CN103343519A - 一种新型智能清洁机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型智能清洁机器人及其控制方法，属于清洁设备领域，其特征在于：机体上安装有行走攀爬机构和识别避障模块；行走攀爬机构包括轮轴，轮轴的两端安装辐片轮，辐片轮包括外辐片轮体和内辐片轮体，外辐片轮体的辐片能与内辐片轮体的辐片相重合与分离，在外辐片轮体的辐片上或者内辐片轮体的辐片上安装第一光电传感器。此种机器人通过控制系统实时检测识别避障模块和第一光电传感器的信号，控制内辐片轮体和外辐片轮体重合与分离，实现辐片轮在攀爬与滚动状态的转化，能够适用于既有斜坡又有台阶的地况；同时通过识别避障模块实现了不同地况的识别与避障，提高了机器人工作的安全性。

Description

一种新型智能清洁机器人及其控制方法

技术领域

本发明属于清洁设备技术领域，具体涉及一种新型智能清洁机器人及其控制方法。

背景技术

随着人们生活质量的逐日提高，对环境卫生的要求也越来越严格。为此，国家每年都要针对卫生清洁问题投入大量的人力、物力和财力，不仅危害了清洁人员的身体健康，还随着各种交通车辆的增多，关于危及清洁人员人身安全的交通事故也颇有发生，提高了清洁人员的危险系数，愿意加入清洁工作的人员越来越少。

随之，人们发明了用于清洁地面的机器人，可以用此种机器人来清洁地面宽敞的平地，为我国的卫生清洁工作节省了部分人力和物力。但是，所需清洁场合的地况并非都是平地，也存有大量的台阶和斜坡，甚至是同一场合同时包含了平地、台阶和斜坡三种不同的地况，地况复杂，清洁工作的流程繁琐。所以，现有的清洁地面的机器人无法完成对复杂地况的清洁工作，适应性差。

由此可见，研发一款能够适用于复杂地况的清洁机器人，成为本领域技术人员丞待解决的技术课题。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型智能清洁机器人及其控制方法，能够适用于不同的地况。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：设计一种新型智能清洁机器人，包括机体和控制系统，其特征在于：机体上安装有行走攀爬机构和识别避障模块；

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型智能清洁机器人及其控制方法，能够适用于不同的地况。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：设计一种新型智能清洁机器人，包括机体和控制系统，其特征在于：机体上安装有行走攀爬机构和识别避障模块；

行走攀爬机构包括轮轴，轮轴的两端安装辐片轮，辐片轮包括外辐片轮体和内辐片轮体，外辐片轮体和内辐片轮体均包括轮毂，轮毂的外周固定有两个以上的辐片，辐片沿轮毂的周向均匀分布，并且内辐片轮体与外辐片轮体具有相同数量的辐片；外辐片轮体过盈配合在轮轴上，外辐片轮体内侧的轮轴上套装有内辐片轮体，内辐片轮体与轮轴间相转动连接；内辐片轮体连接第一驱动装置，轮轴连接第二驱动装置，第二驱动装置带动外辐片轮体旋转，使外辐片轮体的辐片与内辐片轮体的辐片相重合与分离，相分离时，外辐片轮体的辐片外端与内辐片轮体的辐片外端形成完整的圆周；

在外辐片轮体的辐片上或者内辐片轮体的辐片上安装第一光电传感器；

识别避障模块包括第二光电传感器、第三光电传感器、第四光电传感器和第五光电传感器；第二光电传感器和第三光电传感器安装在机体的前面，第三光电传感器位于第二光电传感器的上方；第四光电传感器安装在机体的左侧；第五光电传感器安装在机体的右侧；

控制系统包括CPU单元、驱动单元和信号检测单元，信号检测单元采集识别避障模块和第一光电传感器的信号并将该信号传送给CPU单元，CPU单元通过驱动单元将控制信号传递给第一驱动装置和第二驱动装置。

