CN109760039A

CN109760039A - 一种擦墙机器人用智能控制系统

Info

Publication number: CN109760039A
Application number: CN201711095330.3A
Authority: CN
Inventors: 吴华云
Original assignee: Xian Dingzi Electronic Information Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Dingzi Electronic Information Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-05-17

Abstract

本发明涉及一种擦墙机器人用智能控制系统，包括：用于控制机械臂动作的电机驱动模块、用于控制两位三通电磁阀动作的信号处理模块、向擦墙机器人提供电能的电源模块、用于控制擦墙机器人工作的主控制器以及安装在擦墙机器上用于观察擦洗墙面是否清洗干净的高清摄像头，所述两位三通电磁阀用于控制管路系统抽气或者充气。本发明通过信号处理模块控制两位三通电磁阀动作，以实现环形吸嘴与墙面间的吸附或脱离，本发明的电机驱动模块控制机械臂动作，使得真空吸盘组件可吸附在墙面的任一位置，擦墙机器人在清洗墙面时，通过更换真空吸盘组件吸附的位置，确保墙面的全面清洗。

Description

一种擦墙机器人用智能控制系统

技术领域

本发明属于擦墙机器人领域，具体涉及一种擦墙机器人用智能控制系统。

背景技术

清洗墙面用的爬壁机器人属于移动式服务机器人的一种，可在垂直壁面或顶部移动，完成墙壁外表面的清洗作业。爬壁清洗机器人的使用将大大降低高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高劳动生产率，具有一定的社会、经济意义和广阔的应用前景。

现有的爬壁机器人清洗墙面时，由于爬壁机器人本身体积小，储水能力有限，业内人士提出了一种具有大出水量的车厢，在车厢内存放大量的清洗液，实时为擦墙组件供给清洗液。然而，由于车厢无刹车机构，在清洗组件工作时，车厢极有可能不受控制的滑移。

发明内容

本发明的目的是提供一种防止车厢滑移的擦墙机器人用智能控制系统。

为此，本发明的技术方案如下：

一种擦墙机器人用智能控制系统，包括：用于控制机械臂动作的电机驱动模块、用于控制两位三通电磁阀动作的信号处理模块、向擦墙机器人提供电能的电源模块、用于控制擦墙机器人工作的主控制器以及安装在擦墙机器上用于观察擦洗墙面是否清洗干净的高清摄像头，所述两位三通电磁阀用于控制管路系统抽气或者充气；

所述电机驱动模块、信号处理模块和主控制器的电源端分别与电源模块连接，所述高清摄像头的输出端与主控制器的输入端连接，所述主控制器通过显示屏将高清摄像头拍摄到的实时图像呈现给操控者；所述主控制器的输出端与信号处理模块、电机驱动模块的输入端连接。

作为本发明的一个优选实施例，所述管路系统包括：抽气泵、充气泵、两位三通电磁阀、总软管、一个四通管接头、与吸附本体的连接管自由端连接的软管；所述抽气泵、充气泵和两位三通电磁阀均设置在支撑板上，真空吸附装置的吸附本体为多个，多个软管经至少一个四通管接头与总软管连接，总软管上设有两位三通电磁阀，所述两位三通电磁阀的两个进气口通过管道分别连接抽气泵、充气泵，所述抽气泵将环形吸嘴的空间抽成真空，使吸附本体形成负压腔，以吸附墙面；所述充气泵向环形吸嘴内注入空气，以实现环形吸嘴与墙面的脱离。

作为本发明的一个优选实施例，所述电机驱动模块包括L298N驱动芯片，L298N驱动芯片的9引脚接电源模块的输出端，L298N驱动芯片的8引脚接地，L298N驱动芯片的4引脚接12V电源，L298N驱动芯片的2引脚、3引脚、12引脚、14引脚接飞行电机的输入端，电源依次串接电阻R2、电容C4后接地，电阻R2和电容C4之间的接线端还连接L298N驱动芯片的11引脚；电源依次串接电阻R3、电容C5后接地，电阻R3和电容C5之间的接线端还连接L298N驱动芯片的6引脚。

