结果选取作业人员腿部特征的均值点，并以该均值点作为识别作业人员的标定，同时记录该均值点的位置信息，位置信息包括距离L和角度θ，并基于该均值点划定所述激光雷达的识别范围A(Lq、θq)，且该识别范围A随均值点的位置变化而更新，
θ-λ≤θq≤θ+λ且L-ξ≤Lq≤L+ξ，
其中，λ、ξ为预设的激光雷达的识别范围增量；
所述激光雷达持续对周围环境进行高频扫描，所述控制***自动计算识别范围A内扫描到的物体轨迹曲线的均值点的距离Ln和角度θn，并与上次扫描作业人员时计算得到的均值点的距离Lf和角度θf进行比较，判断扫描到的是否为作业人员：
若Lf﹣△K≤Ln≤Lf+△K且θf﹣△ω≤θn≤θf+△ω，则判定扫描到的物体为作业人员，其中△K为距离判断差值，△ω为角度判断差值，△K＝H*B/N，△ω＝G*B/N，H为距离常数，G为角度常数，B为作业人员的行进速度，N为激光雷达的扫描频率；
其余则均判定扫描到的物体为非作业人员。
进一步地，所述控制***具体通过以下方式选取作业人员腿部特征的均值点：
所述控制***以所述激光雷达的激光发射中心为原点建立平面坐标系，并滤除激光雷达扫描到的位于机器人两侧的物体，所述激光雷达对前方作业人员的腿部进行扫描以获得多个反射云点，位于同一平面的反射云点形成一条或两条曲线，所述控制***对该一条或两条曲线进行聚类分割并选取特性点作为作业人员腿部特征的均值点。
进一步地，所述控制***在识别出作业人员后还基于激光雷达的检测结果得到作业人员相对于机器人的距离L，并将其与预设的安全距离R和最大自跟随距离S进行比较：
若L≥S，则判定机器人与作业人员距离太远，所述控制***控制机器人制动并停止，并发出警示；
若L≤R，则判定机器人离作业员距离太近，所述控制***控制机器人驻车作业；
若S＞L＞R，则判定作业人员处于自跟随设定范围之内，所述控制***控制机器人前行。
进一步地，所述控制***在识别出作业人员后还基于激光雷达的检测结果得到作业人员相对于机器人纵向中心线的角度β，并将其与转向启动角δ进行比较：
若β≥δ，则判定作业人员相对于机器人向右向偏离，所述控制***控制机器人向右转向；
若β≤-δ，则判定作业人员相对于机器人向左向偏离，所述控制***控制机器人向左转向；
若-δ＜β＜δ，则判定机器人暂不需转向。
进一步地，对于在作业过程中出现行人或物体在作业人员周围穿插的情况，当行人或物体进入所述激光雷达的识别范围A内时，所述控制***对靠近的多个行人或物体进行区别标定并分别计算出其均值点的位置信息，同时记录其运动速度，将两个或多个物体的均值点的距离Ln和角度θn与上次扫描分析出的作业人员的均值点位置信息进行一一比较，筛选出满足下式要求的均值点：
Lf﹣△K≤Ln≤Lf+△K且θf﹣△ω≤θn≤θf+△ω，
若满足上述要求的均值点仅为一个，则判定该点即为作业人员的标定均值点，所述控制***控制机器人跟随该点轨迹前进；
若满足上述要求的均值点有两个或多个，则将满足上述要求的均值点的运动速度V与所述控制***计算的作业人员的作业运动平均速度Vp进行比较，筛选出满足下式要求的均值点：
Vp-△V≤V≤Vp+△V
其中，△V为速度判断差值；
若满足上述要求的均值点仅为一个，则判定该点即为作业人员的标定均值点，所述控制***控制机器人跟随该点轨迹前进；
若满足上述要求的均值点仍有两个或多个，则判定识别错误，所述控制***控制机器人制动停机，并提示作业人员介入。
进一步地，所述控制***还用于在所述激光雷达感知到远处有运动接近的人或物体时控制机器人降低跟随速度。
进一步地，还包括设置在车架侧面的侧超声波雷达和设置在车架前端的前超声波雷达，所述控制***还用于将所述侧超声波雷达和/或前超声波雷达检测到周围物体与机器人的距离U与机器人安全避障距离W进行比较：
若U≤W，则所述控制***控制机器人制动停机，直至周围物体移除或作业人员介入；
若W＜U≤Y，则所述控制***控制机器人低速跟随作业人员，Y为超声波雷达感应距离。
进一步地，还包括既作为加速踏板又作为制动踏板的电子踏板，在自跟随作业模式下，所述控制***屏蔽所述电子踏板的输出信号；
在转场模式下，若驾驶员踩踏电子踏板，所述控制***控制机器人前进；若驾驶员轻松电子踏板，所述控制***控制机器人减速；若驾驶员完全松开电子踏板，所述控制***控制机器人紧急制动。
进一步地，还包括用于提供机器人行驶动力和制动力的驱动轮总成，所述驱动轮总成包括驱动电机、减速机、车桥、轮胎和电子制动器，所述车桥安装在车架的底部，所述减速机和轮胎均安装在所述车桥上，所述驱动电机的电机轴一端与所述减速机连接，另一端安装有制动盘，所述电子制动器安装在驱动电机远离减速机的一端并与驱动电机同轴连接，所述控制***通过控制驱动电机和电子制动器的工作状态来控制机器人前进、后退或制动。
进一步地，还包括用于在转场模式下控制机器人转向的方向柱总成，所述方向柱总成包括底柱、限位孔板、折叠柱、弹簧柱塞、铰链、方向盘和编码器，所述底柱与车架固定连接，所述折叠柱通过铰链安装在所述底柱的上方，所述方向盘安装在所述折叠柱上，所述编码器安装在所述方向盘的转轴上，用于检测方向盘的旋转方向和旋转角度并将检测结果传输至控制***，所述控制***根据所述编码器的检测结果对应地控制机器人转向，所述限位孔板固定安装在所述底柱的上端，所述折叠柱的下端开设有用于容纳所述限位孔板的中空结构，所述限位孔板上开设有至少两个弹簧柱塞连接孔，其中一个弹簧柱塞连接孔的位置对应于所述折叠柱的折叠状态，另一个弹簧柱塞连接孔的位置对应于所述折叠柱的常规状态，所述折叠柱上开设有径向通孔，所述弹簧柱塞穿过任一所述弹簧柱塞连接孔和所述径向通孔后固定所述折叠柱。
