CN101659053A - 一种适用于多种环境下清洗消毒的机器人 - Google Patents
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Abstract
一种适用于多种环境下清洗消毒的机器人，包括两侧装有行走履带的车体，该车体后部顶面有可转动的观察罩，所述车体前部两侧各装有一个越障臂，所述车体前部设有带接插孔的机械臂接插座，该机械臂接插座经两侧的支承轴安装车体上且一侧的支承轴经传动齿轮副同第三驱动电机的主轴联接；它还包括可按需要安装在车体上进行作业的蒸气清洗器、吸尘器、毛刷器、圆盘刷、高压水枪、吹气器、气鞭器、干冰清洗器、消毒器、机械铲。它可攀越台阶等障碍物，具有清扫、吹气、鞭打、机械铲、吸尘、消毒等多项功能，还可用笔记本电脑进行控制，且工作效果好、设备性能稳定、操作方便，效率高、结构简单而紧凑、重量轻、携带方便等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于多种环境下清洗消毒的机器人。
背景技术
现有技术的清洗机器人，仅有清洗功能，为单出轴正、反旋转毛刷或双出轴正、反旋转毛刷。单出轴旋转毛刷机器人不适合清扫方形风管；双出轴旋转刷机器人不适合清扫圆形风管，清扫方形管道时，两刷中间管壁上的灰尘无法清扫掉，只好在风管中往返清扫，工作效率不高；清洗完后不能实施消毒，功能单一。
已有装置由于机械运动性能不强，不能攀越台阶等障碍物，也不能在垂直墙面上攀附与行走，因而不能适应复杂环境下清洗消毒工作，且造价高，不能被广泛实用化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在缺陷，提出一种适用于多种环境下清洗消毒的机器人，它可攀越台阶等障碍物，具有清扫、吹气、鞭打、机械铲、吸尘、消毒等多项功能，还可用笔记本电脑进行控制，且工作效果好、设备性能稳定、操作方便，效率高、结构简单而紧凑、重量轻、携带方便等特点。
本发明的技术解决方案是，所述适用于多种环境下清洗消毒的机器人包括两侧装有行走履带的车体，该车体后部顶面可绕中心竖轴转动的底座上装有可绕水平轴转动的观察罩，所述观察罩装有光学摄像头和照明灯；其结构特点是：
所述观察罩还装有红外线热成像仪摄像头，所述车体或观察罩还装有温度传感器、湿度传感器、声音传感器、震动传感器、易燃易爆有毒气体传感器、气压传感器；
所述车体前部两侧各装有一个越障臂，外周装有履带的两个所述越障臂后端分别同对应转轴的一端固定连接，而位于车体中的所述转轴另一端经对应的第一伞齿轮副同车体中的第一驱动电机主轴相联；所述越障臂后端的履带驱动轮的轮轴经相应的第二伞齿轮副同装在该越障臂支架中的第二驱动电机相联；
所述车体前部设有带接插孔的机械臂接插座，该机械臂接插座经两侧的支承轴安装车体上且一侧的支承轴经传动齿轮副同第三驱动电机的主轴联接；它还包括可按需要安装在车体上进行作业的蒸气清洗器、吸尘器、毛刷器、圆盘刷、高压水枪、吹气器、气鞭器、干冰清洗器、消毒器、机械铲。
以下对本发明做出进一步说明。
参见图1，所述适用于多种环境的定量采样机器人包括两侧装有行走履带2的车体1，该车体1后部顶面可绕中心竖轴转动的底座3上装有可绕水平轴转动的观察罩4，所述观察罩4装有光学摄像头和照明灯；其结构特点是：
所述观察罩4还装有红外线热成像仪摄像头，所述车体1或观察罩4还装有温度传感器、湿度传感器、声音传感器、震动传感器、易燃易爆有毒气体传感器、气压传感器；
参见图1和图2，所述车体1前部两侧各装有一个越障臂6，外周装有履带7的两个所述越障臂6后端分别同对应转轴8的一端固定连接，而位于车体中的所述转轴8另一端经对应的第一伞齿轮副9同车体中的第一驱动电机10主轴相联；所述越障臂6后端的履带驱动轮的轮轴经相应的第二伞齿轮副11同装在该越障臂6支架中的第二驱动电机12相联；
参见图1和图3，所述车体1前部设有带接插孔13的机械臂接插座14，该机械臂接插座14经两侧的支承轴15安装车体1上且一侧的支承轴15经传动齿轮副同第三驱动电机16的主轴联接；
它还包括可按需要安装在车体上进行作业的蒸气清洗器、吸尘器、毛刷器、圆盘刷、高压水枪、吹气器、气鞭器、干冰清洗器、消毒器、机械铲。
进一步地，如图1所示，可在两个所述越障臂6的前端安装一个吸盘105；所述吸盘的安装结构是(参见图2)，支撑臂84的后端同装在越障臂6前端的小轴85固定连接，该小轴85经装在越障臂6中的第三伞齿轮副同第九驱动电机86的主轴联接；吸盘105背面固定安装在所述支撑臂84的前端，吸盘105的碗形腔开有进气孔87和排气孔88且该吸盘83背面装有分别同所述进气孔87和排气孔88连通的微型气泵。
进一步地，如图1所示，在所述车体1后部设置左侧螺旋叶轮推进器89和右侧螺旋叶轮推进器90，该两个推进器的转轴分别同装在车体1中的两个推进器驱动电机的主轴联接。左侧螺旋叶轮推进器和右侧螺旋叶轮推进器外侧装有安全防护罩。所述左侧螺旋叶轮推进器89和右侧螺旋叶轮推进器90用于水下行走时的推进。
本发明的机械机构的工作过程说明如下。
