CN109124503B - 一种全维度自动越层六功能清洁机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全维度自动越层六功能清洁机器人及控制方法，其中机器人包括攀爬行走装置，以及安装于所述攀爬行走装置上的清洗装置，所述清洗装置包括与所述攀爬行走装置固接的旋转舵机，以及固接有清洗舵机的悬臂，所述旋转舵机的输出轴横向设置且与所述悬臂固接，所述清洗舵机的输出轴竖向设置且固接有清洗拖把。本发明通过三个箱体交替地相互滑动实现攀爬楼梯，攀爬时先抬升，后跟进，保证了攀爬动作的稳定；通过在底部设置麦克纳姆轮，可以使机器人整机在楼梯上左右行驶，达到清洗楼梯的目的；机器人能够自主完成拖把清洗工作，大大减少了人力成本，清洗完成后可将两侧悬臂向上旋转折起，方便整车的灵活存放。

Description

一种全维度自动越层六功能清洁机器人及控制方法

技术领域

本发明涉及清洗设备技术领域，尤其涉及到一种全维度自动越层六功能清洁机器人及控制方法。

背景技术

随着科技的不断发展，机器人被应用于日常生活中的各个领域，较为突出的就是扫地机器人，节省了人工劳动强度，被越来越多的家庭使用。但是多数的扫地机器人只能在平地进行清扫，不能攀爬楼梯，更不能用于楼梯的清扫，虽然也有一些可以攀爬楼梯的机器人，但是结构都比较复杂，例如申请号为201711476560.4的专利，其公开了一种楼梯用全自动清洁拖地机，由于其结构的复杂性，制作难度大，很难被广泛应用，实用性较低。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种全维度自动越层六功能清洁机器人及控制方法，该清洗机器人既能够实现攀爬楼梯，也可以完成拖地作业，并可实现拖地时全向移动。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种全维度自动越层六功能清洁机器人，包括攀爬行走装置，以及安装于所述攀爬行走装置上的清洗装置，所述清洗装置包括与所述攀爬行走装置固接的旋转舵机，以及固接有清洗舵机的悬臂，所述旋转舵机的输出轴横向设置且与所述悬臂固接，所述清洗舵机的输出轴竖向设置且固接有清洗拖把。

本方案通过攀爬行走装置带动清洗装置进行移动和攀爬楼梯，通过旋转舵机将悬臂向下转动，使清洗拖把与地面接触，利用清洗舵机带动清洗拖把旋转进行地面清洗作业，清洗完成后，旋转舵机将悬臂向上转动收起，大大减小了占用空间，方便放置。

作为优化，所述攀爬行走装置上还固设有水箱，以及进水口与所述水箱连通的水泵，所述水泵的出口连接有伸至所述清洗拖把前方和/或后方的管道。通过水泵和管道将水箱内的水喷洒至清洗拖把的前方和/或后方，提高了清洗效果，使清洗后的地面更加干净。

作为优化，所述管道包括一端与所述水泵连接的软管，以及与所述软管另一端连通的刚性管，所述刚性管的两端分别伸至清洗拖把的前方、后方。本优化方案通过软管与水泵连接，方便管道的铺设和角度调整，在软管末端设置刚性管，防止出水口发生跳动，保证喷水方向固定。

作为优化，所述攀爬行走装置包括依次设置的前箱体、中箱体和后箱体，所述前箱体、中箱体和后箱体上分别安装有由电机驱动的麦克纳姆轮，所述中箱体上还安装有至少三个底面与麦克纳姆轮底面平齐的万向轮；所述前箱体与中箱体之间，以及中箱体与后箱体之间分别通过直线导轨装置连接。本优化方案通过设置麦克纳姆轮，可以实现机器人整体的全向移动，通过在中箱体上安装万向轮，既方便机器人全向移动，又在前箱体或后箱体上移时起到支撑作用，保证机器人的稳定，避免发生倾覆；前箱体、中箱体和后箱体之间分别通过直线导轨装置连接，利用直线导轨装置中的滑块与导轨的相对移动实现相邻箱体的相对移动，保证了移动的快速可靠。

作为优化，所述前箱体的左右两侧均安装有所述清洗装置。通过在前箱体两侧均设置清洗装置，增大了清洗面积，提高了清洗效率；同时通过将清洗装置设置在前箱体上，方便在转弯时控制清洗范围，也方便在后箱体上安装烘干吹风机。