本发明具有以下有益效果：
本发明的自跟随清洁机器人，通过激光雷达对前方作业人员的腿部进行持续扫描，并利用控制***基于激光雷达的扫描结果选取腿部特征的均值点作为识别作业人员的标定，同时基于该均值点的位置信息划分了激光雷达的识别范围，并且该识别范围是基于均值点的位置变化实时更新的，从而将处于识别范围外的数据剔除，大大降低了***运算量，提高了识别跟踪效率，后续基于均值点的位置信息进行跟踪识别，大大提高了识别准确度。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的自跟随清洁机器人的结构示意图。
图2是本发明优选实施例的图1中的驱动轮总成的结构示意图。
图3是本发明优选实施例的图1中的手持吸管的管体的结构示意图。
图4是本发明优选实施例的图1中的手持吸管的固定座的结构示意图。
图5是本发明优选实施例的图1中的手持吸管的宽扁形吸口的结构示意图。
图6是本发明优选实施例的图1中的风管挂架的结构示意图。
图7是本发明优选实施例的图1中的方向柱总成在转场模式下的结构示意图。
图8是本发明优选实施例的图1中的方向柱总成在自跟随作业模式下的结构示意图。
图9是本发明优选实施例的图1中的方向柱总成的遮阳板的安装位置示意图。
图10是本发明优选实施例的自跟随清洁机器人进行自跟随作业的示意图。
附图标号说明
1、车架；2、驱动轮总成；3、前轮；4、动力电池；5、风机；6、风机电机；7、侧超声波雷达；8、前超声波雷达；9、电子踏板；10、方向柱总成；11、伺服电机；12、涡轮蜗杆组件；13、控制***；14、罩壳总成；16、风管挂架；17、软进风管；18、软出风管；19、声光报警器；20、滤筒；21、除尘罩；22、弹性拉带；23、手持吸管；24、垃圾桶；201、驱动电机；202、减速机；203、车桥；204、轮胎；205、电子制动器；101、底柱；102、限位孔板；103、折叠柱；104、弹簧柱塞；105、铰链；106、方向盘；107、编码器；108、雷达安装座；109、激光雷达；110、遮阳板；111、触摸屏；112、弹簧柱塞连接孔；231、管体；232、圆形吸口；233、固定座；234、万向轮；235、操作手柄；236、宽扁形吸口；2331、连接杆；2332、圆管；2333、限位板；2361、宽扁部；2362、圆形对接部；161、安装座；162、第一气弹簧；163、壳体；164、铰接板；165、伸缩轴；166、链条；167、风管挂套；168、第二气弹簧。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本发明的优选实施例提供一种自跟随清洁机器人，可智能跟随操作人员进行作业，并可快速转场，能对候车室、候机室、背街小巷、古街道的石板路等场地进行快速、有效的垃圾清理作业。所述自跟随清洁机器人包括车架1、驱动轮总成2、前轮3、动力电池4、风机5、风机电机6、侧超声波雷达7、前超声波雷达8、电子踏板9、方向柱总成10、伺服电机11、涡轮蜗杆组件12、控制***13、罩壳总成14、软进风管17、软出风管18、声光报警器19、手持吸管23和垃圾桶24，所述驱动轮总成2和前轮3均安装在车架1的底部，所述驱动轮总成2提供机器人行驶动力和制动力，所述前轮3用于驱动机器人转向。所述方向柱总成10和电子踏板9安装在车架1上且位于整机的前方，所述侧超声波雷达7安装在车架1的侧面，用于检测整机侧方的物体距离机器人的距离，所述前超声波雷达8安装在车架1的最前端，用于检测整体前方的物体距离机器人的距离，所述侧超声波雷达7、前超声波雷达8和电子踏板9均与控制***13通信连接。所述罩壳总成14安装在车架1上，所述罩壳总成14为整机***覆盖件，由多片薄壳式覆盖件组成，所述罩壳总成14的前部还形成了驾驶位，不仅实现了对整机内部结构的覆盖、包裹，同时也在转场模式下为驾驶员提供了驾驶座位，无需设置专用驾驶座椅，兼顾了整体造型美观和结构精简的要求。所述动力电池4、风机5、风机电机6、伺服电机11、涡轮蜗杆组件12、控制***13均安装在车架1上且位于罩壳总成14内，其中，所述动力电池4安装在车架1上且位于其他设备的下方，从而可以有效地降低整机中心，提高行车稳定性，所述动力电池4用于给车载用电设备提供电能。所述风机电机6与风机5连接以驱动风机5工作，所述伺服电机11与涡轮蜗杆组件12连接以驱动涡轮蜗杆组件12工作，所述涡轮蜗杆组件12与前轮3连接以带动前轮3进行转向，所述风机电机6和伺服电机11均与控制***13通信连接。所述声光报警器19安装在除尘罩21的顶部，用于警示周围行人，所述声光报警器19与所述控制***13通信连接。所述垃圾桶24安装在车架1上且位于整机的后方，所述垃圾桶24的桶盖处于打开状态，所述垃圾桶24的上方开口处安装有除尘罩21，所述除尘罩21内安装有滤筒20，且所述滤筒20安装在除尘罩21顶部的出风口处，从除尘罩21的出风口处流出的气流需经过滤筒20的过滤作用，所述除尘罩21顶部的出风口通过软出风管18与风机5的进风口相连，所述除尘罩21前部的进风口通过软进风管17与手持吸管23相连，当风机5开始工作时，会在除尘罩21以及手持吸管23内产生一定的负压，从而可以通过操作手持吸管23对路面进行垃圾吸拾作业。当所述自跟随清洁机器人处于自跟随作业模式时，作业人员只需操作手持吸管23在前方进行垃圾吸拾作业，自跟随清洁机器人会自动在后方进行跟随作业。可以理解，所述除尘罩21和滤筒20可以省略，所述软进风管17和软出风管18均直接与垃圾桶24连通即可。