参见图2，启动两侧行走履带2的驱动电机108，可带动左侧行走履带和右侧行走履带运转而实现车体行走；控制两侧的所述行走履带驱动电机108同步或不同步旋转，则可实现车体的前进、后退、左右转向及停止；采用橡胶制成的履带使车体具有极强的附着力，可爬行大坡度斜面及停立于其上。
参见图1和图2，启动图2所示两个越障臂6中的第二驱动电机12，可驱动两个越障臂6上的履带7运转而实现爬行大坡度斜面、楼梯及障碍物；启动车体1两侧的第一驱动电机10，可调整两越障臂6的上翘角度或使之平置；启动两个越障臂6中的第九驱动电机86，可使吸盘83相对越障臂6产生一定角度的旋转而调整吸盘的角度；再结合两越障臂履带运转可实现爬壁移动功能。
参见图1和图2，对于两个越障臂6前端的吸盘83，通过控制同所述进气孔87和排气孔88连通的微型气泵，可按要求控制两个吸盘83的不同步排气或进气，从而实现左、右吸盘吸附与脱吸功能，达到机器人爬壁行走目的。
参见图1，启动使所述底座3的中心竖轴转动的电机(即摄像头与灯光系统水平旋转电机)及使所述水平轴转动的电机(即摄像头与灯光系统俯仰旋转电机)，则可使观察罩4做水平(左右)视角调整及俯仰(上下)视角调整，可实现灯光、各摄像头、各传感器系统全方位观测。
参见图3，启动第三驱动电机16，可使机械臂接插座14绕水平轴转动，从而使插接在接插孔13中的相应臂体前端作上、下位置的调整。
参见图4和图5，将蒸气清洗器的插接头18插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中，用紧固件通过固定孔19固定；接通外接蒸汽输送管的阀门，控制第四驱动电机24，则蒸汽喷头21可以左右旋转，使清洗角度更精确、清洗范围更广，清洗更彻底；当带有温度、湿度的水蒸汽有6-7.5kg/cm2压力时，会产生很强的冲刷力，加上带温度的水蒸汽使污染物受热膨胀，受到蒸汽压力的冲击后马上就会降解剥落，随射流蒸汽被吹走；蒸气清洗对油污清除有很好的效果。
参见图6和图7，将吸尘器的插接头18插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中，用紧固件通过固定孔19固定；负压连接嘴32外接负压抽风管；启动第五驱动电机31，则吸尘头27可以左右旋转；吸尘器工作使吸尘头27内形成负压，气流通过吸尘头四周的毛刷带动所述滚刷(转动毛刷)旋转，从而达到一边刷一边吸尘、吸水的目的，使吸尘角度更精确、吸尘范围更广，吸尘更彻底。
参见图8和图9，将毛刷器的臂体33下端插接头18插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中，用紧固件通过固定孔19固定；启动第六驱动电机40，则左右两个出轴进行纵向旋转、前出轴进行轴向旋转，即可纵向旋转刷洗，又可轴向旋转刷洗，能将积尘等污染物震松、剥离、扬起、移动，使清洗范围更广，清洗效率更高、清洗更彻底。
参见图10和图11，将圆盘刷的插接头18插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中，用紧固件通过固定孔19固定；负压接头48同外接负压抽风管连接；启动第七驱动电机47，则圆形转盘44旋转，而旋转产生的气流能将扬起的积尘(水)等污染物通过集尘孔46带走，使清洗变得更简单、更彻底。
参见图12和图13，将高压水枪的插接头18插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中，用紧固件通过固定孔19固定；进水接口52连接外部高压水管，开启第一电磁阀51，高压水经高压水喷嘴53喷射出去，可将管壁上的结垢、金属氧化物和其他附着物彻底清除，清洗效果非常好。可清洗管道、建筑物、水池(水塔)、沟、槽、罐及设备等内外表面的附着物。
参见图14和图15，将吹气器的插接头18插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中，用紧固件通过固定孔19固定；进气接口57同外部高压气管连接；开启第二电磁阀56，高压气体经喷嘴58喷出，可将管壁上、设备内外表面的积尘和其他附着物扬起、清除。
参见图16和图17，将气鞭器的插接头18插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中，用紧固件通过固定孔19固定；进气接口62同外部高压气管连接；打开第三电磁阀61，高压气体从气鞭62快速排出去，在气流的作用下气鞭62产生高频率振动，对污垢进行高速鞭打从而将污垢剥离、扬起，可将管壁上、建筑物内外表面的积尘和其他附着物清除。
参见图18和图19，将干冰清洗器的插接头18插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中，用紧固件通过固定孔19固定；接口65同干冰输送管连接；干冰通过臂体63后从干冰喷嘴64喷出，干冰高速撞击到被清洗表面，撞击动能散逸，干冰粒与清洗表面发生极其快速的热转移，二氧化碳瞬间升华。干冰粒(-78.5℃)冲击处理物表面，使污垢冷冻至脆化及爆裂，产生″龟裂″，影响粘附污垢的机械性能。干冰粒钻进污垢裂缝后，在几千分之一秒内气化，其体积瞬间膨胀600～800倍，将污垢剥离物件表面，达到除污目的；可在设备不停机、不拆卸的情况下能瞬间清除模具、电器设备、机械设备、锅炉、容器、反应器、运输带、船体等物体上的油污、油墨、水垢、细菌等杂物。