优选的，机体上还设置有吸尘器，吸尘器通过升降机构联接在机体上；

升降机构包括导槽、齿轮、齿条和驱动齿轮转动的第一电机，第一电机控制连接驱动单元；导槽固定在机体上，齿条安装在导槽中，齿轮与齿条相啮合，齿条连接吸尘器；导槽的顶端安装限位开关，限位开关为信号检测单元提供检测信号。

优选的，机体上还铰接有支撑架，支撑架中安装转轴，转轴上固定套装有滚筒，滚筒上设置有毛刷；转轴上安装有驱动其转动的第二电机，第二电机控制连接驱动单元。

优选的，外辐片轮体与内辐片轮体之间的轮轴上安装有推力球轴承。

优选的，内辐片轮体与第一驱动装置之间设置有减速器。

优选的，第一驱动装置和第二驱动装置为伺服电机。

本发明还提供了一种新型智能清洁机器人的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

⑴ 接通总电源，吸尘器和第二电机开始工作，并实时执行步骤⑵；

⑵ 信号检测单元检测识别避障模块和第一光电传感器发出的信号并上传给CPU单元；

当CPU单元检测到第一光电传感器、第二光电传感器、第三光电传感器、第四光电传感器和第五光电传感器均未被遮光时，CPU单元通过驱动单元控制第一驱动装置和第一电机以同样的转速正转；

当CPU单元检测到第二光电传感器、第三光电传感器、第四光电传感器和第五光电传感器均未被遮光，且第一光电传感器被遮光，执行步骤⑶，然后机体前行；

当CPU单元检测到只有第二光电传感器被遮光时，执行步骤⑶，然后机体前行；

当CPU单元检测到第二光电传感器和第三光电传感器同时被遮光时，CPU单元通过驱动单元控制第一驱动装置和第一电机工作，使机体停止或者后退；

当CPU单元检测到第二光电传感器、第三光电传感器和第四光电传感器同时被遮光时，CPU单元通过驱动单元开启第一电机，并控制第一驱动装置和第二驱动装置以同样的转速正转，使机体右转；

当CPU单元检测到第一光电传感器、第二光电传感器和第四光电传感器同时被遮光时，CPU单元通过驱动单元开启第一电机，并控制第一驱动装置和第二驱动装置以同样的转速正转，使机体左转；

当CPU单元检测到第一光电传感器、第二光电传感器、第三光电传感器和第四光电传感器同时被遮光时，CPU单元通过驱动单元控制第一驱动装置和第二驱动装置以同样的转速反转，使机体后退；

⑶ CPU单元通过驱动单元控制第一驱动装置和第一电机工作，同时，CPU单元进入延时状态，

第一驱动装置转动的角度为：m=360/2a，

延迟时间为：t=m/u，

a为内辐片轮体中辐片的数量；

u为第一驱动装置的旋转角速度；

待延时时间t结束，CPU单元控制第一驱动装置和第二驱动装置以同样的转速旋转。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过控制系统实时检测识别避障模块和第一光电传感器的信号，控制内辐片轮体和外辐片轮体重合与分离，实现辐片轮在攀爬与滚动状态的转化，能够适用于既有斜坡又有台阶的地况；同时通过识别避障模块实现了不同地况的识别与避障，提高了机器人工作的安全性。

2、由于吸尘器通过升降机构联接在机体上，并且在升降机构的顶端安装有限位开关，可使控制系统根据不同的地况，自动控制吸尘器升降，在不影响吸尘器对灰尘等垃圾的吸附力的前提下，以满足不同的地况需求。

3、由于机体上铰接有电动滚刷，能够依靠支撑架的摆动自动调节滚刷的高度，使毛刷始终贴敷于地面，增强了清洁效果，并且实现了吸尘后的二次清洁；

4、本发明结构简单，能够实现智能控制与避障，适用于不同的地况环境，便于在行业内推广应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A的剖视图；

