CN109965794A - 一种楼宇清洁维护用智能机器人及操控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种楼宇清洁维护用智能机器人及操控方法，属于机器人领域，智能机器人包括车体组件、吸附组件、清洁维护组件和监测控制组件，吸附组件设置在车体组件的中部上方，监测控制组件固定在车体组件上并靠近吸附组件设置，清洁维护组件设置在车体组件的前、后两端，并使得清洁维护组件的工作面朝下设置。采用电机驱动涡轮/涡扇的方式进行大吸力吸附墙面，通过监测控制组件和操控者的操控，机器人的车轮让机器人在墙面可以移动和转动，到达人手触碰不到的地方。在机器人上面添加摄像头，机器人能将它摄像头的数据流传给客户端的APP，采用注塑方式减轻了机器人自身的重量，增强结构强度。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种楼宇清洁维护用智能机器人及操控方法。
背景技术
随着科学技术的发展，服务机器人得到了长足的发展和应用。这种服务可以是半自主的，亦可以是完全自主的。与模板化的工业生产机器人不同，服务型机器人更加趋向于智能化，也因而具有更强的交互能力。
当前服务机器人的关键技术主要包括移动结构设计、定位与导航技术、路径规划、人机交互与控制策略等。这些技术在不同的研究领域占有着不同的地位。比如，在餐饮等与日常生活密切相关的领域中，人机交互功能作为人机交流的桥梁，发挥着不可替代的作用；又如，在导游应用方面，机器人的定位与导航技术的研发工作直接关乎到导航的精确度与快捷程度。未来的服务机器人将更加智能化，功能也将更加丰富，将更好地为人类服务。
日前，有许多种类的扫地机器人出现在我们的生活中，但它们的问题是，只局限与地面的清洁，而无法立体、深入地清洁家中各处及外墙。并且，在一些非家用的场所也有此种需求，例如层高较高的办公区域，温度环境不适宜的工厂区域，因此急需一种满足立体清洁需求的机器人。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种楼宇清洁维护用智能机器人及操控方法。
一、设计原理
应对大角度的立体墙面，包括大于65度的外墙，在可行性的研究过程中，采用了涡轮式吸墙方式。具体的，采用电机驱动涡轮/涡扇的方式进行大吸力吸附墙面。爬墙机器人通过涡轮的抽吸使机器人的底盘/底板与墙面之间的空气被抽离，通过大气压的作用使得机器人能够贴附在墙上。
机器人的车轮让机器人在墙面可以移动，到达人手触碰不到的地方。在机器人上面添加摄像头模块，机器人能将它摄像头的数据流传给手机app，采用注塑方式减轻了机器人自身的重量，增强结构强度。
使用的Arduino作为主体来进行的对机器人和蓝牙的控制还有对电机的供电。
使用ATMega32U4芯片的Arduino Uno板。使用的是L298P电机驱动芯片。
整个机器人通过Arduino和蓝牙HC06进行控制和反馈，可以通过蓝牙模块对于驱动板上电机的转速和方向的控制，从而能够进行前后移动，也可以通过差速的方式将机器人进行旋转和转向。
此外，方案中的主体结构采用注塑件，达到轻量化设计的目的。
二、本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种楼宇清洁维护用智能机器人，包括车体组件、吸附组件、清洁维护组件和监测控制组件，所述吸附组件设置在所述车体组件的中部上方，所述监测控制组件固定在所述车体组件上并靠近所述吸附组件设置，所述清洁维护组件设置在所述车体组件的前、后两端，并使得清洁维护组件的工作面朝下设置。
优选的，所述车体组件包括底盘、驱动电机和车轮，在所述底盘的中部开设吸附孔，在所述吸附孔的前后两端均设置一个带通孔的安装筒，在所述吸附孔的前端设置监测控制组件用的固定板，在所述底盘的前端设置清洁剂槽和第一海绵容纳槽，在所述底盘的后端开设第二海绵容纳槽，两组所述驱动电机和车轮相对的设置在底盘的两侧。
优选的，在所述底盘的中后部左右两侧开设车轮的容纳部，以使得车轮的外侧面不超过所述底盘的外侧边。
优选的，在所述底盘上的驱动电机的固定处设置驱动电机定位架。
