CN114376449B - 用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人及其清洁方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人，包括机体，机体左右侧面和顶面上分别安装有一个摄像头，机体前侧面上固定安装有运动支撑臂，机体后侧面上分别固定安装有楼梯清洁臂和楼梯扶手清洁臂，机体的底部安装有轮腿式运动机构，机体内设置有分别与运动支撑臂、楼梯清洁臂、楼梯扶手清洁臂和轮腿式运动机构相连的电源以及控制器。同时还公开了该机器人的清洁方法。清洁作业时，按照从顶层到底层的顺序完成清洁作业。根据摄像头反馈的环境信息和作业要求，适时调用楼梯清洁机器人的轮腿式运动机构的步态，令机器人到达清洁作业场地，楼梯清洁臂实现楼梯踏面和楼梯垂直面的清洁作业，楼梯扶手清洁臂实现楼梯扶手和楼梯护栏的清洁任务。

Description

用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人及其清洁方法

技术领域

本发明涉及一种智能清洁技术，尤其适用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人及其清洁方法。

背景技术

中国专利申请201410146501.0公开了一种平动旋转腿式楼梯清洁机器人及上下楼方法。该楼梯清洁机器人可以实现楼梯踏步面上来回清理，也兼顾了平地清扫功能。但是，不具备护栏清洁功能。

中国专利申请201711035140.2公开了一种智能楼梯清洁机器人的楼梯面清洁方法。该楼梯清洁机器人的楼梯面清洁方法为：先确定阶梯的清扫面，再根据清扫面再进行规划适合清扫面的清扫路线，保证机器人正常有序的进行清扫工作。该专利申请不涉及楼梯扶手的清洁作业。

中国专利申请201810976563.2公开了一种楼梯清洁机器人。该楼梯清洁机器人通过采用轮杆与轮毂螺纹连接，在旋转轮杆时调整轮毂的直径，使轮毂可以在不同高度的台阶上行进，扩大了清洁机器人的使用范围。但是，该专利申请不涉及护栏清洁功能。

中国专利申请201910014709.X公开了一种智能楼梯清洁机器人。该楼梯清洁机器人一方面可以满足各类不同结构类型台阶结构的自动清扫作业，从而有效的提高楼梯清扫作业的自动化程度，另一方面可以在有效清洁台阶，减少灰尘的同时还降低台阶面的湿滑度，避免出现滑倒等事故。但是，该专利申请不涉及护栏清洁作业。

中国专利申请202011210547.6公开了一种楼梯清洁机器人。该楼梯清洁机器人清洁电机和丝杠电机启动，转动小齿轮一边绕着固定齿轮公转，一边绕着自身轴线自转，进而带动清洁头做与小齿轮相同的运动，同时在清洁电机和丝杠的作用下，清洁头还会有一个直线运动的过程，两个运动合并到一起就实现了楼梯的清洁。该专利申请不涉及护栏清洁作业。

中国专利201620318330.X公开了一种自动楼梯清洁机器人。该楼梯清洁机器人可以自动爬楼梯、可以实现楼梯台阶的清扫。但是，该发明专利不涉及护栏清洁作业。

楼梯清洁包括台阶踏面，台阶垂直面及护栏三部分的清洁，上述专利均未涉及护栏部分的清洁。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人及其清洁方法，该***结构紧凑、易于维护，使用方法简单，可以实现楼梯自动清扫，扶手及护栏的自动擦拭。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人，包括机体，所述机体的左右侧面和顶面上分别安装有一个摄像头，机体的前侧面上固定安装有运动支撑臂，机体的后侧面上分别固定安装有楼梯清洁臂和楼梯扶手清洁臂，机体的底部安装有轮腿式运动机构，机体内设置有分别与运动支撑臂、楼梯清洁臂、楼梯扶手清洁臂和轮腿式运动机构相连的电源以及控制器。

所述轮腿式运动机构有两个，包括由多个驱动电机、连接架和加长杆，其中，腿部第一驱动电机的输出轴与腿部第一连接架固连，构成腿部横滚关节；

腿部第一连接架和腿部第二连接架固连，腿部第二驱动电机固定在腿部第二连接架上；

腿部第二驱动电机的输出轴和腿部第三连接架固连，构成腿部第一俯仰关节；

腿部第三连接架和腿部第一加长杆的一端固连，腿部第四连接架和腿部第一加长杆的另一端固连，腿部第三驱动电机固定在腿部第四连接架上；

腿部第三驱动电机的输出轴和腿部第五连接架固连，构成腿部第二俯仰关节；

腿部第五连接架和腿部第二加长杆的一端固连，轮腿连接套筒和腿部第二加长杆的另一端固连；

腿部第四驱动电机支架固定在轮腿连接套筒上，固定螺母将一体化轮与轮腿连接套筒固定；减速齿轮固定在一体化轮上，腿部第四驱动电机固定在第四驱动电机支架上，腿部第四驱动电机的输出齿轮轴与减速齿轮啮合传动。