图3是图2中B-B的剖视放大图；

图4是图1中局部I的放大图；

图5是图1中局部II的放大图；

图6是本发明中幅片轮的状态示意图一；

图7是本发明中幅片轮的状态示意图二；

图8是本发明中吸尘装置的结构示意图；

图9是本发明中电动滚刷的结构示意图；

图10是本发明中控制系统的电路框图。

图中标记：1、机体； 2、轮轴；21、第二驱动装置；3、辐片轮；31、内辐片轮体；32、外辐片轮体；33、推力球轴承；34、第一光电传感器；35、轮毂；36、辐片；4、电动滚刷；41、支撑架；42、转轴；43、滚筒；44、第二电机；45、毛刷；5、吸尘装置；51、吸尘器；52、齿条；53、导槽；54、齿轮；55、第一电机；56、限位开关；6、识别避障模块；61、第二光电传感器；62、第三光电传感器；63、第四光电传感器；64、第五光电传感器；7、减速器；8、第一驱动装置；9、控制系统；91、CPU单元；92、驱动单元；93、信号检测单元。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明中，将靠近轮轴2中部的一侧定义为内侧，相应地将靠近轮轴2端部的一侧定义为外侧；将辐片36远离轮毂35的一端定义为外端；同时以机体1的前进方向为参考基准，机体1的头部定义为前部，相应地将机体1的尾部定义为后部。

本实施例以内辐片轮体31和外辐片轮体32中，辐片36的数量均为五进行说明。如图1所示，机体1上安装有行走攀爬机构、识别避障模块6、吸尘装置5和电动滚刷4。

行走攀爬机构包括轮轴2，轮轴2的两端安装辐片轮3，辐片轮3包括外辐片轮体32和内辐片轮体31。如图6所示，外辐片轮体32包括轮毂35，轮毂35的外周固定有五个辐片36，辐片36沿轮毂35的周向均匀分布，内辐片轮体31的结构与外辐片轮体32相同；如图3所示，外辐片轮体32过盈配合在轮轴2上，外辐片轮体32内侧的轮轴2上安装有轴承，轴承的外周配装有轴套，轴套固定安装在内辐片轮体31的轮毂35内，使内辐片轮体31与轮轴2间相转动连接；如图4所示，外辐片轮体32与内辐片轮体31之间的轮轴2上安装有推力球轴承33，内辐片轮体31连接第一驱动装置8，且内辐片轮体31与第一驱动装置8之间设置有减速器7。如图5所示，轮轴2连接第二驱动装置21，第二驱动装置21带动外辐片轮体32旋转，使外辐片轮体32的辐片与内辐片轮体31的辐片相重合与分离，如图7所示，相分离时，外辐片轮体32的辐片外端与内辐片轮体31的辐片外端形成完整的圆周；在外辐片轮体32的辐片36上安装第一光电传感器34。

机体1上共安装有两根轮轴2，其中一根位于机体1的前部，另一根位于机体1的后部，两根轮轴2经过链轮传动机构共同连接第二驱动装置21，第二驱动装置21带动四个外辐片轮体32共同旋转，同时完成状态示意图一与状态示意图二间的转化。四个内辐片轮体31则各自连接第一驱动装置8，共配备四个同样的第一驱动装置8。

如图2所示，在机体1上还安装有识别避障模块6，识别避障模块6包括第二光电传感器61、第三光电传感器62、第四光电传感器63和第五光电传感器64；第二光电传感器61和第三光电传感器62安装在机体1的前面，第三光电传感器62位于第二光电传感器61的上方；第四光电传感器63安装在机体1的左侧；第五光电传感器64安装在机体1的右侧。

如图8所示，机体1的前端还设置有吸尘装置5，吸尘装置5中设有吸尘器51，吸尘器51通过升降机构联接在机体1上；升降机构设置导槽53，导槽53固定在机体1上，导槽53内设置齿条52，齿条52与齿轮54相啮合，齿轮54连接第一电机55，第一电机55控制连接驱动单元92；齿条52的下端连接吸尘器51，第一电机55固定在机体1上；导槽53的顶端安装限位开关56，限位开关56为信号检测单元93提供检测信号。

