CN105212840B - 清洁机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清洁机器人及其控制方法，涉及自动控制技术领域，包括设有两个前车轮的车体，车体内装有车架，在车架上设有扫把和垃圾箱，水池、与舵机的输出轴连接的湿拖把、干燥拖把，舵机安装于固定板上，舵机和丝杆的电机与控制器连接，控制器还与方位检测器、速度检测器、超声波测距模块、程序下载及调试器、计数器和驱动电机连接；控制方法：A.清洁机器人移动时中用扫把清扫垃圾，湿拖把清洁地板，干燥拖拖干地板；B.一定时间后将湿拖把送入水池中清洗，清洗后返回原来位置继续拖地；C.检测到电量小于预设值时，清洁机器人自动回到充电基站充电。与现有技术相比，本发明可以一次性实现清理垃圾、拖洗地板和干燥地板的功能。

Description

清洁机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其是一种能实现扫地、清洗、拖干一体化功能的机器人及其控制方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，21世纪全球进入了计算机智能控制/计算时代，以单片机为代表的嵌入式计算机控制或计算为人们设计出了大量的电子产品，使用单片机作为控制系统来搭建清洁机器人的控制或计算平台是当前热门的技术研究领域之一。

产品的多功能性设计已经成为市场的必然需求，目前市场上的大多数清洁机器人只能为用户提供清理垃圾或吸尘的功能，授权公告号为CN2664579的实用新型专利公开了一种地面清洁装置，包括车体，控制单元，吸尘单元和集尘槽，控制单元控制吸尘单元将尘土吸到集尘槽中，对地面具有吸尘作用。但不能实现扫地、清洗地板和拖干地板一体化的功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种清洁机器人及其控制方法，它可以解决清洁机器人不能一次性实现清理垃圾、拖洗地板和干燥地板的问题。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：这种清洁机器人，所述车体内装有车架，在所述车架上设有扫把和垃圾箱，所述车体内部还设有控制器，在所述车架上于所述垃圾箱后方还依次设有水池、与舵机的输出轴连接的湿拖把、干燥拖把，所述舵机安装于通过固定轴与丝杆的电机的基座连接的固定板上，所述丝杆的电机控制组合丝杆的竖置丝杆和横置丝杆，所述舵机和所述丝杆的电机与所述控制器连接，所述控制器还与方位检测器、速度检测器、超声波测距模块、程序下载及调试器、计数器、无线电接收器和分别安装在所述两个前车轮上的驱动电机连接。

上述技术方案中，更具体的技术方案还可以是：所述控制器包括型号为STM32F103RCT6的控制芯片。

进一步的：所述电机包括型号为L298N的驱动芯片。

进一步的：所述方位检测器包括型号为MPU-6050的运动处理传感器。

进一步的：所述程序下载及调试器采用联合测试工作组仿真器即JTAG仿真器对程序进行下载和调试。

进一步的：所述垃圾箱和所述水池与所述车架活动连接。

一种清洁机器人的控制方法，所述清洁机器人是：包括设有两个前车轮的车体，所述车体内装有车架，在所述车架上设有扫把和垃圾箱，所述车体内部还设有控制器，在所述车架上于所述垃圾箱后方还依次设有水池、与舵机的输出轴连接的湿拖把、干燥拖把，所述舵机安装于通过固定轴与丝杆的电机的基座连接的固定板上，所述丝杆的电机控制组合丝杆的竖置丝杆和横置丝杆，所述舵机和所述丝杆的电机与所述控制器连接，所述控制器还与方位检测器、速度检测器、超声波测距模块、程序下载及调试器、计数器、无线电接收器和分别安装在所述两个前车轮上的驱动电机连接；

