CN111297275A - 一种洗地消杀多功能清洁机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种洗地消杀多功能清洁机器人，包括机器人底板和主框架以及：智能洗地装置：用以实现地面压力感知并清洁地面；自主消杀装置：包括通过管路依次连接的储液箱、水泵和雾化喷嘴，用以实现液体的空域喷洒；地面行走装置：包括履带底盘、安装在履带底盘上的履带轮、套设在履带轮外侧的履带以及多个并排设置实现摆动行走的摆动组件；供能储装置：用以为整个机器人供电；监测控制装置：用以实现洗地、消杀、行走的自动控制。与现有技术相比，本发明结合地面清洁与空间消毒杀菌，独立智能化执行智能洗地和自主消杀等功能，有针对性地对污染区域实现自适应环境清洁，从而有效避免细菌、病毒等污染物的传播与扩散，承担较为繁重环境清洁工作。
Description
技术领域
本发明涉及卫生清洁服务领域，尤其是涉及一种洗地消杀多功能清洁机器人。
背景技术
新型冠状病毒的出现给全球经济和人身安全带来了巨大的损失，保障一线医护工作者和卫生清洁人员生命安全并及时处置空气中病毒细菌和地面上的污染物，尽可能地阻断污染源的传播与扩散显得尤为重要。然而，目前投入到实际应用的机器人大多仅能执行单一的消毒杀菌或者地面清洁功能。清洁机器人仅能清洁地面，周围空气中的病毒细菌可能粘附于机器人表面造成污染的扩散；其次，消毒机器人仅能针对空气中的病毒细菌实现消杀功能，只有当消毒剂降落在地面后，地面残留的污染物才有可能被消灭，消毒剂降落过程，消杀能力下降，将会显著降低消杀效果；同时，消毒剂失活后，小液滴可能会粘附空气中的病毒细菌降落在地表，若不及时清理地面，可能会粘附于机器人底部造成污染；此外，由于消毒机器人不具备清洁功能，底盘或车轮触及地面污染物后会造成污染物的扩散。因此机器人在完成洗地或消毒杀菌工作后极有可能携带病毒，不利于全面有效地执行消毒防疫工作。
现有的公共卫生服务机器人较少存在地面清洁和消毒杀菌功能于一体的设计，中国专利CN201811043994.X提出一种洗消机器人，该洗消机器人包括洗消机器人的移动装置和喷射装置。虽然该专利一定程度上解决了清洗和消毒的问题，但是，其洗消工作同时进行，首先不能有针对性地执行洗地或消毒功能；其次，消毒液消耗迅速，影响单次运行作业面积，若安装大容量储存装置则又会增加机器人能耗，影响机器人移动范围；再次，采用高压喷射装置清理地面，地面残留液体会很多，若地面液体长时间聚集，随着消毒剂的失效可能成为病毒细菌潜在的温床。
中国专利CN201910241571.7提出的一种清扫洗地机器人，其包括底盘行进系统、清扫洗地装置、集污吸污装置和电源模块，减少低人力物力财力消耗，实现无人清洁，然而这类机器人无法完成消毒防疫工作，而且很有可能成为病毒传播的媒介。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种洗地消杀多功能清洁机器人。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种洗地消杀多功能清洁机器人，包括机器人底板和主框架，该机器人还包括：
智能洗地装置：固定在主框架上，用以实现地面压力感知并清洁地面；
自主消杀装置：固定在主框架后部空间内，包括通过管路依次连接的储液箱、水泵和雾化喷嘴，用以实现液体的空域喷洒；
地面行走装置：固定在底板两侧，包括履带底盘、安装在履带底盘上的履带轮、套设在履带轮外侧的履带以及多个并排设置实现摆动行走的摆动组件；