所述楼梯清洁臂和楼梯扶手清洁臂的结构相同，统称清洁臂。

所述清洁臂包括臂部结构和与其相连的末端执行器，所述臂部结构包括多个驱动电机、连接架、加长杆，臂部第一驱动电机的输出轴与臂部第一连接架固连，构成臂部第一旋转关节；

臂部第二驱动电机固定在臂部第一连接架上，臂部第二驱动电机的输出轴与臂部第二连接架固连，构成臂部横滚关节；

臂部第二连接架与臂部第三连接架固连，臂部第三驱动电机固定在臂部第三连接架上；

臂部第三驱动电机的输出轴与臂部第四连接架固连，构成臂部第一俯仰关节；

臂部第四连接架与臂部第一加长杆的一端固连，臂部第五连接架与臂部第一加长杆的另一端固连，臂部第四驱动电机固定在臂部第五连接架上；

臂部第四驱动电机的输出轴与臂部第六连接架固连，构成臂部第二俯仰关节；

臂部第六连接架与臂部第二加长杆的一端固连，臂部第七连接架与臂部第二加长杆的另一端固连，臂部第五驱动电机固定在臂部第七连接架上；

臂部第五驱动电机的输出轴与臂部第八连接架固连，构成臂部第二旋转关节；

末端执行器固定连接于臂部第八连接架上。

所述末端执行器包括清洁头连接架和球形拖把头，清洁头连接架与清洁臂的臂部第八连接架固连，球形拖把头固定在清洁头连接架上。

所述楼梯清洁臂的球形拖把头尺寸大于楼梯扶手清洁臂的球形拖把头尺寸。

所述运动支撑臂的臂部结构与楼梯清洁臂及楼梯扶手清洁臂的臂部结构相同，但是末端执行器结构不同。

所述运动支撑臂的末端执行器包括末端执行器连接架和L型运动支撑板，末端执行器连接架分别与运动支撑臂的臂部第八连接架和L型运动支撑板底板固连。

所述机体包括上下固定连接的控制器箱和电源箱，电源箱内分别设置有与运动支撑臂、楼梯清洁臂、楼梯扶手清洁臂和轮腿式运动机构相连的电源，电源箱壁及底部上分别对应设置有电源线出口、散热窗、楼梯扶手清洁臂安装平台、楼梯清洁臂安装平台和运动支撑臂安装平台。

所述控制器箱内分别设置有与运动支撑臂、楼梯清洁臂器、楼梯扶手清洁臂和轮腿式运动机构相连的控制器，控制器壁及底部上分别对应设置有所述控制器的信号线出口、散热窗。

机器人还包括清洁水箱，所述水箱包括箱体，箱体上部设置有横向抽拉式密封盖，箱体侧面上设置有提手，箱体内部通过两个纵向板分为三个独立腔体，每个腔体内均设置有用于将球形拖把头甩干的隔断，隔断上有通孔。

楼梯台阶及护栏清洁机器人的清洁方法，包括以下步骤：

第一步，根据摄像头反馈的环境信息和作业要求，适时调用楼梯清洁机器人的轮腿式运动机构的平路运动步态，上楼梯步态，下楼梯步态，令机器人到达清洁作业场地，楼梯清洁机器人按照从顶层到底层的顺序完成清洁作业；

第二步，楼梯清洁机器人实施台阶清洁作业时，根据摄像头反馈的环境信息，使得两个轮腿式运动机构位于不同的楼梯台阶上，然后腿部第二驱动电机和腿部第三驱动电机动作，楼梯清洁机器人下蹲，机体重心位置降低，腿部第四驱动电机锁死，同时运动支撑臂向下摆动，其末端L型运动支撑板与最近的楼梯台阶接触，增加楼梯清洁机器人的稳定性；

第三步，楼梯清洁机器人的楼梯清洁臂向下摆动与楼梯踏面接触，根据摄像头反馈的环境信息，楼梯清洁臂末端的球形拖把头与作业平台接触，作“Z形”运动的同时臂部第五驱动电机缓慢旋转，实现楼梯踏面和楼梯垂直面的清洁作业；

同时，楼梯清洁机器人的楼梯扶手清洁臂向下摆动与楼梯扶手接触，根据摄像头反馈的环境信息，楼梯扶手清洁臂末端湿度适中的球形拖把头与楼梯扶手接触，作“Z形”运动的同时臂部第五驱动电机缓慢旋转，实现楼梯扶手清洁作业，然后，楼梯扶手清洁臂向下运动，其末端湿度适中的球形拖把头与楼梯护栏接触，根据摄像头反馈的护栏形状信息，由上到下清洁护栏；

第四步，楼梯清洁机器人的楼梯清洁臂实施楼梯连接平台清洁作业时，根据摄像头反馈的环境信息，两个轮腿式运动机构带动清洁机器人运动至作业点，然后腿部第二驱动电机和腿部第三驱动电机动作，楼梯清洁机器人下蹲，机体重心位置降低，腿部第四驱动电机锁死，同时运动支撑臂向下摆动，其末端L型运动支撑板与清洁作业平台接触，增加楼梯清洁机器人的稳定性，楼梯清洁臂向下摆动，与作业平台接触，作“Z形”运动的同时臂部第五驱动电机缓慢旋转，完成地面的擦拭作业；

同时，楼梯清洁机器人的楼梯扶手清洁臂向下摆动与楼梯扶手接触，根据摄像头反馈的环境信息，楼梯扶手清洁臂末端湿度适中的球形拖把头与楼梯扶手接触，作“Z形”运动的同时臂部第五驱动电机缓慢旋转，实现楼梯扶手清洁作业；

然后，楼梯扶手清洁臂向下运动，其末端的球形拖把头与楼梯护栏接触，根据摄像头反馈的护栏形状信息，由上到下清洁护栏，护栏清洁任务完成后，楼梯扶手清洁臂向上运动，梯扶手清洁臂末端的球形拖把头与楼梯扶手脱离接触；

第五步，当楼梯清洁臂可达范围清洁作业完成后，两个轮腿式运动机构的腿部第二驱动电机和腿部第三驱动电机动作，楼梯清洁机器人恢复运动时姿态，运动至楼梯连接平台新的作业点，重复上一步操作，直至楼梯连接平台清洁作业全部完成。

