CN105595923B - 一种智能刷地装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能刷地装置及其控制方法。包括可移动小车、设置于可移动小车底盘上方的控制装置及设置于可移动小车底盘下方的转动刷；所述可移动小车包括用于控制小车前车轮转动的第一车轮电机、用于控制小车后车轮转动的第二车轮电机、用于控制小车转弯的第一、第二转弯电机；所述控制装置包括设置于可移动小车底盘上方的控制箱体，所述控制箱体内设置有控制模块及与该控制模块连接的第一至第五电机驱动模块、通信模块、用于带动所述转动刷转动的转动电机以及电源模块，所述第一至第五电机驱动模块分别与第一、第二车轮电机、第一、第二转弯电机及转动电机连接。本发明实现了全自动的智能刷地，且能够根据不同的待刷地形状，进行刷地方案调整。

Description

一种智能刷地装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种智能刷地装置及其控制方法。

背景技术

传统的刷地机，均为通过人工实现，且如果需要刷地的区域范围过大时，需要浪费巨大的人力，随着现如今智能化过程的进展，越来越多的机器趋于智能化，即全自动智能的方向发展，为了克服传统刷地机的缺点，本申请提出了一种智能刷地装置，完全实现了无人工即可实现对各种需刷地的场合（特别是酒店、大型室内场所等）的刷地，且根据刷地场地区域的形状，可自动采用不同的刷地方案进行刷地过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现了全自动的智能刷地，且能够根据不同的待刷地形状，进行刷地方案调整的智能刷地装置及其控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种智能刷地装置，包括可移动小车、设置于可移动小车底盘上方的控制装置以及设置于可移动小车底盘下方的转动刷；

所述可移动小车包括用于控制小车前车轮转动的第一车轮电机、用于控制小车后车轮转动的第二车轮电机、用于控制小车转弯的第一、第二转弯电机；

所述控制装置包括设置于可移动小车底盘上方的控制箱体，所述控制箱体内设置有控制模块及与该控制模块连接的第一至第五电机驱动模块、用于实现远程通信的通信模块、用于带动所述转动刷转动的转动电机以及用于为整个装置提供电能的电源模块，所述第一至第五电机驱动模块分别与第一、第二车轮电机、第一、第二转弯电机及转动电机连接。

在本发明一实施例中，所述转动刷为圆形刷，所述圆形刷的直径大于可移动小车底盘的宽度。

在本发明一实施例中，所述第一转弯电机通过输出轴与第一车轮电机连接，以带动第一车轮电机及可移动小车前轮整体水平360度转动，所述第二转弯电机通过输出轴与第二车轮电机连接，以带动第二车轮电机及可移动小车后轮整体水平360度转动。

在本发明一实施例中，所述控制箱体内还设置有一水箱，所述可移动小车底盘下方还设置有若干喷水口，该些喷水口通过水管与所述水箱连接，所述喷水口的出水口处还设置有与所述控制模块连接的电磁阀。

在本发明一实施例中，所述控制箱体上还设置有与所述控制模块连接且可360度转动测距的测距模块，且该测距模块的转动轴相对于所述转动刷的中心位置设置。

在本发明一实施例中，还包括若干个设置于室内的蓝牙基站，所述控制箱体上相对于所述转动刷的中心位置还设置有一与所述控制模块连接的蓝牙定位模块，该蓝牙定位模块用于接收所述蓝牙基站发送的蓝牙通信信号。

本发明还提供了一种上述所述智能刷地装置的控制方法，包括如下步骤，

步骤S01：将可移动小车置于待刷地区域的任意位置，测距模块通过360度转动测距测量可移动小车与待刷地区域边界的距离；

步骤S02：判断可移动小车与待刷地区域边界最小距离处时测距模块转动的角度，控制模块控制第一、第二转弯电机转动相应的角度，进而通过第一、第二车轮电机、第一、第二转弯电机控制可移动小车向该可移动小车与待刷地区域边界最小距离处方向移动，靠近待刷地区域边界，并微调可移动小车车身、车轮的朝向；

步骤S03：测距模块通过360度转动测距测量可移动小车与待刷地区域边界的距离，进而测量待刷地区域范围大小，控制模块根据待刷地区域范围大小及转动刷的直径大小，确定可移动小车的行走轨迹；