供能储装置：安装在主框架上，用以为整个机器人供电；
监测控制装置：安装在主框架上，用以实现洗地、消杀、行走的自动控制。
所述的智能洗地装置包括升降组件、转动组件、传动轴和刷头，所述的传动轴中部带有轴上齿轮，且上部固定有两片托盘，所述的升降组件包括依次传动的升降电机、摆臂和托手，所述的升降电机为摆臂电机，所述的托手伸入到两片托盘之间，用以实现传动轴的上下运动，所述的转动组件包括转动电机和转动齿轮，所述的转动电机通过相互啮合的转动齿轮和轴上齿轮实现传动轴的旋转运动，所述的传动轴下端与刷头连接。
所述的水泵通过吸水管路与储液箱连接，并且通过带有伸缩管的出水管路与雾化喷嘴入口连接。
所述的智能洗地装置还包括与出水管路连通的洗地喷水管以及分别连接水泵、出水管路和洗地喷水管的三通电磁阀，所述的三通电磁阀与监测控制装置连接。
所述的雾化喷嘴包括位于顶部的半球形喷口和多个布置于侧面的圆形喷口，所述的伸缩管的工作长度为7-15cm。
所述的储液箱顶部设有漏斗，其内部用以盛放功能性液体，所述的功能性液体包括清水、干冰、农药和/或消毒液。
每个摆动组件均由轴承以及带有复位弹簧的连杆组成，所述的轴承与履带底面内侧承压接触，所述的连杆中部通过轴销可转动的固定在履带底盘上。
所述的供能储装置包括储能电池以及分别为储能电池供电的太阳能跟踪发电单元、无线充电单元和供电插座，所述的太阳能跟踪发电单元包括固定在主框架顶部的二自由度舵机云台、安装在二自由度舵机云台上的太阳能板以及设置在太阳能板上的光敏阵列。
所述的监测控制装置包括安装在主框架上的单片机以及分别与单片机连接的压力传感器、路径规划探头、Wi-Fi模块、地面污迹检测器，所述的路径规划探头安装在机器人前端，用以检测行径中的障碍物，所述的压力传感器设置在刷头和传动轴之间，用以感应刷头接触地面的压力，所述的地面污迹检测器安装在机器人前端，用以识别地面污渍，所述的Wi-Fi模块用于接收地面污迹检测器的信号，并将信号传递给单片机处理。
所述的单片机为K66FN/MK66FX1M0VLQ18单片机，所述的压力传感器为 FSR电阻式薄膜压力传感器，所述的路径规划探头为七星虫小MU视觉传感器，所述的Wi-Fi模块为NRF24L01无线Wi-fi收发器，所述的地面污迹检测器为GY-33 传感器模块和TCS34725颜色感应识别模块。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明中的智能洗地装置与自主消杀装置独立运行，前端智能洗地装置可实现地面清洁，后端自主消杀装置能够调节不同范围和流量进行消毒灭菌。
二、通过太阳跟踪装置来收集太阳能，并与电网无线充电相结合，以保障机器人持续充电，绿色节能环保。
三、机器人具有路径识别、行走避障和智能控制的功能，根据蓝牙通讯来执行消毒和洗地的功能。
四、自主消杀装置设置的雾化喷嘴可根据检测的信号来调节控制喷洒消毒液的容量和流速，可有针对性地对场所实现最大范围的消毒杀菌。
五、储液箱内，可放置消毒液与清水、干冰、农药等功能性液体，实现草坪养护、消防和农业保植等功能。
附图说明
图1为本发明的整体系统结示意图。
图2为智能洗地装置结构示意图。
图3为自主消杀装置的结构示意图。
图4为地面行走装置的结构示意图，其中，图(4a)为地面行走装置左部的结构示意图，图(4b)为地面行走装置的主视图。
图5为供能装置的结构示意图。
图6为监测控制装置的结构示意图。
图7为雾化喷嘴的结构示意图。
图8为升降组件与传动轴的传动连接示意图.
