苏州大学应用技术学院，江苏 苏州215325
摘要：本文针对楼梯清扫机器人中的爬升系统进行设计，提出了一种模块化可重构式的爬升模式，主要由前、后辅助爬升模块和扫拖模块组成，以丝杠升降机构带动三大模块实现楼梯的攀爬。
关键词：模块化可重构；爬升机构；控制系统
目前在清洁领域中，扫地机器人仅限于平面清洁，无法进行纵向楼梯作业[1]。姚兴田[2]等通过升降式机构和伸缩机构实现机器的水平移动与攀爬。本文在主清扫模块的基础上，通过增设前、后辅助爬升模块，并由丝杠升降机构来驱动爬升模块，为纵向清扫作业提供可行性方案。
1 爬升方案的设计
爬升方案的设计简图与工作原理如图1所示，主要由前辅助爬升模块、主清扫模块、后辅助爬升模块组成，由丝杆升降爬升机构带动。工作时，前辅助爬升机构先升起，带动整机向前运动，随后前辅助爬升机构提供支撑，主清扫模块进行垂直方向上的爬升，爬升到合适的高度后，整机向前运动到合适位置时，后方的辅助爬升机构再升起，以完成一级楼梯的攀爬，重复上述过程完成更多级楼梯的爬升。
图1爬升方案设计简图与工作原理图
2 爬升机构的设计
由丝杠升降机构实现爬升功能，如图2所示。通过步进电机带动蜗杆传动，使蜗轮旋转，蜗轮中心是内螺纹结构，相当于升降丝杆的螺母，和升降丝杆相匹配，与丝杆配合，蜗轮旋转带动丝杆正转和反转，使前后辅助爬升机构能够上升和下降。
图2丝杠升降爬升机构
3 爬升控制系统的设计
爬升系统采用PLC控制。主板选用西门子CPU 1212C DC/DC/DC系列中的6ES7 212-1AE40-0XB0。将AIVITM3D视觉识别与激光SLAM融合，以三维深度传感器和激光雷达传感器来深度认识空间。搭载APQ8053芯片计算传感器采集图像的差异，精准识别台阶、地台等标志性区域类型、距离及大小。上下清扫时，通过光学传感器和位置传感器识别自身的位置高度和动作姿态，并将信号传输至可编程控制器与单片机，以此控制爬升高度参数，实现纵向稳步爬升。
4 结束语
本文提出一种模块化可重构式的爬升方式。主清扫机构可独立使用，也可通过前后辅助机构爬升清扫。为传统的清洁机器人提供纵向清扫的思路和方案，经仿真验证，该方案可行。
参考文献
[1]赵航,刘玉梅,卜春光等.扫地机器人的发展现状及展望[J].信息与电脑(理论版),2016,No.358(12):167-168.
[2]姚兴田,马永林,张磊等.升降伸缩式楼道清洁机器人结构及控制系统设计[J].机械设计与制造,2014,No.278(04):262-264.
[1] 基金项目：2022年江苏省大学生创新创业训练计划资助项目（202213984027Y）。
第一作者：曹志豪，男，2002年生，本科，研究方向为机械电子工程。
通讯作者：董逸君，女，1990年生，硕士，讲师，研究方向为机电一体化设备与机器人
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