CN102009046A - 一种智能移动清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能移动清洗机器人，其特征在于，在行走机构上设置有底座，大臂的一端通过大臂驱动轴与底座连接，大臂的另一端依次通过中臂、小臂和连接臂与喷枪机构连接，所述的喷枪机构包括喷枪基座和喷枪体，为喷枪体供水的进水管接到智能移动清洗机器人上，智能移动清洗机器人上还设有控制机构。该智能移动清洗机器人结构简单、清洗效率高、适用范围广、自动化程度高。

Description

一种智能移动清洗机器人

技术领域

本发明涉及一种智能移动清洗机器人。

技术背景

随着科技的发展，各种设备已被广泛使用，例如各种车辆、工业生产线等，为提高人类生活水平做出了重要贡献。这些设备往往暴露在空气中或工作在恶劣的环境下，容易受到污染。设备受污染后将降低工作效率，甚至影响运行安全，所以必须对设备进行清洗。

目前大型设备、车辆等主要的清洗方式还是采用人工清洗，但人工清洗具有劳动强度大、清洗不彻底、耗费大等缺点。因此，有必要设计更先进的智能移动清洗设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能移动清洗机器人，该智能移动清洗机器人结构简单、清洗效率高、适用范围广、自动化程度高。

本发明的技术解决方案如下：

一种智能移动清洗机器人，在行走机构上设置有回转支承，回转支承上设置有底座，大臂的一端通过大臂驱动轴与底座连接，大臂的另一端依次通过中臂、小臂和连接臂与喷枪机构连接，所述的喷枪机构包括喷枪基座和喷枪体，为喷枪体供水的进水管接到智能移动清洗机器人上，智能移动清洗机器人上还设有控制机构。

大臂与中臂通过中臂驱动轴连接，中臂与小臂通过小臂驱动轴连接，小臂与连接臂通过连接臂驱动轴连接，连接臂与喷枪基座之间通过喷枪驱动轴连接。

所述的行走机构为履带-轮式行走机构，其具体结构为：车架的前端或后端设置有主动轮，另一端设置有从动轮，车架的上方设有用于在车将上方支撑履带的托轮，车架的下方设有支重轮，主动轮、从动轮、托轮和支重轮均与履带内侧的履带面相接触。

所述的控制机构为：图像传感器安装在喷枪基座上，通过信号线与机载的工业控制计算机上的图像采集卡连接，声纳传感器通过单片机与工业控制计算机连接。

所述的控制机构还包括机载无线收发设备，机载无线收发设备与工业控制计算机连接。

在底座上设有高压水驱动装置，高压水驱动装置的进水口与进水管相接，高压水驱动装置的出水口连接柔性水管为喷枪体供水。

所述的大臂、中臂、小臂和连接臂均为中空结构。

本发明的智能移动清洗机器人，包括行走机构、清洗机构和控制系统。所述行走机构采用履带式双轮驱动，可以实现前后左右移动，包括车架、驱动轮、从动轮、支重轮、托轮和履带。车架是整个行走机构构成的主框架，驱动轮、从动轮、支重轮、托轮都与车架连接；履带套接在驱动轮、从动轮、支重轮、托轮外部。

所述清洗机构包括回转支承，底座，高压水驱动装置，大臂，中臂，小臂，连接臂，喷枪机构。喷枪机构包括喷枪基座和喷枪体，喷枪体的前端是出水口，另一端与高压水管连接，喷枪体安装在喷枪基座上，喷枪基座与喷枪驱动轴连接；连接臂设置在喷枪机构与小臂之间，用于连接喷枪机构和小臂，其前端连接喷枪驱动轴，后端与连接臂驱动轴连接；小臂内设有信号线通道和高压水管，其上端与连接臂驱动轴连接，下端与小臂驱动轴连接；中臂包括左中臂和右中臂，左中臂内设有信号线通道，右中臂内设有高压水管，中臂上端与小臂驱动轴连接，下端与中臂驱动轴连接；大臂包括左大臂和右大臂，左大臂内设有信号线通道，右大臂内设有高压水管，大臂上端与中臂驱动轴连接，下端与大臂驱动轴连接；大臂驱动轴设置在底座上，底座装设在回转支承上，可以绕回转支承驱动轴三百六十度旋转，回转支承安装在行走机构的车架上；高压水驱动装置安装在底座后面，进水口与进水管连接，出水口与高压水管连接。