作为本发明的一个优选实施例，所述信号处理模块为MSP430F5418的集成芯片。

作为本发明的一个优选实施例，所述主控制器为微处理器，该微处理器的型号为STM32F103RBT6。

本发明的有益效果：

本发明通过信号处理模块控制两位三通电磁阀动作，以实现环形吸嘴与墙面间的吸附或脱离，本发明的电机驱动模块控制机械臂动作，使得真空吸盘组件可吸附在墙面的任一位置，擦墙机器人在清洗墙面时，通过更换真空吸盘组件吸附的位置，确保墙面的全面清洗。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是擦墙机器人的结构示意图。

图2是机械臂的结构示意图。

图3是图2的局部放大图。

图4是真空吸盘组件的结构示意图。

图5是智能控制系统的结构框图。

图6是电机驱动模块的电路示意图。

图7是管路系统的示意图。

图中：1、车厢；2、滑轮；3、第一滑轨；4、第一滑块；5、第二滑轨；6、机械臂；6-1、肩关节；6-2、底座臂；6-3、底座关节；6-4、第一驱动电机；6-5、第二驱动电机；6-6、大臂；6-7、侧板；6-8、第三驱动电机；6-9、肘关节；6-10、小臂；7、真空吸盘组件；7-1、吸附本体；7-11、环形吸嘴；7-12、加强块；7-13、气体通道；7-14、连接管；7-2、连接板；7-3、安装平台；7-4、支腿；7-5、支撑板；8、第二滑块；9-1、抽气泵；9-2、充气泵；9-3、四通管接头；9-31、软管；9-4、总软管；9-5、两位三通电磁阀。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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创造和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

如图1所示，本实施例的擦墙机器人包括：内腔盛放有清洗液的车厢1、与车厢1连接的擦墙组件、设置在车厢1底部的两组供车厢1移动的滑轮2、固设在车厢1的顶壁的两组第一滑轨3、置于第一滑轨3上的第一滑块4、与第一滑轨3相垂直且固定于两块第一滑块4上的第二滑轨5、与第二滑轨5配合的第二滑块8，机械臂6固定于第二滑块8上；

机械臂6的末端设有真空吸盘组件7，该真空吸盘组件7的结构如图3所示，包括：可吸附在同一墙面上的多个吸附本体7-1、将多个吸附本体7-1连接为一体的连接板7-2、设置在连接板7-2外侧供机械臂6连接的安装平台7-3；

吸附本体7-1包括可形成负压腔的环形吸嘴7-11和自环形吸嘴7-11上端部向连接板7-2方向延伸的加强块7-12，加强块7-12内预埋一连接管7-14，该连接管7-14穿过连接板7-2并与连接板7-2固定连接；

连接管7-14内设有一延伸至负压腔的气体通道7-13，环形吸嘴7-11与墙面的光滑上表面接触，环形吸嘴7-11内的气体由气体通道7-13抽出，形成用于吸附墙面的真空区域；

车厢1上设有固定座，固定座上设有绕管盘-1，该绕管盘-1上的软管-2一端插入车厢1内部，另一端与擦墙机器-3连接，该软管可将车厢1内的清洗液输送至擦墙机器-3；软管由内橡胶管、第1加强层、第2加强层、外橡胶管构成，第1加强层是在硫化温度下硬化的树脂浸透到加强纤维编织网内组合而成的，第2加强层为纤维编织层。

本实施例的支架包括用于连接机械臂末端的安装平台7-3、连接板7-2的四个支腿7-4，四个支腿7-4之间设有支撑板7-5，该支撑板7-5用于放置抽气泵和充气泵.

在清洗墙壁时，先将车厢1在滑轮2的作用下推至墙体附近，将擦墙机器-3放置在墙面上，软管在动力泵的作用下把车厢1内的清洗液送至擦墙机器-3，控制器控制擦墙机器-3对墙面进行清洗。

由于车厢1没有刹车机构，考虑到擦墙机器-3在工作时，车厢1会来回移动，因此，本实施例在车厢1的顶壁设置滑移机构，滑块在滑轨上来回移动，从而控制机械臂6的移动。

机械臂6的末端设有用于吸附在墙面上的真空吸盘组件7，真空吸盘组件7的采用真空原理，即用真空负压来吸附墙面以达到防止车厢1移动的目的。本实施例连接管7-14的自由端与软管连接，软管通过总软管与抽气泵连接，当抽气泵启动后，环形吸嘴7-11内腔的气体由抽气泵抽出，环形吸嘴7-11内部的空气被抽走，形成了内部气压小于外部气压的真空状态。此时，由于环形吸嘴7-11内部的空气压力低于环形吸嘴7-11外部的大气压力，墙面与机械臂6紧密接触，从而防止车厢1的移动。环形吸嘴7-11内部的真空度越高，环形吸嘴7-11与墙面之间贴的越紧。

