CN108209758B - 一种家用智能清洁机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种家用智能清洁机器人，包括清洗结构和拖地结构；所述拖地结构包括底板，底板上安装有地表信息收集像机、行走机构和拖地机构，所述底板上表面成形有导轨，所述拖地机构包括与导轨滑动连接的平移架，平移架连接有平移结构和升降结构；所述升降结构连接有电机，电机连接有第一锥齿轮，第一锥齿轮两侧分别啮合有带内螺纹的锥齿轮筒，锥齿轮筒螺纹连接有带外螺纹的伸缩杆，伸缩杆铰接连接用于固定拖把的拖把伸缩架，两个拖把伸缩架一端相互铰接连接，另一端与伸缩杆铰接连接。本发明结构简单，使用方便，占地面积小，实现了拖地结构的伸缩，能够快速干净的清洁墙角和收起，且实现了地面的智能自动检测清洁和路线规划。

Description

一种家用智能清洁机器人
技术领域
本发明专利属于机械领域，尤其涉及一种家用智能清洁机器人。
背景技术
现有的家用智能清洁机器人，在拖把结构将地面清洁完毕后，通常会将拖把结构收回壳体内，以免拖把长期暴漏在外导致拖把变脏。此外，现有的拖把常用的是一种清洁地面效果很好平板拖把，其使用的是胶棉，而需要长期保持较为湿润的状态，长时间干燥会导致胶棉变硬，从而失去效果。这样为了将拖把结构收回壳体内，拖把的宽度需要设计的小于壳体的宽度，这导致机器拖地时，即使壳体紧贴墙面行走，拖把结构也拖不到墙角结构，导致地面清洁不完全。
此外，现有的智能清洁机器人无法识别地面清洁程度，也无法根据需要调整清洁路线，因此实用性不强。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种家用智能清洁机器人。本发明结构简单，使用方便，占地面积小，实现了拖地结构的伸缩，能够快速干净的清洁墙角和收起，且实现了地面的智能自动检测清洁和路线规划。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种家用智能清洁机器人，包括清洗结构和拖地结构；所述拖地结构包括底板，底板上安装有地表信息收集像机（安装在底部）、行走机构和拖地机构，所述底板上表面成形有导轨，所述拖地机构包括与导轨滑动连接的平移架，平移架连接有平移结构和升降结构；所述升降结构包括固定在平移架上的升降电机，升降电机连接有第一丝杆，升降电机通过第一丝杆螺纹连接电机大支架；平移架通过步进电机端座支撑柱连接有步进电机端座，第一丝杆顶部与步进电机端座轴接连接；电机大支架固定连接有直流减速电机，直流减速电机连接有竖向设置的固定架，固定架中部安装有电机，电机连接有第一锥齿轮，第一锥齿轮两侧分别啮合有带内螺纹的锥齿轮筒，锥齿轮筒螺纹连接有带外螺纹的伸缩杆，伸缩杆铰接连接用于固定拖把的拖把伸缩架，两个拖把伸缩架一端相互铰接连接，另一端与伸缩杆铰接连接。
进一步的改进，所述清洗结构包括清洗结构外壳，清洗结构外壳前端开口并固定有翻转板支架；清洗结构外壳内中部固定有水箱盖，水箱盖上成形有清洗通孔、水箱盖底部为与清洗通孔连通的水箱；翻转板支架上铰接翻转板中部，水箱盖底面突出水箱成形有凸沿翻转板支架两端螺纹连接有第二丝杆，第二丝杆连接有抬升步进电机。
进一步的改进，所述水箱通过抽水泵连通有前置过滤器，前置过滤器通过过水管连通过滤层的上部；过滤层处于水箱上方并与水箱连通形成水循环；过滤层顶部安装有过滤层盖。
进一步的改进，所述翻转板上安装有充电桩，底板底部安装有与充电桩配合的充电座。
进一步的改进，所述行走机构包括驱动轮和牛眼轮，驱动轮通过驱动轮减速器连接有驱动电机，驱动轮为两个，底板上安装有电机固定架，电机固定架通过像机固定座安装有监控摄像机，电机固定架连接有转向步进电机。