优选的，所述清洁剂槽为一个开孔朝上设置的容纳腔，所述第一海绵容纳槽为前端部分横向开缺口和底部全部开缺口的开放式海绵槽，所述第二海绵容纳槽为设置有圆弧容纳部的使得第二海绵底部外露的开放式海绵槽。
优选的，所述吸附孔的边缘向上凸起设置。
优选的，所述吸附孔为圆顶长孔。
优选的，在所述底盘的底面上设置一层摩擦层。
优选的，在所述摩擦层上向外凸起设置多条摩擦棱或摩擦凸块。
优选的，所述吸附组件包括在所述吸附孔下方设置的底部导风架，在所述吸附孔上方依次设置的环形挡风环、涡轮、中心电机架和中心电机，以及在底盘两侧设置的挡风条。
优选的，在所述底部导风架上的前后两端设置内螺纹连接柱，所述内螺纹连接柱穿过所述底盘上的两个安装筒和环形挡风环上设置的挡风环安装孔后插入中心电机架上设置的两个电机架固定孔，并采用螺丝连接固定。
优选的，所述环形挡风环的挡风口形状为与所述吸附孔相同的圆顶长孔，所述环形挡风环的环面为由下向上扩的圆弧环形面。
优选的，所述挡风条为横截面为圆弧或三角形的弹性橡胶条。
优选的，所述清洁维护组件包括与所述清洁剂槽顶部开孔相配的油塞、与所述第一海绵容纳槽相配的上窄下宽的前海绵和与所述第二海绵容纳槽相配的一端为圆弧端的扁平状后海绵，清洁剂可更换的填充在所述清洁剂槽内。
优选的，所述监测控制组件包括设置在所述固定板上的控制器和摄像头，所述控制器成扁平状设置，控制器的外保护壳通过螺栓与固定板连接，所述摄像头的变焦镜头朝向所述机器人的前端设置。
优选的，机器人还包括外壳，所述外壳的前端面与所述清洁剂槽的后侧面抵靠，在外壳的前端面上设置用于摄像头的容纳孔和车轮容纳缺口，并在所述外壳上开设通风孔。
优选的，在所述外壳的内部设置电池安装架用于电池的定位安装。
优选的，监测控制组件的控制器包括控制主板、蓝牙模块、客户端、流服务器和Wi-Fi模块，所述蓝牙模块和控制主板硬件插口连接，两个驱动电机、一个中心电机和摄像头与控制主板电讯连接，所述Wi-Fi模块将智能机器人运行数据和摄像头采集的图像通过流服务器处理后输送给客户端。
优选的，所述控制主板为Arduino Uno板，所述蓝牙模块采用HC06蓝牙模块，所述客户端为手机、平板或电脑客户端APP，所述Wi-Fi模块采用ATWINC1500Wi-Fi模块。
本发明还提供了一种楼宇清洁维护用智能机器人的操控方法，方法包括以下步骤：
步骤①，开启智能机器人，机器人通过吸附组件在待清洁维护的表面进行吸附；
步骤②，机器人吸附后与客户端的APP进行信号链接并传输当下机器人数据；
步骤③，控制者通过客户端的APP输入操作指令，并通过蓝牙模块对机器人进行远程操控和行动控制；
步骤④，智能机器人对所采集到的信息和实时监控画面进行预处理并上传到流服务器；
步骤⑤，对处理后的信息和实时监控画面进行远程接收和监控，并在客户端的APP上显示；
步骤⑥，控制者结合提取得到数据和信息，判断智能机器人外界环境和清洁条件，并控制机器人进行下一步作业。
优选的，所述待清洁维护的表面允许大于65度的高层楼宇墙面。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明的可靠性高，可以有效地降低工作人员的工作强度，提高工作效率。同时，本发明不同于以往的机器人清洁系统，不仅仅利用单一传感器的数据信号进行分析，而是由点到线、由线到面，对整片区域内的污渍进行统一处理与分析，可以极大地排除刮风、大雨、暴雪等极端恶劣天气对周界网的影响，从而有效地降低安全事故的发生。
附图说明
图1为本发明一种楼宇清洁维护用智能机器人的装配图；
图2为图1的装配分解图；
图3为智能机器人的内部结构图；
图4为图3的智能机器人的纵剖图；
图5为图3的上倾角度的结构示意图；
图6为车体组件的结构示意图；
图7为图3的后视角度的示意图；
图8为图3的分解示意图；
图9为环状挡风环的结果示意图；
图10为底部导风架的结构示意图；
图11为本发明智能机器人的操控示意图；
图12客户端操控界面的示意图；
图13为蓝牙运行流程图；
图14和图15为Wi-Fi数据采集流程图。