步骤S04：根据可移动小车第一及第二车轮电机的转动频率、车轮大小，控制第一、第二转弯电机的转动时机，同时在可移动小车进行刷地过程中，启动电磁阀，进行喷水。

在本发明一实施例中，所述待刷地区域为圆形区域，所述步骤S03至步骤S04的具体实现过程如下：

S011：测距模块通过360度转动测距测量可移动小车与待刷地区域边界的距离，即通过测距模块测量获得可移动小车与边界的最大距离R0，根据转动刷直径大小R1，即可获得待刷地区域圆形边界范围的直径R=R0+R1；

S012：若R/2R1的数值为整数，则可移动小车的转动圈数n=R/2R1，若R/2R1的数值为小数，则可移动小车的转动圈数n=[R/2R1]+1；同时计算可移动小车转动的各圆圈的直径大小，各转动圈直径大小按R[m]=R-2*m*R1计算，m为自然数，且0≤m≤n；

S013：根据可移动小车第一及第二车轮电机的转动频率、车轮大小，即可计算获得可移动小车的速度v，由此根据可移动小车的速度v以及各转动圈的周长2πR[m]，即可计算获得可移动小车在各转动圈转动的时间T[m]= 2πR[m]/v；

S014：控制可移动小车的第一、第二车轮电机、第一、第二转弯电机、转动电机以及电磁阀，以使得可移动小车沿第m转动圈转动的同时，对第m转动圈所属的宽度为R1的圆环区域进行刷地，当可移动小车在第m转动圈的转动时间达到T[m]时，控制模块通过第一、第二转弯电机，控制可移动小车前轮、后轮整体水平90度转动，从而控制可移动小车整体朝各转动圈的圆心方向移动，并移动至第m-1转动圈，通过控制各电机，开始对第m-1转动圈所属的宽度为R1的圆环区域进行刷地，直接可移动小车在第m-1转动圈的转动时间达到T[m-1]时，控制可移动小车向第m-2转动圈移动，并对第m-2转动圈所属的宽度为R1的圆环区域进行刷地，以此类推，直至完成所有的n个转动圈所属的宽度为R1的圆环区域的刷地过程，关闭所有电机，完成刷地过程。

本发明还提供了另一种基于上述所述智能刷地装置的控制方法，包括如下步骤，

步骤S1：在待刷地区域边界处相应位置设置若干个蓝牙基站，控制模块通过蓝牙定位模块与该若干个蓝牙基站之间的通信，获取该若干个蓝牙基站的经纬度坐标或经转换的平面直角坐标；

步骤S2：控制模块根据获取的若干个蓝牙基站的经纬度坐标或经转换的平面直角坐标，建立室内平面图，并通过第一、第二车轮电机、第一、第二转弯电机控制可移动小车向室内平面图边界处移动，并微调可移动小车车身、车轮的朝向；

步骤S3：控制模块根据转动刷直径大小以及室内平面图的实际大小，确定可移动小车的移动路径；

步骤S4：根据可移动小车第一及第二车轮电机的转动频率、车轮大小，控制第一、第二转弯电机的转动时机，同时在可移动小车进行刷地过程中，启动电磁阀，进行喷水。

在本发明一实施例中，所述待刷地区域为矩形区域，所述方法的具体实现步骤如下：

S11：在待刷地区域边界的四个顶点处设置四个蓝牙基站，控制模块通过蓝牙定位模块与该四个蓝牙基站之间的通信，获取该四个蓝牙基站的经纬度坐标或经转换的平面直角坐标，建立室内平面图；