图中标记说明：
100、智能洗地装置，200、自主消杀装置，300、地面行走装置，400、供能装置，500、监测控制装置，101、升降组件，101a、升降电机，101b、摆臂，101c、托手，102、转动组件，102a、转动电机，102b、转动齿轮，103、刷头，104、传动轴，104a、轴上齿轮，104b、托盘，105、三通电磁阀，106、洗地喷水管，201、储液箱，202、漏斗，203、雾化喷嘴，203a、半球形喷口，203b、圆形喷口，203c、伸缩管，204、循环水泵，205a、吸水管路，205b、出水管路，301、履带底盘，302、行走电机，303、连杆，304、轴承，305、弹簧，302a、左电机，302b、右电机， 401、太阳能跟踪发电单元，401a、太阳能板，401b、二自由度舵机云台，401c、光敏阵列，402、供电插座，403、储能电池，404、无线充电单元，501、单片机， 502、压力传感器，503、路劲规划探头，504、Wi-Fi模块，505、地面污迹检测器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本发明提供一种新型洗地消杀多功能服务机器人，能够解决消毒杀菌和地面清洗不彻底等问题，并采用太阳能跟踪发电单元和无线充电能够实现机器人的能量持续供给，有效地提高能源利用率，包括智能洗地装置100、自主消杀装置200、地面行走装置300、供能装置400、监测控制装置500。
如图2和8所示，智能洗地装置100包括升降组件101、转动组件102、刷头 103、传动轴104以及图3中三通电磁阀105和洗地喷水管106，传动轴104的上部固定有托盘104b，其中部还带有轴上齿轮104a，传动轴104自下而上依次与刷头103、转动组件102和升降组件101传动连接，升降组件101包括依次传动的升降电机101a、摆臂101b和托手101c，升降电机101a为一摆臂电机，托手101c与托盘104b对应设置，当摆臂电机摆动时带动摆臂101b和托手101c上下摆动，托手101c则在摆动过程中下压或上顶托盘104b，从而实现控制传动轴104的上下运动，转动组件102包括转动电机102a和转动齿轮102b，转动电机102a通过带动相互啮合的轴上齿轮104a和转动齿轮102b实现传动轴104与刷头的转动，转动电机102a的转速范围为360～1200r/min，其转速由监测控制装置500调节，正常工作模式下为800r/min，若地面污迹检测器504检测到污渍很多时则提高转速，刷头103接触地面后，压力传感器502将压力感知信号传递给单片机501，随后转动电机102a开始转动，防止刷头103空转造成不必要的电力浪费，并且根据地面情况调节刷头103的洗刷力度，洗刷工作结束后转动电机102a停止转动，升降电机 101a工作将传动轴104抬起，刷头103悬起，有助于机器的正常行走，减少功耗和刷头103的磨损。三通电磁阀105用于控制循环水泵204排出的消毒液，地面干燥时，可从洗地喷水管106流出适当的消毒液润湿地面，有助于洗刷工作的顺利进行。
如图3所示，自主消杀装置200包括储液箱201、漏斗202、雾化喷嘴203、循环水泵204、管路，漏斗202放置于储液箱201的正上方，消毒液通过漏斗202 进入储液箱201储存，管路分为吸水管路205a和出水管路205b，循环水泵204通过吸水管路205a抽取储液箱201内的消毒液，在水泵204内升压后，从出水管路 205b排出至雾化喷嘴203喷出。喷洒至漏斗202的消毒液可自行回收。
如图4所示，地面行走装置300包括履带底盘301、行走电机302、连杆303、轴承304、弹簧305，每条履带底盘301对应着10个轴承302以及10个连杆303，行走电机302安装在地面行走装置300的后方，两条履带的内测，又分为左电机 304a和右电机304b，依靠左右两侧电机带动轴承302驱动连杆303摆动获得行走的能力，在执行左转指令时，左电机304a会减缓转速，右电机304b加速，驱动整个机器向左转动，右转同理在此不赘述。
如图5所示，供能装置400包括太阳能板401a、二自由度舵机云台401b、光敏阵列401c、供电插座402、储能电池403、无线充电单元404，光敏阵列401c安装在太阳能板401a的正上方，有助于感受光强，二自由度舵机云台401b上端支撑连接太阳能板401a，下端固定，在0～360°范围内，根据光线强度来追踪太阳光，使太阳能板401a与太阳光线始终保持垂直，提高能量利用率，板太阳能板401a所吸收的光能再通过转换装置转换成电能存储在储能电池403中，供电插座402用于手动接入电网给机器充电，机器进入无线充电区域，无线充电单元404开始工作为机器充电。
