CN110142265A

CN110142265A - 一种无线管道清洗机器人

Info

Publication number: CN110142265A
Application number: CN201910564337.8A
Authority: CN
Inventors: 杨剑乐
Original assignee: Shaanxi Zhongjianle Intelligent Robot Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Zhongjianle Intelligent Robot Co Ltd
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2019-08-20

Abstract

本发明提供一种无线管道清洗机器人，包括机体及其控制系统，一是增加张合机构和消毒按压机构，实现了异物清除、消毒的功能，二是采用履带式结构，增加了机器人与地面接触面积，增加了附着力，有效避免打滑，并且能克服越障能力差等问题；三是收集装置采用集尘袋，可以有效减少机器人负载，增加机器人工作时长，并且易于更换，操作简单；同时集成了人机交互单元、自动检测单元、无线充电等技术，通过本无线管道清洗机器人，解决了目前管道机器人需要拖电线或吸尘器管道才可达到清洁灰尘的问题。

Description

一种无线管道清洗机器人

技术领域

本发明涉及工程服务机器人领域，特别针对管道清洗的一种无线管道清洗机器人。

背景技术

通风管道的清扫已经越来越引起人们的重视，对管道定期清扫，可以有效改善室内空气质量，并且起到节能的效果。然而，管道所处环境复杂恶劣或不允许人们直接进入的，检测和清洗难度大，因此设计一款用于通风管道的管道清洗机器人代替人工清洗是十分有必要的。

然而目前的管道清洗机器人存在以下问题，需要拖电线或吸尘器管道才可达到清洁管道内灰尘的目的，不具备异物清除、消毒功能，且越障能力差。

发明内容

本发明提供一种无线管道清洗机器人，舍弃了电线和吸尘器管道的束缚，配备高能电池、将吸尘器集成于机器人中，使管道清洁变得比传统机器人更加方便简洁；增加异物清除、消毒机构，使机器人功能更全面；采用履带式移动机构，增加越障能力。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种无线管道清洗机器人，包括机体及其控制系统，所述机体前端设有清扫毛刷，机体后端设有机器人张合机构和消毒按压机构，机体两侧设有履带移动结构，所述机体底部设有滚动刷，所述滚动刷与吸尘器连接，所述吸尘器带有集尘袋，所述集尘袋上方设有活动盖板；

其中，所述张合机构包括转动轴、驱动电机、钢丝线、滚动轮转动轴和转动部分所述驱动电机转动，通过滚动轮连接钢丝线带动转动轴旋转，所述转动轴固定在转动部分上，所述转动轴转动时转动部分向打开方向转动，张合结构打开，当接近异物后，张合机构的转动部分向关闭方向转动，将异物推入固定部分，张合机构关闭；

其中，消毒按压机构包括支撑部分、按压部分和电动推杆，所述按压部分与电动推杆连接，支撑部分用于放置消毒液，电动推杆动作，带动按压部分上下直线运动按压消毒液，消毒液喷出。

所述控制系统包括中央控制单元，无线通讯单元、执行单元、移动单元、人机交互单元、图像识别单元、检测单元、供电单元；所述中央控制单元与执行单元、移动单元、无线通讯单元、图像识别单元、检测单元、供电单元连接，其特征在于，