作为优化，所述前箱体和/或中箱体的底面安装有由清洗舵机带动旋转的中间拖把。通过设置中间拖把，提高了清洗范围，并且可以利用两侧悬臂上清洗拖把甩出的水进行清洗，不仅提高了清洗效率，而且节约了用水。

作为优化，所述后箱体内安装有烘干吹风机，后箱体的底面开设有与所述烘干吹风机的出气口连通的通风孔。本优化方案通过在后箱体上设置烘干吹风机，利用烘干吹风机吹出的风将清洗后的地面吹干，缩短了地面晾干时间。

作为优化，还包括控制系统，所述控制系统包括与所述电机、直线导轨装置电连接的中央处理器，前箱体的顶部安装有与所述中央处理器电连接的导航装置，前箱体的前侧面，以及前箱体、中箱体和后箱体的底面均安装有与所述中央处理器电连接的激光测距仪。本优化方案通过设置控制系统提高了智能化水平，通过导航装置引领机器人移动路径，通过激光测距仪测定前箱体、中箱体和后箱体的移动高度，保证了各动作的精确性。

一种全维度自动越层六功能清洁机器人的控制方法，包括攀爬楼梯和清洗地面，其中攀爬楼梯包括：

（1）机器人整体移动至靠近待攀爬台阶，前箱体与中箱体之间的直线导轨装置正向动作，带动前箱体上移一个台阶的高度，机器人整体向前移动至中箱体的前端与待攀爬台阶接触；

（2）前箱体与中箱体之间的直线导轨装置反向动作，前箱体朝下移动，当前箱体下落至由待攀爬台阶支撑后，前箱体无法继续向下移动，使中箱体上移，中箱体向上移动一个台阶的高度，机器人整体向前移动至后箱体的前端与待攀爬台阶接触；

（3）后箱体与中箱体之间的直线导轨装置动作，中箱体下落至由待攀爬台阶支撑后，后箱体上移一个台阶的高度，机器人整体向前移动至前箱体的前端与下一台阶接触；

（4）重复步骤（1）~（3），完成整个楼梯的攀爬。

本方案利用直线导轨装置滑块中的电机提供动力，通过前箱体、中箱体和后箱体的交替上移实现楼梯攀爬，攀爬动作准确可靠，在攀爬的过程中将悬臂折下，使清洗拖把与台阶接触，然后利用机器人的横向移动即可完成对台阶的清洗。

清洗地面包括：

（1）旋转舵机带动悬臂向下转动至悬臂上的清洗拖把与地面接触，水箱内的水喷洒至清洗拖把的前后两侧，清洗舵机带动清洗拖把转动进行清洗地面，中间拖把由单独的清洗舵机带动旋转，利用两侧悬臂上清洗拖把甩出的水进行地面清洗；

（2）清洗拖把转动的同时，电机带动机器人整体移动，移动路径由导航装置引导；

（3）机器人移动的同时，烘干吹风机动作，吹出的气体经通风孔吹向地面，将擦拭过的地面进行烘干；

（4）需要涮洗拖把时，机器人移动至清洗池，并攀爬至中间台上，前箱体下移，使其底部的拖把伸至中间清洗槽，旋转舵机带动悬臂向下转动，使两侧悬臂上的拖把分别伸至左清洗槽、右清洗槽，各清洗槽上的感应水龙头感应到拖把后出水，对拖把进行冲洗；

（5）将拖把冲洗干净后，旋转舵机带动悬臂向上转动，使悬臂立于前箱体两侧，机器人移至指定位置或人工存放。

本方法对地面进行清洗时的清洗面积大，并且在移动过程中对清洗完成的地面进行烘干，提高了清洗效率，清洗完成后可以悬臂向上折起，减小了占用空间，拖把的清洗分别在不同的清洗槽进行，避免交叉污染，采用感应式水龙头，节约了用水，提高了自动化程度。

用于上述方案中全维度自动越层六功能清洁机器人的清洗池，包括依次设置的左清洗槽、中间台和右清洗槽，所述左清洗槽和右清洗槽相对的槽壁不高于中间台，中间台上设有中间清洗槽，所述中间、左清洗槽和右清洗槽的槽壁上分别安装有感应水龙头。

本方案的清洗池通过设置左清洗槽、右清洗槽和中间清洗槽，分别与前箱体悬臂上的清洗拖把和前箱体底面的中间拖把对应，不仅提高了涮洗效率，而且避免交叉污染，通过设置中间台，避免悬臂与清洗槽干涉。