所述控制系统包括监控系统和机载控制系统。监控系统设置在远程监控室，包括监控计算机，人机接口，监控无线收发设备。人机接口包括显示器、键盘、鼠标和手动操作杆，人机接口和监控无线收发设备都与监控计算机连接。机载控制系统设置在所述智能移动清洗机器人本体上，包括机载无线收发设备，工业控制计算机，图像采集卡，运动控制卡，单片机，驱动器，驱动装置，图像传感器，声纳传感器。工业控制计算机是所述智能移动清洗机器人的控制核心，机载无线收发设备、工业控制计算机、单片机和驱动器都设置在底座内。机载无线收发设备连接在工业控制计算机上，与监控无线收发设备配对工作；图像传感器安装在喷枪基座上，通过信号线与图像采集卡连接，图像采集卡安装在工业控制计算机的PCI插槽上；驱动装置共有八个，分别安装在六个驱动轴和行走机构的两个驱动轮处，每个驱动装置分别和对应的驱动器连接；运动控制卡安装在工业控制计算机的PCI插槽上，通过信号线与每个驱动器连接；声纳传感器共有三个，相互之间以120°的夹角安装在底座上，通过信号线与单片机连接，单片机通过RS232总线与工业控制计算机连接。

所述智能移动清洗机器人的工作过程分为三个阶段，分别为移动阶段、定位阶段和清洗阶段，有两种工作模式，分别为自主运行模式和人工操作模式。

有益效果：

本发明的优点有：

(1)本发明结构简单、自动化程度高，通过行走机构和喷枪的设计，智能移动清洗机器人能够完成远、近距离的设备外壁、管道等的清洗工作，适用范围广；

(2)本发明采用自主运行模式和人工操作模式相结合的工作模式，使所述智能移动清洗机器人工作更稳定；

(3)本发明的底座上安装三个声纳传感器，在机器人移动时和图像传感器联合提供周围环境信息，工业控制计算机根据所得信息控制机器人实现避障以安全到达预定位置；

(4)本发明的机器人各臂都采用中空结构，可以作为信号线和高压水管的通道，减轻机器人的重量；

(5)本发明的喷枪各部都进行了必要的密封，可以有效防止清洗过程中水流泄露，提高清洗效率；

(6)本发明具有行走机构两轮驱动、底座旋转、大臂在垂直面内旋转、中臂在垂直面内旋转、小臂在垂直面内旋转、连接臂在垂直面内旋转，喷枪在水平面内旋转，共8自由度，因此，智能移动清洗机器人工作时非常灵活。

附图说明

图1是本发明主视结构示意图；

图2是本发明上视结构示意图；

图3是本发明控制系统示意图，其中，图a为监控系统结构框图，图b为机载控制系统结构框图；

图4是本发明工作流程示意图。

标号说明：

1、车架；2、回转支承；3、驱动轮；4、从动轮；5、支重轮；6、托轮；7、履带；8、底座；9、高压水驱动装置；10、大臂；11、中臂；12、小臂；13、连接臂；14、喷枪基座；15、喷枪体；16、回转支承驱动轴；17、大臂驱动轴；18、中臂驱动轴；19、小臂驱动轴；20、连接臂驱动轴；21、喷枪驱动轴；22、进水管；23、监控室；24、监控计算机；25、显示器；26、键盘；27、鼠标；28、手动操作杆；29、监控无线收发设备；30、工业控制计算机；31、机载无线收发设备；32、图像采集卡；33、运动控制卡；34、单片机；35、驱动器；36、图像传感器；37、声纳传感器。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本发明的技术方案及工作过程作进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1

如图1和图2所示，本发明提供一种智能移动清洗机器人，包括行走机构、清洗机构和控制系统。

所述行走机构是机器人的行走机构，采用履带式双轮驱动，可以实现前后左右移动，包括车架1、驱动轮3、从动轮4、支重轮5、托轮6和履带7。车架1是整个行走机构构成的主框架，驱动轮3分为左驱动轮和右驱动轮，安装在车架1的前端；从动轮4分为左从动轮和右从动轮，安装在车架1的后端；支重轮5共六个，左右两侧各三个，安装在车架1的下端；托轮6共两个，左右两侧各一个，安装在车架1的上端；履带7套接在驱动轮3、从动轮4、支重轮5、托轮6外部。

所述清洗机构包括回转支承2、底座8、高压水驱动装置9、大臂10、中臂11、小臂12、连接臂13和喷枪机构。喷枪机构包括喷枪基座14和喷枪体15，喷枪体15的前端是高压水出水口，另一端与高压水管(未示出)连接，喷枪体15安装在喷枪基座14上，喷枪基座14与喷枪驱动轴21连接；连接臂13设置在喷枪与小臂12之间，用于连接喷枪和小臂12，其前端连接喷枪驱动轴21，后端与连接臂驱动轴20连接；小臂12内设有信号线通道(未示出)和高压水管(未示出)，其上端与连接臂驱动轴20连接，下端与小臂驱动轴19连接；中臂11包括左中臂和右中臂，左中臂内设有信号线通道(未示出)，右中臂内设有高压水管(未示出)，中臂上端与小臂驱动轴19连接，下端与中臂驱动轴18连接；大臂10包括左大臂和右大臂，左大臂内设有信号线通道(未示出)，右大臂内设有高压水管(未示出)，大臂10上端与中臂驱动轴连接18，下端与大臂驱动轴17连接，大臂驱动轴17设置在底座8上；底座8装设在回转支承2上，回转支承2安装在行走机构的车架1上，回转支承2中心处设有回转支承驱动轴16；高压水驱动装置9安装在底座8后面，进水口与进水管22连接，出水口与高压水管(未示出)连接。

