张 磊，杨 元，赵南生 ，李凌峰

（1.南通大学机械工程学院，江苏 南通 226019；2.南通大学工程训练中心，江苏 南通 226019）

1 引言

近几十年来，人们虽然试图设计了各类爬楼机器人[1-7]，由于结构臃肿或成本高昂，至今未能投入民用。目前机器人的路径规划或移动控制的研究成果几乎都是基于平地机器人的，关于爬楼机器人如何防跌落防碰撞却鲜有报道。清扫楼梯的机器人既需要爬楼，也需要安全地在踏步上来回移动与转身，因此防跌落与防碰撞成为了其需要解决的基本问题。仅有少量研究初步地报道了楼梯清洁机器人如何防跌落与防碰撞[4-6]。

文献[4]设计了一种带L型腿的楼梯清洁机器人能够在楼梯踏步上来回移动，前方设置了两个PSD（Position Sensitive Detector，位置传感器），主驱动轮安装了编码器以测量轮子转动角度。利用PSD与编码器联合信息可调整机器人达到一个合适的姿态确保下楼时不跌落，然而防跌落措施仅限于此。如何在楼梯踏步上移动与转身时防跌落防碰撞等其它关键问题该文并未介绍如何应对。

文献[5-6]各自设计了一种类似结构的轮脚混合式爬楼机器人，其采用轮子与脚部的上下组合伸缩实现上下楼，特点是爬楼平稳。然而其中的传感器主要用来探测轮脚的伸缩位置，确保上下楼的安全与稳定。由于轮脚较多，体积较大，并不能沿楼梯踏步左右来回移动，活动范围比较局限，因此其研究也未涉及楼梯踏步上移动与转身的防跌落防碰撞。

近些年国内的研究人员设计了一些新型楼梯清洁机器人。……