本发明与现有技术相比具有以下特点：

1)本发明提出的楼梯清洁机器人具有两个独立清洁可以实现楼梯踏面、楼梯垂直面、楼梯连接平台及楼梯扶手的一体化清洁；

2)本发明提出的楼梯清洁机器人采用的清洁方式与现有清洁机器人不同，潮湿拖把头的擦拭避免了扬尘和噪声；

3)本发明提出的楼梯清洁机器人可以在清洁水箱内自动完成拖把头的清洗和脱水；

4)本发明提出的楼梯清洁机器人采用轮腿式运动机构，具有轮足式和轮式运动的双重优点，设有运动支撑臂，消除了腿足式机器人站立状态稳定性差的缺点。具有腿足式机器人的越障能力，同时兼具平路运行能耗小的优点。

5) 本发明提出的楼梯清洁机器人还可以用于电梯地面及墙壁的清洁擦拭，具有通用性好、适用范围广的特点。

附图说明

图1是本发明楼梯清洁机器人示意图；

图2是本发明清洁水箱示意图；

图3是本发明楼梯清洁机器人轮腿式运动机构示意图；

图4 是本发明楼梯清洁机器人清洁臂示意图；

图5 是本发明楼梯清洁机器人机械臂示意图；

图6 是本发明楼梯清洁机器人清洁器示意图；

图7 是本发明楼梯清洁机器人机体正面示意图；

图8是本发明楼梯清洁机器人机体立体示意图；

图9 是本发明楼梯清洁机器人控制器箱和电源箱左上45°方向示意图；

图10 是本发明楼梯清洁机器人控制器箱和电源箱立体示意图；

图11是本发明楼梯清洁机器人控制器箱和电源箱后面示意图；

图12 是本发明楼梯清洁机器人运动支撑臂示意图；

图13是本发明楼梯清洁机器人清洁水箱结构示意图。

其中，1.轮腿式运动机构，2.楼梯清洁臂，3.机体，4.楼梯扶手清洁臂，5.运动支撑臂，6.清洁水箱；

11.腿部第一驱动电机，12.腿部横滚关节，13.腿部第一连接架，14.腿部第二连接架，15.腿部第二驱动电机，16.腿部第一俯仰关节，17.腿部第三连接架，18.腿部第一加长杆，19.腿部第四连接架，110.腿部第三驱动电机，111. 腿部第二俯仰关节，112. 腿部第五连接架，113. 腿部第二加长杆，114.轮腿连接套筒，115.固定螺母，116.腿部第四驱动电机支架，117.腿部第四驱动电机，118.减速齿轮，119.一体化轮，120.齿轮轴；

21. 楼梯清洁机器人机械臂，22. 楼梯清洁机器人清洁器；

211.臂部第一驱动电机，212.臂部第一旋转关节，213.臂部第一连接架，214. 臂部第二驱动电机，215.臂部第二连接架，216.臂部第一俯仰关节，217.臂部第一加长杆，218.臂部第五连接架，219.臂部第六连接架，2110.臂部第七连接架，2111.臂部第五驱动电机，2112.臂部第二旋转关节，2113.臂部第八连接架，2114.臂部第二加长杆，2115.臂部第四驱动电机，2116.臂部第二俯仰关节，2117.臂部第四连接架，2118.臂部第三驱动电机，2119.臂部第三连接架，2120.臂部横滚关节；

221. 清洁头连接架，222.球形拖把头；

31.第一摄像头，32.第二摄像头，33.第三摄像头，34.端盖，35.控制器箱，36.电源箱；37摄像头第一驱动电机，38.摄像头第二驱动电机，39.摄像头俯仰关节；

310.摄像头，311.摄像头第三支架，312.摄像头第二支架，313.摄像头旋转关节，314.摄像头第一支架；

351.轮腿式运动机构控制信号线第一出口，352.控制器箱第一散热窗，353.运动支撑臂控制信号线出口，354.控制器箱第二散热窗，355.轮腿式运动机构控制信号线第二出口，356.楼梯扶手清洁臂控制器，357.轮腿式运动机构及运动支撑臂控制器，358.楼梯清洁臂控制器，359.楼梯清洁臂控制信号线出口，3510.控制器箱第三散热窗，3511.楼梯扶手清洁臂控制信号线出口；

361.楼梯清洁臂电源线出口，362.电源箱第三散热窗，363.楼梯扶手清洁臂电源线出口，364.楼梯扶手清洁臂安装平台，365. 楼梯清洁臂安装平台，366.楼梯清洁臂供电电源，367.电源箱第一散热窗，368.轮腿式运动机构及运动支撑臂供电电源，369.运动支撑臂安装平台，

3610.运动支撑臂电源线出口，3611.电源箱第二散热窗，3612.楼梯扶手清洁臂供电电源，3613.轮腿式运动机构电源线第二出口，3614.轮腿式运动机构第二安装平台，3615.轮腿式运动机构电源线第一出口，3616.轮腿式运动机构第一安装平台；

51.运动支撑臂末端执行器连接架，52. L型运动支撑板凸起，53. L型运动支撑板；

61.清洁水箱密封盖把手，62.清洁水箱密封盖，63.清洁水箱提手，64.清洁水箱箱体，65.楼梯扶手清洁臂拖把头自洁箱甩干隔断，66.楼梯扶手清洁臂拖把头自洁箱，67.楼梯清洁臂拖把头第一自洁箱，68.楼梯清洁臂拖把头第一自洁箱甩干隔断，69.箱盖卡槽，610.楼梯清洁臂拖把头第二自洁箱甩干隔断，611.楼梯清洁臂拖把头第二自洁箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