参见图20和图21，将消毒剂喷洒器的插接头18插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中，用紧固件通过固定孔19固定；储药罐体66内灌注相应消毒药液；接嘴71外接高压气管；则高压气体经接嘴71与储药罐体66内的消毒液在喷头内混合，混合后的气水混合物经喷嘴70喷出，消毒液雾化后颗粒在压力的作用下迅速散布到消毒物件上；使消毒操作更方便、药液雾化更好。
参见图22和图23，将机械铲的插接头18插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中，用紧固件通过固定孔19固定；控制第八驱动电机75则可实现铲斗罩73与铲斗72的张开与闭合，使机械铲具有推动、铲起杂物功能的同时，还具有将杂物夹住、移动的功能。
参见图24，该图为图1所示定量采样机器人攀爬阶梯的过程；其中，(a)为第一步，起步，越障臂上曲，车体行走至靠近第一级台阶；(b)为第二步，攀爬，越障臂平伸，车体履带及越障臂履带相应运转，车体攀上第一级台阶；(c)为第三步，越障臂上曲，做好攀登第二级台阶的准备。
参见图25，该图为图1所示定量采样机器人攀爬垂直平面的过程，共示意为四个步骤，由两侧吸盘的交替吸附以及两个越障臂的交替转动配合完成。
参见图26，本发明的控制电路包括第一电平转换电路、第二电平转换电路、单片机、12V直流电源电路、24V直流电源电路、摄像头与照明灯控制电路、传感器信号处理电路、小功率电机驱动电路、电磁阀驱动电路、摄像头与照明灯系统旋转驱动电路、多路驱动电路，这些电路可集中在一个安装于车体内的控制电路盒中，其控制信号输出端通过接插口或接插头(如航空接头)同相应的负载连接，并且：
笔记本电脑的串口输出用信号电缆依次经接口电路的第一电平转换电路和第二电平转换电路接至单片机的信号输入端；
所述单片机的多路控制信号输出端分别同以下驱动电路的控制信号输入端连接：
左侧车体履带驱动电机驱动电路及右侧车体履带驱动电机驱动电路，
左侧第一驱动电机驱动电路及右侧第一驱动电机驱动电路，
左侧第二驱动电机驱动电路及右侧第二驱动电机驱动电路，
左侧吸盘微型气泵电机驱动电路及右侧吸盘微型气泵电机驱动电路，
左侧推进器驱动电机驱动电路及右侧推进器驱动电机驱动电路，
第三驱动电机驱动电路，
摄像头与照明灯系统旋转驱动电路，
电磁阀驱动电路，
小功率电机驱动电路；
还可以在以上所述单片机的多路控制信号输出端与所述各驱动电路之间设置驱动隔离电路；
所述单片机的控制信号接口还分别同传感器信号处理电路以及摄像头与照明灯控制电路的前级信号控制端连接；
所述摄像头与照明灯控制电路的后级信号控制端分别同所述照明灯、光学摄像头、红外线热成像仪摄像头、视频采集卡连接，而光学摄像头和红外线热成像仪摄像头的输出信号经视频采集卡送至笔记本电脑(进行显示或储存)；所述温度传感器、湿度传感器、声音传感器、震动传感器、易燃易爆有毒气体传感器、气压传感器、转速传感器的的输出信号接至传感器信号处理电路的信号输入端。
所述小功率电机驱动电路分别控制第四驱动电机、第五驱动电机、第六驱动电机、第七驱动电机、第八驱动电机；所述电磁阀驱动电路分别控制第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀；所述摄像头与照明灯系统旋转驱动电路控制摄像头与灯光系统的水平旋转电机和俯仰旋转电机。
所述12V直流电源电路向图23中单片机左侧各工作电路提供工作电源并经稳压模块向单片机提供工作电源，24V直流电源电路向图23中单片机右侧各工作电路提供工作电源。
所述各驱动电路的驱动回路同所述相应的电机电源端相连接。
由以上可知，本发明为一种适用于多种环境下清洗消毒的机器人，车体可以在平地、坡地、楼道、障碍物之间行走，可以爬墙、爬大坡度平面、垂直面，还可在水中、沼泽地带行驶；它在水平行走可越过60°斜坡，越障高度可达40cm；可在垂直面爬行；可在水中推进；单向行走距离大于100m；它具有清扫、吹气、鞭打、机械铲、吸尘、消毒等多项功能，还可用笔记本电脑进行控制，且工作效果好、设备性能稳定、操作方便，效率高、结构简单而紧凑、重量轻、携带方便等特点；
附图说明
图1是本发明一种实施例的车体立体结构示意图；
图2是图1所示装置的主视结构示意图(去除了车体及越障臂侧面挡板)；
图3是图1所示装置的俯视结构示意图(去除了车体的部分顶面)；
图4是本发明一种实施例的蒸气清洗器主视结构示意图(局部剖视)；
图5是图4所示蒸气清洗器的后视立体结构示意图；
图6是本发明一种实施例的吸尘器主视结构示意图(局部剖视)；
图7是图6所示吸尘器的后视立体结构示意图；
图8是本发明一种实施例的毛刷器主视结构示意图(局部剖视，未装毛刷)；
