CN111616650A - 全地形扫地机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全地形扫地机器人，包括机器人主体和控制系统，所述机器人主体包括车体，设置在车体上的爬楼装置、传感装置和吸尘清理装置，控制系统与爬楼装置、传感装置和吸尘清理装置连接；爬楼装置包括前履带系统、麦克纳姆轮系统和后杆系统；前履带系统包括两个设置于车体前端两侧的前履带；麦克纳姆轮系统包括两个设置在车体中部两侧的麦克纳姆轮；后杆系统包括两个设置在车体后端两侧的后杆，后杆通过后杆轮与车体连接；本发明装置通过超声波和红外传感器，让全地形机器人自动判断计算地形的变换，其可识别如楼梯、台阶、沙发底部等不同地形，对待清扫地方进行打扫。

Description

全地形扫地机器人

技术领域

本发明属于智能家居技术领域，涉及一种全地形扫地机器人。

背景技术

清洁地面是每家每户都避免不了的家庭劳动，由于面积不小，而且大多家庭的地面都不会很脏，特地完整的清扫一遍有些多余繁琐。于是出现了扫地机器人，体积小巧，动作灵活，市面上已有的扫地机器人大多是圆饼状，通过底部边刷将垃圾清扫干净，然后主人将垃圾处理了。

但是它们针对的是平坦的地面清洁，虽然技术已经非常成熟，但是在地形略微复杂的情况下，例如楼梯或者很低的家具底部，就显得有些束手无策。特别是清扫楼梯，由于扫地机器人结构上的妥协，使其无法安全便捷的上下楼梯，所以这一方面在已有的扫地机器人上仍然是一片空白。

市面上有一小部分扫地机器人在自动清扫结束后，可以自动将垃圾放入垃圾箱，但是垃圾箱是自制的，成本高不易普及。普通扫地机器人仍然需要我们手动将垃圾倒出，并不是完全的自动化，略显遗憾。

发明内容

本发明提供一种全地形扫地机器人，解决现有技术中的扫地机器人无法在家中越过台阶、上下楼梯清扫垃圾，无法自主倒垃圾等问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

全地形扫地机器人，包括机器人主体和控制系统，所述机器人主体包括车体，设置在车体上的爬楼装置、传感装置和吸尘清理装置，控制系统与爬楼装置、传感装置和吸尘清理装置连接；所述爬楼装置包括前履带系统、麦克纳姆轮系统和后杆系统；所述前履带系统包括两个设置于车体前端两侧的前履带，两个前履带通过前履带舵机驱动；所述麦克纳姆轮系统包括两个设置在车体中部两侧的麦克纳姆轮，两个麦克纳姆轮通过麦克纳姆轮电机驱动；所述后杆系统包括两个设置在车体后端两侧的后杆，后杆通过后杆轮与车体连接，两个后杆通过后杆舵机驱动；

吸尘清理装置包括设置车体中部下方的垃圾箱，垃圾箱向下开设吸风口，垃圾箱连接有由电机驱动的风扇，垃圾箱的吸风口处设置边刷，边刷通过齿轮组驱动；

传感装置包括设置于车体的前、后、左、右和下端的多组红外传感器、设置于车体两侧的多组超声波传感器。

进一步的，两个所述后杆内侧均设置一根吸尘管，吸尘管与垃圾箱连通。

进一步的，两个所述后杆上均设置后杆阻尼。

进一步的，所述控制系统为单片机。

本发明的有益效果如下：

本发明装置通过超声波和红外传感器，让全地形机器人自动判断计算地形的变换，其可识别如楼梯、台阶、沙发底部等不同地形，对待清扫地方进行打扫；本发明装置将垃圾通过垃圾箱下端的吸风口吸入垃圾桶，与此同时，漏掉的垃圾通过边刷扫至后杆连接的吸尘管处吸入垃圾桶；当垃圾箱垃圾装满后，本发明机器人将行走至倒垃圾的地方，将垃圾从垃圾箱吹出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的轴侧结构示意图；

图3是本发明俯视结构示意图；

图4是本发明仰视结构示意图；

图5是本发明前侧结构示意图；

图6是本发明边刷和齿轮组的连接结构示意图；

图7-图10是本发明上楼清扫的过程示意图；

图11-图14是本发明下楼清扫的过程示意图；

图15-图17是本发明倒垃圾的过程示意图。

图中，1-车体，2-前履带系统，3-麦克纳姆轮系统，4-后杆系统，5-前履带，6-前履带舵机，7-麦克纳姆轮，8-后杆，9-后杆轮，10-后杆舵机，11-垃圾箱，12-吸风口，13-风扇，14-边刷，15-齿轮组，16-红外传感器，17-超声波传感器，18-吸尘管，19-后杆阻尼，20-万向轮，21-麦克纳姆轮电机。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

本发明的实施例提供的一种全地形扫地机器人，能够从容面对各类复杂地形。本发明扫地机器人在控制系统单片机的控制下，能够使爬楼装置，传感装置和吸尘清理装置三者协同工作。