楼梯清洁机器人的结构如图1所示，包括两个轮腿式运动机构1，一个楼梯清洁臂2，一个机体3，一个楼梯扶手清洁臂4，一个运动支撑臂5，一个清洁水箱。其中，两个轮腿式运动机构1位于机体3的下方；楼梯清洁臂2和楼梯扶手清洁臂4的结构相同，位于机体3的同侧，但是楼梯清洁臂2的球形拖把头222比楼梯扶手清洁臂4的大；运动支撑臂5的楼梯清洁机器人机械臂21的臂部结构与楼梯清洁臂2及楼梯扶手清洁臂4的臂部结构相同，但是末端执行器结构不同；运动支撑臂5位于机体3的侧面与楼梯清洁臂2和楼梯扶手清洁臂4相对。

轮腿式运动机构的结构如图3所示，包括一个腿部第一驱动电机11，一个腿部横滚关节12，一个腿部第一连接架13，一个腿部第二连接架14，一个腿部第二驱动电机15，一个腿部第一俯仰关节16，一个腿部第三连接架17，一个腿部第一加长杆18，一个腿部第四连接架19，一个腿部第三驱动电机110，一个腿部第二俯仰关节111，一个腿部第五连接架112，一个腿部第二加长杆113，一个轮腿连接套筒114，一个固定螺母115，一个腿部第四驱动电机支架116，一个腿部第四驱动电机117，一个减速齿轮118，一个一体化轮119，一个齿轮轴120。

腿部第一驱动电机11的输出轴与腿部第一连接架13固连，构成腿部横滚关节12。腿部第一连接架13和腿部第二连接架14固连，腿部第二驱动电机15固定在腿部第二连接架14上。腿部第二驱动电机15的输出轴和腿部第三连接架17固连，构成腿部第一俯仰关节16。

腿部第三连接架17和腿部第一加长杆18的一端固连，腿部第四连接架19和腿部第一加长杆18的另一端固连，腿部第三驱动电机110固定在腿部第四连接架19上。腿部第三驱动电机110的输出轴和腿部第五连接架112固连，构成腿部第二俯仰关节111。

腿部第五连接架112和腿部第二加长杆113的一端固连，轮腿连接套筒114和腿部第二加长杆113的另一端固连。腿部第四驱动电机支架116固定在轮腿连接套筒114上，固定螺母115将一体化轮119与轮腿连接套筒114固定。减速齿轮118固定在一体化轮119上，腿部第四驱动电机117固定在第四驱动电机支架116上，腿部第四驱动电机117的输出齿轮轴120与减速齿轮118啮合传动。

楼梯清洁机器人楼梯清洁臂2和楼梯扶手清洁臂4结构相同，统称清洁臂。清洁臂结构如图4所示，包括一个楼梯清洁机器人机械臂21，一个楼梯清洁机器人清洁器22。

楼梯清洁机器人机械臂21结构如图5所示，包括一个臂部第一驱动电机211，一个臂部第一旋转关节212，一个臂部第一连接架213，一个臂部第二驱动电机214，一个臂部第二连接架215，一个臂部第一俯仰关节216，一个臂部第一加长杆217，一个臂部第五连接架218，一个臂部第六连接架219，一个臂部第七连接架2110，一个臂部第五驱动电机2111，一个臂部第二旋转关节2112，一个臂部第八连接架2113，一个臂部第二加长杆2114，一个臂部第四驱动电机2115，一个臂部第二俯仰关节2116，一个臂部第四连接架2117，一个臂部第三驱动电机2118，一个臂部第三连接架2119，一个臂部横滚关节2120。

臂部第一驱动电机211的输出轴与臂部第一连接架213固连，构成臂部第一旋转关节212。臂部第二驱动电机214固定在臂部第一连接架213上，臂部第二驱动电机214的输出轴与臂部第二连接架215固连，构成臂部横滚关节。

臂部第二连接架215与臂部第三连接架2119固连，臂部第三驱动电机2118固定在臂部第三连接架2119上。臂部第三驱动电机2118的输出轴与臂部第四连接架2117固连，构成臂部第一俯仰关节216。

臂部第四连接架2117与臂部第一加长杆217的一端固连，臂部第五连接架218与臂部第一加长杆217的另一端固连，臂部第四驱动电机2115固定在臂部第五连接架218上。臂部第四驱动电机2115的输出轴与臂部第六连接架219固连，构成臂部第二俯仰关节2116。

臂部第六连接架219与臂部第二加长杆2114的一端固连，臂部第七连接架2110与臂部第二加长杆2114的另一端固连，臂部第五驱动电机2111固定在臂部第七连接架2110上。臂部第五驱动电机2111的输出轴与臂部第八连接架2113固连，构成臂部第二旋转关节2112。

楼梯清洁机器人清洁器22的结构如图6所示，包括一个清洁头连接架221，一个球形拖把头222。清洁头连接架221与楼梯清洁机器人机械臂21的臂部第八连接架2113固连。球形拖把头222固定在清洁头连接架221上。

机体3的结构如图7、图8所示，包括一个第一摄像头31，一个第二摄像头32，一个第三摄像头33，一个端盖34，一个控制器箱35，一个电源箱36。第一摄像头31，第二摄像头32和第三摄像头33结构相同，包括一个摄像头第一驱动电机37，一个摄像头第二驱动电机38，一个摄像头俯仰关节39，一个摄像头310，一个摄像头第三支架311，一个摄像头第二支架312，一个摄像头旋转关节313，一个摄像头第一支架314。摄像头第一驱动电机37固定在摄像头第三支架312上，摄像头第一驱动电机37的输出轴与摄像头第二支架312固连，构成摄像头旋转关节313。摄像头第二驱动电机38固定在摄像头第二支架312上，摄像头第二驱动电机38的输出轴与摄像头第三支架311固连，构成摄像头俯仰关节39。第一摄像头31和第二摄像头32的摄像头第一支架314分别固定在电源箱36的两侧，第三摄像头33的摄像头第一支架314固定在端盖34的中心位置。端盖34固定在控制器箱35上，控制器箱35固定在电源箱36上。