在每个驱动轴处都安装有驱动装置(未示出)，用以驱动各个轴的旋转；回转支承驱动装置(未示出)、大臂驱动装置(未示出)、中臂驱动装置(未示出)和小臂驱动装置(未示出)采用伺服电机，连接臂驱动装置(未示出)和喷枪驱动装置(未示出)采用步进电机。回转支承2在回转支承驱动装置(未示出)的作用下，可以带动底座8绕回转支承驱动轴16三百六十度旋转；大臂10在大臂驱动装置(未示出)的作用下，绕大臂驱动轴17在垂直面内旋转角度θ₁变化范围为0度到150度；中臂10在中臂驱动装置(未示出)的作用下，绕中臂驱动轴18在垂直面内的旋转角度θ₂变化范围为0度到180度；小臂12在小臂驱动装置(未示出)的作用下，绕小臂驱动轴19在垂直面内的旋转角度θ₃变化范围为0度到180度；连接臂13在连接臂驱动装置(未示出)的作用下，绕连接臂驱动轴20在垂直面内的旋转角度θ₄变化范围为90度到270度；喷枪在喷枪驱动装置(未示出)的作用下，绕喷枪驱动轴21在水平面内的旋转角度θ₅变化范围为90度到270度。

如图3所示，所述控制系统包括监控系统和机载控制系统。监控系统用于在远程监控所述智能移动清洗机器人和在人工操作模式下控制所述智能移动清洗机器人的运行；机载控制系统设置在机器人本体上，控制所述智能移动清洗机器人的自主运行与工作。

所述监控系统设置在远程监控室23内，包括监控计算机24，人机接口，监控无线收发设备29。人机接口包括显示器25、键盘26、鼠标27和手动操作杆28；显示器25与监控计算机24连接，完成从机载控制系统传输过来的图像传感器36和声纳传感器37采集的信息以及所述智能移动清洗机器人工作状态的显示工作，以便监控人员监控和判断是否需要进入人工操作模式；所述键盘26、鼠标27和手动操作杆28与监控计算机24连接，在人工操作模式下向所述智能移动清洗机器人发送控制命令；监控无线收发设备29连接在监控计算机24上，与机载无线收发设备31配对工作，实现监控系统与机载控制系统之间的命令、数据和图像信息的远距离(不大于3km)可靠传输。

所述机载控制系统设置在所述智能移动清洗机器人的本体上，包括机载无线收发设备31、工业控制计算机30、图像采集卡32、运动控制卡33、单片机34、驱动器35、驱动装置(未示出)、图像传感器36和声纳传感器37。工业控制计算机30是所述智能移动清洗机器人的控制核心，机载无线收发设备31、工业控制计算机30、单片机34和驱动器35都设置在底座8内；机载无线收发设备31连接在工业控制计算机30上，与监控无线收发设备29配对工作；图像传感器36安装在喷枪基座14上，通过信号线(未示出)与图像采集卡32连接；图像采集卡32安装在工业控制计算机30的PCI插槽上，将图像传感器36采集的图像信息输入工业控制计算机30；驱动装置(未示出)共八个，分别安装在六个驱动轴和行走机构的两个驱动轮3处，每个驱动装置(未示出)对应一个驱动器35；运动控制卡33安装在工业控制计算机30的PCI插槽上，通过信号线(未示出)与驱动器35连接；声纳传感器37共有三个，相互之间以120°的夹角安装在底座8上，通过信号线(未示出)与单片机34连接，并将采集的周围环境信息输入单片机34；单片机34通过RS232总线与工业控制计算机30连接，将声纳传感器37输入的信息进行处理后传输给工业控制计算机30。

所述智能移动清洗机器人可以实现机器人两轮驱动、底座8旋转、大臂10在垂直面内旋转、中臂11在垂直面内旋转、小臂12在垂直面内旋转、连接臂13在垂直面内旋转、喷枪在水平面内旋转，共8自由度；工业控制计算机30通过运动控制卡33控制各个运动机构协调工作，完成清洗任务。