本发明的有益效果为：通过三个箱体交替地相互滑动实现攀爬楼梯，攀爬时先抬升，后跟进，保证了攀爬动作的稳定；通过在底部设置麦克纳姆轮，可以使机器人整机在楼梯上左右行驶，达到清洗楼梯的目的，并可进行全向行驶，大大增加了灵活性；在平地上清洗时，通过导航装置导航，保证了整机按设定路径行驶；机器人能够自主完成拖把清洗工作，大大减少了人力成本，清洗完成后可将两侧悬臂向上旋转折起，方便整车的灵活存放；可以实现扫地、拖地、烘干、爬楼梯、自动清洗拖把和视觉导航六种功能，极大地方便了人们使用。

附图说明

图1为一种全维度自动越层六功能清洁机器人装置的前侧视图（顶）；

图2为一种全维度自动越层六功能清洁机器人装置的前侧视图（底）；

图3为一种全维度自动越层六功能清洁机器人装置的前视图；

图4为一种全维度自动越层六功能清洁机器人装置的侧视图；

图5为一种全维度自动越层六功能清洁机器人装置的俯视图；

图6为一种全维度自动越层六功能清洁机器人装置的仰视图；

图7为清洗池结构示意图；

图中所示：

1、前箱体，2、中箱体，3、后箱体，4、悬臂，5、旋转舵机，6、固定架，7、激光测距仪，8和21、清洗舵机， 9、刚性管，10、清洗拖把，11、导航装置，12、超声波发射器，13、麦克纳姆轮，14、万向轮，15、安装支架，16、电机，17、通风孔，18、导轨，19、滑块，20、中间拖把， 22、左清洗槽，23、中间清洗槽，24、右清洗槽，25、感应水龙头，26、中间台。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

如图1所示一种全维度自动越层六功能清洁机器人，包括攀爬行走装置，以及安装于所述攀爬行走装置上的清洗装置，所述清洗装置包括与所述攀爬行走装置固接的旋转舵机5，以及固接有清洗舵机的悬臂4，所述旋转舵机5的输出轴横向设置且与所述悬臂4固接，所述清洗舵机8的输出轴竖向设置且固接有清洗拖把10。

攀爬行走装置上还固设有水箱，以及进水口与所述水箱连通的水泵，所述水泵的出口连接有伸至所述清洗拖把前方和后方的管道。所述管道包括一端与所述水泵连接的软管，以及与所述软管另一端连通的刚性管9，所述刚性管9的两端分别伸至清洗拖把10的前方、后方。

攀爬行走装置包括自前往后依次设置的前箱体1、中箱体2和后箱体3，水箱设置在前箱体内，前箱体1、中箱体2和后箱体3上分别通过安装支架15安装有由电机16驱动的麦克纳姆轮13，所述中箱体2上还安装有至少三个底面与麦克纳姆轮底面平齐的万向轮14，为了保证稳定性，本实施例中万向轮数量为四个且呈矩形分布。

旋转舵机5通过固定架6固定安装在前箱体上，悬臂4为中空的碳纤维杆，软管从悬臂内穿过，为了提高清洗作业效率，在前箱体1的左右两侧均安装有所述清洗装置。前箱体的底面还安装有可旋转的扫地装置，所述可旋转的扫地装置包括清洗舵机21和由所述清洗舵机21带动旋转的中间拖把20，使用中间拖把可以对整机下方的盲区进行清扫和清洗，提高卫生清理的彻底性。

前箱体与中箱体之间，以及中箱体与后箱体之间分别通过直线导轨装置连接。直线导轨装置采用现有技术，其包括带有驱动装置的滑块19，以及与滑块适配的导轨18。在前箱体的后侧面和中箱体的后侧面与滑块固接，中箱体的前侧面和后箱体的前侧面与导轨固接。为了保证箱体之间相对滑动时不发生偏斜，在前箱体的后侧面和中箱体的后侧面上还固设有滑接于导轨上的辅助滑块。

后箱体内安装有烘干吹风机，后箱体的底面开设有与所述烘干吹风机的出气口连通的通风孔17。

本实施例还包括控制系统，所述控制系统包括与所述电机、直线导轨装置电连接的中央处理器，前箱体的顶部安装有与所述中央处理器电连接的导航装置11和超声波发射器12，前箱体的前侧面，以及前箱体、中箱体和后箱体的底面均安装有与所述中央处理器电连接的激光测距仪7。中央处理器、电路板及给机器人各用电部分供电的电池设置在中箱体内。导航装置11包括激光SLAM导航和UWB导航，分别与中箱体中的中央处理器电性连接。机器人整机行驶时，首先用UWB进行粗略导航，使整机行驶于正常路线并到达指定区域，然后用激光SLAM进行精细化导航，完成桌面下以及床底下等细节的清洗；超声波发射器12用于整车躲避障碍物，防止撞到人和家具，由超声波发出声波收集物体位置信息并及时反馈给中央处理器，中央处理器做出相应的避障指令；激光测距仪用于测量与台阶横面、立面的距离，为箱体抬升距离和整机向前移动距离提供了参考数据。