楼梯清洁机器人控制器箱35和电源箱36的结构如图9-图11所示，包括一个轮腿式运动机构控制信号线第一出口351，一个控制器箱第一散热窗352，一个运动支撑臂控制信号线出口353，一个控制器箱第二散热窗354，一个轮腿式运动机构控制信号线第二出口355，一个楼梯扶手清洁臂控制器356，一个轮腿式运动机构及运动支撑臂控制器357，一个楼梯清洁臂控制器358，一个楼梯清洁臂控制信号线出口359，一个控制器箱第三散热窗3510，一个楼梯扶手清洁臂控制信号线出口3511，一个楼梯清洁臂电源线出口361，一个电源箱第三散热窗362，一个楼梯扶手清洁臂电源线出口363，一个楼梯扶手清洁臂安装平台364，一个楼梯清洁臂安装平台365，一个楼梯清洁臂供电电源366，一个电源箱第一散热窗367，一个轮腿式运动机构及运动支撑臂供电电源368，一个运动支撑臂安装平台369，一个运动支撑臂电源线出口3610，一个电源箱第二散热窗3611，一个楼梯扶手清洁臂供电电源3612，一个轮腿式运动机构电源线第二出口3613，一个轮腿式运动机构第二安装平台3614，一个轮腿式运动机构电源线第一出口3615，一个轮腿式运动机构第一安装平台3616。

控制器箱35的一个侧面设有控制器箱第一散热窗352，控制器箱第二散热窗354及运动支撑臂控制信号线出口353，其中，控制器箱第一散热窗352和控制器箱第二散热窗354位于运动支撑臂控制信号线出口353的两侧。控制器箱35的另一个侧面设有控制器箱第三散热窗3510，楼梯清洁臂控制信号线出口359和楼梯扶手清洁臂控制信号线出口3511，其中，控制器箱第三散热窗3510位于楼梯清洁臂控制信号线出口359和楼梯扶手清洁臂控制信号线出口3511之间，与控制器箱第一散热窗352和控制器箱第二散热窗354相对。

控制器箱35的底面设有轮腿式运动机构控制信号线第一出口351和轮腿式运动机构控制信号线第二出口355。楼梯扶手清洁臂控制器356，轮腿式运动机构及运动支撑臂控制器357和楼梯清洁臂控制器358依次平放在控制器箱35内。

楼梯扶手清洁臂控制器356的控制信号线从楼梯扶手清洁臂控制信号线出口3511输出。楼梯清洁臂控制器358的控制信号线从楼梯清洁臂控制信号线出口359输出。轮腿式运动机构及运动支撑臂控制器357中运动支撑臂5的控制信号线从运动支撑臂控制信号线出口353输出，两个轮腿式运动机构1的控制信号线分别从轮腿式运动机构电源线第一出口3615和轮腿式运动机构电源线第二出口3613经由轮腿式运动机构控制信号线第一出口351和轮腿式运动机构控制信号线第二出口355输出。

电源箱36的一个侧面设有电源箱第一散热窗367，电源箱第二散热窗3611及运动支撑臂电源线出口3610，其中，电源箱第一散热窗367和电源箱第二散热窗3611位于运动支撑臂电源线出口3610的两侧。电源箱的另一个侧面设有电源箱第三散热窗362，楼梯清洁臂电源线出口361和楼梯扶手清洁臂电源线出口363，其中，电源箱第三散热窗362位于楼梯清洁臂电源线出口361和楼梯扶手清洁臂电源线出口363之间，与电源箱第一散热窗367和电源箱第二散热窗3611相对。

电源箱36的底面设有轮腿式运动机构电源线第一出口3615和轮腿式运动机构电源线第二出口3613。楼梯扶手清洁臂供电电源3612，轮腿式运动机构及运动支撑臂供电电源368和楼梯清洁臂供电电源366依次平放在电源箱36内。

楼梯清洁臂供电电源366从楼梯清洁臂电源线出口361输出。楼梯扶手清洁臂供电电源3612的电源线从楼梯扶手清洁臂电源线出口363输出。轮腿式运动机构及运动支撑臂供电电源368中，运动支撑臂5的电源线从运动支撑臂电源线出口3610输出，两个轮腿式运动机构1的电源线分别从轮腿式运动机构电源线第一出口3615和轮腿式运动机构电源线第二出口3613输出。

运动支撑臂安装平台369位于电源箱36外侧面运动支撑臂电源线出口3610的正下方。运动支撑臂5通过臂部第一驱动电机211的法兰盘固定在运动支撑臂安装平台369上。楼梯清洁臂安装平台365和楼梯扶手清洁臂安装平台364分别位于电源箱36外侧面楼梯清洁臂电源线出口361和楼梯扶手清洁臂电源线出口363的正下方。

楼梯清洁臂2和楼梯扶手清洁臂4通过各自的臂部第一驱动电机211的法兰盘分别固定在楼梯清洁臂安装平台365和楼梯扶手清洁臂安装平台364上。

轮腿式运动机构第一安装平台3616和轮腿式运动机构第二安装平台3614分别位于电源箱36底面外侧轮腿式运动机构电源线第一出口3615和轮腿式运动机构电源线第二出口3613的后方。两个轮腿式运动机构1分别安装在轮腿式运动机构第一安装平台3616和轮腿式运动机构第二安装平台3614上。