S12：根据室内平面图中可移动小车的坐标位置，控制可移动小车向离待刷地区域边界最近的一个顶点移动，到达位置后，微调可移动小车车身、车轮的朝向；

S13：根据转动刷直径大小以及室内平面图的实际大小，在室内平面图上确定可移动小车的移动路径，具体即：先设定室内平面图的四个顶点坐标（0，0），（L1，0），（0，L2），（L1，L2），根据转动刷直径大小R1，为计算方便，此处认为车身大小等同于转动刷大小，因L2/R1的值可能为小数、整数，因此若L2/R1为整数，则将室内平面图划分为n=L2/R1个长度为L1，且宽度为R1的矩形区域；若L2/R1为小数，则将室内平面图划分为n=[L2/R1]+1个长度为L1，且宽度为R1的矩形区域，且最后一个矩形区域与倒数第二个矩形区域部分重叠；其次，计算可移动小车转动刷所处的起始点坐标（R1/2，0），以及可移动小车第一次转弯坐标（L1-R1/2，R1/2），第二次转弯坐标（L1-R1/2，3R1/2），第三次转弯坐标（R1/2，3R1/2）……，即可确定可移动小车的移动路径；

S14：根据可移动小车的移动路径，控制模块通过第一、第二车轮电机、第一、第二转弯电机、转动电机及电磁阀，控制可移动小车进行刷地任务。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明完全实现了无人工即可实现对各种需刷地的场合（特别是酒店、大型室内场所等）的刷地，且根据刷地场地区域的形状，可自动采用不同的刷地方案进行刷地过程。

附图说明

图1为本发明智能刷地装置仰视图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明智能刷地装置转弯电机与车轮电机的连接结构示意图。

图4为本发明装置结合测距模块实现智能刷地的原理框图。

图5为本发明装置结合蓝牙定位模块实现智能刷地的原理框图。

图6为本发明实施例一的智能刷地装置的刷地轨迹示意图。

图7为本发明实施例二的智能刷地装置的刷地轨迹示意图。

图中：1-小车底盘，11-第一车轮电机，12-第二车轮电机，13-小车前车轮，14-小车后车轮，15-第一转弯电机，151-第一转弯电机输出轴，16-第二转弯电机，161-第二转弯电机输出轴，17-转弯轨迹，18、19-固定板，2-控制箱体，3-转动刷，4-喷水口，5-水管，6-导线管，7-测距模块，8-蓝牙定位模块。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

实施例一：

如图1-4所示，本发明一种智能刷地装置，包括可移动小车、设置于可移动小车底盘1上方的控制装置以及设置于可移动小车底盘1下方的转动刷3；

所述可移动小车包括用于控制小车前车轮转动13的第一车轮电机11、用于控制小车后车轮14转动的第二车轮电机12、用于控制小车转弯的第一、第二转弯电机15、16；

所述控制装置包括设置于可移动小车底盘1上方的控制箱体2，所述控制箱体2内设置有控制模块及与该控制模块连接的第一至第五电机驱动模块、用于实现远程通信的通信模块、用于带动所述转动刷3转动的转动电机以及用于为整个装置提供电能的电源模块，所述第一至第五电机驱动模块分别与第一、第二车轮电机11、12、第一、第二转弯电机15、16及转动电机连接。

所述转动刷3为圆形刷，所述圆形刷的直径大于可移动小车底盘的宽度。

如图3所示，所述第一转弯电机15通过输出轴151与第一车轮电机11连接（图3中可以看出，第一转弯电机输出轴151是先通过一固定板18再与第一车轮电机11连接，第一车轮电机11固定于该固定板18上），以带动第一车轮电机11及可移动小车前轮13整体水平360度转动，所述第二转弯电机16通过输出轴与第二车轮电机12连接（图3中可以看出，第二转弯电机输出轴161是先通过一固定板19再与第二车轮电机12连接，第二车轮电机12固定于该固定板19上），以带动第二车轮电机12及可移动小车后轮14整体水平360度转动（图1、2中的虚线圆即转弯轨迹17）。第一、第二车轮电机11、12可采用双轴电机。

所述控制箱体2内还设置有一水箱，所述可移动小车底盘1下方还设置有若干喷水口4，该些喷水口4通过水管5与所述水箱连接，所述喷水口4的出水口处还设置有与所述控制模块连接的电磁阀。

所述控制箱体2上还设置有与所述控制模块连接且可360度转动测距的测距模块7（可通过步进电机驱动该测距模块7转动），且该测距模块7的转动轴相对于所述转动刷的中心位置设置。

