CN110179412A - 可内外墙面清洁机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提出可内外墙面清洁机器人，所述机器人包括控制模块、车体、升降装置和设于升降装置处的清洁装置；所述车体设有第一视觉机构；所述清洁装置处设有第二视觉机构；所述清洁装置包括水泵和一安装有多种清洁用具的旋转台；当进行墙面清洁时，所述机器人沿预设路径行动并以第一视觉机构进行避障，机器人以第二视觉机构对待清洁墙面特征进行分析，并以旋转台把与墙面匹配的清洁用具转至墙壁处进行清洁；本发明具有自动行驶功能，而且能识别不同材质的墙面并采用对应的清洁方式。

Description

可内外墙面清洁机器人
技术领域
本发明涉及清洁机械技术领域，尤其是可内外墙面清洁机器人。
背景技术
目前墙面清洁的主要手段有人工清洁和机器人清洁。人工清洁是清洁工人站在搭好的脚手架清洁墙面。采用人工脚手架清洁时，需要根据墙体的高度安装脚手架，且清洁工作完成后需要拆掉脚手架，劳动强度大，清洁效率低下且存在安全隐患。
传统的清洁机器人采用吸盘吸附进行固定，这种清洁机器人不能从一栋楼清洗到另一栋楼，当发生断电的情况时，清洁机器人从墙面坠落，从而导致机器人损坏，更为严重的是存在砸伤行人的安全隐患。
目前市面上的墙面清洁机器人大多针对高楼的玻璃幕墙进行清洁，此墙面清洁机器人的工作目标较为局限，不能针对各种不同墙面进行清洁。
发明内容
本发明提出可内外墙面清洁机器人，具有自动行驶功能，而且能识别不同材质的墙面并采用对应的清洁方式。
本发明采用以下技术方案。
可内外墙面清洁机器人，所述机器人包括控制模块（20）、车体、升降装置和设于升降装置处的清洁装置；所述车体设有第一视觉机构；所述清洁装置处设有第二视觉机构；所述清洁装置包括水泵（29）和一安装有多种清洁用具的旋转台（10）；当进行墙面清洁时，所述机器人沿预设路径行动并以第一视觉机构进行避障，机器人以第二视觉机构对待清洁墙面特征进行分析，并以旋转台把与墙面匹配的清洁用具转至墙壁处进行清洁。
所述第一视觉机构包括设于车体底盘（17）前端处的二自由度的云台（23）；所述云台（23）对第一摄像头（24）支撑并调节其朝向；所述云台所在的底盘处还设有人体红外传感器（28）；所述车体底盘后端处和升降装置处均设有超声波避障传感器。
当机器人行动时，所述第一摄像头实时获取用于操纵车体行进的周围环境信息；所述车体底盘后端处的超声波避障传感器用于防止机器人与墙壁碰撞；所述升降装置处的超声波避障传感器用于防止升降装置与外部物体相撞；当机器人行进时，若人体红外传感器检测到前方有行人，则机器人停止行进以避让行人。
所述车体包括抗滑车轮（16）、底盘（17）、电池座（18）、电压表（19）、控制模块（20）、无线通信模块（21）和驱动电机（22）；所述控制模块包括主控制单片机。
所述主控制单片机以铜柱（129）和螺钉安装在底盘（17）上，所述无线通信模块（21）安装在主控制单片机和底盘（17）之间，所述主控制单片机（20）和无线通信模块（21）可对第一视觉机构、第二视觉机构、机器人行进、升降装置、旋转台和水泵进行控制；
所述升降装置包括步进电机（1）、滑轨基座（2）、丝杠（3）、丝杠滑块（4）、多级剪叉杆（5）、滑块（6）、工作台（7）和底座（8），所述步进电机（1）用于精准地控制多级剪叉杆（5）升降高度，所述步进电机（1）驱动丝杠（3）旋转，丝杠驱动丝杠滑块（4）在滑轨基座（2）上滑动，并经多级剪叉杆驱动滑块（6）在工作台（7）上滑动，以使多级剪叉杆驱动工作台上的清洁装置升降移动至需要清洁的位置；
所述电池座（18）安装在车体底盘（17）的后端，所述电池座（18）上安装可充电电池，用于重复使用；所述电压表（19）紧挨着电池座（18）安装，用于检测电池电量。
所述旋转台设于旋转底座（11）上；所述旋转台处的多种清洁用具设于旋转台侧面且相互之间留有间隔；所述清洁用具包括毛刷（12）、抹布（13）和刮片（15）；所述水泵安装于底盘前端并位于云台后方；所述水泵可在清洁作业时提供清洁液并对机器人前端进行配重。
所述抹布固定于圆形硬板（14）上；所述车体以抗滑车轮（16）支撑并行走。
