CN107692933A - 一种智能工业洗地机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种智能工业洗地机器人，包括机器人主体、机械清洗部分、控制系统部分、电源模块，所述机器人主体的上端设有桌板；所述机器人主体底端两侧均设有驱动轮，所述驱动轮之间设有连接框架，所述连接框架上端设有转向轴，所述转向轴上端设有电机Ⅰ；所述机器人主体的底端后侧设有后轮Ⅰ，所述后轮Ⅰ的两侧均设有后轮Ⅱ，所述机器人主体的前端设有两个前轮；所述机器人主体后端设有机械清洗部分，所述机器人主体的前端设有控制系统部分，所述控制系统内设有定位系统、导航系统；所述电源模块设于机械清洗部分上端。本发明的优点是通过完善机械清洗部分、智能控制中的定位系统、导航系统来提高工业化洗地机器人的智能化、安全化、高效化。

Description

一种智能工业洗地机器人
技术领域
本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及到一种智能工业洗地机器人。
背景技术
机器人是自动控制机器的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械，狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人，在当代工业中，机器人指能自动执行任务的人造机器装置，用以取代或协助人类工作。随着工业化生产的快速发展，工业上的清洁工作变得越来越繁琐，随着科技的进步，出现了工业化的洗地机器人，能够完成工业化大规模场地的清洁工作。
但是，目前的机器人智能化设施不够完善，目前的洗地机器人的控制系统中的定位系统采用绝对定位方式，在初始位姿未知的情况下对机器人自身的位姿进行估计，运动定位采用地图匹配的组合定位，即相对定位与绝对定位的结合，相对定位是根据机器人的运动学模型自我推测运动轨迹，但随着时间和距离的增加，累积误差也随之增加，绝对定位方法无需已知初始位姿，但在进行地图匹配时处理速度相对较慢，由于单一方法不足，误差大，安全性低，贴边清洁度差，另外，导航系统栅格地图形象地说就是把真实环境数字栅格化处理，将机器人的工作环境分解成包含环境要素的网络单元，此种方法建立环境地图简单，环境信息更新快且简便，对于此方法，着重考虑的是栅格的大小，栅格划分过大时，对于环境信息的分辨率弱；栅格划分过小时，对于硬件层面的信息存储力和环境更新能力提出了更高的要求，不能智能自主的规划路线进行全面的清洗路面。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能工业洗地机器人，旨在克服现有技术的不足，通过完善机械清洗部分、智能控制中的定位系统、导航系统来提高工业化洗地机器人的智能化、安全化、高效化。
本发明采用的技术方案如下：
一种智能工业洗地机器人，包括机器人主体、机械清洗部分、控制系统部分、电源模块，所述机器人主体的上端设有桌板；所述机器人主体底端两侧均设有驱动轮，所述驱动轮之间设有连接框架，所述连接框架上端设有转向轴，所述转向轴上端设有电机Ⅰ；所述机器人主体的底端后侧设有后轮Ⅰ，所述后轮Ⅰ的两侧均设有后轮Ⅱ，所述机器人主体的前端设有两个前轮；所述机器人主体后端设有机械清洗部分，所述机器人主体的前端设有控制系统部分，所述电源模块设于机械清洗部分上端。
其中，所述机械清洗部分内设有清水箱、污水箱、管路系统、清洗刷、吸水马达、电机Ⅱ，所述机械清洗部分的前侧下端设有水刮，所述污水箱右侧设有清水箱；所述清洗刷上端设有电机Ⅱ，所述清洗刷中心处设有喷头，所述喷头外圈设有吸干器，所述管路系统包括吸水管和洒水管，所述吸水管一端连接水刮，所述吸水管的另一端连接污水箱，所述污水箱内设有吸水马达，所述污水箱一侧设有排水管；所述洒水管一端连接清水箱，所述洒水管另一端连接清洗刷。
其中，所述控制系统部分包括中央控制系统、定位系统、导航系统、无线通讯模块、示教模块，所述定位系统包括内部传感器、外部传感器，所述内部传感器包括里程计、陀螺仪、电子罗盘、倾角传感器、精密角度电位计，所述外部传感器包括摄像头、多维激光测距仪、超声波测距传感器；所述导航系统包括数字格栅地图、防撞系统、计时器，所述防撞系统内设有红外线声呐系统。