本发明还提供了一种基于上述所述智能刷地装置的控制方法，包括如下步骤，

步骤一：将可移动小车置于待刷地区域的任意位置，测距模块通过360度转动测距测量可移动小车与待刷地区域边界的距离；

步骤二：判断可移动小车与待刷地区域边界最小距离处时测距模块转动的角度，控制模块控制第一、第二转弯电机转动相应的角度，进而通过第一、第二车轮电机、第一、第二转弯电机控制可移动小车向该可移动小车与待刷地区域边界最小距离处方向移动，靠近待刷地区域边界，并微调可移动小车车身、车轮的朝向；

步骤三：测距模块通过360度转动测距测量可移动小车与待刷地区域边界的距离，进而测量待刷地区域范围大小，控制模块根据待刷地区域范围大小及转动刷的直径大小，确定可移动小车的行走轨迹；

步骤四：根据可移动小车第一及第二车轮电机的转动频率、车轮大小，控制第一、第二转弯电机的转动时机，同时在可移动小车进行刷地过程中，启动电磁阀，进行喷水。

如图6所示，所述待刷地区域为圆形区域，所述步骤三至步骤四的具体实现过程如下：

（1）：测距模块通过360度转动测距测量可移动小车与待刷地区域边界的距离，即通过测距模块测量获得可移动小车与边界的最大距离R0，根据转动刷直径大小R1，即可获得待刷地区域圆形边界范围的直径R=R0+R1；

（2）：若R/2R1的数值为整数，则可移动小车的转动圈数n=R/2R1，若R/2R1的数值为小数，则可移动小车的转动圈数n=[R/2R1]+1；同时计算可移动小车转动的各圆圈的直径大小，各转动圈直径大小按R[m]=R-2*m*R1计算，m为自然数，且0≤m≤n；

（3）：根据可移动小车第一及第二车轮电机的转动频率、车轮大小，即可计算获得可移动小车的速度v，由此根据可移动小车的速度v以及各转动圈的周长2πR[m]，即可计算获得可移动小车在各转动圈转动的时间T[m]= 2πR[m]/v；

（4）：控制可移动小车的第一、第二车轮电机、第一、第二转弯电机、转动电机以及电磁阀，以使得可移动小车沿第m转动圈转动的同时，对第m转动圈所属的宽度为R1的圆环区域进行刷地，当可移动小车在第m转动圈的转动时间达到T[m]时，控制模块通过第一、第二转弯电机，控制可移动小车前轮、后轮整体水平90度转动，从而控制可移动小车整体朝各转动圈的圆心方向移动，并移动至第m-1转动圈，通过控制各电机，开始对第m-1转动圈所属的宽度为R1的圆环区域进行刷地，直接可移动小车在第m-1转动圈的转动时间达到T[m-1]时，控制可移动小车向第m-2转动圈移动，并对第m-2转动圈所属的宽度为R1的圆环区域进行刷地，以此类推，直至完成所有的n个转动圈所属的宽度为R1的圆环区域的刷地过程，关闭所有电机，完成刷地过程。

考虑到待刷场地不一定为圆形，可考虑将一般场地划分为多个圆形进行刷地处理，或因场地不同，如矩形场地，也可采用相似的绕矩形周长的方式来实现，即类似于上述同心圆绕圈的方式。

实施例二：

如图1-3、图5所示，本发明还提供了另一种方案的智能刷地装置，包括可移动小车、设置于可移动小车底盘1上方的控制装置以及设置于可移动小车底盘1下方的转动刷3；

所述可移动小车包括用于控制小车前车轮转动13的第一车轮电机11、用于控制小车后车轮14转动的第二车轮电机12、用于控制小车转弯的第一、第二转弯电机15、16；

所述控制装置包括设置于可移动小车底盘1上方的控制箱体2，所述控制箱体2内设置有控制模块及与该控制模块连接的第一至第五电机驱动模块、用于实现远程通信的通信模块、用于带动所述转动刷3转动的转动电机以及用于为整个装置提供电能的电源模块，所述第一至第五电机驱动模块分别与第一、第二车轮电机11、12、第一、第二转弯电机15、16及转动电机连接。

