CN102908102B - 一种清洁机器人用的刷盘 - Google Patents

Abstract

清洁机器人底部安装的刷盘上设置的是呈环形分布放射状排列的多条曲线形盘辐，每条盘辐可连续也可间断，扫地、吸尘用的刷毛或者是洗地用的刷片、刷条中的至少一种设置在盘辐上，刷盘旋转时，刷毛或刷片、刷条呈向心旋转，吸口在刷盘的中央，或靠近刷盘的中央，呈环或带状。刷毛和刷片或刷条间隔设置，通过旋转对垃圾和脏水均能起作用。

Description

一种清洁机器人用的刷盘

技术领域

本发明涉及一种清洁地面用的刷盘，主要用于的自动（智能）洗地机、吸尘器（又称清洁机器人）。

背景技术

目前智能吸尘器正被越来越多的家庭所关注、被年轻人所喜欢，参见www.bblqs.com，一般的智能吸尘器清理地面的主要部件主要包括侧刷（边刷）、转（滚）刷和吸口，有吸口与转刷的组合（见Neato）、有吸口与侧刷组合（V-BOT）、有吸口与转刷、单侧刷的三重组合（见Roomba），还有吸口与转刷、双侧刷的组合（LG的HOM-BOT），边刷、滚刷在日常清扫中，一般会被头发、毛线等细物缠绕，不仅影响清扫的效果，而且如果不能定期清理，电机因为负荷变高会受到较大扭力而引起电机发热，日积月累缠绕情况较轻会加大电池负荷影响电池寿命，严重的话会直接烧毁电机。而智能拖地机目前仅可见两种，见http://www.bblqs.com/article/399.htm，还没有能拖地（洗地）、吸尘合一的清洁机器人出现，国内的吸尘机器人在商场可见的主要有银星智能电器的Kv8系列、科沃斯地宝系列和益节、福玛特等，基本上是仿造的Roomba，台湾的产品也是如此。

发明内容

本发明设计了一种新型的刷盘，仅用一个就能代替边刷和滚刷，尽可能地简化清扫机构的部件，并且能够缓解刷子被毛发缠绕的问题，能够被拖地、吸尘合一的清洁机器人采用：

本刷盘是这样设计的：清洁机器人底部安装的刷盘上设置的是呈环形分布放射状排列的多条曲线形盘辐，每条盘辐可连续也可间断，扫地、吸尘用的刷毛或者是洗地用的刷片、刷条中的至少一种设置在盘辐上，刷盘旋转时，刷毛或刷片、刷条呈向心旋转，吸口在刷盘的中央，或靠近刷盘的中央，呈环或带状。刷毛和刷条或刷片间隔设置，通过旋转对垃圾和脏水均能起作用。由于刷盘可做得比较大，最大能有与吸尘器（洗地机）机体本身一样宽覆盖范围，所以可省去侧刷，直径比转刷大得多，又朝下设置，毛发较难缠绕；由于刷盘呈向心旋转，能将外围的垃圾（脏水）挤到中央，被吸进吸口；刷盘有盖（中央有孔）或者无盖，可在无盖的固定刷毛（片、条）的盘辐侧面（或上侧）以及盘辐之间的加强筋上设置刃（金属或硬塑料），即便有毛发缠绕，收紧时能被盘辐或加强筋上的刃所切割断。