所述旋转台位于第二视觉机构的第二摄像头（9）下方；毛刷（12）、抹布（13）和刮片（15）以可拆卸的杆形件与旋转台侧面相连且相邻杆形件的夹角为120度；所述毛刷（12）与旋转台（10）的连接处可转动，使毛刷在清洁墙面时能始终紧贴需要清洁的墙面；所述抹布（13）与旋转台（10）的连接处可转动，使抹布在清洁墙面时能始终紧贴需要清洁的墙面；所述刮片（15）包括橡胶条，所述橡胶条能在清洁有一定弧度的玻璃幕墙时使刮片（15）能较紧密的贴合墙面。
在清洁作业中，所述第二摄像头根据墙面的不同材质自动判断出适合使用的清洁用具，并采用机器视觉算法，判断出需要清洁的区域，进而控制机器人移动并对墙面进行清洁；同时第二摄像头根据摄像头拍摄的图像来判断清洁部位是否达到清洁效果，如未达到，则控制模块控制水泵（29）向该部位喷清洁液，再以清洁用具重复擦拭以达到预期效果。
所述机器人用于小型建筑清洁时，所述控制模块经第二摄像头对需要清洁的墙面进行识别，并防止机器人对禁止清洁的墙面进行清洁作业；所述禁止清洁的墙面包括壁画和覆有人工植被的墙面；当机器人对需要清洁的墙面瓷砖进行清洁时，机器人驱动毛刷旋转以进行刷洗；当机器人对需要清洁的室内墙壁墙纸、衣柜和橱面进行清洁时，机器人驱动抹布旋转以进行清洁；当机器人对需要清洁的玻璃幕墙进行清洁时，所述机器人以刮片进行清洁。
所述机器人可完全由外部上位机进行整体操控，当用于室内家居清洁时，可使用手机APP进行遥控。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）本发明提出的可内外墙面清洁机器人能够对外墙瓷砖、室内墙壁、衣柜厨面、玻璃幕墙等墙面进行有效清洁，可应用于小区别墅、室内家居、星级酒店等需要清洁的中低高度的墙面，能够代替人实现墙面清洁，解放劳动力，提高效率。
2）本发明提出的可内外墙面清洁机器人应用于小区别墅，所述人体红外传感器可使清洁机器人遇到小区行人并停下避免碰撞行人，用毛刷旋转刷洗外墙瓷砖清洁，摄像头识别到需要清洁的地方自动清洁，不需要的地方就不清洁，识别到墙壁上绿色藤蔓时自动跳过不清洁；可内外墙面清洁机器人应用于室内家居时，用固定在圆形硬板上的抹布旋转清洁室内墙壁衣柜厨面，摄像头识别到壁画时不清洁；可内外墙面清洁机器人应用于星级酒店等玻璃幕墙时，用刮片清洁，所述超声避障传感器能有效防止清洁机器人碰壁。
3）本发明提出的可内外墙面清洁机器人可用上位机实现整体操控，在室内家居清洁可以用手机APP操控，结构简单，控制逻辑清楚，解放劳动力，提高了效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1为本发明实施例提供的可内外墙面清洁机器人的结构示意图；
附图2为本发明实施例提供的可内外墙面清洁机器人的升降装置的示意图；
附图3为本发明实施例提供的可内外墙面清洁机器人的清洁装置的示意图；
附图4为清洁装置的另一示意图；
附图5为本发明实施例提供的可内外墙面清洁机器人的控制系统连接框图；
图中：
1-步进电机；2-滑轨基座；3-丝杠；4-丝杠滑块；5-多级剪叉杆；6-滑块；7-工作台；8-底座；9-第二摄像头；10-旋转台；11-旋转底座；12-毛刷；13-抹布；14-圆形硬板；15-刮片；16-抗滑车轮；17-底盘；18-电池座；19-电压表；20-控制模块；21-无线通信模块；22-驱动电机；23-云台；24-第一摄像头；25-螺钉；26-螺母；27-超声避障传感器；28-人体红外传感器；29-水泵；129-铜柱。
具体实施方式
如图1-5所示，可内外墙面清洁机器人，所述机器人包括控制模块20、车体、升降装置和设于升降装置处的清洁装置；所述车体设有第一视觉机构；所述清洁装置处设有第二视觉机构；所述清洁装置包括水泵29和一安装有多种清洁用具的旋转台10；当进行墙面清洁时，所述机器人沿预设路径行动并以第一视觉机构进行避障，机器人以第二视觉机构对待清洁墙面特征进行分析，并以旋转台把与墙面匹配的清洁用具转至墙壁处进行清洁。
所述第一视觉机构包括设于车体底盘17前端处的二自由度的云台23；所述云台23对第一摄像头24支撑并调节其朝向；所述云台所在的底盘处还设有人体红外传感器28；所述车体底盘后端处和升降装置处均设有超声波避障传感器27。