楼梯清洁机器人运动支撑臂5的结构如图12所示，包括一个楼梯清洁机器人机械臂21，一个运动支撑臂末端执行器连接架51，一个L型运动支撑板凸起52，一个L型运动支撑板53。运动支撑臂末端执行器连接架51与楼梯清洁机器人机械臂21的臂部第八连接架2113固连。运动支撑臂末端执行器连接架51固定在L型运动支撑板53底板的外侧。

楼梯清洁机器人清洁水箱6的结构如图13所示，包括一个清洁水箱密封盖把手61，一个清洁水箱密封盖62，两个清洁水箱提手63，一个清洁水箱箱体64，一个楼梯扶手清洁臂拖把头自洁箱甩干隔断65，一个楼梯扶手清洁臂拖把头自洁箱66，一个楼梯清洁臂拖把头第一自洁箱67，一个楼梯清洁臂拖把头第一自洁箱甩干隔断68，一个箱盖卡槽69，一个楼梯清洁臂拖把头第二自洁箱甩干隔断610，一个楼梯清洁臂拖把头第二自洁箱611。

清洁水箱密封盖62的一端设有清洁水箱密封盖把手61，便于清洁水箱6的启闭。清洁水箱密封盖62嵌入清洁水箱箱体64侧面的凹槽内，推拉清洁水箱密封盖把手61实现清洁水箱62的启闭。清洁水箱箱体64外侧设有两个清洁水箱提手63，便于清洁水箱6的提放。

清洁水箱箱体64被分为三个独立空间，分别是楼梯清洁臂拖把头第二自洁箱611，楼梯清洁臂拖把头第一自洁箱67和楼梯扶手清洁臂拖把头自洁箱66。楼梯清洁臂拖把头第二自洁箱611内设有楼梯清洁臂拖把头第二自洁箱甩干隔断610，用于二次自洁后沾水球形拖把头222的甩干。楼梯清洁臂拖把头第一自洁箱67内设有楼梯清洁臂拖把头第一自洁箱甩干隔断68，用于初次自洁后沾水球形拖把头222的甩干，楼梯扶手清洁臂拖把头自洁箱66内设有楼梯扶手清洁臂拖把头自洁箱甩干隔断65，用于自洁后沾水球形拖把头222的甩干。

本发明提供的楼梯清洁机器人可以实现楼梯踏面、楼梯垂直面、楼梯连接平台及楼梯扶手的全面自主清洁，清洁作业过程包括以下步骤：

第一步，根据第三摄像头33反馈的环境信息和作业要求，适时调用楼梯清洁机器人的轮腿式运动机构1的平路运动步态，上楼梯步态，下楼梯步态，令机器人到达清洁作业场地，楼梯清洁机器人按照从顶层到底层的顺序完成清洁作业。

第二步，楼梯清洁机器人实施台阶清洁作业时，根据第三摄像头33反馈的环境信息，使得两个轮腿式运动机构1位于不同的楼梯台阶上，然后腿部第二驱动电机15和腿部第三驱动电机110动作，楼梯清洁机器人下蹲，机体3重心位置降低，腿部第四驱动电机117锁死，同时运动支撑臂5向下摆动，其末端L型运动支撑板53与最近的楼梯台阶接触，增加楼梯清洁机器人的稳定性。

第三步，楼梯清洁机器人的楼梯清洁臂2向下摆动与楼梯踏面接触，根据第一摄像头31反馈的环境信息，楼梯清洁臂2末端湿度适中的球形拖把头222与作业平台接触，作“Z形”运动的同时臂部第五驱动电机2111缓慢旋转，实现楼梯踏面和楼梯垂直面的清洁作业；同时，楼梯清洁机器人的楼梯扶手清洁臂4向下摆动与楼梯扶手接触，根据第二摄像头32反馈的环境信息，楼梯扶手清洁臂4末端湿度适中的球形拖把头222与楼梯扶手接触，作“Z形”运动的同时臂部第五驱动电机2111缓慢旋转，实现楼梯扶手清洁作业，然后，楼梯扶手清洁臂4向下运动，其末端湿度适中的球形拖把头222与楼梯护栏接触，根据第二摄像头32反馈的护栏形状信息，由上到下清洁护栏。

第四步，楼梯清洁机器人的楼梯清洁臂2实施楼梯连接平台清洁作业时，根据第一摄像头31反馈的环境信息，两个轮腿式运动机构1带动清洁机器人运动至作业点，然后腿部第二驱动电机15和腿部第三驱动电机110动作，楼梯清洁机器人下蹲，机体3重心位置降低，腿部第四驱动电机117锁死，同时运动支撑臂5向下摆动，其末端L型运动支撑板53与清洁作业平台接触，增加楼梯清洁机器人的稳定性，楼梯清洁臂2向下摆动，与作业平台接触，作“Z形”运动的同时臂部第五驱动电机2111缓慢旋转，完成地面的擦拭作业；同时，楼梯清洁机器人的楼梯扶手清洁臂4向下摆动与楼梯扶手接触，根据第二摄像头32反馈的环境信息，楼梯扶手清洁臂4末端湿度适中的球形拖把头222与楼梯扶手接触，作“Z形”运动的同时臂部第五驱动电机2111缓慢旋转，实现楼梯扶手清洁作业，然后，楼梯扶手清洁臂4向下运动，其末端湿度适中的球形拖把头222与楼梯护栏接触，根据第二摄像头32反馈的护栏形状信息，由上到下清洁护栏，护栏清洁任务完成后，楼梯扶手清洁臂4向上运动，梯扶手清洁臂4末端的球形拖把头222与楼梯扶手脱离接触。