所述智能移动清洗机器人的工作过程：

1)移动阶段

这个阶段的任务是控制所述智能移动清洗机器人到达预定的清洗位置。

在所述智能移动清洗机器人开启时首先检测机器人是否已经在预定位置，如果已经在预定位置，工作过程就进入定位阶段；如果没有达到预定位置，所述智能移动清洗机器人就进入移动的前期准备工作。

首先开启图像传感器36和声纳传感器37，用于获取周围环境信息，并将获取的信息传输到工业控制计算机30。工业控制计算机30获得环境信息后立即进行处理，并根据处理结果分析前进道路上的障碍物情况。如果前进道路上有障碍物就调用避障程序进行避障，没有障碍物就继续前进，当所述智能移动清洗机器人到达预定位置后就进入定位阶段。

2)定位阶段

这个阶段的任务是控制喷枪对设备上的污物(污物可以是设备外壁的污物，也可以是管道里的污物)进行定位。

所述智能移动清洗机器人到达预定位置后就停止声纳传感器37的工作，由图像传感器36获取设备信息。工业控制计算机30处理获得的图像信息得到污物位置(此处的采用图像处理技术获取污垢位置的技术为现有技术)，然后通过运动控制卡33控制各个运动机构协调工作，完成喷枪对污物的定位。定位完成后，所述智能移动清洗机器人就进入清洗阶段。

3)清洗阶段

这个阶段的任务是完成对污物的清洗。

所述智能移动清洗机器人完成喷枪对污物的定位后就启动高压水驱动装置9驱动高压水对污物实施清洗，并根据图像传感器36传回的污物清洗情况改变高压水的压力，当污物清洗干净后就停止高压水驱动装置9工作。

一次污物清洗完成，所述智能移动机器人就进入下一个污物的清洗工作。如此往复，直到设备上所有污物被清洗干净，就控制所述智能移动清洗机器人回到起始点。

所述智能移动清洗机器人的工作模式：

1)自主运行模式

自主运行模式是所述智能移动清洗机器人的主要工作模式，它根据工业控制计算机30内部的控制程序自动控制所述智能移动清洗机器人移动及完成清洗工作。当所述智能移动清洗机器人在自主运行模式下出现问题或自主运行模式不能完成清洗任务时就采用人工操作模式。

2)人工操作模式

人工操作模式是所述智能移动清洗机器人的辅助工作模式，监控人员在监控所述智能移动清洗机器人的运行时，当发现自主运行有误就立即启动人工操作模式，监控人员通过键盘26、鼠标27和手动操作杆28向所述智能移动清洗机器人发送控制命令控制机器人回到起始点并停止工作，以便工作人员进行检修；或者设备清洗难度过大，所述智能移动清洗机器人在自主运行模式下不能完成清洗任务时，监控人员也启动人工操作模式，通过键盘26、鼠标27和手动操作杆28发送控制命令控制所述智能移动清洗机器人完成清洗任务。

Claims (7)

1.一种智能移动清洗机器人，其特征在于，在行走机构上设置有回转支承，回转支承上设置有底座，大臂的一端通过大臂驱动轴与底座连接，大臂的另一端依次通过中臂、小臂和连接臂与喷枪机构连接，所述的喷枪机构包括喷枪基座和喷枪体，为喷枪体供水的进水管接到智能移动清洗机器人上，智能移动清洗机器人上还设有控制机构。

2.根据权利要求1所述的智能移动清洗机器人，其特征在于，大臂与中臂通过中臂驱动轴连接，中臂与小臂通过小臂驱动轴连接，小臂与连接臂通过连接臂驱动轴连接，连接臂与喷枪基座之间通过喷枪驱动轴连接。

3.根据权利要求1所述的智能移动清洗机器人，其特征在于，所述的行走机构为履带-轮式行走机构，其具体结构为：车架的前端或后端设置有主动轮，另一端设置有从动轮，车架的上方设有用于在车将上方支撑履带的托轮，车架的下方设有支重轮，主动轮、从动轮、托轮和支重轮均与履带内侧的履带面相接触。

4.根据权利要求1所述的智能移动清洗机器人，其特征在于，所述的控制机构为：图像传感器安装在喷枪基座上，通过信号线与机载的工业控制计算机上的图像采集卡连接，声纳传感器通过单片机与工业控制计算机连接。

5.根据权利要求4所述的智能移动清洗机器人，其特征在于，所述的控制机构还包括机载无线收发设备，机载无线收发设备与工业控制计算机连接。

6.根据权利要求1所述的智能移动清洗机器人，其特征在于，在底座上设有高压水驱动装置，高压水驱动装置的进水口与进水管相接，高压水驱动装置的出水口连接柔性水管为喷枪体供水。

7.根据权利要求1-6任一项所述的智能移动清洗机器人，其特征在于，所述的大臂、中臂、小臂和连接臂均为中空结构。

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