图中：100、车体组件；101、底盘；102、驱动电机；103、车轮；104、吸附孔；105、安装筒；106、固定板；107、清洁剂槽；108、第一海绵容纳槽；109、第二海绵容纳槽；110、驱动电机定位架；111、流量孔；112、摩擦层；
200、吸附组件；201、底部导风架；202、环形挡风环；203、涡轮；204、中心电机架；205、中心电机；206、挡风条；
300、清洁维护组件；301、油塞；302、前海绵；303、后海绵；
400、监测控制组件；401、控制器；402、摄像头；403、控制主板；404、蓝牙模块；405、客户端；406、流服务器；407、Wi-Fi模块；
500、外壳；501、容纳孔；502、车轮容纳缺口；503、通风孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1-图10，一种楼宇清洁维护用智能机器人，包括车体组件100、吸附组件200、清洁维护组件300、监测控制组件400和外壳500。
其中，车体组件100包括底盘101、驱动电机102和车轮103，在底盘101的中部开设吸附孔104，在吸附孔104的前后两端均设置一个带通孔的安装筒105，在吸附孔104的前端设置监测控制组件400用的固定板106，在底盘101的前端设置清洁剂槽107和第一海绵容纳槽108，在底盘101的后端开设第二海绵容纳槽109，两组驱动电机102和车轮103相对的设置在底盘101的两侧。
通过监测控制组件400对驱动电机102的转速和方向的控制，从而能够进行前后移动，其中两个驱动电机102可单独控制，从而通过不同的转速调节、即通过差速的方式实现智能机器人的旋转和转向。
可选择的，在底盘101的中后部左右两侧开设车轮103的容纳部，以使得车轮103的外侧面不超过底盘101的外侧边。
在底盘101上的驱动电机102的固定处设置驱动电机定位架110。
清洁剂槽107为一个开孔朝上设置的容纳腔，第一海绵容纳槽108为前端部分横向开缺口和底部全部开缺口的开放式海绵槽，第二海绵容纳槽109为设置有圆弧容纳部的使得第二海绵底部外露的开放式海绵槽。
在清洁剂槽107靠近第一海绵容纳槽108的下部侧壁上开设流量孔111。优选的，流量孔111设为三个，中间一个为大流量孔，大流量孔两侧为对称设置的两个小流量孔。
吸附孔104的边缘向上凸起设置，优选的，吸附孔104为圆顶长孔。
参见图5和图6，在底盘101的底面上设置一层摩擦层112。优选的，摩擦层112为从所述底面向外凸起设置多条摩擦棱或摩擦凸块。
其中，吸附组件200设置在车体组件100的中部上方，通过吸附组件200将智能机器人吸附在墙体表面上。
具体的，吸附组件200包括在吸附孔104下方设置的底部导风架201，在吸附孔104上方依次设置的环形挡风环202、涡轮203、中心电机架204和中心电机205，以及在底盘101两侧设置的挡风条206。优选的，挡风条206为横截面为圆弧或三角形的弹性橡胶条。
在底部导风架201上的前后两端设置内螺纹连接柱，内螺纹连接柱穿过底盘101上的两个安装筒105和环形挡风环202上设置的挡风环安装孔后插入中心电机架204上设置的两个电机架固定孔，并采用螺丝连接固定。
参见图9，环形挡风环202的挡风口形状为与吸附孔104相同的圆顶长孔，环形挡风环202的环面为由下向上扩的圆弧环形面。
其中，清洁维护组件300设置在车体组件100的前、后两端，并使得清洁维护组件300的工作面朝下设置。
具体的，清洁维护组件300包括与清洁剂槽107顶部开孔相配的油塞301、与第一海绵容纳槽108相配的上窄下宽的前海绵302和与第二海绵容纳槽109相配的一端为圆弧端的扁平状后海绵303，清洁剂可更换的填充在清洁剂槽107内。
其中，监测控制组件400固定在车体组件100上并靠近吸附组件200设置。
具体的，监测控制组件400包括设置在固定板106上的控制器401和摄像头402，控制器401成扁平状设置，控制器401的外保护壳通过螺栓与固定板106连接，摄像头402的变焦镜头朝向机器人的前端设置。