所述清洁机器人控制方法包括以下步骤：

A.所述控制器初始化后，所述清洁机器人的方位检测器检测该清洁机器人是否在预设路线上，如果在预设路线上，那么所述清洁机器人按照所述预设路线直接移动，如果不在预设路线上，那么所述方位检测器将方位信息传递到所述控制器，所述控制器输出信号控制驱动电机（驱动所述清洁机器人转动至所述预设路线并移动，移动过程中所述扫把扫垃圾进入所述垃圾箱，所述湿拖把将地板清洁，用所述干燥拖把将清洁过的地板拖干；同时所述计数器计数及所述超声波测距模块检测障碍物，如果所述超声波测距模块检测到障碍物，那么所述清洁机器人自动绕开所述障碍物移动，在避开障碍物时，所述速度检测器调慢所述清洁机器人的运行速度，避开障碍物后，恢复所述清洁机器人的运行速度；如果所述超声波测距模块没有检测到障碍物，那么所述清洁机器人沿着预设路线移动；

B.所述计数器计数达到预设的数值时，所述丝杆的电机驱动所述组合丝杆中的竖置丝杆上移，所述丝杆的电机连同所述湿拖把向上移动，所述湿拖把向上移动一段时间后，所述丝杆的电机控制横置丝杆横向移动，所述丝杆的电机连同所述湿拖把横向移动，通过控制所述横向移动的时间，驱动所述湿拖把移动至所述水池处，舵机驱动所述湿拖把在所述水池中运动，清洗到预设计时间数值后所述丝杆的电机驱动所述湿拖把返回原来位置继续拖地，所述组合丝杆工作时，所述速度检测器将所述清洁机器人的运行速度调为零；

C. 电量小于预设的电量数值时，所述控制器驱动所述无线电接收器工作，所述无线电接收器将接收来自充电基站的信标发出的无线信号，并将该信号输入到所述控制器，所述控制器对所述无线信号进行处理，定位所述充电基站，所述控制器控制所述驱动电机驱动所述清洁机器人按照定位出的路线自动回到充电基站充电。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、本发明包括了用程序控制工作的扫把，垃圾箱，水池，湿拖把，干燥拖把，可以一次性实现清理垃圾、拖洗地板和干燥地板的功能。

2、本发明的主控芯片能对数据进行快速处理从而使系统能稳定地运行在一个顺畅的环境中，实现全自动化操作，能识别自身周围的障碍物，依照程序所制定的路径规划方案行驶，需要充电时自动返回充电基站充电。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的电路控制示意图。

图3是本发明的控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详述：

如图1和图2所示的实施例，这种清洁机器人，包括设有两个前车轮的车体1，所述车体1内装有车架2，在所述车架2上设有扫把3和垃圾箱4，所述车体1内部还设有控制器10，在所述车架2上于所述垃圾箱4后方还依次设有水池5、与舵机17的输出轴连接的湿拖把7、干燥拖把8，所述舵机17安装于通过固定轴与丝杆的电机6-1的基座连接的固定板18上，所述丝杆的电机6-1控制组合丝杆6的竖置丝杆和横置丝杆6-2，所述固定板18设有供所述竖置丝杆穿过的通孔19，所述舵机17和所述丝杆的电机6-1与所述控制器10连接，所述控制器10还与方位检测器11、速度检测器12、超声波测距模块13、程序下载及调试器14、计数器15、无线电接收器20和分别安装在所述两个前车轮上的驱动电机16连接；

控制器10包括控制芯片、时钟电路、复位电路、电源接口和外围I/O接口，控制芯片的型号为STM32F103RCT6，时钟电路与计数器15电路连接，控制器10用于装载驱动程序、将方位信息、速度信息和障碍物信息进行处理，输出控制信号控制驱动电机13工作以及控制丝杆的电机6-1驱动组合丝杆6工作；

电源包括电池、5V稳压芯片和3.3V稳压芯片，5V稳压芯片为LM2940，3.3V稳压芯片为LM1117，电池充满电之后的电压在8.4V，将8.4V的输入电压通过整流滤波之后输入给LM2940稳压芯片，经过LM2940稳压之后输出的电压为5.0V，输出的5.0V的电压再输入给LM1117稳压芯片，经过LM1117稳压之后得到3.3V的电压，从而得到电路所需要用到的5.0V和3.3V的工作电压，5.0V的工作电压给驱动电机16和超声波测距模块13供电，3.3V的工作电压供给控制器10、方位检测器11、速度检测器12和程序下载及调试器14供电；