第五步，当楼梯清洁臂2可达范围清洁作业完成后，两个轮腿式运动机构1的腿部第二驱动电机15和腿部第三驱动电机110动作，楼梯清洁机器人恢复运动时姿态，运动至楼梯连接平台新的作业点，重复上一步操作，直至楼梯连接平台清洁作业全部完成。

楼梯清洁机器人球形拖把头222自洁作业，需要人为将清洁水箱放置于楼梯连接平台上，并定期更换水箱内的污水。球形拖把头222的自洁过程包括以下步骤：

第一步，运动支撑臂5末端的L型运动支撑板凸起52推动清洁水箱密封盖把手61，开启清洁水箱6；

第二步，楼梯清洁臂2的球形拖把头222进入楼梯清洁臂拖把头第一自洁箱67，臂部第五驱动电机2111带动球形拖把头222正反向交替旋转10圈，完成楼梯清洁臂2的球形拖把头222的初次清洗，清洗后的球形拖把头222进入楼梯清洁臂拖把头第一自洁箱甩干隔断68，臂部第五驱动电机2111带动球形拖把头222快速单向旋转20圈，完成楼梯清洁臂2的球形拖把头222的甩干。同时，楼梯扶手清洁臂4的球形拖把头222进入楼梯扶手清洁臂拖把头自洁箱66，臂部第五驱动电机2111带动球形拖把头222正反向交替旋转10圈，完成楼梯扶手清洁臂4的球形拖把头222的清洗，清洗后的球形拖把头222进入楼梯扶手清洁臂拖把头自洁箱甩干隔断65，臂部第五驱动电机2111带动球形拖把头222快速单向旋转20圈，完成楼梯扶手清洁臂4的球形拖把头222的甩干；

第三步，根据第一摄像头31反馈楼梯踏面的洁净度，判断楼梯清洁臂2的球形拖把头222是否需要进行第二次自洁。如果踏面洁净度较高，不需要二次自洁，本步省略；如果踏面洁净度较低，则需要二次自洁。二次自洁时，楼梯清洁臂2的球形拖把头222进入楼梯清洁臂拖把头第二自洁箱611，臂部第五驱动电机2111带动球形拖把头222正反向交替旋转10圈，完成楼梯清洁臂2的球形拖把头222的二次清洗，清洗后的球形拖把头222进入楼梯清洁臂拖把头第二自洁箱甩干隔断610，臂部第五驱动电机2111带动球形拖把头222快速单向旋转20圈，完成楼梯清洁臂2的球形拖把头222的甩干。

第四步，运动支撑臂5末端的L型运动支撑板凸起52推动清洁水箱密封盖把手61，关闭清洁水箱6。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人，其特征是，包括机体，所述机体的左右侧面和顶面上分别安装有一个摄像头，机体的前侧面上固定安装有运动支撑臂，机体的后侧面上分别固定安装有楼梯清洁臂和楼梯扶手清洁臂，机体的底部安装有轮腿式运动机构，机体内设置有分别与运动支撑臂、楼梯清洁臂、楼梯扶手清洁臂和轮腿式运动机构相连的电源以及控制器；

所述轮腿式运动机构有两个，包括由多个驱动电机、连接架和加长杆，其中，腿部第一驱动电机的输出轴与腿部第一连接架固连，构成腿部横滚关节；

腿部第一连接架和腿部第二连接架固连，腿部第二驱动电机固定在腿部第二连接架上；

腿部第二驱动电机的输出轴和腿部第三连接架固连，构成腿部第一俯仰关节；

腿部第三连接架和腿部第一加长杆的一端固连，腿部第四连接架和腿部第一加长杆的另一端固连，腿部第三驱动电机固定在腿部第四连接架上；

腿部第三驱动电机的输出轴和腿部第五连接架固连，构成腿部第二俯仰关节；

腿部第五连接架和腿部第二加长杆的一端固连，轮腿连接套筒和腿部第二加长杆的另一端固连；

腿部第四驱动电机支架固定在轮腿连接套筒上，固定螺母将一体化轮与轮腿连接套筒固定；减速齿轮固定在一体化轮上，腿部第四驱动电机固定在第四驱动电机支架上，腿部第四驱动电机的输出齿轮轴与减速齿轮啮合传动。

2.如权利要求1所述的用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人，其特征是，所述楼梯清洁臂和楼梯扶手清洁臂的结构相同，统称清洁臂；所述清洁臂包括臂部结构和与其相连的末端执行器，所述臂部结构包括多个驱动电机、连接架、加长杆，臂部第一驱动电机的输出轴与臂部第一连接架固连，构成臂部第一旋转关节；

臂部第二驱动电机固定在臂部第一连接架上，臂部第二驱动电机的输出轴与臂部第二连接架固连，构成臂部横滚关节；

臂部第二连接架与臂部第三连接架固连，臂部第三驱动电机固定在臂部第三连接架上；

臂部第三驱动电机的输出轴与臂部第四连接架固连，构成臂部第一俯仰关节；

臂部第四连接架与臂部第一加长杆的一端固连，臂部第五连接架与臂部第一加长杆的另一端固连，臂部第四驱动电机固定在臂部第五连接架上；

臂部第四驱动电机的输出轴与臂部第六连接架固连，构成臂部第二俯仰关节；

臂部第六连接架与臂部第二加长杆的一端固连，臂部第七连接架与臂部第二加长杆的另一端固连，臂部第五驱动电机固定在臂部第七连接架上；

臂部第五驱动电机的输出轴与臂部第八连接架固连，构成臂部第二旋转关节；

末端执行器固定连接于臂部第八连接架上。

3.如权利要求2所述的用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人，其特征是，所述末端执行器包括清洁头连接架和球形拖把头，清洁头连接架与清洁臂的臂部第八连接架固连，球形拖把头固定在清洁头连接架上。