图9是图8所示毛刷器的立体结构示意图；
图10是本发明一种实施例的圆盘刷后视立体结构示意图；
图11是图10所示圆盘刷的主视结构示意图(局部剖视，未装毛刷)；
图12是本发明一种实施例的高压水枪的主视结构示意图(局部剖视)；
图13是图12所示高压水枪的立体结构示意图；
图14是本发明一种实施例的吹气器的主视结构示意图(局部剖视)；
图15是图14所示吹气器的立体结构示意图；
图16是本发明一种实施例的气鞭器主视结构示意图(局部剖视)；
图17是图16所示气鞭器的立体结构示意图；
图18是本发明一种实施例的干冰清洗器主视结构示意图；
图19是图18所示干冰清洗器的立体结构示意图；
图20是本发明一种实施例的消毒剂喷洒器主视结构示意图；
图21是图20所示消毒剂喷洒器的立体结构示意图；
图22是本发明一种实施例的机械铲主视结构示意图(铲斗罩为打开状态)；
图23是图22所示机械铲的俯视结构示意图；
图24是本发明车体攀登台阶的动作过程示意图；
图25是本发明车体攀爬垂直平面的动作过程示意图；
图26是本发明一种实施例的控制电路框图；
图27是图26中单片机的一种实施例主控芯片电路图；
图28是图26中摄像头与照明灯控制电路的一种实施例电路；
图29是图26中第一电平转换电路、第二电平转换电路及12V直流电源电路、24V直流电源电路、稳压模块的一种实施例电路；
图30是图26中传感器信号处理电路的一种实施例电路；
图31是图26中由24V直流电源电路做电机驱动电源的驱动电路中的一组线路；
图32是图26中由12V直流电源电路做电机驱动电源的驱动电路中的一组线路；
图33是所述驱动隔离电路的一种实施例线路图。
在附图中：
1-车体， 2-行走履带， 3-底座，
4-观察罩， 6-越障臂， 7-履带，
8-转轴， 9-第一伞齿轮副， 10-第一驱动电机，
11-第二伞齿轮副， 12-第二驱动电机， 13-接插孔，
14-机械臂接插座， 15-支承轴， 16-第三驱动电机，
17-臂体， 18-插接头， 19-固定孔，
20-航空接头座(电插接座)， 21-蒸汽喷头，
22-刷毛， 23-喷蒸汽孔， 24-第四驱动电机，
25-蒸汽连接嘴， 26-臂体， 27-吸尘头，
28-刷毛， 29-吸尘口， 30-转动毛刷，
31-第五驱动电机， 32-负压连接嘴， 33-臂体，
34-三出轴毛刷头， 35-左出轴， 36-右出轴，
37-前出轴， 38-转销， 39-伞齿轮副，
40-第六驱动电机， 41-防爆挡圈， 42-臂体，
43-连接帽， 44-圆形转盘， 45-刷毛，
46-集尘孔， 47-第七驱动电机， 48-负压接头，
49-臂体， 50-高压水枪管， 51-第一电磁阀，
52-进水接口， 53-高压水喷嘴， 54-臂体，
55-导气管， 56-第二电磁阀， 57-进气接口，
58-喷嘴， 59-臂体， 60-导气管，
61-第三电磁阀， 62-气鞭， 63-臂体，
64-干冰喷嘴， 66-储药罐体， 67-螺母，
68-进气小孔， 69-调节螺母， 70-喷嘴，
71-接嘴， 72-铲斗， 73-铲斗罩，
74-铰接轴， 75-第八驱动电机， 76-传动齿轮副，
84-支撑臂， 85-小轴， 86-第九驱动电机，
87-进气孔， 88-排气孔，
89-左侧螺旋叶轮推进器， 90-右侧螺旋叶轮推进器，
105-吸盘， 106-第四伞齿轮副，107-履带驱动轮，
108-驱动电机。
199、吸盘电机驱动电路 200、吸盘旋转电机电路
201、推进器电机推进电路 202、24V电源电路
具体实施方式
如图1和图2所示，所述适用于多种环境的定量采样机器人包括两侧装有行走履带2的车体1，该车体1后部顶面可绕中心竖轴转动的底座3上装有可绕水平轴转动的观察罩4，所述观察罩4装有光学摄像头和照明灯；其结构特点是：
所述观察罩4还装有红外线热成像仪摄像头，所述车体1或观察罩4还装有温度传感器、湿度传感器、声音传感器、震动传感器、易燃易爆有毒气体传感器、气压传感器；
参见图1和图2，所述车体1前部两侧各装有一个越障臂6，外周装有履带7的两个所述越障臂6后端分别同对应转轴8的一端固定连接，而位于车体中的所述转轴8另一端经对应的第一伞齿轮副9同车体中的第一驱动电机10主轴相联；所述越障臂6后端的履带驱动轮的轮轴经相应的第二伞齿轮副11同装在该越障臂6支架中的第二驱动电机12相联；
参见图1和图3，所述车体1前部设有带接插孔13的机械臂接插座14，该机械臂接插座14经两侧的支承轴15安装车体1上且一侧的支承轴15经传动齿轮副同第三驱动电机16的主轴联接；
它还包括：
蒸气清洗器(参见图4和图5)：它有臂体17，该臂体17的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中的插接头18，所述臂体17的上端装有可旋转的蒸汽喷头21；该蒸汽喷头21的工作面外周设有刷毛22而该工作面设有喷蒸汽孔23，所述蒸汽喷头21的底部经传动机构(如齿轮副)同装在臂体17中的第四驱动电机24的轴联接而使该蒸汽喷头21可在所述电机的驱动下绕臂体17轴线转动；所述蒸汽喷头21或臂体17上端设有同所述喷蒸汽孔23连通并用以外接蒸汽输送管的蒸汽连接嘴25；