可以理解，如图2所示，所述驱动轮总成2包括驱动电机201、减速机202、车桥203、轮胎204、电子制动器205，所述车桥203安装在车架1的底部，所述减速机202和轮胎204均安装在车桥203上，所述驱动电机201的电机轴一端与减速机202连接，另一端安装有制动盘，所述电子制动器205安装在驱动电机201的尾部，即位于驱动电机201远离减速机202的一侧，也即安装有制动盘的一侧，并与驱动电机201同轴连接，所述电子制动器205内部设有弹簧、制动片以及电磁线圈等，外部设置有制动力释放手柄，所述电子制动器205为现有产品，具体的结构在此不再赘述。所述驱动电机201和电子制动器205均与控制***13通信连接，当所述控制***13发出前进或后退控制命令时，动力电池4与驱动轮总成2的线路接通，电子制动器205上的电磁线圈得电，克服内部弹簧的作用力将压在电机转轴制动盘上的制动片释放，从而解除制动力，同时驱动电机201运转驱动轮胎204滚动，自跟随清洁机器人开始前行或后退。若所述控制***13没有发出前进或后退控制命令，动力电池4与驱动轮总成2的线路断开，电子制动器205内的电磁线圈失电，电子制动器205在内部弹簧作用下将制动片压紧在电机轴制动盘上，自跟随清洁机器人停车制动。另外，所述电子制动器205具有手动释放的功能，当动力电池4的电量耗尽且需要移动自跟随清洁机器人时，可以手动拨动电子制动器205上的制动力释放手柄，克服内部弹簧的弹力，释放压紧在电机轴制动盘上的制动片，解除对电机轴的制动力，从而移动机器人。
在本实施例中，所述驱动轮总成2采用电子制动器205，相比于现有的鼓式、油式制动器，降低了驱动轴的重量和布置空间，提高了整机制动的灵敏度及相应速度。
可以理解，作为优选的，所述除尘罩21的外部左右两侧均安装有弹性拉带22，一个弹性拉带22的一端固定于除尘罩21的左侧，一端连接至垃圾桶盖的左侧把手，另一个弹性拉带22的一端固定于除尘罩21的右侧，一端连接至垃圾桶盖的右把手，通过以上两个弹性拉带22固定垃圾桶盖，避免在机器人行驶过程中由于加速或制动导致垃圾桶盖与筒体碰撞而产生噪声或造成垃圾桶24的损坏。
可以理解，如图3和图4所示，所述手持吸管23包括管体231和固定座233，所述管体231的上端用于与软进风管17连接，所述管体231的下端安装有用于吸拾垃圾的圆形吸口232，且所述圆形吸口232的前端设置有斜向切口，所述固定座233用于固定所述管体231。所述固定座233包括连接杆2331、圆管2332和限位板2333，所述圆管2332通过连接杆2331与车架1固定连接，所述限位板2333固定套设在所述圆管2332的***且倾斜设置，所述限位板2333的倾斜角度与所述圆形吸口232的斜向切口的倾斜角度相同，所述圆管2332的外径尺寸小于等于所述管体231和圆形吸口232的内径尺寸。当需要将所述管体231固定在所述固定座233上时，只将所述管体231套在所述圆管2332上，所述圆形吸口232前端的斜向切口与限位板2333相贴合，从而对管体231起到轴向限位和周向限位的作用，从而有效地固定手持吸管23。当需要取下手持吸管23进行人工作业时，只需将管体231拔出即可，取放操作十分方便。可以理解，所述限位板2333通过焊接的方式固定套设在所述圆管2332的***，或者所述限位板2333与圆管2332一体成型制成。可以理解，所述固定座233安装在整机的右后方，当需要在公路上作业时，可以降低装拆手持吸管23时对过往车辆的影响以及作业人员的安全风险。还可以理解，所述圆形吸口232前端的斜向切口的倾斜角度是指切面与管体231的轴向方向之间的夹角，所述限位板2333的倾斜角度是指限位板2333与圆管2332的轴向方向之间的夹角。
在本实施例中，所述手持吸管23通过在安装于管体231下端的圆形吸口232的前端设置斜向切口，当作业人员操作手持吸管23进行人工作业时，圆形吸口232的前端可以更好地与地面贴合，吸拾效率更高，另外，固定座233的圆管2332通过连接杆2331固定在车架1上，在圆管2332的***固定套设有倾斜设置的限位板2333，且限位板2333的倾斜角度与圆形吸口232前端的斜向切口的倾斜角度相同，并且圆管2332的外径尺寸小于等于管体231和圆形吸口232的内径尺寸，当需要固定手持吸管23时，只需将管体231套设在圆管2332上，圆形吸口232前端的斜向切口即与限位板2333相贴合，从而对管体231起到轴向限位和周向限位的作用，管体231无法发生转动，当需要取下手持吸管23进行人工作业时，只需将管体231拔出即可，手持吸管23的取放操作十分方便。
可以理解，考虑到自跟随清洁机器人在行驶过程中可能会遇到颠簸的情况，为了防止管体231发生大幅度跳动而与圆管2332脱离，可以采用增加管体231与圆管2332的套接深度，或者管体231与圆管2332采取过盈配合的方式，或者所述管体231与圆管2332螺纹配合，或者在圆管2332的侧壁上设置一个弹性插销来顶住管体231，或者其它可彻底固定管体231且便于取放管体231的结构。
可以理解，为了获得更佳的垃圾吸拾效果，作为优选的，所述圆形吸口232前端的斜向切口的倾斜角度为30°～45°，进一步优选的，该倾斜角度为40°～45°，在其它一些实施例中，该倾斜角度也可以是35°、36°、38°等。另外，由于圆形吸口232在进行作业时需要尽量与地面进行贴合以确保良好的垃圾吸拾效果，因此，圆形吸口232经常会碰撞到路面的障碍物而发生损坏，为了便于更换损坏的圆形吸口232，所述圆形吸口232与管体231采用可拆卸式连接方式，例如螺纹连接、卡扣连接和过盈配合连接中的任一种。