如图9所示，机体1的后端还安装有电动滚刷4，电动滚刷4中设置支撑架41，支撑架41铰接在机体1上，支撑架41中安装转轴42，转轴42上固定套装有滚筒43，滚筒43上设置有毛刷45；转轴42上安装有驱动其转动的第二电机44，第二电机44控制连接驱动单元92。

如图10所示，控制系统9包括CPU单元91、驱动单元92和信号检测单元93，信号检测单元93采集识别避障模块6和第一光电传感器34的信号并将该信号传送给CPU单元91，CPU单元91通过驱动单元92将控制信号传递给第一驱动装置8和第二驱动装置21。

上述第一驱动装置8和第二驱动装置21选用伺服电机；当然也可以选用其它控制其旋转的动力机构，只要能满足旋转控制要求即可。

上述第一光电传感器34还可以安装在内辐片轮体31的辐片36上。

本发明的工作过程及控制原理如下：

⑴ 接通总电源，吸尘器51和第二电机44开始工作。

⑵ 在工作的过程中，由信号检测单元93实时进行信号检测；信号检测单元93检测识别避障模块6和第一光电传感器34发出的信号并上传给CPU单元91。当CPU单元91检测到第一光电传感器34、第二光电传感器61、第三光电传感器62、第四光电传感器63和第五光电传感器64均未被遮光时，CPU单元91通过驱动单元92控制第一驱动装置8和第一电机55以同样的转速正转。当CPU单元91检测到第二光电传感器61、第三光电传感器62、第四光电传感器63和第五光电传感器64均未被遮光，且第一光电传感器34被遮光，执行步骤⑶，使辐片轮3由状态二转化到状态一，然后机体1前行。当CPU单元91检测到只有第二光电传感器61被遮光时，执行步骤⑶，使辐片轮3由状态一转化到状态二，然后机体1前行。当CPU单元91检测到第二光电传感器61和第三光电传感器62同时被遮光时，CPU单元91通过驱动单元92控制第一驱动装置8和第一电机55，使机体1停止或者后退。当CPU单元91检测到第二光电传感器61、第三光电传感器62和第四光电传感器63同时被遮光时，CPU单元91通过驱动单元92控制第一驱动装置8和第二驱动装置21以同样的转速正转，使机体1右转。当CPU单元91检测到第二光电传感器61、第三光电传感器62和第五光电传感器64同时被遮光时，CPU单元91通过驱动单元92控制第一驱动装置8和第二驱动装置21以同样的转速正转，使机体1左转。当CPU单元91检测到第二光电传感器61、第三光电传感器62、第四光电传感器63和第五光电传感器64同时被遮光时，CPU单元91通过驱动单元92控制第一驱动装置8和第二驱动装置21以同样的转速反转，使机体1后退。

⑶ CPU单元91通过驱动单元92控制第一驱动装置8和第一电机55工作，同时，CPU单元91进入延时状态，

第一驱动装置8转动的角度为：m=360/10=36度，

延迟时间为：t=m/u，

u为第一驱动装置8的旋转角速度；

待延时时间t结束，CPU单元91控制第一驱动装置8和第二驱动装置21以同样的转速旋转。

并且在上述工作的过程中，由升降机构控制吸尘器51的升降，在不影响吸尘器51对灰尘等垃圾的吸附力的前提下，以满足不同的地况需求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种新型智能清洁机器人，包括机体和控制系统，其特征在于：机体上安装有行走攀爬机构和识别避障模块；

行走攀爬机构包括轮轴，轮轴的两端安装辐片轮，辐片轮包括外辐片轮体和内辐片轮体，外辐片轮体和内辐片轮体均包括轮毂，轮毂的外周固定有两个以上的辐片，辐片沿轮毂的周向均匀分布，并且内辐片轮体与外辐片轮体具有相同数量的辐片；外辐片轮体过盈配合在轮轴上，外辐片轮体内侧的轮轴上套装有内辐片轮体，内辐片轮体与轮轴间相转动连接；内辐片轮体连接第一驱动装置，轮轴连接第二驱动装置，第二驱动装置带动外辐片轮体旋转，使外辐片轮体的辐片与内辐片轮体的辐片相重合与分离，相分离时，外辐片轮体的辐片外端与内辐片轮体的辐片外端形成完整的圆周；