所述驱动电机16包括电机型号为L298N的驱动芯片和电机外围接口电路，驱动两路步进电机，使能端ENA、ENB为高电平，同时通过改变引脚INA、INB、INC、IND的输出数据置0或1可输出不同的脉冲宽度调制信号，从而驱动电机控制车体1的正方向转动、反方向转动和移动；

所述方位检测器11包括运动处理传感器和方位检测外围接口电路，运动处理传感器为MPU-6050，集成了3轴微电机系统陀螺仪即MEMS陀螺仪，3轴微电机系统加速计即MEMS加速计，以及一个可扩展的数字运动处理器，该方位检测器11能实时检测小车X、Y、Z三个方向上的线加速度和角加速度，通过数据的整合计数能够求出清洁机器人的偏转角度；

所述速度检测器12包括测速码盘和光电计数器：在测速码盘转动的过程中，在设定的时间T内光电计数器记录下测速码盘中小孔的个数N，测速码盘存在的小孔数n、清洁机器人的机轮最大周长L，那么清洁机器人的速度V=(L*N/n)/T；

所述超声波测距模块13包括超声波传感器，运用精确的时差测量，检测传感器与目标物之间的距离，根据在行驶过程中所遇到的不同障碍物对清洁机器人做出相应的调整；

程序下载及调试器14，采用联合测试工作组仿真器即JTAG仿真器将程序烧写到主控芯片中以及进行程序的在线调试；

所述组合丝杆6的竖置丝杆将湿拖把7提起和降落，组合丝杆6的横置丝杆6-2控制湿拖把7往水池5的方向移动和从水池5的方向移到原位置处。

按照图3所示的控制流程图，该清洁机器人的控制方法如下：

该清洁机器人开始工作前，通过程序下载及调试器，采用JTAG仿真器将程序烧写到主控芯片中并在线进行程序调试，调试完成后，所述清洁机器人的方位检测器11检测该清洁机器人是否在预设路线上，如果在预设路线上，那么所述清洁机器人按照所述预设路线直接移动，如果不在预设路线上，那么所述方位检测器11将方位信息传递到所述控制器10，所述控制器10输出信号控制驱动电机16驱动所述清洁机器人转动至所述预设路线并移动，移动过程中所述扫把3扫垃圾进入所述垃圾箱4，所述湿拖把7将地板清洁，用所述干燥拖把8将清洁过的地板拖干；同时所述计数器15计数及所述超声波测距模块13检测障碍物，如果所述超声波测距模块13检测到障碍物，判断此障碍物的大小，如果遇到小障碍物，该小障碍物为长度小于40厘米，宽度小于40厘米，高度小于10厘米的物体，清洁机器人就绕开障碍物并继续向前行驶；如果遇到大的障碍物，该大障碍物为长度大于40厘米，宽度大于40厘米，高度大于10厘米的物体，清洁机器人旋转掉头再向前行驶；在避开障碍物时，所述速度检测器12调慢所述清洁机器人的运行速度，避开障碍物后，恢复所述清洁机器人的运行速度；如果所述超声波测距模块13没有检测到障碍物，那么所述清洁机器人沿着预设路线移动。

所述计数器15计数达到预设的数值时，所述速度检测器将所述清洁机器人的运行速度调为零，所述丝杆的电机6-1驱动所述组合丝杆6中的竖置丝杆穿过通孔19上移，所述丝杆的电机6-1连同所述湿拖把7向上移动，所述湿拖把7向上移动一段时间后，所述丝杆的电机6-1控制横置丝杆6-2横向移动，所述丝杆的电机6-1连同所述湿拖把7横向移动，通过控制所述横向移动的时间，驱动所述湿拖把7移动至所述水池5处，所述竖置丝杆将所述湿拖把7降落置所述水池5内，舵机17驱动所述湿拖把7在所述水池5中运动，清洗到预设计时间数值后所述丝杆的电机6-1驱动所述组合丝杆6的竖置丝杆将所述湿拖把7提起，所述横置丝杆6-2将所述湿拖把7横向移动至原位置处，所述竖置丝杆将所述湿拖把7降落至地面，所述湿拖把7继续拖地；