当机器人行动时，所述第一摄像头实时获取用于操纵车体行进的周围环境信息；所述车体底盘后端处的超声波避障传感器用于防止机器人与墙壁碰撞；所述升降装置处的超声波避障传感器用于防止升降装置与外部物体相撞；当机器人行进时，若人体红外传感器检测到前方有行人，则机器人停止行进以避让行人。
所述车体包括抗滑车轮16、底盘17、电池座18、电压表19、控制模块20、无线通信模块21和驱动电机22；所述控制模块包括主控制单片机。
所述主控制单片机以铜柱129和螺钉25安装在底盘17上，所述无线通信模块21安装在主控制单片机和底盘17之间，所述主控制单片机20和无线通信模块21可对第一视觉机构、第二视觉机构、机器人行进、升降装置、旋转台和水泵进行控制；
所述升降装置包括步进电机1、滑轨基座2、丝杠3、丝杠滑块4、多级剪叉杆5、滑块6、工作台7和底座8，所述步进电机1用于精准地控制多级剪叉杆5升降高度，所述步进电机1驱动丝杠3旋转，丝杠驱动丝杠滑块4在滑轨基座2上滑动，并经多级剪叉杆驱动滑块6在工作台7上滑动，以使多级剪叉杆驱动工作台上的清洁装置升降移动至需要清洁的位置；
所述电池座18安装在车体底盘17的后端，所述电池座18上安装可充电电池，用于重复使用；所述电压表19紧挨着电池座18安装，用于检测电池电量。
所述旋转台设于旋转底座上；所述旋转台处的多种清洁用具设于旋转台侧面且相互之间留有间隔；所述清洁用具包括毛刷12、抹布13和刮片15；所述水泵安装于底盘前端并位于云台后方；所述水泵可在清洁作业时提供清洁液并对机器人前端进行配重。
所述抹布固定于圆形硬板14上；所述车体以抗滑车轮16支撑并行走。
所述旋转台位于第二视觉机构的第二摄像头9下方；毛刷12、抹布13和刮片15以可拆卸的杆形件与旋转台侧面相连且相邻杆形件的夹角为120度；所述毛刷12与旋转台10的连接处可转动，使毛刷在清洁墙面时能始终紧贴需要清洁的墙面；所述抹布13与旋转台10的连接处可转动，使抹布在清洁墙面时能始终紧贴需要清洁的墙面；所述刮片15包括橡胶条，所述橡胶条能在清洁有一定弧度的玻璃幕墙时使刮片15能较紧密的贴合墙面。
在清洁作业中，所述第二摄像头根据墙面的不同材质自动判断出适合使用的清洁用具，并采用机器视觉算法，判断出需要清洁的区域，进而控制机器人移动并对墙面进行清洁；同时第二摄像头根据摄像头拍摄的图像来判断清洁部位是否达到清洁效果，如未达到，则控制模块控制水泵29向该部位喷清洁液，再以清洁用具重复擦拭以达到预期效果。
所述机器人用于小型建筑清洁时，所述控制模块经第二摄像头对需要清洁的墙面进行识别，并防止机器人对禁止清洁的墙面进行清洁作业；所述禁止清洁的墙面包括壁画和覆有人工植被的墙面；当机器人对需要清洁的墙面瓷砖进行清洁时，机器人驱动毛刷旋转以进行刷洗；当机器人对需要清洁的室内墙壁墙纸、衣柜和橱面进行清洁时，机器人驱动抹布旋转以进行清洁；当机器人对需要清洁的玻璃幕墙进行清洁时，所述机器人以刮片进行清洁。
所述机器人可完全由外部上位机进行整体操控，当用于室内家居清洁时，可使用手机APP进行遥控。
实施例：
当机器人进行清洁作业时，机器人沿墙面行走，第二视觉识别机构对墙面材质识别并定位需清洁部位；当行至需清洁的墙面时，升降装置把清洁装置的旋转台举升至所需高度，以清洁用具对墙面清洁，在清洁时，机器人可用前后移动或升降装置升降的方法来扩大清洁用具的清洁区域。
在清洁作业达到一定时长后，第二视觉识别机构以第二摄像头识别墙面清洁度，如未达标，则对该墙面部位重复擦拭以达到所需清洁效果。

Claims (10)

1.可内外墙面清洁机器人，其特征在于：所述机器人包括控制模块（20）、车体、升降装置和设于升降装置处的清洁装置；所述车体设有第一视觉机构；所述清洁装置处设有第二视觉机构；所述清洁装置包括水泵（29）和一安装有多种清洁用具的旋转台（10）；当进行墙面清洁时，所述机器人沿预设路径行动并以第一视觉机构进行避障，机器人以第二视觉机构对待清洁墙面特征进行分析，并以旋转台把与墙面匹配的清洁用具转至墙壁处进行清洁。