可以理解，如图5所示，作为优选的，所述手持吸管23还包括用于吸拾大面积轻飘物垃圾的宽扁形吸口236，当需要对路面上一些大面积的轻飘物垃圾进行清理时，先将圆形吸口232从管体231上拆下，然后将宽扁形吸口236与管体231连接即可，可以加大手持吸管23的作业面积，提高吸拾的作业效率。具体地，所述宽扁形吸口236包括连接为一体的宽扁部2361和圆形对接部2362，所述圆形对接部2362用于与所述管体231的下端可拆卸式连接，例如螺纹连接、卡扣连接和过盈配合连接中的任一种，所述宽扁部2361用于吸拾垃圾。
可以理解，为了在人工作业时对管体231进行有效支撑以降低作业人员的劳动强度，作为优选的，所述管体231的下端靠近所述圆形吸口232处设置有万向轮234，当作业人员操作手持吸管23进行人工作业时，万向轮234可以起到有效支撑和灵活转向的作用，大幅度减轻了作业人员的劳动强度。另外，作为优选的，所述管体231采用碳纤维管，且直径为100～150mm，管壁厚度为0.5～1.5mm，既确保了管体231的结构强度，同时降低了手持吸管23的重量，同样可以大幅度降低作业人员的劳动强度。
可以理解，所述管体231上还设置有用于控制自跟随清洁机器人工作状态的操作手柄235，当作业人员操作手持吸管23进行人工作业时，可以通过控制所述操作手柄235调整自跟随清洁机器人的工作状态，无需再前往自跟随清洁机器人上进行调节操作，更加省时省力。具体地，所述操作手柄235上设置有用于调节风机5转速的风机档位调节开关、用于控制声光报警器19开启以警示周围行人的喇叭开关、用于紧急停车的停车按钮等。例如，自跟随清洁机器人运行自跟随作业模式时，开启风机5后，风机5会自动按照程序设定处于低档位运行状态，风机电机6以较低的功率运行，圆形吸口232或宽扁形吸口236处会产生较低的负压，可对路面上的纸屑、烟蒂、槟榔渣等轻质垃圾进行收集；当遇到大件垃圾时，例如矿泉水瓶、啤酒瓶等，作业人员可通过控制操作手柄235上的风机档位调节开关，将风机5的转速调至高档位，风机5高速运行，圆形吸口232或宽扁形吸口236处会产生较高的负压，从而有效地对大件垃圾进行收集清理，操作过程十分方便，作业人员无需再跑回到自跟随清洁机器人上去操作来进行调节，更加省时省力。
可以理解，如图1和图6所示，所述软进风管17通过风管挂架16进行支撑，所述风管挂架16包括安装座161、第一气弹簧162、壳体163、铰接板164、伸缩轴165、链条166、风管挂套167和第二气弹簧168，所述壳体163为一端开口结构，所述安装座161一端与壳体163的封闭端固定连接，另一端与车架1铰接，所述第一气弹簧162固定安装在壳体163的内壁上，伸缩轴165的一端从壳体163的开口端伸入壳体163内并与第一气弹簧162的活动端相连，另一端与链条166连接，所述风管挂套167安装在链条166上并用于套住软进风管17以起到支撑作用，所述铰接板164固定安装在所述壳体163的外壁上并通过所述第二气弹簧168与车架1连接。所述风管挂架16为长度可收缩结构，其长度的变化通过内部安装的第一气弹簧162的收缩伸长实现。当收起手持吸管23时，第一气弹簧162和第二气弹簧168被压缩，第一气弹簧162带动伸缩轴165收回，风管挂架16的长度收缩变短，如图1中所示的状态；当操作手持吸管23作业时，第一气弹簧162和第二气弹簧168伸出，第一气弹簧162带动伸缩轴165伸出，风管挂架16的长度伸长至如图6所示的状态。通过可自动调节长度的风管挂架16，可以方便地移动或拆装软进风管17，作业人员在操作手持吸管23进行作业时无需再对软进风管17进行调整以防止软进风管17过度扭曲而影响吸拾效果，有效地降低了作业人员的劳动强度并提升了操作的便利性，同时极大地提高了整机的作业范围。可以理解，所述风管挂架16的数量为多个且间隔均匀地对所述软进风管17进行支撑，从而可以起到更好的支撑效果。
可以理解，如图7和图8所示，所述方向柱总成10包括底柱101、限位孔板102、折叠柱103、弹簧柱塞104、铰链105、方向盘106和编码器107，所述底柱101与车架1固定连接，所述折叠柱103通过铰链105安装在所述底柱101的上方，即所述铰链105一端与折叠柱103连接，另一端与底柱101连接，从而使折叠柱103可以相对于底柱101向内转动。所述方向盘106固定安装在所述折叠柱103上，所述编码器107则安装在所述方向盘106的转轴上，所述编码器107用于检测方向盘106的旋转方向和旋转角度并将检测结果传输至控制***13，所述控制***13则根据所述编码器107的检测结果对应控制伺服电机11的工作状态，从而驱动前轮3对应地转向。所述限位孔板102固定安装在所述底柱101的上端，所述折叠柱103的下端开设有中空结构，从而可以容纳所述限位孔板102。所述限位孔板102上开设有至少两个弹簧柱塞连接孔112，其中一个弹簧柱塞连接孔112的位置对应于所述折叠柱103的折叠状态，另一个弹簧柱塞连接孔112的位置对应于所述折叠柱103的常规状态，所述折叠柱103上开设有径向通孔，所述弹簧柱塞104可以穿过任一所述弹簧柱塞连接孔112和所述径向通孔以固定所述折叠柱103。例如，当自跟随清洁机器人处于转场模式时，方向柱总成10的状态如图7所示，即折叠柱103处于常规状态，方向柱总成10的整体高度较高；当自跟随清洁机器人处于自跟随作业模式时，方向柱总成10的状态如图8所示，即折叠柱103处于折叠状态，所述折叠柱103相对于底柱101向内折叠，从而降低了方向柱总成10的高度，避免与手持吸管23或软进风管17发生干涉，从而大大提高了自跟随作业的范围。可以理解，当需要折叠所述折叠柱103时，只需将弹簧柱塞104拉出，然后将折叠柱103向内翻转到位后，再放开弹簧柱塞104，将其***限位孔板102上的对应的弹簧柱塞连接孔112中，即可固定折叠柱103，操作十分方便。