其中，所述中央控制单元采用微型处理器，用于控制各个单元完成相关功能；

所述无线通讯单元包括WIFI模块和无线视屏传输模块，用于机器人下位机和控制系统上位机之间的通讯；

所述执行单元用来完成管道的清扫，异物清除及消毒的功能；

所述移动单元采用履带式移动，用于机器人在管道内的移动；

所述人机交互单元实现人与机器人之间的信息交换；

所述图像识别单元用于对管道的实时摄像监控以及管道内部三维扫描；

所述检测单元用于环境的温湿度检测，环境障碍物的检测和方向识别；

所述的供电单元用来对机器人整个系统的供电、电压转换以及剩余电量检测，并完成到指定区域充电。

所述机体前端还设有前置摄像头，机体后端设有后置摄像头机体上部设有机械臂摄像头和LED灯。

所述图像识别单元包括高清摄像头、图像识别卡、3D激光扫描模块以及传输模块。

所述无线视屏传输模块用于机器人本体图像的上传以及传输到手持视屏显示器进行显示；无线遥控模块用于手持液晶触摸屏下发遥控命令以及机器人本体运动系统的控制操作。

所述检测单元包括温湿度传感器、激光测距仪、加速度传感器、陀螺仪、里程计、超声波传感器及防跌落感测器，通过温湿度传感器检测环境温度和湿度；通过激光测距仪、加速度传感器、陀螺仪、里程计、超声波传感器检测障碍物、识别方向位置和自身状态；通过防跌落感测器防止机器人行进中跌落损坏。

所述供电单元包括高性能锂电池组、电池充电器、电压转换器、电源检测控制器、充电区域识别，所述充电区域识别采用有源RFID定位。

本发明的有益效果是：通过本无线管道清洗机器人，解决了目前管道机器人需要拖电线或吸尘器管道才可达到清洁灰尘的问题；本发明增加了异物清除、消毒的功能；本发明采用履带式结构，增加了机器人与地面接触面积，增加了附着力，有效避免打滑，并且能克服越障能力差等问题；本发明收集装置采用集尘袋，可以有效减少机器人负载，增加机器人工作时长，并且易于更换，操作简单；本发明集成了人机交互单元、自动检测单元、无线充电等技术，智能化更高。

附图说明

图1为本发明控制系统原理结构示意图；

图2为本发明无线通讯单元工作示意图；

图3为本发明机器人整体结构示意图1；

图4为本发明机器人整体结构示意图2；

图5为本发明执行单元清扫结构示意图；

图6为本发明执行单元清除异物、消毒结构示意图；

图7为本发明机器人上位机软件主界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，以具体阐述本技术方案。

如图1所示，本发明一种无线管道清洗机器人由中央控制单元20，无线通讯单元21，执行单元22，移动单元23，人机交互单元24，图像识别单元25，检测单元26，供电单元27连接，完成各个单元的信息采集和处理控制，实现无线管道清洗机器人的清扫、清除异物、消毒、检测等功能。

机器人通过中央控制单元20采用微控制器芯片，完成数据采集和处理，控制各个单元完成相关功能。

如图2所示，机器人无线通讯单元21通过无线模块实现多种无线通讯。其中无线视屏传输模块用于机器人本体图像的上传以及传输到手持视屏显示器进行显示；无线遥控模块用于手持液晶触摸屏下发遥控命令以及机器人本体运动系统的控制操作。

如图3、图4、图5所示，一种无线管道清洗机器人，包括机体，所述机体前端设有清扫毛刷311，机体后端设有机器人张合机构32和消毒按压机构33，机体两侧设有履带移动结构4，所述机体底部设有滚动刷312，所述滚动刷312与吸尘器313连接，所述吸尘器313带有集尘袋3141，所述集尘袋3141上方设有活动盖板3142；所述清扫毛刷311为对称设计，通过连接结构315连接。

其中，所述张合机构32包括转动轴323、驱动电机324、钢丝线325、滚动轮326转动轴323和转动部分321所述驱动电机324转动，通过滚动轮326连接钢丝线325带动转动轴323旋转，所述转动轴323固定在转动部分321上，所述转动轴323转动时转动部分321向打开方向转动，张合结构32打开，当接近异物后，张合机构32的转动部分321向关闭方向转动，将异物推入固定部分322，张合机构32关闭；

其中，消毒按压机构33包括支撑部分331、按压部分332和电动推杆334，所述按压部分332与电动推杆334连接，支撑部分331用于放置消毒液333，电动推杆334动作，带动按压部分332上下直线运动按压消毒液333，消毒液喷出。

具体实施时：机器人执行单元22用于完成管道的清扫。机器人运行时清扫毛刷311向机器人内侧旋转，将灰尘刷到机器人下方；滚动刷312逆时针旋转将灰尘刷向吸尘器313；灰尘通过吸尘器313被输送到收集装置314的集尘袋3141中；吸尘器313采用双风道或多风道设计，保证吸尘器能有足够的吸力；收集装置314采用集尘袋3141设计，减轻了机器人负载，可以增加机器人工作时长，机器人上面具有活动盖板3142，方便集尘袋更换，简化了机器人操作难度。