本实施例的吸附本体7-1在使用时需与墙面密封接触，形成一个密闭的气室后，才能启动抽气泵对气密腔室抽真空。上述分析可知，本实施例的真空吸盘组件7具有无污染、不伤工件和容易使用的特点。

重点说明的是：本实施例的吸附本体7-1在使用时需与墙面密封接触，形成一个密闭的气室后，才能启动抽气泵对气密腔室抽真空。上述分析可知，本实施例的真空吸盘组件7具有无污染、不伤工件和容易使用的特点。

本实施例的环形吸嘴7-11为喇叭状结构，环形吸嘴7-11的大端用于吸附墙面，小端与加强块7-12连接。环形吸嘴7-11的外环部沿连接管7-14轴向的截面为梯形；环形吸嘴7-11的内环部沿连接管7-14轴向的截面为弧形。这样设置的目的是使环形吸嘴7-11与墙面之间的空腔密封性更好。

优选的，本实施例中的控制过程使用的控制器可采用微控制器，微控制器采用现有技术中可实现控制功能的型号，例如为MSP430F5418的集成芯片及外围电路组成。本实施例机器人的控制器也可以选用型号为STM32F103RBT6的微处理器；该微处理器是ST公司基于ARM最新Cortex-X3架构内核的32位处理器产品，内置128KB的Flash、20K的RAM、12位AD、4个16位定时器核3路USART通讯口等多种资源，时钟频率最高可达72MHz。微处理器的输入电压为3.3V，能耗低，可以采用干电池进行供电，工作持续时间长。

控制器是嵌入式电子装置，包含相应的电路，采用微处理DSP以及相应的电路实现，将外部直流24V供电转换成内部所需的电源，完成接收命令和发送数据，并实现对擦墙机器人的控制。

本实施例还公开了一种用于擦墙机器人的智能控制系统，该智能控制系统包括：用于控制机械臂动作的电机驱动模块、用于控制两位三通电磁阀动作的信号处理模块、向擦墙机器人提供电能的电源模块、用于控制擦墙机器人工作的主控制器以及安装在擦墙机器上用于观察擦洗墙面是否清洗干净的高清摄像头，两位三通电磁阀用于控制管路系统抽气或者充气；

电机驱动模块、信号处理模块和主控制器的电源端分别与电源模块连接，高清摄像头的输出端与主控制器的输入端连接，主控制器通过显示屏将高清摄像头拍摄到的实时图像呈现给操控者；主控制器的输出端与信号处理模块、电机驱动模块的输入端连接。

需指出，本实施例的管路系统包括：抽气泵、充气泵、两位三通电磁阀、总软管、一个四通管接头、与吸附本体的连接管自由端连接的软管；抽气泵、充气泵和两位三通电磁阀均设置在支撑板上，真空吸附装置的吸附本体为多个，多个软管经至少一个四通管接头与总软管连接，总软管上设有两位三通电磁阀，两位三通电磁阀的两个进气口通过管道分别连接抽气泵、充气泵，抽气泵将环形吸嘴的空间抽成真空，使吸附本体形成负压腔，以吸附墙面；充气泵向环形吸嘴内注入空气，以实现环形吸嘴与墙面的脱离。

本实施例的电机驱动模块包括L298N驱动芯片，L298N驱动芯片的9引脚接电源模块的输出端，L298N驱动芯片的8引脚接地，L298N驱动芯片的4引脚接12V电源，L298N驱动芯片的2引脚、3引脚、12引脚、14引脚接飞行电机的输入端，电源依次串接电阻R2、电容C4后接地，电阻R2和电容C4之间的接线端还连接L298N驱动芯片的11引脚；电源依次串接电阻R3、电容C5后接地，电阻R3和电容C5之间的接线端还连接L298N驱动芯片的6引脚。