4.如权利要求3所述的用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人，其特征是，所述楼梯清洁臂的球形拖把头尺寸大于楼梯扶手清洁臂的球形拖把头尺寸。

5.如权利要求2所述的用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人，其特征是，所述运动支撑臂的臂部结构与楼梯清洁臂及楼梯扶手清洁臂的臂部结构相同，但是末端执行器结构不同。

6.如权利要求5所述的用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人，其特征是，所述运动支撑臂的末端执行器包括末端执行器连接架和L型运动支撑板，末端执行器连接架分别与运动支撑臂的臂部第八连接架和L型运动支撑板底板固连。

7.如权利要求1所述的用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人，其特征是，所述机体包括上下固定连接的控制器箱和电源箱，电源箱内分别设置有与运动支撑臂、楼梯清洁臂、楼梯扶手清洁臂和轮腿式运动机构相连的电源，电源箱壁及底部上分别对应设置有电源线出口、散热窗、楼梯扶手清洁臂安装平台、楼梯清洁臂安装平台和运动支撑臂安装平台；

所述控制器箱内分别设置有与运动支撑臂、楼梯清洁臂器、楼梯扶手清洁臂和轮腿式运动机构相连的控制器，控制器壁及底部上分别对应设置有所述控制器的信号线出口、散热窗。

8.如权利要求1所述的用于楼梯台阶及护栏清洁的机器人，其特征是，机器人还包括清洁水箱，所述水箱包括箱体，箱体上部设置有横向抽拉式密封盖，箱体侧面上设置有提手，箱体内部通过两个纵向板分为三个独立腔体，每个腔体内均设置有用于将球形拖把头甩干的隔断，隔断上有通孔。

9.一种用于楼梯台阶及护栏清洁机器人的清洁方法，包括如权利要求1-8任一项所述的用于楼梯台阶及护栏清洁的 机器人，其特征是，包括以下步骤：

第一步，根据摄像头反馈的环境信息和作业要求，适时调用楼梯清洁机器人的轮腿式运动机构的平路运动步态，上楼梯步态，下楼梯步态，令机器人到达清洁作业场地，楼梯清洁机器人按照从顶层到底层的顺序完成清洁作业；

第二步，楼梯清洁机器人实施台阶清洁作业时，根据摄像头反馈的环境信息，使得两个轮腿式运动机构位于不同的楼梯台阶上，然后腿部第二驱动电机和腿部第三驱动电机动作，楼梯清洁机器人下蹲，机体重心位置降低，腿部第四驱动电机锁死，同时运动支撑臂向下摆动，其末端L型运动支撑板与最近的楼梯台阶接触，增加楼梯清洁机器人的稳定性；

第三步，楼梯清洁机器人的楼梯清洁臂向下摆动与楼梯踏面接触，根据摄像头反馈的环境信息，楼梯清洁臂末端的球形拖把头与作业平台接触，作“Z形”运动的同时臂部第五驱动电机缓慢旋转，实现楼梯踏面和楼梯垂直面的清洁作业；

同时，楼梯清洁机器人的楼梯扶手清洁臂向下摆动与楼梯扶手接触，根据摄像头反馈的环境信息，楼梯扶手清洁臂末端湿度适中的球形拖把头与楼梯扶手接触，作“Z形”运动的同时臂部第五驱动电机缓慢旋转，实现楼梯扶手清洁作业，然后，楼梯扶手清洁臂向下运动，其末端湿度适中的球形拖把头与楼梯护栏接触，根据摄像头反馈的护栏形状信息，由上到下清洁护栏；

第四步，楼梯清洁机器人的楼梯清洁臂实施楼梯连接平台清洁作业时，根据摄像头反馈的环境信息，两个轮腿式运动机构带动清洁机器人运动至作业点，然后腿部第二驱动电机和腿部第三驱动电机动作，楼梯清洁机器人下蹲，机体重心位置降低，腿部第四驱动电机锁死，同时运动支撑臂向下摆动，其末端L型运动支撑板与清洁作业平台接触，增加楼梯清洁机器人的稳定性，楼梯清洁臂向下摆动，与作业平台接触，作“Z形”运动的同时臂部第五驱动电机缓慢旋转，完成地面的擦拭作业；

同时，楼梯清洁机器人的楼梯扶手清洁臂向下摆动与楼梯扶手接触，根据摄像头反馈的环境信息，楼梯扶手清洁臂末端湿度适中的球形拖把头与楼梯扶手接触，作“Z形”运动的同时臂部第五驱动电机缓慢旋转，实现楼梯扶手清洁作业；

然后，楼梯扶手清洁臂向下运动，其末端的球形拖把头与楼梯护栏接触，根据摄像头反馈的护栏形状信息，由上到下清洁护栏，护栏清洁任务完成后，楼梯扶手清洁臂向上运动，梯扶手清洁臂末端的球形拖把头与楼梯扶手脱离接触；

第五步，当楼梯清洁臂可达范围清洁作业完成后，两个轮腿式运动机构的腿部第二驱动电机和腿部第三驱动电机动作，楼梯清洁机器人恢复运动时姿态，运动至楼梯连接平台新的作业点，重复上一步操作，直至楼梯连接平台清洁作业全部完成。

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