优选的，所述机器人主体的长、宽、高分别为900mm、850mm、880mm。
优选的，所述清水箱的容积为50L；所述污水箱的容积为45L。
优选的，所述清水箱内设有稀释器。
优选的，所述清洗刷为3个，呈三角星状分布，所述清洗刷产生的压力为25kg。
优选的，所述吸水马达规格为600瓦特。
优选的，所述吸水管由胶皮软管、钢管组成，所述洒水管由钢管组成，所述洒水管上设有阀门、喷头，所述喷头为固定喷头、活动喷头中的一种，所述固定喷头的水流向、密度不变，所述活动喷头的水流向、密度由指令控制调节。
优选的，所述中央控制系统分别与定位系统、导航系统、电源模块、无线通讯模块、示教模块、吸水马达、电机Ⅰ、电机Ⅱ电连接。
优选的，所述电源模块内设有动力电瓶，所述动力电瓶的规格为12V/115Ah，所述电源模块内设有自动充电系统。
优选的，所述里程计、陀螺仪、电子罗盘、倾角传感器、精密角度电位计、数字格栅地图、无线通讯模块、示教模块均安装于控制系统部分内部；所述摄像头为微型光学摄像头，所述摄像头安装于机器人主体顶部，可沿机器人主体顶部平面作360°旋转；所述多维激光测距仪、超声波测距传感器、红外线声呐系统均为2个，交叉均匀分布于底端周围前、后、左、右、左前、右前、左后、右后八个方向处。
本发明的优点在于：定位系统采用绝对定位与运动定位相结合，减小定位误差，定位时，处理速度快，节省时间，提高工作效率，导航系统中的数字格栅地图采用路径规划方式“弓形路径规划”，提高了对环境信息的分辨率，提高信息储存能力，实现智能自主的规划路线并进行全面的清洗路面，提高了装置的智能性。
附图说明
图1为本发明一种智能工业洗地机器人的结构示意图。
图2为本发明一种智能工业洗地机器人的驱动轮驱动结构示意图。
图3为本发明一种智能工业洗地机器人的底部结构示意图。
图4为本发明一种智能工业洗地机器人的机械清洗部分的结构示意图。
图5为本发明一种智能工业洗地机器人的系统电路图。
图中：1、桌板，2、机器人主体，3、控制系统部分，31、中央控制系统，
4、驱动轮，41、前轮，42、后轮Ⅰ，43、后轮Ⅱ，5、机械清洗部分，
50、污水箱，501、吸水管，502、排水管，503、吸水口，511、洒水管，
51、清水箱，52、水刮，53、清洗刷，54、吸干器、55、喷头，6、定位系统，
61、内部传感器，62、外部传感器，01、里程计，02、陀螺仪，03、电子罗盘，04、倾角传感器，05、精密角度电位计，06、摄像头，07、多维激光测距仪，
08、超声波测距传感器，7、导航系统，71、数字格栅地图，72、防撞系统，
73、计时器，8、电源模块，9、无线通讯模块，10、示教模块，11、吸水马达，12、电机Ⅰ，13、电机Ⅱ，14、连接框架，15、转向轴。
具体实施方式
下面对本发明一种智能工业洗地机器人作进一步详细描述。
实施例1
一种智能工业洗地机器人，包括机器人主体（2）、机械清洗部分（5）、控制系统部分（3）、电源模块（8），所述机器人主体（2）的上端设有桌板（1）；所述机器人主体（2）底端两侧均设有驱动轮（4），所述驱动轮（4）之间设有连接框架（14），所述连接框架（14）上端设有转向轴（15），所述转向轴（15）上端设有电机Ⅰ（12）；所述机器人主体（2）的底端后侧设有后轮Ⅰ（42），所述后轮Ⅰ（42）的两侧均设有后轮Ⅱ（43），所述机器人主体（2）的前端设有两个前轮（41）；所述机器人主体（2）后端设有机械清洗部分（5），所述机器人主体（2）的前端设有控制系统部分（3），所述电源模块（8）设于机械清洗部分（5）上端。
其中，所述机械清洗部分（5）内设有清水箱（51）、污水箱（50）、管路系统、清洗刷（53）、吸水马达（11）、电机Ⅱ（13），所述机械清洗部分（5）的前侧下端设有水刮（52），所述污水箱（50）右侧设有清水箱（51）；所述清洗刷（53）上端设有电机Ⅱ（13），所述清洗刷（53）中心处设有喷头（55），所述喷头（55）外圈设有吸干器（54），所述管路系统包括吸水管（501）和洒水管（511），所述吸水管（501）一端连接水刮（52），所述吸水管（501）的另一端连接污水箱（50），所述污水箱（50）内设有吸水马达（11），所述污水箱（50）一侧设有排水管（502）；所述洒水管（511）一端连接清水箱（51），所述洒水管（511）另一端连接清洗刷（53）。