在外辐片轮体的辐片上或者内辐片轮体的辐片上安装第一光电传感器；

识别避障模块包括第二光电传感器、第三光电传感器、第四光电传感器和第五光电传感器；第二光电传感器和第三光电传感器安装在机体的前面，第三光电传感器位于第二光电传感器的上方；第四光电传感器安装在机体的左侧；第五光电传感器安装在机体的右侧；

控制系统包括CPU单元、驱动单元和信号检测单元，信号检测单元采集识别避障模块和第一光电传感器的信号并将该信号传送给CPU单元，CPU单元通过驱动单元将控制信号传递给第一驱动装置和第二驱动装置。

2.按照权利要求1所述的新型智能清洁机器人，其特征在于：机体上还设置有吸尘器，吸尘器通过升降机构联接在机体上；

升降机构包括导槽、齿轮、齿条和驱动齿轮转动的第一电机，第一电机控制连接驱动单元；导槽固定在机体上，齿条安装在导槽中，齿轮与齿条相啮合，齿条连接吸尘器；导槽的顶端安装限位开关，限位开关为信号检测单元提供检测信号。

3.按照权利要求1或2所述的新型智能清洁机器人，其特征在于：机体上还铰接有支撑架，支撑架中安装转轴，转轴上固定套装有滚筒，滚筒上设置有毛刷；转轴上安装有驱动其转动的第二电机，第二电机控制连接驱动单元。

4.按照权利要求3所述的新型智能清洁机器人，其特征在于：外辐片轮体与内辐片轮体之间的轮轴上安装有推力球轴承。

5.按照权利要求4所述的新型智能清洁机器人，其特征在于：内辐片轮体与第一驱动装置之间设置有减速器。

6.按照权利要求5所述的新型智能清洁机器人，其特征在于：第一驱动装置和第二驱动装置为伺服电机。

7.一种权利要求6所述的新型智能清洁机器人的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

⑴ 接通总电源，吸尘器和第二电机开始工作，并实时执行步骤⑵；

⑵ 信号检测单元检测识别避障模块和第一光电传感器发出的信号并上传给CPU单元；

当CPU单元检测到第一光电传感器、第二光电传感器、第三光电传感器、第四光电传感器和第五光电传感器均未被遮光时，CPU单元通过驱动单元控制第一驱动装置和第一电机以同样的转速正转；

当CPU单元检测到第二光电传感器、第三光电传感器、第四光电传感器和第五光电传感器均未被遮光，且第一光电传感器被遮光，执行步骤⑶，然后机体前行；

当CPU单元检测到只有第二光电传感器被遮光时，执行步骤⑶，然后机体前行；

当CPU单元检测到第二光电传感器和第三光电传感器同时被遮光时，CPU单元通过驱动单元控制第一驱动装置和第一电机工作，使机体停止或者后退；

当CPU单元检测到第二光电传感器、第三光电传感器和第四光电传感器同时被遮光时，CPU单元通过驱动单元开启第一电机，并控制第一驱动装置和第二驱动装置以同样的转速正转，使机体右转；

当CPU单元检测到第一光电传感器、第二光电传感器和第四光电传感器同时被遮光时，CPU单元通过驱动单元开启第一电机，并控制第一驱动装置和第二驱动装置以同样的转速正转，使机体左转；

当CPU单元检测到第一光电传感器、第二光电传感器、第三光电传感器和第四光电传感器同时被遮光时，CPU单元通过驱动单元控制第一驱动装置和第二驱动装置以同样的转速反转，使机体后退；

⑶ CPU单元通过驱动单元控制第一驱动装置和第一电机工作，同时，CPU单元进入延时状态，

第一驱动装置转动的角度为：m=360/2a，

延迟时间为：t=m/u，

a为内辐片轮体中辐片的数量；

u为第一驱动装置的旋转角速度；

待延时时间t结束，CPU单元控制第一驱动装置和第二驱动装置以同样的转速旋转。

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