如图6所示，监测控制装置500包括单片机501、路径规划探头503、压力传感器502、Wi-Fi模块504、地面污迹检测器505，路径规划探头503有两个，安装在机器人前端，置于单片机501所在区域的两侧，用以检测行径中的障碍物，压力传感器502设置在刷头103和传动轴104之间，感应的是刷头103接触地面的压力，地面污迹检测器505是安装在机器人前端，用以识别地面污渍或菌落分布，Wi-Fi 模块504安装在单片机501板上，用于接收信号，并将信号传递给单片机501处理，单片机501根据所得的地面污迹检测器505信号，调节转动电机102a的转速，压力传感器502设置在刷头103和传动轴104之间，用以感应刷头103接触地面的压力，所得的压力感应信号传递给单片机501，使得单片机501通过升降组件101调节刷头103位置，使洗地工作更彻底，监测控制装置500通过单片机501交互控制各个装置执行相应的功能。
本例中，监测控制装置500各部件的具体型号如下：
单片机501：K66核心板K66FN/MK66FX1M0VLQ18单片机主：STM32F 103ZET6；副：LQ_KXXP133-SYSVG；
压力传感器502：FSR电阻式薄膜压力传感器-RP-C18.3-ST；
路径规划探头503：七星虫小MU视觉传感器-esp32；
Wi-Fi模块504：NRF24L01无线Wi-fi收发器+2.4GHz无线模块USB到TTL 转换器串口模块；
地面污迹检测器505：GY-33传感器模块TCS34725颜色感应识别模块。
如图7所示，雾化喷嘴203包括半球形喷口203a、圆形喷口203b以及伸缩管 203c，半球形喷口203a向四周喷洒消毒液，圆形喷口203b则向机器后方形成0～180°的喷角喷洒消毒液。两个喷口都设有各自的开关，可根据具体的工作情况选择单个喷口或是双喷口来进行消杀工作。伸缩管203c的伸缩高度是由单片机501通过调整循环水泵204功率控制，不同功率下出水管路205b内液压不同，可伸长7～15cm。
具体工作原理为：
为保障洗地和消毒杀菌两大功能互不干扰性，设置智能洗地装置和自主消杀装置，供能装置提供了三种充电方式：
1、太阳能板吸收光能充电；
2、若工作环境有无线充电区域，通过无线充电单元充电；
3、有线充电，为机器提供动力源。
地面行走装置左右两侧安装两排轴承和连杆并组成适应于复杂地形的行走结构，若机器执行左转指令时，左电机会减缓转速，右电机加速，驱动整个机器向左转动，同理右转也类似。当行走在不平整的路面时，弹簧连杆的配合就能发挥出履带的优势，不影响机器的行走。
机器人放入阳光下，开始储能工作时，二自由度舵机云台上端支撑连接太阳能板，其左侧固定连接光敏阵列，在0～360°范围内，根据光线强度来追踪太阳光，使太阳能板与太阳光线始终保持垂直，太阳能板吸收太阳光能量。所吸收能量由转换装置转换成电能储存在储能电池中，留给机器供能。
机器进入工作环境，路径规划探头开始工作，识别路况，避开障碍物行走。开始洗刷工作，地面污迹检测器扫描地面污渍或菌落分布情况，并将所得位置信息传递给单片机，单片机再结合路径规划探头的视觉信号，规划路径后，下达行走指令，行走装置开始工作，机器人走至污渍区域，洗涤喷水管喷出适当消毒液湿润地面后，转动电机转动，洗地工作开始，智能洗地装置中升降组件驱动传动轴向下移动，当压力传感器感受到刷头接触地面的压力时，将压力信号传递给单片机，单片机再控制转动电机转动，电机上齿轮与传动轴上齿轮啮合，驱动传动轴旋转，洗地刷开始转动洗地，单片机根据地面污迹检测器的污渍信号判断地面污染情况后调节伸缩杆的长度来改变洗刷的力度，从而调节洗地效率达到智能洗地的目的，污迹量检测传感器可将洗刷后地面污渍情况再次反馈给单片机处理，可进行多次洗地工作。
机器进入工作环境，自主消杀装置的储液箱装满消毒液后开始消毒杀菌工作。单片机下达行走指令，机器人走至需要消毒空间开始消毒杀菌工作，循环水泵通过吸水管路抽取储液箱内的消毒液，消毒液在水泵内升压后，从出水管路排出至雾化喷嘴喷出，根据消毒的需要，单片机调节循环水泵的功率，从而控制液压调节伸缩管来控制喷头高度，来匹配消毒区域的高度，达到自主消毒的目的。喷嘴的喷口可根据具体的工作环境自定义选择。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种洗地消杀多功能清洁机器人，包括机器人底板和主框架，其特征在于，该机器人还包括：
智能洗地装置(100)：固定在主框架上，用以实现地面压力感知并清洁地面；