吸尘器(参见图6和图7)：它有臂体26，该臂体26的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中的插接头18，所述臂体26的上端装有可旋转的吸尘头27；该吸尘头27的工作面外周设有刷毛28而该工作面设有吸尘口29且该吸尘口中装有转动毛刷30(该转动毛刷由可转动轴和装在该轴上的刷毛组成)；所述吸尘头27的底部经传动机构(如齿轮副)同装在臂体26中的第五驱动电机31的轴联接而使该吸尘头27可在所述电机的驱动下绕臂体26轴线转动；所述吸尘头27或臂体26上端设有同所述吸尘口29连通并用以外接负压抽风管的负压连接嘴32；
毛刷器(参见图8和图9)：它有臂体33，该臂体33的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中的插接头18，所述臂体33的上端装有三出轴毛刷头34；该三出轴毛刷头34有左出轴35、右出轴36、前出轴37且各出轴外端装有毛刷并用转销38固定；所述左出轴35和右出轴36、前出轴37的内端经伞齿轮副39同装在臂体33中的第六驱动电机40的轴联接；还可以在所述臂体33的下端部设置一防爆挡圈41；
圆盘刷(参见图10和图11)：它有臂体42，该臂体42的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中的插接头18，所述臂体42上端的连接帽43一侧接有圆形转盘44，该圆形转盘44外侧面装有刷毛45而该外侧面中部设有集尘孔46；臂体42中的第七驱动电机47的主轴经伞齿轮副同所述圆形转盘44的中心转轴联接；臂体42上设有同所述集尘孔46连通并用以同外接负压抽风管连接的负压接头48；
高压水枪(参见图12和图13)：它有臂体49，该臂体49的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中的插接头18，所述臂体49上端装有高压水枪管50且该高压水枪管50的后端同位于臂体49中的第一电磁阀51的出水口连接而该电磁阀51有用以同外部高压水管连接的进水接口52；高压水枪管50的前端装有高压水喷嘴53；
吹气器(参见图14和图15)：它有臂体54，该臂体54的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中的插接头18，所述臂体54上端装有刚性的导气管55且该导气管55的后端同位于臂体54中的第二电磁阀56的出气口连接而该第二电磁阀56有用以同外部高压气管连接的进气接口57；导气管55的前端装有喷嘴58；
气鞭器(参见图16和图17)：它有臂体59，该臂体59的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中的插接头18，所述臂体59上端装有刚性的导气管60且该导气管60的后端同位于臂体59中的第三电磁阀61的出气口连接而该第三电磁阀61有用以同外部高压气管连接的进气接口62；导气管60的前端装有气鞭62；
干冰清洗器(参见图18和图19)：它有臂体63，该臂体63的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中的插接头18，所述臂体63的上端接有干冰喷嘴64，且臂体63设有同所述干冰喷嘴64后端连通并用以同外接干冰输送管连接的接口65；
消毒剂喷洒器(参见图20和图21)：它有储药罐体66，该储药罐体66的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中的插接头18；所述储药罐体66设有用螺母67封闭的加药口，所述螺母67上开有同储药罐体66内腔连通的进气小孔68；所述储药罐体66的上端设有带喷嘴流量调节螺母69的喷嘴70，且在所述喷嘴70与储药罐体66之间设有用以外接高压气管的接嘴71；
机械铲(参见图22和图23)：它包括铲斗72，该铲斗72的后端有可插接在车体前部所述机械臂接插座14的接插孔13中的插接头18；所述铲斗72上部经铰接轴74铰接有铲斗罩73，传动齿轮副76分别同装在铲斗72一侧的第八驱动电机75的主轴齿轮以及固定安装在铰接轴74上的齿轮相啮合。
进一步地，如图1所示，可在两个所述越障臂6的前端安装一个吸盘105；所述吸盘的安装结构是(参见图2)，支撑臂84的后端同装在越障臂6前端的小轴85固定连接，该小轴85经装在越障臂6中的第三伞齿轮副同第九驱动电机86的主轴联接；吸盘105背面固定安装在所述支撑臂84的前端，吸盘105的碗形腔开有进气孔87和排气孔88且该吸盘83背面装有分别同所述进气孔87和排气孔88连通的微型气泵。
进一步地，如图1所示，在所述车体1后部设置左侧螺旋叶轮推进器89和右侧螺旋叶轮推进器90，该两个推进器的转轴分别同装在车体1中的两个推进器驱动电机的主轴联接。左侧螺旋叶轮推进器和右侧螺旋叶轮推进器外侧装有安全防护罩。所述左侧螺旋叶轮推进器89和右侧螺旋叶轮推进器90用于水下行走时的推进。