进一步的改进，所述底板上还安装有吸尘机构，所述吸尘机构包括吸尘器扩大头，吸尘器扩大头连通有吸尘器转接头，吸尘器转接头连通有大扭矩风机。
进一步的改进，所述平移结构包括固定在底板上的平移步进电机端座，平移步进电机端座螺纹连接有第三丝杆，第三丝杆连接有平移步进电机，平移步进电机固定连接有平移架。
进一步的改进，所述竖向设置的固定架连接有空心杆轴，空心杆轴上固定有第二锥齿轮，第二锥齿轮啮合有与直流减速电机连接的第三锥齿轮。
进一步的改进，所述家用智能清洁机器人通过无线网络连接有智能手机，智能手机控制转向步进电机转动，并指派家用智能清洁机器人进入到指定房间进行实时环境监控；地表信息收集像机对地面信息进行 提取与内部存储的信息进行比较，判断地面的脏与不脏，一次完整清扫以后，将地面信息进 行更行作为新的评判标准，或进行恢复出厂设置。
进一步的改进，所述家用智能清洁机器人上安装有定时器、电压传感器、温度传感器、湿度传感器、燃气浓度传感器，根据设定时间进行定时清洁； 自主充电：通过电压传感器实时监测自带电池容量，通过算法设计进行低电量、防过放保护，在电池容量不足时，自行返回充电；
智能清洁机器人地面情况识别的方法为：智能清洁机器人通过广角的地表信息收集像机，对自身所遍历过的环境进行识别，利 用深度学习神经网络算法识别具有脏污严重的特别工况，并根据具体工况采用着重清洁 方案，以达到严重污渍清洁彻底的效果； 无死角清洁：建立环境栅格地图，然后利用环境地图的特征参数实现路径规划，路径规划的方法为：建立并储存室内的“电子地图”，清洁机器人沿某一方向上清扫，遇到“电子地图”边界时就平移一个车位，沿反方向往 回清扫，而遇到障碍物一端边界点时也平移一个车位沿反方向往回清扫，而遇到障碍物另一 端边界点时则判断出该障碍物的类型，采取相应的避障策略绕过障碍物后沿原方向继续清扫；
安装的温度传感器、湿度传感器、燃气浓度传感器以及监控摄像机形成环境信息采集系统，当环境信息采集系统采集到的信息达到危险预警值时，利用网络编程，通过GPRS 模 块将信息传输到用户智能手机 APP 端进行提醒报警，当情况紧急时可自动进行主动呼叫以及发 送报警短信的方式呼叫用户，起到保护预警目标。
附图说明
图1为拖地结构进入清洗结构的示意图一；
图2为拖地结构进入清洗结构的示意图二；
图3为拖地结构进入清洗结构的示意图三；
图4为拖地结构进入清洗结构的示意图四；
图5为拖地结构立体结构示意图；
图6为拖地结构的侧面结构示意图；
图7为拖地结构的正面结构示意图；
图8为拖地结构的俯视结构示意图；
图9为拖地结构加装拖地结构外壳的侧面结构示意图；
图10为清洗结构的立体结构示意图；
图11为清洗结构的正面结构示意图；
图12为吸尘机构的立体结构示意图；
图13为过滤层的内部结构示意图。
其中，1-拖把伸缩架；3-固定架；4-平移步进电机； 6-平移架； 8-平移步进电机端座；9-底板；10-驱动轮；11-大扭矩风机；12-驱动轮减速器；13-驱动电机；14-监控摄像机；15-像机固定座；16-电机固定架； 18-吸尘器扩大头； 20-牛眼轮；21-充电座；22-步进电机端座支撑柱；23-用于提升的步进电机端座；24-导轨；25-直流电机固定大支架；26-直流减速电机；27-清洗结构外壳；28-带内螺纹的锥齿轮筒；29-第一锥齿轮；30-驱动电机固定座；31-空心杆轴；32-转向步进电机；33-地表信息收集像机；34-第二锥齿轮；35-电机；37-风机固定座底板； 38-垃圾收纳装置；40-水箱支撑座；41-水箱；42-水管；43-前置过滤器；44-翻转板支架；45-抬升步进电机；46-水箱盖；47-过滤层；48-过滤层盖；49-过水管；50-翻转板；51-过滤网；52-电磁开关；53-抽水泵；54-卡台； 55-充电桩； 59-吸尘器转接头；60-带外螺纹的伸缩杆；62-拖地结构外壳；64-清洗通孔；65-凸沿；66-第二丝杆；67-第三丝杆。