其中，所述控制系统部分（3）包括中央控制系统（31）、定位系统（6）、导航系统（7）、无线通讯模块（9）、示教模块（10），所述定位系统（6）包括内部传感器（61）、外部传感器（62），所述内部传感器（61）包括里程计（01）、陀螺仪（02）、电子罗盘（03）、倾角传感器（04）、精密角度电位计（05），所述外部传感器（62）包括摄像头（06）、多维激光测距仪（07）、超声波测距传感器（08）；所述导航系统（7）包括数字格栅地图（71）、防撞系统（72）、计时器（73），所述防撞系统（72）内设有红外线声呐系统。
优选的，所述机器人主体（2）的长、宽、高分别为900mm、850mm、880mm。
优选的，所述清水箱（51）的容积为50L；所述污水箱（50）的容积为45L。
优选的，所述清水箱（51）内设有稀释器。
优选的，所述清洗刷（53）为3个，呈三角星状分布，所述清洗刷（53）产生的压力为25kg。
优选的，所述吸水马达（11）规格为600瓦特。
优选的，所述吸水管（501）由胶皮软管、钢管组成，所述洒水管（511）由钢管组成，所述洒水管（511）上设有阀门、喷头，所述喷头（55）为固定喷头、活动喷头中的一种，所述固定喷头的水流向、密度不变，所述活动喷头的水流向、密度由指令控制调节。
优选的，所述中央控制系统（31）分别与定位系统（6）、导航系统（7）、电源模块（8）、无线通讯模块（9）、示教模块（10）、吸水马达（11）、电机Ⅰ（12）、电机Ⅱ（13）电连接。
优选的，所述电源模块（8）内设有动力电瓶，所述动力电瓶的规格为12V/115Ah，所述电源模块（8）内设有自动充电系统。
优选的，所述里程计（01）、陀螺仪（02）、电子罗盘（03）、倾角传感器（04）、精密角度电位计（05）、格栅地图（71）、无线通讯模块（9）、示教模块（10）均安装于控制系统部分（3）内部；所述摄像头（06）为微型光学摄像头，所述摄像头（06）安装于机器人主体（2）顶部，可沿机器人主体（2）顶部平面作360°旋转；所述多维激光测距仪（07）、超声波测距传感器（08）、红外线声呐系统均为2个，交叉均匀分布于底端前、后、左、右、左前、右前、左后、右后八个方向处。
具体实施时，可将电脑置于桌板（1）上，通过无线通讯模块（9）与机器人主体（2）中的中央控制系统（31）连接，通过示教模块（10）实现示教操作。
具体的，机械清洗部分（5）的洒水管（511）通过清水箱（51）内的水泵将水通过清洗刷（53）喷于地面上，随后清洗刷（53）进行刷洗，水刮（52）将污水汇集起来，随后可利用吸水马达（11）将地面污水通过吸水管（501）吸入污水箱（50）内，最后清洗刷（53）上的吸干器（54）将洗过的底面吸干。
其中，清水箱（51）内设有稀释器，在清水箱（51）内加入清洁剂（消毒剂）时，清洁剂（消毒剂）会逐步释放，减少清洁剂（消毒剂）的使用量，并使清洁剂（消毒剂）释放均匀。
具体的，定位系统（6）包括内部传感器（61）、外部传感器（62），所述内部传感器（61）包括里程计（01）、陀螺仪（02）、电子罗盘（03）、倾角传感器（04）、精密角度电位计（05），所述外部传感器（62）包括摄像头（06）、多维激光测距仪（07）、超声波测距传感器（08），定位系统（6）采用绝对定位与运动定位相结合。
其中，运动过程中，多维激光测距仪（07）测定机器人相对于外部边界墙的距离，从而确定绝对坐标，达到定位的目的；用里程计（01）来提供不间断的实时定位，测距则用来实时校准这个定位；陀螺仪（02）、电子罗盘（03）、摄像头（06）校准来实现自身方位角的确定。
具体的，导航系统（7）包括数字格栅地图（71）、防撞系统（72），所述防撞系统（72）内设有红外线声呐系统，数字格栅地图（71）采用初次清扫模式测定工作场所的长宽度，方式是选取房间中长宽方向上无障碍的一段路径行走至墙壁，设其测定值为L, H，此二值为后续的清扫及环境地图进一步的建立提供了前提。
其中，路径规划方式“弓形路径规划”。