所述车体行走履带和前越障履带采用高摩擦系数的橡胶制作；照明灯采用高亮度LCD，摄像头分别采用高清晰度产品和具有夜视功能的红外线成像摄像头；各传感器均采用市售高敏元件。
参见图26，本发明的控制电路包括第一电平转换电路、第二电平转换电路、单片机、12V直流电源电路、24V直流电源电路、摄像头与照明灯控制电路、传感器信号处理电路、小功率电机驱动电路、电磁阀驱动电路、摄像头与照明灯系统旋转驱动电路、多路驱动电路，这些电路可集中在一个安装于车体内的控制电路盒中，其控制信号输出端通过接插口或接插头(如航空接头)同相应的负载连接，并且：
笔记本电脑的串口输出用信号电缆依次经接口电路的第一电平转换电路和第二电平转换电路接至单片机的信号输入端；
所述单片机的多路控制信号输出端分别同以下驱动电路的控制信号输入端连接：
左侧车体履带驱动电机驱动电路及右侧车体履带驱动电机驱动电路，
左侧第一驱动电机驱动电路及右侧第一驱动电机驱动电路，
左侧第二驱动电机驱动电路及右侧第二驱动电机驱动电路，
左侧吸盘微型气泵电机驱动电路及右侧吸盘微型气泵电机驱动电路，
左侧推进器驱动电机驱动电路及右侧推进器驱动电机驱动电路，
第三驱动电机驱动电路，
摄像头与照明灯系统旋转驱动电路，
电磁阀驱动电路，
小功率电机驱动电路；
还可以在以上所述单片机的多路控制信号输出端与所述各驱动电路之间设置驱动隔离电路；
所述单片机的控制信号接口还分别同传感器信号处理电路以及摄像头与照明灯控制电路的前级信号控制端连接；
所述摄像头与照明灯控制电路的后级信号控制端分别同所述照明灯、光学摄像头、红外线热成像仪摄像头、视频采集卡连接，而光学摄像头和红外线热成像仪摄像头的输出信号经视频采集卡送至笔记本电脑(进行显示或储存)；所述温度传感器、湿度传感器、声音传感器、震动传感器、易燃易爆有毒气体传感器、气压传感器、转速传感器的的输出信号接至传感器信号处理电路的信号输入端。
所述小功率电机驱动电路分别控制第四驱动电机、第五驱动电机、第六驱动电机、第七驱动电机、第八驱动电机；所述电磁阀驱动电路分别控制第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀；所述摄像头与照明灯系统旋转驱动电路控制摄像头与灯光系统的水平旋转电机和俯仰旋转电机。
所述12V直流电源电路向图23中单片机左侧各工作电路提供工作电源并经稳压模块向单片机提供工作电源，24V直流电源电路向图23中单片机右侧各工作电路提供工作电源。
所述各驱动电路的驱动回路同所述相应的电机电源端相连接。
图26中的单片机的一种实施例主控芯片电路如图27所示，U1为主控制芯片，机器人的运行动作和各种环境参数的采集和处理都要通过这个微处理器进行加工处理。
图28为图26中摄像头与照明灯控制电路的一种实施例电路，其中标(a)为灯光控制电路，J5是灯光的连接插座，灯光的切换是通过三极管Q3、Q7、Q4、Q8的关断和导通来实现，而灯光的强弱调节是通过PWM调节来实现；(b)为摄像头控制电路，J6为摄像头的连接插座，摄像头的切换是通过三极管Q1、Q5、Q2、Q6的关断和导通来实现的。
图29是图26中第一电平转换电路、第二电平转换电路(即接口电路)及12V直流电源电路、24V直流电源电路、稳压模块的一种实施例电路；其中(a)为硬件看门狗电路，JP1是一个硬件看门狗芯片，它的主要作用是在微处理器由于意外情况失控后从新启动微处理器，从而保证系统运行的安全可靠；(b)为连线接口，即J1是驱动部分和微处理器部分的连线接口；(c)稳压模块，其中J2为控制电路部分的电源输入端，在通过集成稳压芯片进行稳压得到稳定的+5V电压；(d)和(e)分别是+12V电源、+24V电源，其中J3、J4是驱动电路的稳压集成电路，为电机驱动提供稳定的电压。
图30是图26中传感器信号处理电路(接口电路)的一种实施例电路，J7是传感器接口。
图31是图26中由24V直流电源电路做电机驱动电源的驱动电路(即图23中最右侧一列驱动电路)中的一组(实施例)线路，其中U1、U2为大电流电机的驱动电路；其它各组线路与该组线路相同。
图32是图26中由12V直流电源电路做电机驱动电源的驱动电路(即图26中左侧的小功率电机驱动电路、电磁阀驱动电路、摄像头与照明灯系统旋转驱动电路)中的一组(实施例)线路，其中U14、U15为小电流电机的驱动电路；其它各组线路与该组线路相同。
图33是所述驱动隔离电路的一种实施例线路图，图中U10是用来隔离微处理器与电机驱动电路的。
上述结构的机器人技术参数有：
1、驱动部分指标：机器移动距离大于100米；不规则障碍物越障高度大于20cm，爬坡能力天于60°；规则台阶越障能力大于40cm；光滑表面爬壁能力90°；平面载重：40kg。
2、监视部分指标：光学摄像头800万象素；红外线热成像摄像头夜视800米；温度感应范围-40∽150℃；湿度感应范围0～100％RH；声音感应范围30～130dB；震动感应范围10～300Hz；能感应CH4、H2、CO、CO2等易燃易爆有毒气体；监视器可水平旋360°，俯仰旋转270°。