具体实施方式
实施例1
本发明专利具体结构如图1-13所示：
1、总体方案
该方案的结构分为清洗结构和拖地结构两大部分，该方案能够缩减拖地机的体积，使得其能够满足家庭清洁的工况。
当机器不进行拖地吸尘时，整个机器如图1-4逐渐放入到清洗水循环结构，可以有效的减少机器所占的室内空间。
2、清洗结构的水循环及拖把清洗方案
该部分主要用于拖把的清洗与水循环利用，该结构中水管将抽水泵 53、前置过滤器 43、过滤层 47、水箱 41 等连接为一体，拖把在水箱 41 里面清洗并甩干后，脏水由水管 42 经过前置过滤器 43 进入水泵 53 再经过水管 49 并被送入过滤层 47，在过滤层进行清洁后，待拖地吸尘机再次清洗时，电磁开关阀门 52 打开，将水释放到水箱里面供拖把清洗使用。抬升步进电机45 通过其螺母带动 翻转板支架 44 上下运动，从而实现拖地吸尘机拖把的清洗与脱水。
过滤部分主要有过滤层（上带有入水口，下面开有出水口）、过滤网板组成，脏水通过水泵53从入水口抽入过滤层，通过过滤网板进行二次过滤，并储存在过滤层里面，待拖把要进行清洗的时候，电磁开关45打开将水放到水箱里面进行拖把清洗，从而实现水的循环利用。
3、拖地结构方案
该方案中，驱动轮10驱动机器进行行走，通过差速可以进行转弯等，大扭矩风机11 通过吸尘器转接头59连到吸尘器扩大头 18上，其中大扭矩风机 11 下面的固定座里面有一个存储垃圾的吸尘器收纳盒 38，待其盛放垃圾到一定程度可以将其取出来将垃圾清理掉。 平移支架通过螺母固定在导轨 24 上，平移步进电机4 通过其丝杠带动螺母，螺母带动平移架 6进行前后运动，在遇到比较脏的地方以及墙角等死角的地方可以通过其带动拖把直线运动进 行清洁。用于提升的步进电机端座23 用于固定提升电机，提升电机用于切换工况（不工作、拖把 清洗、甩干、拖地）。直流减速电机 26 通过一对锥齿轮啮合将动力传输到空心杆轴 31 上面。电机35动作带动第一锥齿轮29运动，从而驱动一对带内螺纹的锥齿轮筒28运动，带内螺纹的锥齿轮筒28内部螺纹与伸缩杆60的外螺纹啮合进行运动，当拖把需要收缩时候，电机35朝一定方向运动，伸缩杆60向内部收缩，从而使拖把变短，当电机35向另一个方向运动，拖把变长。这样通过两拖把伸缩架之间的角度变化，实现拖把不同长度的变化，这种变化可以用于墙角的清洁，使清洁效果更好。
充电座 21 可以和清洗水循环结构中的翻转板 50 上的充电桩 55 配合给机器进行充电。此外监控摄像机 14 固定在磁性材料制作的像机固定座 15 上，转向步进电机32 带动固定座运动，实现摄像头不同方位的切换，同时主人可以通过手机端 APP 进行远程控制，指派机器人进入到指定房间进行实时环境监控。地表信息收集像机可以对地面信息进行提取与内部存储的信息进行比较，判断地面的脏与不脏，一次完整清扫以后，将地面信息进行跟新作为新的评判标准，亦可以进行恢复出厂设置。
智能控制方案：
家用智能清洁机器人通过无线网络连接有智能手机，智能手机控制转向步进电机32转动，并指派家用智能清洁机器人进入到指定房间进行实时环境监控；地表信息收集像机33对地面信息进行 提取与内部存储的信息进行比较，判断地面的脏与不脏，一次完整清扫以后，将地面信息进 行更行作为新的评判标准，或进行恢复出厂设置。