附图说明：

图1为本发明优选的实施例。

图2～6为本发明其它的实施例。

图7、图8为本发明一些实施例中盘盖示意图。

图9～图11为本发明一些实施例中加强筋形状示意图。

图12、图13为本发明的刷盘与清洁系统连接的示意图。

图14～16为传统行走机构安装刷盘的示意图。

图17～19为全方位行走机构安装刷盘的示意图。

具体实施方案：

清洁机器人底部安装的刷盘1上设置的是呈环形分布放射状排列的多条曲线形盘辐2，每条盘辐2可连续也可间断，扫地、吸尘用的刷毛3或者是洗地用的刷片4、刷条5中的至少一种设置在盘辐2上，吸口6在刷盘1的中心位置，如图1～4，或靠近刷盘1的中心，呈环（如图5）或带状（如图6）。刷盘1旋转（单向旋转）时，刷毛3或刷片4、刷条5呈向心旋转。刷毛3和刷片4、刷条5间隔设置，通过旋转对垃圾和脏水均能起作用。所谓间隔设置可以是一根盘辐2中一段是刷毛3、一段是刷片4（刷条5）再一段是刷毛3……；或者一根盘辐2中设置的是刷毛3，邻近的盘辐中设置的是刷片4（刷条5）。也可只设置单一的刷毛3、刷片4或刷条5，用于单纯的自动吸尘器或自动拖（洗）地机。单纯的自动拖（洗）地机也可间隔设置刷片4和刷条5。刷盘有盖7（中央有孔）或者无盖，无盖的盘辐2与盘辐2之间可设置的加强筋8。

刷盘1在清洁机器人下方可设置多个。如两个（如图14）、三个（如图15）、四个（如图18），这多个刷盘1可共用一个旋转系统、多个吸口6通向一个垃圾吸入通道10。可通过带转动或齿轮等常用的方式同时驱动各个刷盘1，或驱动一个刷盘1，每个刷盘盖7外缘有齿轮，各个刷盘盖7外缘的齿轮互相啮合（三个刷盘可一拖二），刷盘盖7外缘互相啮合的刷盘1的旋转方向是相反的，故盘辐2的弯曲方向也要相反。

刷盘1的旋转方向与机器人靠左还是靠右走（绕物体边界顺时针还是逆时针）有关，一般靠左走的机器人刷盘1最好逆时针旋转，靠右走的机器人刷盘1最好顺时针旋转，可减小刷子对侧面（墙壁或障碍物）的摩擦力，盘辐2的弯曲方向则与刷盘1的旋转方向一致以达到向心旋转的效果。刷盘1的转速不宜太快，否则会摩擦力大，对地面或刷子（包括刷毛3、刷片4、刷条5）有损伤。

刷盘1上设置的每条盘辐2一般为曲线：包括直线、折线、线段、弧线、抛物线、螺线、渐开线等，可连续设置，也可间断设置如图1~6（不要求每条盘辐2等长），间断设置的好处是刷子转动时阻力相对连续的要小些；连续设置的盘辐上刷子之间也可以不连续（间隔设置）。刷毛3或刷片4、刷条5可以采用嵌入方式安装通过销钉挂在盘辐2上，也可通过胶水或魔术贴（粘扣带）固定，可如汽车上的雨刮器或拖把等方式固定，刷毛3为常用的清扫垃圾的毛或棕或化纤、丝织品等，刷片4可为竖向或斜向设置用于刮铲贴在地表的赃物或液体的皮革、塑料或橡胶（比如俗称“牛筋”的热塑弹性橡胶），刷条5可为橡胶，海绵、泡沫（塑料）、化纤、毛毡、纸巾、毛巾、布条、皮革等制成的条状或辊状材料，可用于吸水或刮水或清扫，刷毛3、刷片4、刷条5也可用其它（可用于扫地或拖地的）材料制作但不应对地面造成损伤，且耐磨、摩擦力小，刷毛3、刷片4、刷条5应便于更换。刷盘盖7本身可为整体的盘状（如洗地机的刷盘），如图7，盘外沿也可设置一下刷子，或敞开式（如图10、11）或半敞开式（如图9）或边缘敞开式（如图8），边缘的刷子可略微延长些（伸出盘辐），可露出吸尘器（洗地机）机体底部，以保证与墙或障碍物的接触，并对墙或障碍物有少许的剐蹭。这种外露的刷子垂直方向应该用耐磨、耐弯折的材料（如化纤、织物、毛毡，鬃毛、橡胶等）制作，也可将刷毛3斜或横向设置。对于清洁机器人来说，因其有贴近地面的碰撞传感器挡板，刷盘盖7可不用整体的盘式，有盖7的边缘敞开的刷盘1（如图8）的好处除了构造简单外，毛发不可能缠绕在盘辐上，半敞开式和敞开式刷盘1的好处是轻便，比较省材料，可在无盖的盘辐2侧面（或上面）以及盘辐之间的加强筋8上设置刃（金属或硬塑料），即便有毛发缠绕，收紧时能被盘辐2或加强筋8上的刃所切割断。小型的清洁机器人刷盘1上的盘辐2数量可少些，每条盘辐2尽可能短些，以减少摩擦力，如果机器人的功率足够，盘辐2的数量可多些，或每条盘辐2弯曲程度大些。盘辐2设置多少与刷盘转刷以及机器人行走速度也有关系，速度快的盘辐就要多设置些，速度慢的可少设置些，如图1～3的设置就是考虑到刷盘外围的线速度慢，内圈的线速度快。