3、控制器重量小于3kg。
该方案采用笔记本电脑控制，具有智能化、自动化和软件化的操作平台，装置体积小、使用灵活方便，行走、清扫定位准确、摄像与录像及时方便，可直接生成影视文件。
Claims (5)
1、一种适用于多种环境下清洗消毒的机器人，包括两侧装有行走履带(2)的车体(1)，该车体(1)后部顶面可绕中心竖轴转动的底座(3)上装有可绕水平轴转动的观察罩(4)，所述观察罩(4)装有光学摄像头和照明灯；其特征是：
所述观察罩(4)还装有红外线热成像仪摄像头，所述车体(1)或观察罩(4)还装有温度传感器、湿度传感器、声音传感器、震动传感器、易燃易爆有毒气体传感器、气压传感器；
所述车体(1)前部两侧各装有一个越障臂(6)，外周装有履带(7)的两个所述越障臂(6)后端分别同对应转轴(8)的一端固定连接，而位于车体中的所述转轴8另一端经对应的第一伞齿轮副(9)同车体中的第一驱动电机(10)主轴相联；所述越障臂(6)后端的履带驱动轮的轮轴经相应的第二伞齿轮副(11)同装在该越障臂(6)支架中的第二驱动电机(12)相联；
所述车体(1)前部设有带接插孔(13)的机械臂接插座(14)，该机械臂接插座(14)经两侧的支承轴(15)安装车体(1)上且一侧的支承轴(15)经传动齿轮副同第三驱动电机(16)的主轴联接；
它还包括可按需要安装在车体上进行作业的蒸气清洗器、吸尘器、毛刷器、圆盘刷、高压水枪、吹气器、气鞭器、干冰清洗器、消毒器、机械铲。
2、根据权利要求1所述适用于多种环境下清洗消毒的机器人，其特征是：
所述蒸气清洗器的结构为，它有臂体(17)，该臂体(17)的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座(14)的接插孔(13)中的插接头(18)，所述臂体(17)的上端装有可旋转的蒸汽喷头(21)；该蒸汽喷头(21)的工作面外周设有刷毛(22)而该工作面设有喷蒸汽孔(23)，所述蒸汽喷头(21)的底部经传动机构同装在臂体(17)中的第四驱动电机(24)的轴联接而使该蒸汽喷头(21)可在所述电机的驱动下绕臂体(17)轴线转动；所述蒸汽喷头(21)或臂体(17)上端设有同所述喷蒸汽孔(23)连通并用以外接蒸汽输送管的蒸汽连接嘴(25)；
所述吸尘器的结构为，它有臂体(26)，该臂体(26)的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座(14)的接插孔(13)中的插接头(18)，所述臂体(26)的上端装有可旋转的吸尘头(27)；该吸尘头(27)的工作面外周设有刷毛(28)而该工作面设有吸尘口(29)且该吸尘口中装有转动毛刷(30)；所述吸尘头(27)的底部经传动机构同装在臂体(26)中的第五驱动电机(31)的轴联接而使该吸尘头(27)可在所述电机的驱动下绕臂体(26)轴线转动；所述吸尘头(27)或臂体(26)上端设有同所述吸尘口(29)连通并用以外接负压抽风管的负压连接嘴(32)；
所述毛刷器的结构为，它有臂体(33)，该臂体(33)的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座(14)的接插孔(13)中的插接头(18)，所述臂体(33)的上端装有三出轴毛刷头(34)；该三出轴毛刷头(34)有左出轴(35)、右出轴(36)、前出轴(37)且各出轴外端装有毛刷并用转销(38)固定；所述左出轴(35)和右出轴(36)、前出轴(37)的内端经伞齿轮副(39)同装在臂体(33)中的第六驱动电机(40)的轴联接；
所述圆盘刷的结构为，它有臂体(42)，该臂体(42)的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座(14)的接插孔(13)中的插接头(18)，所述臂体(42)上端的连接帽(43)一侧接有圆形转盘(44)，该圆形转盘(44)外侧面装有刷毛(45)而该外侧面中部设有集尘孔(46)；臂体(42)中的第七驱动电机(47)的主轴经伞齿轮副同所述圆形转盘(44)的中心转轴联接；臂体(42)上设有同所述集尘孔(46)连通并用以同外接负压抽风管连接的负压接头(48)；
所述高压水枪的结构为，它有臂体(49)，该臂体(49)的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座(14)的接插孔(13)中的插接头(18)，所述臂体(49)上端装有高压水枪管(50)且该高压水枪管(50)的后端同位于臂体(49)中的第一电磁阀(51)的出水口连接而该电磁阀(51)有用以同外部高压水管连接的进水接口(52)；高压水枪管(50)的前端装有高压水喷嘴(53)；
所述吹气器的结构为，它有臂体(54)，该臂体(54)的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座(14)的接插孔(13)中的插接头(18)，所述臂体(54)上端装有刚性的导气管(55)且该导气管(55)的后端同位于臂体(54)中的第二电磁阀(56)的出气口连接而该第二电磁阀(56)有用以同外部高压气管连接的进气接口(57)；导气管(55)的前端装有喷嘴(58)；