所述转动刷3为圆形刷，所述圆形刷的直径大于可移动小车底盘的宽度。

如图3所示，所述第一转弯电机15通过输出轴151与第一车轮电机11连接（图3中可以看出，第一转弯电机输出轴151是先通过一固定板18再与第一车轮电机11连接，第一车轮电机11固定于该固定板18上），以带动第一车轮电机11及可移动小车前轮13整体水平360度转动，所述第二转弯电机16通过输出轴与第二车轮电机12连接（图3中可以看出，第二转弯电机输出轴161是先通过一固定板19再与第二车轮电机12连接，第二车轮电机12固定于该固定板19上），以带动第二车轮电机12及可移动小车后轮14整体水平360度转动（图1、2中的虚线圆即转弯轨迹17）。第一、第二车轮电机11、12可采用双轴电机。

所述控制箱体2内还设置有一水箱，所述可移动小车底盘1下方还设置有若干喷水口4，该些喷水口4通过水管5与所述水箱连接，所述喷水口4的出水口处还设置有与所述控制模块连接的电磁阀。

还包括若干个设置于室内的蓝牙基站（参见图6所示，设置于矩形的四个顶点，图中未具体画出），所述控制箱体2上相对于所述转动刷3的中心位置还设置有一与所述控制模块连接的蓝牙定位模块8，该蓝牙定位模块8用于接收所述蓝牙基站发送的蓝牙通信信号。

本发明还提供了一种基于上述所述智能刷地装置的控制方法，包括如下步骤，

步骤一：在待刷地区域边界处相应位置设置若干个蓝牙基站，控制模块通过蓝牙定位模块与该若干个蓝牙基站之间的通信，获取该若干个蓝牙基站的经纬度坐标或经转换的平面直角坐标；

步骤二：控制模块根据获取的若干个蓝牙基站的经纬度坐标或经转换的平面直角坐标，建立室内平面图，并通过第一、第二车轮电机、第一、第二转弯电机控制可移动小车向室内平面图边界处移动，并微调可移动小车车身、车轮的朝向；

步骤三：控制模块根据转动刷直径大小以及室内平面图的实际大小，确定可移动小车的移动路径；

步骤四：根据可移动小车第一及第二车轮电机的转动频率、车轮大小，控制第一、第二转弯电机的转动时机，同时在可移动小车进行刷地过程中，启动电磁阀，进行喷水。

如图7所示，所述待刷地区域为矩形区域，所述方法的具体实现步骤如下：

（1）：在待刷地区域边界的四个顶点处设置四个蓝牙基站，控制模块通过蓝牙定位模块与该四个蓝牙基站之间的通信，获取该四个蓝牙基站的经纬度坐标或经转换的平面直角坐标，建立室内平面图；

（2）：根据室内平面图中可移动小车的坐标位置，控制可移动小车向离待刷地区域边界最近的一个顶点移动，到达位置后，微调可移动小车车身、车轮的朝向；

（3）：根据转动刷直径大小以及室内平面图的实际大小，在室内平面图上确定可移动小车的移动路径，具体即：先设定室内平面图的四个顶点坐标（0，0），（L1，0），（0，L2），（L1，L2），根据转动刷直径大小R1，为计算方便，此处认为车身大小等同于转动刷大小，因L2/R1的值可能为小数、整数，因此若L2/R1为整数，则将室内平面图划分为n=L2/R1个长度为L1，且宽度为R1的矩形区域；若L2/R1为小数，则将室内平面图划分为n=[L2/R1]+1个长度为L1，且宽度为R1的矩形区域，且最后一个矩形区域与倒数第二个矩形区域部分重叠；其次，计算可移动小车转动刷所处的起始点坐标（R1/2，0），以及可移动小车第一次转弯坐标（L1-R1/2，R1/2），第二次转弯坐标（L1-R1/2，3R1/2），第三次转弯坐标（R1/2，3R1/2）……，即可确定可移动小车的移动路径；

（4）：根据可移动小车的移动路径，控制模块通过第一、第二车轮电机、第一、第二转弯电机、转动电机及电磁阀，控制可移动小车进行刷地任务。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于智能刷地装置的控制方法，其特征在于：提供一智能刷地装置，包括可移动小车、设置于可移动小车底盘上方的控制装置以及设置于可移动小车底盘下方的转动刷；所述可移动小车包括用于控制小车前车轮转动的第一车轮电机、用于控制小车后车轮转动的第二车轮电机、用于控制小车转弯的第一、第二转弯电机；所述控制装置包括设置于可移动小车底盘上方的控制箱体，所述控制箱体内设置有控制模块及与该控制模块连接的第一至第五电机驱动模块、用于实现远程通信的通信模块、用于带动所述转动刷转动的转动电机以及用于为整个装置提供电能的电源模块，所述第一至第五电机驱动模块分别与第一、第二车轮电机、第一、第二转弯电机及转动电机连接；