在本实施例中，所述底柱101与折叠柱103通过铰链105连接，然后在底柱101上端固定安装一个限位孔板102，且限位孔板102可收纳进折叠柱103的下部中空结构内，实现了隐藏式设计，不影响安装结构的外观整洁。并且，在限位孔板102上开设有至少两个弹簧柱塞连接孔112，其中一个弹簧柱塞连接孔112的位置对应于所述折叠柱103的折叠状态，另一个弹簧柱塞连接孔112的位置对应于所述折叠柱103的常规状态，然后在折叠柱103上开设径向通孔，利用弹簧柱塞104穿过径向通孔和任一弹簧柱塞连接孔112，通过弹簧柱塞连接孔112对弹簧柱塞104的限位作用固定所述折叠柱103，若需要对方向柱总成10的高度进行调整时，只需将弹簧柱塞104拉出，待折叠柱103向内转动到位后再将弹簧柱塞104***对应的弹簧柱塞连接孔112孔中即可，调整动作操作十分方便，此时，方向柱总成10的高度降低了，可以有效避免与手持吸管23或软进风管17发生干涉，从而大大提高了自跟随作业范围。
还可以理解，作为优选的，所述弹簧柱塞连接孔112的数量为多个，例如三个、四个、五个、六个等，具体数量在此不做具体限定，且多个弹簧柱塞连接孔112呈弧形布设。通过设置多个弧形布设的弹簧柱塞连接孔112，从而可以对折叠柱103进行多个角度的转动调节并定位，适用范围更广。
还可以理解，作为优选的，所述底柱101为伸缩定位机构，即所述底柱101的下端为固定端，其上端为伸缩端，所述限位孔板102即固定安装在伸缩端上，通过调整底柱101的伸缩端的伸缩长度来调整方向柱总成10的整体高度。例如，当自跟随清洁机器人处于转场模式时，可以将底柱101的伸缩端伸出，方向柱总成10的整体高度较高，当自跟随清洁机器人处于自跟随作业模式时，可以将底柱101的伸缩端缩回，以降低方向柱总成10的整体高度。其中，所述底柱101可以是伸缩套管或者其他通过插销、阶梯构造、挡块、弹珠、螺纹进行定位的伸缩结构。
可以理解，所述方向柱总成10还包括安装在所述底柱101前部的雷达安装座108，所述雷达安装座108上安装有激光雷达109，且所述激光雷达109的安装位置距离地面400～500mm。所述激光雷达109用于检测前方作业人员的腿部特征并将检测结果传输至控制***13，控制***13会根据激光雷达109的检测结果控制自跟随清洁机器人自动跟随前方环卫人员，实现自跟随作业。如图9所示，作为优选的，所述方向柱总成10还包括安装在所述底柱101前部且位于激光雷达109的上方的遮阳板110，所述遮阳板110用于对激光雷达109起到保护作用，还可以有效地遮挡光线，避免阳光影响激光雷达109工作。进一步优选的，所述遮阳板110位于激光雷达109上方5～10mm处，且为圆形罩板，阳光遮挡效果更好。并且，如图3所示，所述遮阳板110下表面的外缘前端与激光雷达109的发射区下沿前端的连线与水平面的夹角β为30°～45°，优选为40°～45°，从而可以起到最佳的阳光遮挡作用，而且不会影响激光雷达109的扫描工作。
可以理解，所述方向柱总成10还包括安装在所述折叠柱103上端并用于与控制***13通信连接的触摸屏111，且所述触摸屏111与所述折叠柱103转动连接，所述触摸屏111可相对于折叠柱103前后翻转。具体地，所述触摸屏111通过一个基座与折叠柱103连接，该基座与折叠柱103可转动地连接，例如转轴连接，所述触摸屏111固定安装在基座上。作为另一种选择，所述触摸屏20还可以与折叠柱103可旋转地连接。其中，所述触摸屏111带有重力感应屏幕旋转功能。当自跟随清洁机器人处于转场模式时，可以将触摸屏111翻转至朝向后侧，面向驾驶员(有时也是作业人员)，便于驾驶人员操作触摸屏111；当机器人处于自跟随作业模式时，可将触摸屏111翻转至朝向前侧，前方的作业人员便于观看触摸屏111上显示的信息和对触摸屏111进行操作。不管自跟随清洁机器人处于哪种模式下，作业人员均可方便地操作、控制机器人，并从屏幕上读取整机参数，实时了解整机状态，提高了操作的便利性和安全性。
另外，所述电子踏板9既是加速踏板也是制动踏板，且只有当自跟随清洁机器人处于转场模式时才能激活使用，当自跟随清洁机器人处于自跟随作业模式时，控制***13会完全屏蔽电子踏板9的输出信号。电子踏板9工作的方式如下：在转场模式下，驾驶员踩踏电子踏板9，控制***13接收到电子踏板9传输的信号后启动驱动轮总成2，电子制动器205得电松开制动，驱动电机201同步启动，驱动自跟随清洁机器人前进；当需进行制动时，驾驶员稍微松开电子踏板9，控制***13获得信号后按程序设定，控制驱动电机201进行减速，此时驱动电机201依靠内部产生的反电动势产生阻力，实现自跟随清洁机器人减速行驶；当需要紧急制动时，驾驶员可完全松开电子踏板9，控制***13会控制电子制动器205进行制动，自跟随清洁机器人在驱动电机201和电子制动器205的作用下实现紧急制动。通过上述布置，节约了设备安装布置空间，有效的实现整机的加速和制动。
本发明的自跟随清洁机器人的工作过程如下：
作业前，本发明的自跟随清洁机器人处于图1所示的状态，即转场模式，作业人员可登上机器人，坐于罩壳总成14组成的驾驶位上，开启整机电源，控制***13会同步接通声光报警器19的警示灯以对周围进行警示，将机器人档位切换至前进档，再操控方向盘106和电子踏板9，驾驶机器人行驶至需要作业区域，把方向柱总成10上的折叠柱103整体折叠，将触摸屏111翻转至前侧，整体至图10所示的状态。