刷盘1与驱动轴11之间可通过“牙”或“销”或“键”等常用方式连接转动，也可将刷盘1通过螺母或销（螺钉）或沉头螺钉12固定在驱动轴上，驱动轴11与垃圾吸入通道10之间可设置轴承13，也可不设置，让垃圾吸入通道10也跟着旋转。刷盘1与驱动轴11或机器人底盘14之间可设置弹簧15保持地面与刷盘1的接触，但又不能太紧造成刷盘易磨损且摩擦力大，吸口6可在刷盘的中心，驱动轴11为管状在垃圾吸入通道10外围；或驱动轴11在刷盘1中心，吸口6在驱动轴11外围为环（内有连接刷盘与驱动轴的筋9，如图5）或带状，或者驱动轴11也为管状，可设置在垃圾吸入通道10内或外，刷盘1中心的空心处（如图6）可安装机器人的驱动轮16或支撑轮17（如图16）或传感器。

清洁机器人内部除了有常用的吸尘部件外，也可设置灌装清水（或加入消毒液、清洁液）的洗地液瓶18（箱、盒或罐），通过一水泵19（常用齿轮泵）将水液喷（或滴）向刷盘的外缘或靠近外缘的地方，刷盘上的出水口20设置一个或多个，刷盘1上的刷片4或刷条5通过向心旋转能将混杂垃圾的脏水刮或拖（挤）向中间的吸口6，并被吸入吸口6，由于脏水滴有一定的质量，被气流卷着进垃圾腔21时，气流变向转弯，脏水滴依靠惯性冲向原来的方向，但被斜向设置的液体挡板22挡住，只能沿液体挡板22滴入垃圾腔21，透过液体过滤网23流向下方的污水箱（盒）24。而气流则被引入气体过滤网25（通常的吸尘器过滤网，最好是Hepa材料制作），被吸尘电机26驱动的叶轮27挤出清洁机器人。如果水泵19不工作，清洁机器人就主要的通过刷盘1上的刷毛3（刷条起辅助作用）将垃圾扫向吸口6，吸进机器，主要起吸尘机器人的作用。图12中的垃圾吸入通道10是垂直向上的，有些低矮的机器人要求将垃圾吸入通道10水平方向（或斜向）进入垃圾腔21，图13中的垃圾吸入通道10就需要弯转。吸尘器内部可常用干湿两用的风机（包括吸尘电机26和叶轮27），目前干湿两用吸尘器技术或洗地机技术已经成熟，不详细说明，但对于家庭能用的智能机来说，要求机器尽可能地小型化，耗电尽可能小（因为使用电池供电）。为了提高洗（拖）地机吸水的效果，还可在吸口6下方设置一块（团）强吸水的海绵（类物质），有吸管直接插入海绵中，海绵与吸管固定在一起。如果是为了提高洗地、吸尘合一的清洁机器人的工作效率（节省电能），还可采用吸尘和吸水两套气流系统（传统的干湿两用吸尘器因为人为设置了挡板22，气流的阻力变大，吸尘电机26的工作效率降低了），刷盘中央位置设置有吸尘和吸水两个吸口6，比如中心是吸水管和海绵，其外围是吸尘口，驱动吸水的可以不是吸尘电机，可使用泵（比如齿轮泵），吸尘时吸水部分不工作，洗（拖地时）吸尘部分不工作。