2.根据权利要求1所述的可内外墙面清洁机器人，其特征在于：所述第一视觉机构包括设于车体底盘（17）前端处的二自由度的云台（23）；所述云台（23）对第一摄像头（24）支撑并调节其朝向；所述云台所在的底盘处还设有人体红外传感器（28）；所述车体底盘后端处和升降装置处均设有超声波避障传感器。
3.根据权利要求2所述的可内外墙面清洁机器人，其特征在于：当机器人行动时，所述第一摄像头实时获取用于操纵车体行进的周围环境信息；所述车体底盘后端处的超声波避障传感器用于防止机器人与墙壁碰撞；所述升降装置处的超声波避障传感器用于防止升降装置与外部物体相撞；当机器人行进时，若人体红外传感器检测到前方有行人，则机器人停止行进以避让行人。
4.根据权利要求1所述的可内外墙面清洁机器人，其特征在于：所述车体包括抗滑车轮（16）、底盘（17）、电池座（18）、电压表（19）、控制模块（20）、无线通信模块（21）和驱动电机（22）；所述控制模块包括主控制单片机。
5.根据权利要求4所述的可内外墙面清洁机器人，其特征在于：所述主控制单片机以铜柱（129）和螺钉安装在底盘（17）上，所述无线通信模块（21）安装在主控制单片机和底盘（17）之间，所述主控制单片机（20）和无线通信模块（21）可对第一视觉机构、第二视觉机构、机器人行进、升降装置、旋转台和水泵进行控制；
所述升降装置包括步进电机（1）、滑轨基座（2）、丝杠（3）、丝杠滑块（4）、多级剪叉杆（5）、滑块（6）、工作台（7）和底座（8），所述步进电机（1）用于精准地控制多级剪叉杆（5）升降高度，所述步进电机（1）驱动丝杠（3）旋转，丝杠驱动丝杠滑块（4）在滑轨基座（2）上滑动，并经多级剪叉杆驱动滑块（6）在工作台（7）上滑动，以使多级剪叉杆驱动工作台上的清洁装置升降移动至需要清洁的位置；
所述电池座（18）安装在车体底盘（17）的后端，所述电池座（18）上安装可充电电池，用于重复使用；所述电压表（19）紧挨着电池座（18）安装，用于检测电池电量。
6.根据权利要求1所述的可内外墙面清洁机器人，其特征在于：所述旋转台设于旋转底座上；所述旋转台处的多种清洁用具设于旋转台侧面且相互之间留有间隔；所述清洁用具包括毛刷（12）、抹布（13）和刮片（15）；所述水泵安装于底盘前端并位于云台后方；所述水泵可在清洁作业时提供清洁液并对机器人前端进行配重。
7.根据权利要求6所述的可内外墙面清洁机器人，其特征在于：所述旋转台位于第二视觉机构的第二摄像头（9）下方；毛刷（12）、抹布（13）和刮片（15）以可拆卸的杆形件与旋转台侧面相连且相邻杆形件的夹角为120度；所述毛刷（12）与旋转台（10）的连接处可转动，使毛刷在清洁墙面时能始终紧贴需要清洁的墙面；所述抹布（13）与旋转台（10）的连接处可转动，使抹布在清洁墙面时能始终紧贴需要清洁的墙面；所述刮片（15）包括橡胶条，所述橡胶条能在清洁有一定弧度的玻璃幕墙时使刮片（15）能较紧密的贴合墙面。
8.根据权利要求7所述的可内外墙面清洁机器人，其特征在于：在清洁作业中，所述第二摄像头根据墙面的不同材质自动判断出适合使用的清洁用具，并采用机器视觉算法，判断出需要清洁的区域，进而控制机器人移动并对墙面进行清洁；同时第二摄像头根据摄像头拍摄的图像来判断清洁部位是否达到清洁效果，如未达到，则控制模块控制水泵（29）向该部位喷清洁液，再以清洁用具重复擦拭以达到预期效果。
9.根据权利要求8所述的可内外墙面清洁机器人，其特征在于：所述机器人用于小型建筑清洁时，所述控制模块经第二摄像头对需要清洁的墙面进行识别，并防止机器人对禁止清洁的墙面进行清洁作业；所述禁止清洁的墙面包括壁画和覆有人工植被的墙面；当机器人对需要清洁的墙面瓷砖进行清洁时，机器人驱动毛刷旋转以进行刷洗；当机器人对需要清洁的室内墙壁墙纸、衣柜和橱面进行清洁时，机器人驱动抹布旋转以进行清洁；当机器人对需要清洁的玻璃幕墙进行清洁时，所述机器人以刮片进行清洁。
10.根据权利要求8所述的可内外墙面清洁机器人，其特征在于：所述机器人可完全由外部上位机进行整体操控，当用于室内家居清洁时，可使用手机APP进行遥控。
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