家用智能清洁机器人上安装有定时器、电压传感器、温度传感器、湿度传感器、燃气浓度传感器，根据设定时间进行定时清洁； 自主充电：通过电压传感器实时监测自带电池容量，通过算法设计进行低电量、防过放保护，在电池容量不足时，自行返回充电；
智能清洁机器人地面情况识别的方法为：智能清洁机器人通过广角的地表信息收集像机33，对自身所遍历过的环境进行识别，利 用深度学习神经网络算法识别具有脏污严重的特别工况，并根据具体工况采用着重清洁 方案，以达到严重污渍清洁彻底的效果； 无死角清洁：建立环境栅格地图，然后利用环境地图的特征参数实现路径规划，路径规划的方法为：建立并储存室内的“电子地图”，清洁机器人沿某一方向上清扫，遇到“电子地图”边界时就平移一个车位，沿反方向往 回清扫，而遇到障碍物一端边界点时也平移一个车位沿反方向往回清扫，而遇到障碍物另一 端边界点时则判断出该障碍物的类型，采取相应的避障策略绕过障碍物后沿原方向继续清扫；
安装的温度传感器、湿度传感器、燃气浓度传感器以及监控摄像机14形成环境信息采集系统，当环境信息采集系统采集到的信息达到危险预警值时，利用网络编程，通过GPRS 模 块将信息传输到用户智能手机 APP 端进行提醒报警，当情况紧急时可自动进行主动呼叫以及发 送报警短信的方式呼叫用户，起到保护预警目标。
室内环境感知&燃气浓度预警：利用 DHT11 温湿度传感器和 MQ-2 燃气浓度传感器采集
室内温度、湿度信息以及燃气浓度信息反馈给控制芯片。根据室内信息进行用户在家蜂鸣器 报警与短息，电话呼叫，APP 提醒等模式预警（用户不在家）。这里主要采用 D/A 转换，利 用传感器使用手册，将信息转换成温度、湿度和燃气浓度信息，根据程序算法阙值，进行分 级报警，根据预警等级不同采取不同报警方式，达到安全且避免误报的工作效果。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种家用智能清洁机器人，包括清洗结构和拖地结构；所述拖地结构包括底板(9)，底板(9)上安装有地表信息收集像机(33)、行走机构和拖地机构，其特征在于，所述底板(9)上表面成形有导轨(24)，所述拖地机构包括与导轨(24)滑动连接的平移架(6)，平移架(6)连接有平移结构和升降结构；所述升降结构包括固定在平移架(6)上的升降电机，升降电机连接有第一丝杆(63)，升降电机通过第一丝杆(63)螺纹连接电机大支架(25)；平移架(6)通过步进电机端座支撑柱(22)连接有步进电机端座(23)，第一丝杆(63)顶部与步进电机端座(23)轴接连接；电机大支架(25)固定连接有直流减速电机(26)，直流减速电机(26)连接有竖向设置的固定架(3)，固定架(3)中部安装有电机(35)，电机(35)连接有第一锥齿轮(29)，第一锥齿轮(29)两侧分别啮合有带内螺纹的锥齿轮筒(28)，锥齿轮筒(28)螺纹连接有带外螺纹的伸缩杆(60)，伸缩杆(60)铰接连接用于固定拖把的拖把伸缩架(1)，两个拖把伸缩架(1)一端相互铰接连接，另一端与伸缩杆(60)铰接连接；所述家用智能清洁机器人通过无线网络连接有智能手机，智能手机控制转向步进电机(32)转动，并指派家用智能清洁机器人进入到指定房间进行实时环境监控；地表信息收集像机(33)对地面信息进行提取与内部存储的信息进行比较，判断地面的脏与不脏，一次完整清扫以后，将地面信息进行更行作为新的评判标准，或进行恢复出厂设置进行初始化；