为了防止大团的垃圾堵塞吸口6，可在吸口6周围设置阻拦架，刷盘盖下还可设置检测拥堵的传感器（如光电对管），但因刷盘1是旋转的，导线需通过滑环连接，或在盘盖7上设置环形窗口，传感器安装在窗口上方的机器人底盘14下方，窗口上还可设置用于消毒的紫光灯。无刷盘盖7的刷盘1上方安装传感器和紫光灯就可直接安装。

现有的清洁机器人都采用左右轮分别驱动的二自由度行走机构，对于追求“遍历”效果的清洁机器人而言，大都采用Roomba的牺牲时间希望“遍历”的路径规划方式（比如花40分钟清扫15平方米的房间），重复路线很多，并且不一定能够遍历，美国的Neato、Evolution和韩国的Samsung、LG采用的是小范围、简单障碍物中追求一次性行走达到遍历的路径规划方式，任意大小、任意复杂障碍物中遍历有困难，可按照图14～16的方式设置刷盘，对于追求高效的任意大小、任意复杂障碍物中遍历路径规划的清洁机器人来说，目前的行走机构难以胜任（要求行走的精确控制），因为普通直流电机有惯性问题，难以保证原地转弯90度的绝对精确，走直线时也因为两个轮子分别驱动等原因会出现偏差，尤其遇到悬空的台阶或斜置的墙或障碍物时，要多次转弯（一会正转一会反转），行走效率低，故要求最好能采用不用转弯的三自由度（全方位）行走机构，现有的三自由度行走机构有一种哈工大与香港中文大学合作始制了基于四个Mecanum 轮（或四个连续切换轮（Omni-Wheel或trans wheel））方式的三自由度行走机构的吸尘机器人（参见《移动式服务机器人的发展现状及我们的研究》.电气传动，2000，30(4)：3-7），因为需采用昂贵的步进电机且控制复杂，运行效率低，所以推广有问题，对于这类四轮设置的清洁机器人来说，可如图17、图18的方式设置刷盘1；还有一种行走机构如ZL03112949.8（已获美国、日本、韩国、德国、英国、法国专利）在构建清洁机器人时比较有优势，可如图19的方式设置刷盘1。

常用的清洁机器人包括电源、控制部件、传感器、行走机构、清洁部件、机架外壳、充电座等，有的充电座还有后备大容量垃圾箱、传感器等设施，刷盘1属于清洁部件的一种，所谓机器人应该是机器不需一直由人操作，能够一定程度自主运行，本发明的刷盘也可用于普通的吸尘器、洗（拖）地机、打蜡机（洗地液瓶18中装的是腊）的设备，除了用于清洁地面还可用于清洁墙面、玻璃（擦窗器）。

Claims (10)

1.一种清洁机器人用刷盘，其特征在于清洁机器人底部安装的刷盘（1）上设置的是呈环形分布放射状排列的多条曲线形盘辐（2），每条盘辐（2）可连续也可间断，盘辐（2）上设置刷毛（3）或刷片（4）、刷条（5）中的至少一种，刷盘（1）中间位置有吸口（6），刷盘（1）旋转时，刷毛（3）或刷片（4）、刷条（5）呈向心旋转，盘辐（2）上方有刷盘盖（7）或无刷盘盖（7）。

2.根据权利要求1所述的刷盘，其特征是吸口（6）在刷盘的中心位置。

3.根据权利要求1所述的刷盘，其特征是吸口（6）靠近刷盘的中心。

4.根据权利要求1所述的刷盘，其特征是所述的刷盘（1）在清洁机器人下方可设置多个。

5.根据权利要求1所述的刷盘，其特征是盘辐（2）上设置的是刷毛（3）或刷片（4）、刷条（5）中的一种。

6.根据权利要求1所述的刷盘，其特征是无刷盘盖（7）的盘辐（2）侧面或上侧有刃。

7.根据权利要求1所述的刷盘，其特征是无刷盘盖（7）的盘辐（2）之间设置有带刃的加强筋（8）。

8.根据权利要求1所述的刷盘，其特征是洗地机上安装所述的刷盘（1）。

9.根据权利要求1所述的刷盘，其特征是吸尘器上安装所述的刷盘（1）。

10.根据权利要求1所述的刷盘，其特征是擦窗器上安装所述的刷盘（1）。