作为优选，本实施例的信号处理模块为MSP430F5418的集成芯片，主控制器为微处理器，该微处理器的型号为STM32F103RBT6。

本实施例通过高清摄像头将清洁后的墙体画面通过主控制器传输至显示屏，操作者判断擦墙机器的清洁是否干净，若存在未清理干净的区域，操作者使用擦墙机器重新清洗未清理干净的区域。本实施例通过信号处理模块控制两位三通电磁阀动作，以实现环形吸嘴与墙面间的吸附或脱离，本实施例的电机驱动模块控制机械臂动作，使得真空吸盘组件可吸附在墙面的任一位置，擦墙机器人在清洗墙面时，通过更换真空吸盘组件吸附的位置，确保墙面的全面清洗。

本实施例的机械臂6的结构如图2所示，包括底座关节6-3、肩关节6-1、肘关节6-，底座关节6-3包括与底座关节6-3相连的第一驱动电机6-4、与底座关节6-3固定连接的底座臂6-2；第一驱动电机6-4固定在第二滑块8上；

肩关节6-1包括固定于底座臂6-2上的第二驱动电机6-5、与底座臂6-2连接的大臂6-6；

肘关节6-包括侧板6-7、固定于侧板6-7上的第三驱动电机6-8、与侧板6-7连接的小臂6-10，侧板6-7与大臂6-6固定连接；小臂6-10与安装平台7-3连接。

本实施例是通过第一滑轨3滑块和第二滑轨5滑块调节机械臂6的位置，使真空吸盘组件7便于与墙面吸附。控制器通过控制第一驱动电机6-4驱动底座关节6-3转动，使机械臂6正对墙体；控制第二驱动电机6-5驱动肩关节6-1转动，从而控制大臂6-6的俯仰姿势；控制第三驱动电机6-8驱动肘关节6-转动，从而控制小臂6-10的俯仰姿势；通过肩关节6-1和肘关节6-的相互配合，调整机械臂6大臂6-6和小臂6-10的位置，使真空吸盘组件7更加利于吸附墙面。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种擦墙机器人用智能控制系统，其特征在于，包括：用于控制机械臂动作的电机驱动模块、用于控制两位三通电磁阀动作的信号处理模块、向擦墙机器人提供电能的电源模块、用于控制擦墙机器人工作的主控制器以及安装在擦墙机器上用于观察擦洗墙面是否清洗干净的高清摄像头，所述两位三通电磁阀用于控制管路系统抽气或者充气；

2.如权利要求1所述的擦墙机器人用智能控制系统，其特征在于，所述管路系统包括：抽气泵、充气泵、两位三通电磁阀、总软管、一个四通管接头、与吸附本体的连接管自由端连接的软管；所述抽气泵、充气泵和两位三通电磁阀均设置在支撑板上，真空吸附装置的吸附本体为多个，多个软管经至少一个四通管接头与总软管连接，总软管上设有两位三通电磁阀，所述两位三通电磁阀的两个进气口通过管道分别连接抽气泵、充气泵，所述抽气泵将环形吸嘴的空间抽成真空，使吸附本体形成负压腔，以吸附墙面；所述充气泵向环形吸嘴内注入空气，以实现环形吸嘴与墙面的脱离。

3.如权利要求2所述的擦墙机器人用智能控制系统，其特征在于，所述电机驱动模块包括L298N驱动芯片，L298N驱动芯片的9引脚接电源模块的输出端，L298N驱动芯片的8引脚接地，L298N驱动芯片的4引脚接12V电源，L298N驱动芯片的2引脚、3引脚、12引脚、14引脚接飞行电机的输入端，电源依次串接电阻R2、电容C4后接地，电阻R2和电容C4之间的接线端还连接L298N驱动芯片的11引脚；电源依次串接电阻R3、电容C5后接地，电阻R3和电容C5之间的接线端还连接L298N驱动芯片的6引脚。

4.如权利要求2所述的擦墙机器人用智能控制系统，其特征在于，所述信号处理模块为MSP430F5418的集成芯片。

5.如权利要求2所述的擦墙机器人用智能控制系统，其特征在于，所述主控制器为微处理器，该微处理器的型号为STM32F103RBT6。