如图6所示，机器人执行单元22用于完成管道内异物清除、消毒。当机器人检测到有异物时，机器人张合机构32运行，其由驱动电机324转动，通过滚动轮326和连接钢丝线325带动转动轴323旋转，转动轴323和转动部分321固定，转动轴323转动时转动部分321向打开方向转动，张合结构32打开，当接近异物后，张合机构32的转动部分321向关闭方向转动，将异物推入固定部分322，张合机构32关闭；收集完异物后，采用消毒按压机构33喷出消毒液对此处进行消毒处理，其中支撑部分331用于放置消毒液333，当消毒时，电动推杆334动作，带动按压部分332上下直线运动按压消毒液333，消毒液喷出，完成消毒工作。所述的执行单元吸尘器采用双风道或多风道设计，保证吸尘器能有足够的吸力。

所述的执行单元收集装置采用集尘袋设计，集尘袋采用材料为聚丙烯腈，该材料透气量为14M3/M2·min@200Pa，瞬间工作温度140℃，正常工作温度120℃，具有优良的耐化学性和抗水解性。该收集装置的设计减轻了机器人负载，可以增加机器人工作时长；且易于更换，简化了机器人操作难度。

如图4所示，机器人移动单元23采用履带式4移动。包括2个直流伺服电机、2个减速器、2个旋转编码器、2个H桥电机PWM驱动电路、电机电流检测过流保护电路、2条同步履带2、2个主动轮、2个从动轮、1个主轴、1个直齿轮、1个圆锥齿轮。H桥电机PWM电路由中央控制器连接控制；每一减速器和每一动力轮连接；每个直流伺服电机和一个减速器、一个旋转编码器、一个H桥电机PWM驱动电路连接，构成两套移动动力装置；2个主动轮作为机器人的动力轮，通过2个主动轮的转动带动同步履带2的移动，完成机器人的前进、后退、转向。

机器人人机交互单元24实现人与机器人之间的信息交换。操作员通过液晶触摸显示屏进行相关操作，操作指令传送到机器人的中央控制单元20，麦克风、语音识别模块将操作员的语音信息传达到中央控制器20，中央控制单元20处理接受的信息后，完成液晶显示屏显示和语音播放器的播放。

机器人图像识别单元25通过高清摄像头51、图像识别卡以及LED灯54实现对图像的采集，经传输模块到中央控制单元20，经过处理后，在人机交互单元24的液晶显示器上进行显示，其中高清摄像头51包括前置摄像头511、后置摄像头512和机械臂摄像头513。在自动模式下，经3D激光53采集数据后，进行内部算法处理，将管道内部三维参数得出并绘制图形，根据三维图形进行自动清扫的路径规划。

机器人检测单元26温湿度传感器检测环境的温度与湿度。通过激光测距仪、加速度传感器、陀螺仪、里程计、超声波传感器52检测障碍物、识别方向位置和和自身状态，经中央控制单元20接受处理后，其他单元完成相应工作。通过防跌落感测器防止机器人跌落。图3、图4中，521、522分别为前置超声波传感器和后置超声波传感器。

机器人供电单元27用来对整个机器人系统的供电，电压转换和剩余电量检测，并自动完成到指定区域充电。通过高性能锂电池组为机器人整个系统提供电能。通过电池组充电器完成电池组连接充电，当要求持续运行时，也可进行电池组拆换。通过电压转换器转换出各种参数的电压电流，保证系统各个模块工作所需的电压电流。通过电源检测控制器实现对锂电池组电量的检测，通过剩余电量来提示是否充电和充电完成。充电区域识别采用有源RFID定位技术，通过机器人上安装的RFID阅读器读取充电区域的RFID标签进行识别，并自动完成接口对接进行充电。

如图7所示，操作员可以安装上位机软件到自己手持设备上，对机器人进行操作，操作员需要工号和密码进行登录，登录后可以进行模式选择、电量查看、运行记录和报表等数据的查看，如果不会操作可以点击使用帮助和说明进行学习，遇到简单故障时可以查看常见问题及处理完成简单处理。