监测控制组件400的控制器401包括控制主板403、蓝牙模块404、客户端405、流服务器406和Wi-Fi模块407，蓝牙模块404和控制主板403硬件插口连接，两个驱动电机102、一个中心电机205和摄像头402与控制主板403电讯连接，Wi-Fi模块407将智能机器人运行数据和摄像头402采集的图像通过流服务器处理后输送给客户端405。
优选的，控制主板403为Arduino Uno板，蓝牙模块404采用HC06蓝牙模块，客户端405为手机、平板或电脑客户端APP，Wi-Fi模块407采用ATWINC1500Wi-Fi模块。
其中，外壳500的前端面与清洁剂槽107的后侧面抵靠，在外壳500的前端面上设置用于摄像头402的容纳孔501和车轮容纳缺口502，并在外壳500上开设通风孔503。
在外壳500的内部设置电池安装架用于电池的定位安装。
参见图11-图15，本发明还提供了一种楼宇清洁维护用智能机器人的操控方法，方法包括以下步骤：
步骤①，开启智能机器人，机器人通过吸附组件200在待清洁维护的表面进行吸附；
步骤②，机器人吸附后与客户端的APP进行信号链接并传输当下机器人数据；
步骤③，控制者通过客户端的APP输入操作指令，并通过蓝牙模块对机器人进行远程操控和行动控制；
步骤④，智能机器人对所采集到的信息和实时监控画面进行预处理并上传到流服务器；
步骤⑤，对处理后的信息和实时监控画面进行远程接收和监控，并在客户端的APP上显示；
步骤⑥，控制者结合提取得到数据和信息，判断智能机器人外界环境和清洁条件，并控制机器人进行下一步作业。
其中，参见图12，客户端操控界面的示意图，通过客户端的APP可以实现对智能机器人的前、后、左、右和转弯操作。可通过客户端如手机、平板的触屏操作。
图13为蓝牙运行流程图，操控者需要将客户端的APP与智能机器人的蓝牙模块进行手动配对，建立连接后通过后台线程和界面控制实现智能机器人的操控。方法操作简单，性能稳定。
图14和图15为Wi-Fi数据采集流程图。通过视频摄像头的WLAN模块将视频通过流服务器，并在内网进行区域广播，使用APP访问和流服务器实现对于视频流传输和播放的实现，远程操控和掌握机器人周围环境的实现。
综上所述，该智能机器人通过涡轮的抽吸使机器人的底盘与墙面之间的空气被抽离，通过大气压的作用使得机器人能够贴附在墙上。机器人的驱动电机和车轮让机器人在墙面可以移动，到达人类不借助外界机械难以触碰的高度进行清洁。机器人拥有摄像头，能将数据和图像通过WIFI进行远距离传输，并识别污渍。自主开发的交互系统APP的应用更直观并实现了远距离控制机器人，代替人类进行高空清洁作业。本发明可靠性高，针对传统CBD高层楼宇的玻璃幕墙等高空建筑外层清洁效果良好，适于推广应用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (16)
1.一种楼宇清洁维护用智能机器人，包括车体组件(100)、吸附组件(200)、清洁维护组件(300)和监测控制组件(400)，其特征在于：所述吸附组件(200)设置在所述车体组件(100)的中部上方，所述监测控制组件(400)固定在所述车体组件(100)上并靠近所述吸附组件(200)设置，所述清洁维护组件(300)设置在所述车体组件(100)的前、后两端，并使得清洁维护组件(300)的工作面朝下设置。
2.根据权利要求1所述的智能机器人，其特征在于：所述车体组件(100)包括底盘(101)、驱动电机(102)和车轮(103)，在所述底盘(101)的中部开设吸附孔(104)，在所述吸附孔(104)的前后两端均设置一个带通孔的安装筒(105)，在所述吸附孔(104)的前端设置监测控制组件(400)用的固定板(106)，在所述底盘(101)的前端设置清洁剂槽(107)和第一海绵容纳槽(108)，在所述底盘(101)的后端开设第二海绵容纳槽(109)，两组所述驱动电机(102)和车轮(103)相对的设置在底盘(101)的两侧。
3.根据权利要求2所述的智能机器人，其特征在于：在所述底盘(101)的中后部左右两侧开设车轮(103)的容纳部，以使得车轮(103)的外侧面不超过所述底盘(101)的外侧边。
4.根据权利要求2所述的智能机器人，其特征在于：在所述底盘(101)上的驱动电机(102)的固定处设置驱动电机定位架(110)。