再操作触摸屏111切换机器人至自跟随作业模式后，作业人员行走至离机器人一定的范围外，机器人会启动相关硬件及程序，进入整机自检。首先，机器人通过伺服电机11驱动涡轮蜗杆组件12将前轮3转到到伺服电机11所带编码器标定的前轮正向零点，将前轮3回正。与此同时，机器人会对分布于机体四周的侧超声波雷达7和前超声波雷达8、驱动轮总成2以及位于机体前方的激光雷达109的工作状态进行检测，如存在某个元器件失效时，控制***13会开启声光报警器19进行语音故障报警，并将故障元器件显示在触摸屏111上。如上述设备正常，则控制***13会利用侧超声波雷达7、前超声波雷达8和激光雷达109对周围环境进行识别、判断，若侧超声波雷达7、前超声波雷达8检测到障碍物或激光雷达109扫描1m范围内有感应物体，控制***13会通过声光报警器19语音提示提示周围物体离机器人过近，无法进入自跟随识别状态，此时，作业人员可将周围物体挪开或移动机器人至较为开阔地带。如上述传感器未感应到物体或障碍物，则***语音提示可进入自跟随识别状态，此时作业人员可将手持吸管23从固定座233上取下，风管挂架16会在第一气弹簧162及第二气弹簧168的作用下将软进风管17抬升、前伸，作业人员把持手持吸管23行走至机器人正前方，操控触摸屏111上的按钮使机器人开始识别作业人员。
具体地，自跟随清洁机器人识别并标定作业人员方式如下：
首先，激光雷达109初始化，控制***13以激光雷达109的激光发射中心为原点，建立XY平面坐标系，以机器人纵向中心线为Y轴、轴向为X轴，取激光雷达109最左照射点为转动角零点。初始化完成，***标定前，控制***13通过滤波算法将激光雷达109扫描到的位于机体两侧的物体过滤、忽略，仅保持对机器人前方物体的扫描信息的存储、运算。此时激光雷达109对站立于机器人前方的作业人员的腿部进行扫描，获得多个反射云点，位于同一平面的反射云点可根据作业人员站立时的腿部特征可形成一条或两条曲线，控制***13再利用欧式聚类分割算法对上述一条或两条曲线进行聚类分割，选取其中某一特性点为作业人员腿部特征的均值点，并记录该均值点到机器人的距离L与与机器人所成的角度θ数据，并以此点作为识别作业人员特征的标定，实现对作业人员的机器识别。其中，选取特性点作为均值点的过程具体为：将曲线上所有点的位置信息投影到XY平面坐标系上，例如距离作为X轴，角度作为Y轴，然后计算曲线上所有点的位置信息的平均值，即距离L的平均值和角度θ的平均值，从而得到一个平均值的位置点(L平均，θ平均)，然后选择曲线上距离该平均值位置点最接近的点作为均值点。当完成对作业人员的识别后，控制***13会根据作业人员标定的均值点位置信息，划定激光雷达109的识别范围Α(Lq、θq)：
θ-λ≤θq≤θ+λ且
L-ξ≤Lq≤L+ξ
其中λ、ξ为***设定的激光雷达109的识别范围增量，识别范围A根据上次扫描到的均值点信息(距离L、角度θ)实时变化调整。通过划定激光雷达109的平面识别范围A可极大地提高控制***13的识别跟踪效率，降低***运算量。对于处于上述目标范围外的物体或行人，***通过滤波技术自动屏蔽。完成识别标定，控制***13会提示标定成功，作业人员可通过控制操作手柄235上的操作按钮，开启风机5并移动手持吸管23进行路面清洁作业。
作业人员作业时，激光雷达109会持续对周围环境进行高频扫描，每完成一次扫描，控制***13会自动计算本次识别范围Α内扫描到的物体轨迹曲线的均值点信息(距离Ln、角度θn)并与上次扫描作业人员时计算得出的均值点信息(距离Lf、角度θf)进行比较，判断扫描到的是否为作业人员：
a、若Lf﹣△K≤Ln≤Lf+△K且θf﹣△ω≤θn≤θf+△ω，则判定扫描到的物体轨迹曲线为作业人员，其中△K、△ω为距离及角度判断差值，数值极小，具体地，△K＝H*B/N，△ω＝G*B/N，H为距离常数，G为角度常数，B为作业人员作业行进速度，N为激光雷达109的扫描频率。
b、其余则均判定扫描到的物体为非作业人员。
作业过程中，激光雷达109每完成一次扫描，控制***13都会读取作业人员相对机器人的距离L以及换算后相对于机器人纵向中心线的角度β(右侧为正，左侧为负)，并与设定的安全距离R及最大自跟随距离S进行比较并采取如下策略：
a、若L≥S，则判定机器人与作业人员距离太远，继续自跟随跟进存在风险，机器人制动并停止，并警示作业人员自跟随作业模式中断，需介入处理；
b、若L≤R，则***判定机器人离作业员距离太近，不需要继续跟进，电子制动器205进行制动，机器人驻车作业；
c、若S＞L＞R，则***判定机器人离作业人员距离较远但仍在自跟随设定范围之内，需要继续跟进作业，控制***13会启动驱动电机201，并控制电子制动器205同步释放，机器人前行；
与此同时，所述控制***13会实时对β与设定的转向启动角δ进行比较并采取如下策略：
a、若β≥δ，则控制***13判定作业人员相对于机器人向右向偏离，需驱动机器人向右转向，控制***13会启动伺服电机11驱动涡轮蜗杆组件12带动前轮3向右转向；
b、若β≤-δ，则控制***13判定作业人员相对于机器人向左向偏离，需驱动机器人向左转向，控制***13会启动伺服电机11驱动涡轮蜗杆组件12带动前轮3向左转向；
c、若-δ＜β＜δ，则控制***13判定机器人暂不需转向。
在进行上述自跟随作业过程中，控制***13根据激光雷达109高频扫描采集的相关数据，不断分析比较，控制机器人不断调整方向并跟随前进，实现对作业人员的识别跟随。