所述气鞭器的结构为，它有臂体(59)，该臂体(59)的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座(14)的接插孔(13)中的插接头(18)，所述臂体(59)上端装有刚性的导气管(60)且该导气管(60)的后端同位于臂体(59)中的第三电磁阀(61)的出气口连接而该第三电磁阀(61)有用以同外部高压气管连接的进气接口(62)；导气管(60)的前端装有气鞭(62)；
所述干冰清洗器的结构为，它有臂体(63)，该臂体(63)的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座(14)的接插孔(13)中的插接头(18)，所述臂体(63)的上端接有干冰喷嘴(64)，且臂体(63)设有同所述干冰喷嘴(64)后端连通并用以同外接干冰输送管连接的接口(65)；
所述消毒剂喷洒器的结构为，它有储药罐体(66)，该储药罐体(66)的下端为可插接在车体前部所述机械臂接插座(14)的接插孔(13)中的插接头(18)；所述储药罐体(66)设有用螺母(67)封闭的加药口，所述螺母(67)上开有同储药罐体(66)内腔连通的进气小孔(68)；所述储药罐体(66)的上端设有带喷嘴流量调节螺母(69)的喷嘴(70)，且在所述喷嘴(70)与储药罐体66之间设有用以外接高压气管的接嘴(71)；
所述机械铲的结构为，它包括铲斗(72)，该铲斗(72)的后端有可插接在车体前部所述机械臂接插座(14)的接插孔(13)中的插接头(18)；所述铲斗(72)上部经铰接轴(74)铰接有铲斗罩(73)，传动齿轮副(76)分别同装在铲斗(72)一侧的第八驱动电机(75)的主轴齿轮以及固定安装在铰接轴(74)上的齿轮相啮合。
3、根据权利要求1所述适用于多种环境下清洗消毒的机器人，其特征是，在两个所述越障臂(6)的前端安装一个吸盘(105)；所述吸盘的安装结构是，支撑臂(84)的后端同装在越障臂(6)前端的小轴(85)固定连接，该小轴(85)经装在越障臂(6)中的第三伞齿轮副同第九驱动电机(86)的主轴联接；吸盘(105)背面固定安装在所述支撑臂(84)的前端，吸盘(105)的碗形腔开有进气孔(87)和排气孔(88)且该吸盘(83)背面装有分别同所述进气孔(87)和排气孔(88)连通的微型气泵。
4、根据权利要求1所述适用于多种环境下清洗消毒的机器人，其特征是，在所述车体(1)后部设置左侧螺旋叶轮推进器(89)和右侧螺旋叶轮推进器(90)，该两个推进器的转轴分别同装在车体(1)中的两个推进器驱动电机的主轴联接，左侧螺旋叶轮推进器和右侧螺旋叶轮推进器外侧装有安全防护罩；所述左侧螺旋叶轮推进器(89)和右侧螺旋叶轮推进器(90)用于水下行走时的推进。
5、根据权利要求1至5中任一权利要求所述适用于多种环境下清洗消毒的机器人，其特征是，它包括控制电路，所述控制电路包括第一电平转换电路、第二电平转换电路、单片机、12V直流电源电路、24V直流电源电路、摄像头与照明灯控制电路、传感器信号处理电路、小功率电机驱动电路、电磁阀驱动电路、摄像头与照明灯系统旋转驱动电路、多路驱动电路，并且：
笔记本电脑的串口输出用信号电缆依次经接口电路的第一电平转换电路和第二电平转换电路接至单片机的信号输入端；
所述单片机的多路控制信号输出端分别同以下驱动电路的控制信号输入端连接：
左侧车体履带驱动电机驱动电路及右侧车体履带驱动电机驱动电路，
左侧第一驱动电机驱动电路及右侧第一驱动电机驱动电路，
左侧第二驱动电机驱动电路及右侧第二驱动电机驱动电路，
左侧吸盘微型气泵电机驱动电路及右侧吸盘微型气泵电机驱动电路，
左侧推进器驱动电机驱动电路及右侧推进器驱动电机驱动电路，
第三驱动电机驱动电路，
摄像头与照明灯系统旋转驱动电路，
电磁阀驱动电路，
小功率电机驱动电路；
所述单片机的控制信号接口还分别同传感器信号处理电路以及摄像头与照明灯控制电路的前级信号控制端连接；
所述摄像头与照明灯控制电路的后级信号控制端分别同所述照明灯、光学摄像头、红外线热成像仪摄像头、视频采集卡连接，而光学摄像头和红外线热成像仪摄像头的输出信号经视频采集卡送至笔记本电脑；所述温度传感器、湿度传感器、声音传感器、震动传感器、易燃易爆有毒气体传感器、气压传感器、转速传感器的的输出信号接至传感器信号处理电路的信号输入端；
所述小功率电机驱动电路分别控制第四驱动电机、第五驱动电机、第六驱动电机、第七驱动电机、第八驱动电机；
所述电磁阀驱动电路分别控制第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀；所述摄像头与照明灯系统旋转驱动电路控制摄像头与灯光系统的水平旋转电机和俯仰旋转电机。
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