5.根据权利要求2所述的智能机器人，其特征在于：所述清洁剂槽(107)为一个开孔朝上设置的容纳腔，所述第一海绵容纳槽(108)为前端部分横向开缺口和底部全部开缺口的开放式海绵槽，所述第二海绵容纳槽(109)为设置有圆弧容纳部的使得第二海绵底部外露的开放式海绵槽。
6.根据权利要求2所述的智能机器人，其特征在于：所述吸附孔(104)的边缘向上凸起设置。
7.根据权利要求2所述的智能机器人，其特征在于：所述吸附组件(200)包括在所述吸附孔(104)下方设置的底部导风架(201)，在所述吸附孔(104)上方依次设置的环形挡风环(202)、涡轮(203)、中心电机架(204)和中心电机(205)，以及在底盘(101)两侧设置的挡风条(206)。
8.根据权利要求7所述的智能机器人，其特征在于：在所述底部导风架(201)上的前后两端设置内螺纹连接柱，所述内螺纹连接柱穿过所述底盘(101)上的两个安装筒(105)和环形挡风环(202)上设置的挡风环安装孔后插入中心电机架(204)上设置的两个电机架固定孔，并采用螺丝连接固定。
9.根据权利要求7所述的智能机器人，其特征在于：所述挡风条(206)为横截面为圆弧或三角形的弹性橡胶条。
10.根据权利要求2所述的智能机器人，其特征在于：所述清洁维护组件(300)包括与所述清洁剂槽(107)顶部开孔相配的油塞(301)、与所述第一海绵容纳槽(108)相配的上窄下宽的前海绵(302)和与所述第二海绵容纳槽(109)相配的一端为圆弧端的扁平状后海绵(303)，清洁剂可更换的填充在所述清洁剂槽(107)内。
11.根据权利要求2所述的智能机器人，其特征在于：所述监测控制组件(400)包括设置在所述固定板(106)上的控制器(401)和摄像头(402)，所述控制器(401)成扁平状设置，控制器(401)的外保护壳通过螺栓与固定板(106)连接，所述摄像头(402)的变焦镜头朝向所述机器人的前端设置。
12.根据权利要求2所述的智能机器人，其特征在于：机器人还包括外壳(500)，所述外壳(500)的前端面与所述清洁剂槽(107)的后侧面抵靠，在外壳(500)的前端面上设置用于摄像头(402)的容纳孔(501)和车轮容纳缺口(502)，并在所述外壳(500)上开设通风孔(503)。
13.根据权利要求11所述的智能机器人，其特征在于：监测控制组件(400)的控制器(401)包括控制主板(403)、蓝牙模块(404)、客户端(405)、流服务器(406)和Wi-Fi模块(407)，所述蓝牙模块(404)和控制主板(403)硬件插口连接，两个驱动电机(102)、一个中心电机(205)和摄像头(402)与控制主板(403)电讯连接，所述Wi-Fi模块(407)将智能机器人运行数据和摄像头(402)采集的图像通过流服务器处理后输送给客户端(405)。
14.根据权利要求13所述的智能机器人，其特征在于：所述控制主板(403)为ArduinoUno板，所述蓝牙模块(404)采用HC06蓝牙模块，所述客户端(405)为手机、平板或电脑客户端APP，所述Wi-Fi模块(407)采用ATWINC1500 Wi-Fi模块。
15.一种楼宇清洁维护用智能机器人的操控方法，其特征在于，方法包括以下步骤：
步骤①，开启智能机器人，机器人通过吸附组件(200)在待清洁维护的表面进行吸附；
步骤②，机器人吸附后与客户端的APP进行信号链接并传输当下机器人数据；
步骤③，控制者通过客户端的APP输入操作指令，并通过蓝牙模块对机器人进行远程操控和行动控制；
步骤④，智能机器人对所采集到的信息和实时监控画面进行预处理并上传到流服务器；
步骤⑤，对处理后的信息和实时监控画面进行远程接收和监控，并在客户端的APP上显示；
步骤⑥，控制者结合提取得到数据和信息，判断智能机器人外界环境和清洁条件，并控制机器人进行下一步作业。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于：所述待清洁维护的表面包括大于65度的高层楼宇墙面。
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