控制器10检测到电源的电量小于控制芯片程序中预设的数值时，所述控制器10驱动无线电接收器20工作，所述无线电接收器20将接收来自充电基站的信标发出的无线信号，并将所述无线信号输入到控制器10，该控制器10对所述无线信号进行处理，定位出充电基站的位置，控制器10控制驱动电机16驱动清洁机器人按照定位出的路线自动回到充电基站充电。

Claims (1)

1.一种清洁机器人的控制方法，其特征在于：清洁机器人：包括设有两个前车轮的车体(1)，所述车体（1）内装有车架（2），在所述车架（2）上设有扫把（3）和垃圾箱（4），所述车体（1）内部还设有控制器（10），在所述车架(2)上于所述垃圾箱（4）后方还依次设有水池（5）、与舵机（17）的输出轴连接的湿拖把（7）、干燥拖把（8），所述舵机（17）安装于通过固定轴与丝杆的电机（6-1）的基座连接的固定板（18）上，所述丝杆的电机（6-1）控制组合丝杆（6）的竖置丝杆和横置丝杆（6-2），所述舵机（17）和所述丝杆的电机（6-1）与所述控制器（10）连接，所述控制器（10）还与方位检测器（11）、速度检测器（12）、超声波测距模块（13）、程序下载及调试器（14）、计数器（15）、无线电接收器（20）和分别安装在所述两个前车轮上的驱动电机（16）连接；

所述清洁机器人控制方法包括以下步骤：

A.所述控制器（10）初始化后，所述清洁机器人的方位检测器（11）检测该清洁机器人是否在预设路线上，如果在预设路线上，那么所述清洁机器人按照所述预设路线直接移动，如果不在预设路线上，那么所述方位检测器（11）将方位信息传递到所述控制器（10），所述控制器（10）输出信号控制驱动电机（16）驱动所述清洁机器人转动至所述预设路线并移动，移动过程中所述扫把（3）扫垃圾进入所述垃圾箱（4），所述湿拖把（7）将地板清洁，用所述干燥拖把（8）将清洁过的地板拖干；同时所述计数器（15）计数及所述超声波测距模块（13）检测障碍物，如果所述超声波测距模块（13）检测到障碍物，那么所述清洁机器人自动绕开所述障碍物移动，在避开障碍物时，所述速度检测器（12）调慢所述清洁机器人的运行速度，避开障碍物后，恢复所述清洁机器人的运行速度；如果所述超声波测距模块（13）没有检测到障碍物，那么所述清洁机器人沿着预设路线移动；

B.所述计数器（15）计数达到预设的数值时，所述丝杆的电机（6-1）驱动所述组合丝杆（6）中的竖置丝杆上移，所述丝杆的电机（6-1）连同所述湿拖把（7）

向上移动，所述湿拖把（7）向上移动一段时间后，所述丝杆的电机（6-1）控制横置丝杆（6-2）横向移动，所述丝杆的电机（6-1）连同所述湿拖把（7）横向移动，通过控制所述横向移动的时间，驱动所述湿拖把（7）移动至所述水池（5）处，所述竖置丝杆将所述湿拖把（7）降落置所述水池（5）内，舵机（17）驱动所述湿拖把（7）在所述水池（5）中运动，清洗到预设计时间数值后所述丝杆的电机（6-1）驱动所述组合丝杆（6）的竖置丝杆将所述湿拖把（7）提起，所述横置丝杆（6-2）将所述湿拖把（7）横向移动至原位置处，所述竖置丝杆将所述湿拖把（7）降落至地面，所述湿拖把（7）继续拖地，所述组合丝杆（6）工作时，所述速度检测器将所述清洁机器人的运行速度调为零；

C.电量小于预设的电量数值时，所述控制器（10）驱动所述无线电接收器（20）工作，所述无线电接收器（20）将接收来自充电基站的信标发出的无线信号，并将该信号输入到所述控制器（10），所述控制器（10）对所述无线信号进行处理，定位所述充电基站，所述控制器（10）控制所述驱动电机（16）驱动所述清洁机器人按照定位出的路线自动回到充电基站充电。