自主消杀装置(200)：固定在主框架后部空间内，包括通过管路依次连接的储液箱(201)、水泵(204)和雾化喷嘴(203)，用以实现液体的空域喷洒；
地面行走装置(300)：固定在底板两侧，包括履带底盘(301)、安装在履带底盘(301)上的履带轮、套设在履带轮外侧的履带以及多个并排设置实现摆动行走的摆动组件；
供能储装置(400)：安装在主框架上，用以为整个机器人供电；
监测控制装置(500)：安装在主框架上，用以实现洗地、消杀、行走的自动控制。
2.根据权利要求1所述的一种洗地消杀多功能清洁机器人，其特征在于，所述的智能洗地装置(100)包括升降组件(101)、转动组件(102)、传动轴(104)和刷头(103)，所述的传动轴(104)中部带有轴上齿轮(104a)，且上部固定有两片托盘(104b)，所述的升降组件(101)包括依次传动的升降电机(101a)、摆臂(101b)和托手(101c)，所述的升降电机(101a)为摆臂电机，所述的托手(101c)伸入到两片托盘(104b)之间，用以实现传动轴(104)的上下运动，所述的转动组件(102)包括转动电机(102a)和转动齿轮(102b)，所述的转动电机(102a)通过相互啮合的转动齿轮(102b)和轴上齿轮(104a)实现传动轴(104)的旋转运动，所述的传动轴(104)下端与刷头(103)连接。
3.根据权利要求1所述的一种洗地消杀多功能清洁机器人，其特征在于，所述的水泵(204)通过吸水管路(205a)与储液箱(201)连接，并且通过带有伸缩管(203c)的出水管路(205b)与雾化喷嘴(203)入口连接。
4.根据权利要求3所述的一种洗地消杀多功能清洁机器人，其特征在于，所述的智能洗地装置(100)还包括与出水管路(205b)连通的洗地喷水管(106)以及分别连接水泵(204)、出水管路(205b)和洗地喷水管(106)的三通电磁阀(105)，所述的三通电磁阀(105)与监测控制装置(500)连接。
5.根据权利要求3所述的一种洗地消杀多功能清洁机器人，其特征在于，所述的雾化喷嘴(203)包括位于顶部的半球形喷口(203a)和多个布置于侧面的圆形喷口(203b)，所述的伸缩管(203c)的工作长度为7-15cm。
6.根据权利要求3所述的一种洗地消杀多功能清洁机器人，其特征在于，所述的储液箱(201)顶部设有漏斗(202)，其内部用以盛放功能性液体，所述的功能性液体包括清水、干冰、农药和/或消毒液。
7.根据权利要求1所述的一种洗地消杀多功能清洁机器人，其特征在于，每个摆动组件均由轴承(302)以及带有复位弹簧(305)的连杆(303)组成，所述的轴承(302)与履带底面内侧承压接触，所述的连杆(303)中部通过轴销可转动的固定在履带底盘(301)上。
8.根据权利要求1所述的一种洗地消杀多功能清洁机器人，其特征在于，所述的供能储装置(400)包括储能电池(403)以及分别为储能电池(403)供电的太阳能跟踪发电单元(401)、无线充电单元(404)和供电插座(402)，所述的太阳能跟踪发电单元(401)包括固定在主框架顶部的二自由度舵机云台(401b)、安装在二自由度舵机云台(401b)上的太阳能板(401a)以及设置在太阳能板(401a)上的光敏阵列(401c)。
9.根据权利要求2所述的一种洗地消杀多功能清洁机器人，其特征在于，所述的监测控制装置(500)包括安装在主框架上的单片机(501)以及分别与单片机(501)连接的压力传感器(502)、路径规划探头(503)、Wi-Fi模块(504)、地面污迹检测器(505)，所述的路径规划探头(503)安装在机器人前端，用以检测行径中的障碍物，所述的压力传感器(502)设置在刷头(103)和传动轴(104)之间，用以感应刷头(103)接触地面的压力，所述的地面污迹检测器(505)安装在机器人前端，用以识别地面污渍，所述的Wi-Fi模块(504)用于接收地面污迹检测器(505)的信号，并将信号传递给单片机(501)处理。
10.根据权利要求9所述的一种洗地消杀多功能清洁机器人，其特征在于，所述的单片机(501)为K66FN/MK66FX1M0VLQ18单片机，所述的压力传感器(502)为FSR电阻式薄膜压力传感器，所述的路径规划探头(503)为七星虫小MU视觉传感器，所述的Wi-Fi模块(504)为NRF24L01无线Wi-fi收发器，所述的地面污迹检测器(505)为GY-33传感器模块和TCS34725颜色感应识别模块。
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