所述转动刷为圆形刷，所述圆形刷的直径大于可移动小车底盘的宽度；

所述第一转弯电机通过输出轴与第一车轮电机连接，以带动第一车轮电机及可移动小车前轮整体水平360度转动，所述第二转弯电机通过输出轴与第二车轮电机连接，以带动第二车轮电机及可移动小车后轮整体水平360度转动；

所述控制箱体内还设置有一水箱，所述可移动小车底盘下方还设置有若干喷水口，该些喷水口通过水管与所述水箱连接，所述喷水口的出水口处还设置有与所述控制模块连接的电磁阀；

所述控制箱体上还设置有与所述控制模块连接且可360度转动测距的测距模块，且该测距模块的转动轴相对于所述转动刷的中心位置设置；

该控制方法包括如下步骤，

步骤S01：将可移动小车置于待刷地区域的任意位置，测距模块通过360度转动测距测量可移动小车与待刷地区域边界的距离；

步骤S02：判断可移动小车与待刷地区域边界最小距离处时测距模块转动的角度，控制模块控制第一、第二转弯电机转动相应的角度，进而通过第一、第二车轮电机、第一、第二转弯电机控制可移动小车向该可移动小车与待刷地区域边界最小距离处方向移动，靠近待刷地区域边界，并微调可移动小车车身、车轮的朝向；

步骤S03：测距模块通过360度转动测距测量可移动小车与待刷地区域边界的距离，进而测量待刷地区域范围大小，控制模块根据待刷地区域范围大小及转动刷的直径大小，确定可移动小车的行走轨迹；

步骤S04：根据可移动小车第一及第二车轮电机的转动频率、车轮大小，控制第一、第二转弯电机的转动时机，同时在可移动小车进行刷地过程中，启动电磁阀，进行喷水；

所述待刷地区域为圆形区域，所述步骤S03至步骤S04的具体实现过程如下：

S011：测距模块通过360度转动测距测量可移动小车与待刷地区域边界的距离，即通过测距模块测量获得可移动小车与边界的最大距离R0，根据转动刷直径大小R1，即可获得待刷地区域圆形边界范围的直径R=R0+R1；

S012：若R/2R1的数值为整数，则可移动小车的转动圈数n=R/2R1，若R/2R1的数值为小数，则可移动小车的转动圈数n=[R/2R1]+1；同时计算可移动小车转动的各圆圈的直径大小，各转动圈直径大小按R[m]=R-2*m*R1计算，m为自然数，且0≤m≤n；

S013：根据可移动小车第一及第二车轮电机的转动频率、车轮大小，即可计算获得可移动小车的速度v，由此根据可移动小车的速度v以及各转动圈的周长2πR[m]，即可计算获得可移动小车在各转动圈转动的时间T[m]= 2πR[m]/v；

S014：控制可移动小车的第一、第二车轮电机、第一、第二转弯电机、转动电机以及电磁阀，以使得可移动小车沿第m转动圈转动的同时，对第m转动圈所属的宽度为R1的圆环区域进行刷地，当可移动小车在第m转动圈的转动时间达到T[m]时，控制模块通过第一、第二转弯电机，控制可移动小车前轮、后轮整体水平90度转动，从而控制可移动小车整体朝各转动圈的圆心方向移动，并移动至第m-1转动圈，通过控制各电机，开始对第m-1转动圈所属的宽度为R1的圆环区域进行刷地，直至可移动小车在第m-1转动圈的转动时间达到T[m-1]时，控制可移动小车向第m-2转动圈移动，并对第m-2转动圈所属的宽度为R1的圆环区域进行刷地，以此类推，直至完成所有的n个转动圈所属的宽度为R1的圆环区域的刷地过程，关闭所有电机，完成刷地过程。