其中，使用红外线声吶系统、超声波测距传感器（08）来避免靠近障碍物包括墻壁保护，避免产生碰撞（包括物件及行人），如果碰到了“意料之外的障碍物”策略是停下来等待，通过计时器（73）特定等待时间，待障碍物消失了，再继续操作下去，若超出计时器（73）设定的时间后障碍物不消失，机器人则采取绕行策略绕过障碍物并按原设定路径工作。
电源模块（8）内设有动力电瓶，动力电瓶的规格为12V/115Ah，电源模块（8）内设有自动充电系统。
其中，当机器人主体（2）在亏电状况下，根据导航系统（7）的路径规划，使机器人主体（2）自行返回充电站充电。
其中，返回充电站自动充电时，采用摄像头（06）辅助对准充电座，进到位后自动充电系统自动进行充电。
在发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能工业洗地机器人，其特征在于：包括机器人主体、机械清洗部分、控制系统部分、电源模块，所述机器人主体的上端设有桌板；所述机器人主体底端两侧均设有驱动轮，所述驱动轮之间设有连接框架，所述连接框架上端设有转向轴，所述转向轴上端设有电机Ⅰ；所述机器人主体的底端后侧设有后轮Ⅰ，所述后轮Ⅰ的两侧均设有后轮Ⅱ，所述机器人主体的前端设有两个前轮；所述机器人主体后端设有机械清洗部分，所述机器人主体的前端设有控制系统部分，所述电源模块设于机械清洗部分上端；
其中，所述机械清洗部分内设有清水箱、污水箱、管路系统、清洗刷、吸水马达、电机Ⅱ，所述机械清洗部分的前侧下端设有水刮，所述污水箱右侧设有清水箱；所述清洗刷上端设有电机Ⅱ，所述清洗刷中心处设有喷头，所述喷头外圈设有吸干器；所述管路系统包括吸水管和洒水管，所述吸水管一端连接水刮，所述吸水管的另一端连接污水箱，所述污水箱内设有吸水马达，所述污水箱一侧设有排水管；所述洒水管一端连接清水箱，所述洒水管另一端连接清洗刷；
其中，所述控制系统部分包括中央控制系统、定位系统、导航系统、无线通讯模块、示教模块，所述定位系统包括内部传感器、外部传感器，所述内部传感器包括里程计、陀螺仪、电子罗盘、倾角传感器、精密角度电位计，所述外部传感器包括摄像头、多维激光测距仪、超声波测距传感器；所述导航系统包括数字格栅地图、防撞系统、计时器，所述防撞系统内设有红外线声呐系统。
2.根据权利要求1所述的一种智能工业洗地机器人，其特征在于：所述机器人主体的长、宽、高分别为900mm、850mm、880mm。
3.根据权利要求1所述的一种智能工业洗地机器人，其特征在于：所述清水箱的容积为50L；所述污水箱的容积为45L。
4.根据权利要求1所述的一种智能工业洗地机器人，其特征在于：所述清水箱内设有稀释器。
5.根据权利要求1所述的一种智能工业洗地机器人，其特征在于：所述清洗刷为3个，呈三角星状分布，所述清洗刷产生的压力为25kg。
6.根据权利要求1所述的一种智能工业洗地机器人，其特征在于：所述吸水马达规格为600瓦特。
7.根据权利要求1所述的一种智能工业洗地机器人，其特征在于：所述吸水管由胶皮软管、钢管组成，所述洒水管由钢管组成，所述洒水管上设有阀门、喷头，所述喷头为固定喷头、活动喷头中的一种，所述固定喷头的水流向、密度不变，所述活动喷头的水流向、密度由指令控制调节。
8.根据权利要求1所述的一种智能工业洗地机器人，其特征在于：所述中央控制系统分别与定位系统、导航系统、电源模块、无线通讯模块、示教模块、吸水马达、电机Ⅰ、电机Ⅱ电连接。
9.根据权利要求1所述的一种智能工业洗地机器人，其特征在于：所述电源模块内设有动力电瓶，所述动力电瓶的规格为12V/115Ah，所述电源模块内设有自动充电系统。
10.根据权利要求1所述的一种智能工业洗地机器人，其特征在于：所述里程计、陀螺仪、电子罗盘、倾角传感器、精密角度电位计、数字格栅地图、无线通讯模块、示教模块均安装于控制系统部分内部；所述摄像头为微型光学摄像头，所述摄像头安装于机器人主体顶部，可沿机器人主体顶部平面作360°旋转；所述多维激光测距仪、超声波测距传感器、红外线声呐系统均为2个，交叉均匀分布于底端前、后、左、右、左前、右前、左后、右后八个方向处。
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