上述全维度自动越层六功能清洁机器人的控制方法，包括攀爬楼梯和清洗地面，其中攀爬楼梯包括：

（1）机器人整体移动至靠近待攀爬台阶，前箱体与中箱体之间的直线导轨装置正向动作，带动前箱体上移一个台阶的高度，机器人整体向前移动至中箱体的前端与待攀爬台阶接触；

（2）前箱体与中箱体之间的直线导轨装置反向动作，前箱体下落至由待攀爬台阶支撑后，中箱体上移一个台阶的高度，机器人整体向前移动至后箱体的前端与待攀爬台阶接触；

（3）后箱体与中箱体之间的直线导轨装置动作，中箱体下落至由待攀爬台阶支撑后，后箱体上移一个台阶的高度，机器人整体向前移动至前箱体的前端与下一台阶接触；

（4）重复步骤（1）~（3），完成整个楼梯的攀爬。

清洗地面包括：

（1）旋转舵机带动悬臂向下转动至悬臂上的清洗拖把与地面接触，水箱内的水喷洒至清洗拖把的前后两侧，清洗舵机带动清洗拖把转动进行清洗地面，中间拖把由单独的清洗舵机带动旋转，利用两侧悬臂上清洗拖把甩出的水进行地面清洗；

（2）清洗拖把转动的同时，电机带动机器人整体移动，移动路径由导航装置引导，利用UWB导航首先粗略引导整机大致行驶路径并行驶至指定位置，再利用激光SLAM导航引导机器人识别桌子及床体等家具，在一定区域内精细化导航整机完成清洗工作，工作时由前箱体中水箱供水，经碳纤维管流出，喷洒于拖布前后方，在行驶过程中，超声波发射器检测到障碍物，将数据传送给中央处理器，发出避障指令引导整机躲避障碍物；

（3）机器人移动的同时，烘干吹风机动作，吹出的气体经通风孔吹向地面，将擦拭过的地面进行烘干；

（4）需要涮洗拖把时，机器人移动至清洗池，并攀爬至中间台上，前箱体下移，使其底部的拖把伸至中间清洗槽，旋转舵机带动悬臂向下转动，使两侧悬臂上的拖把分别伸至左清洗槽、右清洗槽，各清洗槽上的感应水龙头感应到拖把后出水，对拖把进行冲洗，拖把旋转完成涮洗；

（5）将拖把冲洗干净后，旋转舵机带动悬臂向上转动，使悬臂立于前箱体两侧，机器人移至指定位置或人工存放。

为了方便上述全维度自动越层六功能清洁机器人进行涮洗拖把，本实施提供一种清洗池，包括依次设置的左清洗槽22、中间台26和右清洗槽24，所述左清洗槽22和右清洗槽24相对的槽壁不高于中间台，中间台上设有中间清洗槽23，所述中间清洗槽、左清洗槽和右清洗槽的槽壁上分别安装有感应水龙头25。在清洗完成后，整机自主通过导航寻找清洗池，并爬上清洗池的中间台，将两侧的拖把放入两侧清洗槽，前箱体下面的拖把通过前箱体的下移放入中间清洗槽，槽壁上的水龙头上装有传感器，感应到机器人后出水，机器人通过旋转拖把完成涮洗工作。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (6)

1.一种全维度自动越层六功能清洁机器人，其特征在于：包括攀爬行走装置，以及安装于所述攀爬行走装置上的清洗装置，所述 清洗装置包括与所述攀爬行走装置固接的旋转舵机（5），以及固接有清洗舵机的悬臂（4），所述旋转舵机（5）的输出轴横向设置且与所述悬臂（4）固接，所述清洗舵机（8）的输出轴竖向设置且固接有清洗拖把（10）；