所述管道清洗机器人可以进行模式选择，有手动模式和自动模式两种。手动模式需要操作员在操作台或手持设备上进行操作等功能。自动模式运行下，机器人根据图像识别单元25采集到的图像信息，中央控制单元20分析后，根据管道情况和自身电量等情况，规划清扫路线，清扫结束后回到清扫起点，方便操作员取走机器人结束清扫、更换电池、更换收集装置等，机器人具有记录功能，可避免多次重复清扫；在自动模式下，根据电源检测控制器所检测电池电量和里程计所计量机器人距清扫起点距离，经中央控制单元20处理数据后，判断电池电量是否充足，如果电量不足，机器人发出电量不足报警，并自动回到清扫起点，当电量充足再次清扫时，自动回到上次中断清扫的位置，完成未清扫区域。

Claims

1.一种无线管道清洗机器人，包括机体及其控制系统，其特征在于，所述机体前端设有清扫毛刷（311），机体后端设有机器人张合机构（32）和消毒按压机构（33），机体两侧设有履带移动结构（4），所述机体底部设有滚动刷（312），所述滚动刷（312）与吸尘器（313）连接，所述吸尘器（313）带有集尘袋（3141），所述集尘袋（3141）上方设有活动盖板（3142）；

其中，所述张合机构（32）包括转动轴（323）、驱动电机（324）、钢丝线（325）、滚动轮（326）转动轴（323）和转动部分（321）所述驱动电机（324）转动，通过滚动轮（326）连接钢丝线（325）带动转动轴（323）旋转，所述转动轴（323）固定在转动部分（321）上，所述转动轴（323）转动时转动部分（321）向打开方向转动，张合结构（32）打开，当接近异物后，张合机构（32）的转动部分（321）向关闭方向转动，将异物推入固定部分（322），张合机构（32）关闭；

其中，消毒按压机构（33）包括支撑部分（331）、按压部分（332）和电动推杆（334），所述按压部分（332）与电动推杆（334）连接，支撑部分（331）用于放置消毒液（333），电动推杆（334）动作，带动按压部分（332）上下直线运动按压消毒液（333），消毒液喷出。

2.根据权利要求1所述的一种无线管道清洗机器人，其特征在于，所述控制系统包括中央控制单元，无线通讯单元、执行单元、移动单元、人机交互单元、图像识别单元、检测单元、供电单元；所述中央控制单元与执行单元、移动单元、无线通讯单元、图像识别单元、检测单元、供电单元连接，其特征在于，

所述人机交互单元实现人与机器人之间的信息交换；

3.根据权利要求1所述的一种无线管道清洗机器人，其特征在于，所述机体前端还设有前置摄像头（511），机体后端设有后置摄像头（512）机体上部设有机械臂摄像头（513）和LED灯（54）。

4.根据权利要求2所述的一种无线管道清洗机器人，其特征在于，所述图像识别单元包括高清摄像头、图像识别卡、3D激光扫描模块以及传输模块。

5.根据权利要求2所述的一种无线管道清洗机器人，其特征在于，所述无线视屏传输模块用于机器人本体图像的上传以及传输到手持视屏显示器进行显示；无线遥控模块用于手持液晶触摸屏下发遥控命令以及机器人本体运动系统的控制操作。

6.根据权利要求2所述的一种无线管道清洗机器人，其特征在于，所述检测单元包括温湿度传感器、激光测距仪、加速度传感器、陀螺仪、里程计、超声波传感器及防跌落感测器，通过温湿度传感器检测环境温度和湿度；通过激光测距仪、加速度传感器、陀螺仪、里程计、超声波传感器检测障碍物、识别方向位置和自身状态；通过防跌落感测器防止机器人行进中跌落损坏。

7.根据权利要求2所述的一种无线管道清洗机器人，其特征在于，所述供电单元包括高性能锂电池组、电池充电器、电压转换器、电源检测控制器、充电区域识别，所述充电区域识别采用有源RFID定位。