另外，如在作业过程中出现行人或物体在作业人员周围穿插时，控制***13执行如下控制策略：
首先，行人或物体在靠近作业人员前，刚进入激光雷达109的有效识别范围A内时，激光雷达109已扫描并感知到该行人或物体(激光雷达109的扫描距离X＞S),控制***13会对靠近的行人或物体进行区别标定，同时计算出其均值点数据，根据运动算法计算并记录其运动速度V(V1、V2、V3...)。当出现行人或物体与作业人员穿插、交叉分离后，激光雷达109扫描到两个或多个物体(其中一个为作业人员)，控制***13首先会将上述两个或多个物体的均值点数据Ln与θn(多个点分别为距离L1、L2、L3...与角度θ1、θ2、θ3...)与上次扫描分析出的作业人员均值点数据(距离Lf、角度θf)进行一一比较，筛选出满足下式要求的均值点：
Lf﹣△K≤Ln≤Lf+△K且θf﹣△ω≤θn≤θf+△ω
若：
a、满足上述要求的均值点仅为一个，则判定该点即为作业人员的标定均值点，机器人跟随该点轨迹前进；
b、满足上述要求的均值点有两个或多个，则对满足上述要求均值点的运动速度V(V1、V2、V3...)与所述控制***13计算的作业人员的作业运动平均速度Vp进行比较，筛选出满足下式要求的均值点：
Vp-△V≤V≤Vp+△V
其中，△V为速度判断差值；
若：
a、满足上述要求的均值点仅为一个，则判定该点即为作业人员的标定均值点，机器人跟随该点轨迹前进；
b、满足上述要求的均值点仍有两个或多个，可***提示识别错误，机器人制动停机，提示作业人员介入。
优选的，本发明的自跟随清洁机器人还设计有多重避障控制策略；
首先，对于从前方远处运动接近的人或物体(与机器人距离U，U＞Y，Y为超声波雷达感应距离)，控制***13通过激光雷达109感知，提前进行预警，降低机器人自动跟随作业人员前进速度；当物体进入分布于机身周围的超声波雷达感应范围内(与机器人距离U，U≤Y，Y为超声波雷达感应距离)时，所述控制***13按如下策略进行控制：
a、若U≤W，则机器人制动停机，直至周围物体移除或作业人员介入，W为机器人安全避障距离；
b、若W＜U≤Y，则机器人以较低的速度蠕动跟随作业人员。
可以理解，当途中需要将垃圾桶24内的垃圾取出或倾倒至垃圾站时，可先关闭自跟随清洁机器人的自跟随模式，将手持吸管23放回固定座233上固定，将弹性拉带22松开，将除尘罩21整体往前翻起，即可将垃圾桶24从机器人上往后拉出，将垃圾倾倒至垃圾站。
还可以理解，当作业完成后，作业人员需要转场或返回时，可操作触摸屏111关闭机器人自跟随作业模式，关闭风机5，将手持吸管23放回固定座233上固定，此时，风管挂架16的第二气弹簧168及第一气弹簧162受力压缩，带动软进风管17下降、缩回；作业人员再将折叠柱103展开复位至图1所示的状态，将触摸屏111翻转至朝向驾驶员，然后操控方向盘106和电子踏板9即可进行转场或返程。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自跟随清洁机器人，其特征在于，
包括激光雷达(109)和控制***(13)，所述激光雷达(109)用于对在机器人前方行走的作业人员的腿部进行持续扫描，所述控制***(13)用于根据所述激光雷达(109)的扫描结果控制机器人进行自跟随作业；
所述激光雷达(109)完成初始化后，所述控制***(13)基于所述激光雷达(109)的初次扫描结果选取作业人员腿部特征的均值点，并以该均值点作为识别作业人员的标定，同时记录该均值点的位置信息，位置信息包括距离L和角度θ，并基于该均值点划定所述激光雷达(109)的识别范围A(Lq、θq)，且该识别范围A随均值点的位置变化而更新，
θ-λ≤θq≤θ+λ且L-ξ≤Lq≤L+ξ，
其中，λ、ξ为预设的激光雷达(109)的识别范围增量；
所述激光雷达(109)持续对周围环境进行高频扫描，所述控制***(13)自动计算识别范围A内扫描到的物体轨迹曲线的均值点的距离Ln和角度θn，并与上次扫描作业人员时计算得到的均值点的距离Lf和角度θf进行比较，判断扫描到的是否为作业人员：
若Lf﹣△K≤Ln≤Lf+△K且θf﹣△ω≤θn≤θf+△ω，则判定扫描到的物体为作业人员，其中△K为距离判断差值，△ω为角度判断差值，△K＝H*B/N，△ω＝G*B/N，H为距离常数，G为角度常数，B为作业人员的行进速度，N为激光雷达(109)的扫描频率；
其余则均判定扫描到的物体为非作业人员；
其中，选取均值点的过程具体为：将初次扫描得到的曲线上所有点的位置信息投影到以距离作为X轴、角度作为Y轴的XY平面坐标系上，然后计算曲线上所有点的位置信息的平均值，即距离L的平均值和角度θ的平均值，从而得到一个平均值的位置点(L平均，θ平均)，然后选择曲线上距离该平均值位置点最接近的点作为均值点。
2.如权利要求1所述的自跟随清洁机器人，其特征在于，
所述控制***(13)具体通过以下方式选取作业人员腿部特征的均值点：
所述控制***(13)以所述激光雷达(109)的激光发射中心为原点建立平面坐标系，并滤除激光雷达(109)扫描到的位于机器人两侧的物体，所述激光雷达(109)对前方作业人员的腿部进行扫描以获得多个反射云点，位于同一平面的反射云点形成一条或两条曲线，所述控制***(13)对该一条或两条曲线进行聚类分割并选取特性点作为作业人员腿部特征的均值点。
3.如权利要求1所述的自跟随清洁机器人，其特征在于，