所述家用智能清洁机器人上安装有定时器、电压传感器、温度传感器、湿度传感器、燃气浓度传感器，根据设定时间进行定时清洁；自主充电：通过电压传感器实时监测自带电池容量，通过算法设计进行低电量、防过放保护，在电池容量不足时，自行返回充电；
智能清洁机器人地面情况识别的方法为：智能清洁机器人通过广角的地表信息收集像机(33)，对自身所遍历过的环境进行识别，利用深度学习神经网络算法识别具有脏污严重的特别工况，并根据具体工况采用着重清洁方案，以达到严重污渍清洁彻底的效果；无死角清洁：建立环境栅格地图，然后利用环境地图的特征参数实现路径规划，路径规划的方法为：建立并储存室内的“电子地图”，清洁机器人沿某一方向上清扫，遇到“电子地图”边界时就平移一个车位，沿反方向往回清扫，而遇到障碍物一端边界点时也平移一个车位沿反方向往回清扫，而遇到障碍物另一端边界点时则判断出该障碍物的类型，采取相应的避障策略绕过障碍物后沿原方向继续清扫；
安装的温度传感器、湿度传感器、燃气浓度传感器以及监控摄像机(14)形成环境信息采集系统，当环境信息采集系统采集到的信息达到危险预警值时，利用网络编程，通过GPRS模块将信息传输到用户智能手机APP端进行提醒报警，当情况紧急时可自动进行主动呼叫以及发送报警短信的方式呼叫用户，起到保护预警目标；所述拖把使用的是胶棉；
所述清洗结构包括清洗结构外壳(27)，清洗结构外壳(27)前端开口并固定有翻转板支架(44)；清洗结构外壳(27)内中部固定有水箱盖(46)，水箱盖(46)上成形有清洗通孔(64)、水箱盖(46)底部为与清洗通孔(64)连通的水箱(41)；翻转板支架(44)上铰接翻转板(50)中部，水箱盖(46)底面突出水箱(41)成形有凸沿(65)，翻转板支架(44)两端螺纹连接有第二丝杆(66)，第二丝杆(66)连接有抬升步进电机(45)。
2.如权利要求1所述的家用智能清洁机器人，其特征在于，所述水箱(41)通过抽水泵(53)连通有前置过滤器(43)，前置过滤器(43)通过过水管(49)连通过滤层(47)的上部；过滤层(47)处于水箱(41)上方并与水箱(41)连通形成水循环；过滤层(47)顶部安装有过滤层盖(48)。
3.如权利要求1所述的家用智能清洁机器人，其特征在于，所述翻转板(50)上安装有充电桩(55)，底板(9)底部安装有与充电桩(55)配合的充电座(21)。
4.如权利要求1所述的家用智能清洁机器人，其特征在于，所述行走机构包括驱动轮(10)和牛眼轮(20)，驱动轮(10)通过驱动轮减速器(12)连接有驱动电机(13)，驱动轮(10)为两个，底板(9)上安装有电机固定架(16)，电机固定架(16)通过像机固定座(15)安装有监控摄像机(14)，电机固定架连接有转向步进电机(32)。
5.如权利要求1所述的家用智能清洁机器人，其特征在于，所述底板(9)上还安装有吸尘机构，所述吸尘机构包括吸尘器扩大头(18)，吸尘器扩大头(18)连通有吸尘器转接头(59)，吸尘器转接头(59)连通有风机。
6.如权利要求1所述的家用智能清洁机器人，其特征在于，所述平移结构包括固定在底板(9)上的平移步进电机端座(8)，平移步进电机端座(8)螺纹连接有第三丝杆(67)，第三丝杆(67)连接有平移步进电机(4)，平移步进电机(4)固定连接有平移架(6)。
7.如权利要求1所述的家用智能清洁机器人，其特征在于，所述竖向设置的固定架(3)连接有空心杆轴(31)，空心杆轴(31)上固定有第二锥齿轮(34)，第二锥齿轮(34)啮合有与直流减速电机(26)连接的第三锥齿轮(68)。
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