所述攀爬行走装置包括依次设置的前箱体（1）、中箱体（2）和后箱体（3），所述前箱体（1）、中箱体（2）和后箱体（3）上分别安装有由电机（16）驱动的麦克纳姆轮（13），所述中箱体（2）上还安装有至少三个底面与麦克纳姆轮底面平齐的万向轮（14）；所述前箱体与中箱体之间，以及中箱体与后箱体之间分别通过直线导轨装置连接；

所述前箱体（1）的左右两侧均安装有所述清洗装置；

所述前箱体和/或中箱体的底面安装有可旋转的扫地装置，所述可旋转的扫地装置包括清洗舵机（21）和由所述清洗舵机（21）带动旋转的中间拖把（20）；

用于所述全维度自动越层六功能清洁机器人的清洗池，包括依次设置的左清洗槽（22）、中间台（26）和右清洗槽（24），所述左清洗槽（22）和右清洗槽（24）相对的槽壁不高于中间台，中间台上设有中间清洗槽（23），所述中间清洗槽、左清洗槽和右清洗槽的槽壁上分别安装有感应水龙头（25）；

需要涮洗拖把时，机器人移动至清洗池，并攀爬至中间台上，前箱体下移，使其底部的拖把伸至中间清洗槽，旋转舵机带动悬臂向下转动，使两侧悬臂上的拖把分别伸至左清洗槽、右清洗槽，各清洗槽上的感应水龙头感应到拖把后出水，对拖把进行冲洗。

2.根据权利要求1所述的一种全维度自动越层六功能清洁机器人，其特征在于：所述攀爬行走装置上还固设有水箱，以及进水口与所述水箱连通的水泵，所述水泵的出口连接有伸至所述清洗拖把前方和/或后方的管道。

3.根据权利要求2所述的一种全维度自动越层六功能清洁机器人，其特征在于：所述管道包括一端与所述水泵连接的软管，以及与所述软管另一端连通的刚性管（9），所述刚性管（9）的两端分别伸至清洗拖把（10）的前方、后方。

4.根据权利要求1所述的一种全维度自动越层六功能清洁机器人，其特征在于：所述后箱体内安装有烘干吹风机，后箱体的底面开设有与所述烘干吹风机的出气口连通的通风孔（17）。

5.根据权利要求1所述的一种全维度自动越层六功能清洁机器人，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统包括与所述电机、直线导轨装置电连接的中央处理器，前箱体的顶部安装有与所述中央处理器电连接的导航装置（11），前箱体的前侧面，以及前箱体、中箱体和后箱体的底面均安装有与所述中央处理器电连接的激光测距仪（7）。

6.一种权利要求1~5任一项所述全维度自动越层六功能清洁机器人的控制方法，其特征在于，包括攀爬楼梯和清洗地面，攀爬楼梯包括：

（1）机器人整体移动至靠近待攀爬台阶，前箱体与中箱体之间的直线导轨装置正向动作，带动前箱体上移一个台阶的高度，机器人整体向前移动至中箱体的前端与待攀爬台阶接触；

（2）前箱体与中箱体之间的直线导轨装置反向动作，前箱体下落至由待攀爬台阶支撑后，中箱体上移一个台阶的高度，机器人整体向前移动至后箱体的前端与待攀爬台阶接触；

（3）后箱体与中箱体之间的直线导轨装置动作，中箱体下落至由待攀爬台阶支撑后，后箱体上移一个台阶的高度，机器人整体向前移动至前箱体的前端与下一台阶接触；

（4）重复步骤（1）~（3），完成整个楼梯的攀爬；

清洗地面包括：

（1）旋转舵机带动悬臂向下转动至悬臂上的清洗拖把与地面接触，水箱内的水喷洒至清洗拖把的前后两侧，清洗舵机带动清洗拖把转动进行清洗地面，中间拖把由单独的清洗舵机带动旋转，利用两侧悬臂上清洗拖把甩出的水进行地面清洗；

（2）清洗拖把转动的同时，电机带动机器人整体移动，移动路径由导航装置引导；

（3）机器人移动的同时，烘干吹风机动作，吹出的气体经通风孔吹向地面，将擦拭过的地面进行烘干；

（4）需要涮洗拖把时，机器人移动至清洗池，并攀爬至中间台上，前箱体下移，使其底部的拖把伸至中间清洗槽，旋转舵机带动悬臂向下转动，使两侧悬臂上的拖把分别伸至左清洗槽、右清洗槽，各清洗槽上的感应水龙头感应到拖把后出水，对拖把进行冲洗；

（5）将拖把冲洗干净后，旋转舵机带动悬臂向上转动，使悬臂立于前箱体两侧，机器人移至指定位置或人工存放。