所述控制***(13)在识别出作业人员后还基于激光雷达(109)的检测结果得到作业人员相对于机器人的距离L，并将其与预设的安全距离R和最大自跟随距离S进行比较：
若L≥S，则判定机器人与作业人员距离太远，所述控制***(13)控制机器人制动并停止，并发出警示；
若L≤R，则判定机器人离作业员距离太近，所述控制***(13)控制机器人驻车作业；
若S＞L＞R，则判定作业人员处于自跟随设定范围之内，所述控制***(13)控制机器人前行。
4.如权利要求3所述的自跟随清洁机器人，其特征在于，
所述控制***(13)在识别出作业人员后还基于激光雷达(109)的检测结果得到作业人员相对于机器人纵向中心线的角度β，并将其与转向启动角δ进行比较：
若β≥δ，则判定作业人员相对于机器人向右向偏离，所述控制***(13)控制机器人向右转向；
若β≤-δ，则判定作业人员相对于机器人向左向偏离，所述控制***(13)控制机器人向左转向；
若-δ＜β＜δ，则判定机器人暂不需转向。
5.如权利要求1所述的自跟随清洁机器人，其特征在于，
对于在作业过程中出现行人或物体在作业人员周围穿插的情况，当行人或物体进入所述激光雷达(109)的识别范围A内时，所述控制***(13)对靠近的多个行人或物体进行区别标定并分别计算出其均值点的位置信息，同时记录其运动速度，将两个或多个物体的均值点的距离Ln和角度θn与上次扫描分析出的作业人员的均值点位置信息进行一一比较，筛选出满足下式要求的均值点：
Lf﹣△K≤Ln≤Lf+△K且θf﹣△ω≤θn≤θf+△ω，
若满足上述要求的均值点仅为一个，则判定该点即为作业人员的标定均值点，所述控制***(13)控制机器人跟随该点轨迹前进；
若满足上述要求的均值点有两个或多个，则将满足上述要求的均值点的运动速度V与所述控制***(13)计算的作业人员的作业运动平均速度Vp进行比较，筛选出满足下式要求的均值点：
Vp-△V≤V≤Vp+△V
其中，△V为速度判断差值；
若满足上述要求的均值点仅为一个，则判定该点即为作业人员的标定均值点，所述控制***(13)控制机器人跟随该点轨迹前进；
若满足上述要求的均值点仍有两个或多个，则判定识别错误，所述控制***(13)控制机器人制动停机，并提示作业人员介入。
6.如权利要求5所述的自跟随清洁机器人，其特征在于，
所述控制***(13)还用于在所述激光雷达(109)感知到远处有运动接近的人或物体时控制机器人降低跟随速度。
7.如权利要求6所述的自跟随清洁机器人，其特征在于，
还包括设置在车架(1)侧面的侧超声波雷达(7)和设置在车架(1)前端的前超声波雷达(8)，所述控制***(13)还用于将所述侧超声波雷达(7)和/或前超声波雷达(8)检测到周围物体与机器人的距离U与机器人安全避障距离W进行比较：
若U≤W，则所述控制***(13)控制机器人制动停机，直至周围物体移除或作业人员介入；
若W＜U≤Y，则所述控制***(13)控制机器人低速跟随作业人员，Y为超声波雷达感应距离。
8.如权利要求1所述的自跟随清洁机器人，其特征在于，
还包括既作为加速踏板又作为制动踏板的电子踏板(9)，在自跟随作业模式下，所述控制***(13)屏蔽所述电子踏板(9)的输出信号；
在转场模式下，若驾驶员踩踏电子踏板(9)，所述控制***(13)控制机器人前进；若驾驶员轻松电子踏板(9)，所述控制***(13)控制机器人减速；若驾驶员完全松开电子踏板(9)，所述控制***(13)控制机器人紧急制动。
9.如权利要求1所述的自跟随清洁机器人，其特征在于，
还包括用于提供机器人行驶动力和制动力的驱动轮总成(2)，所述驱动轮总成(2)包括驱动电机(201)、减速机(202)、车桥(203)、轮胎(204)和电子制动器(205)，所述车桥(203)安装在车架(1)的底部，所述减速机(202)和轮胎(204)均安装在所述车桥(203)上，所述驱动电机(201)的电机轴一端与所述减速机(202)连接，另一端安装有制动盘，所述电子制动器(205)安装在驱动电机(201)远离减速机(202)的一端并与驱动电机(201)同轴连接，所述控制***(13)通过控制驱动电机(201)和电子制动器(205)的工作状态来控制机器人前进、后退或制动。
10.如权利要求1所述的自跟随清洁机器人，其特征在于，
还包括用于在转场模式下控制机器人转向的方向柱总成(10)，所述方向柱总成(10)包括底柱(101)、限位孔板(102)、折叠柱(103)、弹簧柱塞(104)、铰链(105)、方向盘(106)和编码器(107)，所述底柱(101)与车架(1)固定连接，所述折叠柱(103)通过铰链(105)安装在所述底柱(101)的上方，所述方向盘(106)安装在所述折叠柱(103)上，所述编码器(107)安装在所述方向盘(106)的转轴上，用于检测方向盘(106)的旋转方向和旋转角度并将检测结果传输至控制***(13)，所述控制***(13)根据所述编码器(107)的检测结果对应地控制机器人转向，所述限位孔板(102)固定安装在所述底柱(101)的上端，所述折叠柱(103)的下端开设有用于容纳所述限位孔板(102)的中空结构，所述限位孔板(102)上开设有至少两个弹簧柱塞连接孔(112)，其中一个弹簧柱塞连接孔(112)的位置对应于所述折叠柱(103)的折叠状态，另一个弹簧柱塞连接孔(112)的位置对应于所述折叠柱(103)的常规状态，所述折叠柱(103)上开设有径向通孔，所述弹簧柱塞(104)穿过任一所述弹簧柱塞连接孔(112)和所述径向通孔后固定所述折叠柱(103)。
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