参见图1-图5所示，机器人包括机器人主体和控制系统，机器人主体包括车体1，设置在车体1上的爬楼装置、传感装置和吸尘清理装置，所述控制系统与爬楼装置、传感装置和吸尘清理装置连接；爬楼装置包括前履带系统2、麦克纳姆轮系统3和后杆系统4；前履带系统2包括两个设置于车体1前端两侧的前履带5，两个前履带5通过前履带舵机6驱动；麦克纳姆轮系统3包括两个设置在车体1中部两侧的麦克纳姆轮7，两个麦克纳姆轮7通过麦克纳姆轮电机21 驱动；后杆系统4包括两个设置在车体1后端两侧的后杆8，后杆8通过后杆轮9与车体1连接，两个后杆8通过后杆舵机10驱动；

吸尘清理装置包括设置车体1中部下方的垃圾箱11，垃圾箱11向下开设吸风口12，垃圾箱11连接有由电机驱动的风扇13，垃圾箱11的吸风口12处设置边刷14，边刷14通过齿轮组15驱动；

传感装置包括设置于车体1的前、后、左、右和下端的多组红外传感器16、设置于车体1两侧的多组超声波传感器17。两个后杆8内侧均设置一根吸尘管 18，吸尘管18与垃圾箱11连通。两个后杆8上均设置后杆阻尼19。控制系统为单片机。车体1前端下部连接万向轮20。

下面介绍本发明的工作原理：

本发明机器人共有个4工作状态，分别为：普通地面清扫、沙发或者床底清扫、楼梯清扫、自动倒垃圾；以上四个工作状态都能够准确高效的完成。下面逐一介绍：

第一种工作状态：普通地面清扫。

与普通扫地机器人类似，通过边刷14和吸风口12将平坦地面的垃圾吸扫入垃圾箱11。

第二种情况：楼梯清扫；楼梯清扫又分为上楼和下楼两种情形。

1.上楼时：

参见图7，当红外传感器16识别到楼梯且机器人车身正对楼梯时，开始执行上楼的命令，前履带5逆时针旋转，搭在台阶边缘并继续逆时针旋转，给机器人一个抬升的力，前履带5链环也开始逆时针旋转，使机器人向前方移动；

参见图8，前履带5继续前面的动作，与此同时，后杆8顺时针旋转，这样，前履带5与后杆8均给了机器人向上抬升的力，直到万向轮20接触到台阶边缘；

参见图9，此时万向轮20已经接触台阶边缘，前履带5继续前面的动作，后杆8保持触地，只起到支撑的作用，直到麦克纳姆轮7接触到台阶边缘；

参见图10，此时麦克纳姆轮7已经接触到台阶边缘，前履带5作用结束，为下一级台阶做准备，前履带5逆时针转动使机器人向前移动，后杆8逆时针旋转，给机器人一个推力，直到麦克纳姆轮7完全停在上一级台阶上；

后杆8作用结束，为下一级台阶做准备，机器人开始清扫当前这一阶楼梯。

注：上楼梯时，有可能会遇到机器人与楼梯不对正的情况，即斜对着楼梯，此时：

机器人正前方有两个高度不一的红外传感器16，由于楼梯两阶高度不同，因此两个红外传感器16测得的距离会有一个差值；

当车身逐渐摆正的过程中，这个距离差会变小，编辑一个命令使得车身向距离差变小的方向旋转；当距离差由大变小再变大的那一瞬间，让车身微微调整，当距离差最小时，即正对着楼梯，开始执行上楼梯的命令。

2.下楼时：

参见图11，机器人走到楼梯边缘，前履带,5逆时针旋转到竖直，并且与下一级台阶接触，后杆8旋转至水平；

参见图12，麦克纳姆轮7、后杆轮9、以及前履带5链环同时逆时针旋转，使机器人前进一小段距离，直到麦克纳姆轮7悬空，此时前履带5触地，后杆阻尼19接触台阶边缘产生阻力，以此来支撑机器人；

参见图13，前履带5顺时针旋转，后杆8逆时针旋转，将机器人缓缓放下，直到麦克纳姆轮7触地；

参见图14，麦克纳姆轮7触地后，机器人已经到下一级台阶，此时前履带 5与后杆8调整位置，准备下一级台阶。

第三种情况：沙发或者床底清扫；

扫地机器人正常运行时，当车头下面红外传感器16的测距远大于上面的红外传感器16的测距，与识别楼梯刚好相反时识别为沙发；

扫地机器人旋转180°，使得尾部朝向沙发，此时将后杆8旋转至水平状态，车身慢慢向后倒，此时两根后杆8应在沙发与地面的间隙中，通过后杆8 上连接的吸尘管18进行沙发底下的清洁；

机器人在清洁时会通过麦克纳姆轮7进行缓慢的水平移动，先向右缓慢移动直到车头红外传感器16测距判断其不是沙发时，便向左进行较快的水平移动，移动到初始位置，在缓慢向左进行水平移动，直到判断前方不是沙发时，此时车身向前行进，后杆8应完全离开沙发与地面的间隙，后杆收回继续其他清洁。

第四种情况：自动倒垃圾；

参见图15，当机器人前方有障碍物时，因为上方的红外传感器16没有感应，下方的红外传感器16有距离反应，所以可以判断出是垃圾桶或者是楼梯，机器人在向左移动，如果下方的反应消失，则为垃圾桶，然后机器人依靠下方的红外传感器向右移动，距离的变化应该是由大变小在变大，但再次变化时，机器人在向左移动直至距离最短即与垃圾桶对正；

参见图16，当与垃圾桶对正后，先后退，机器人在原地旋转180度，则机器人的后方与垃圾桶对正，然后后方的前履带5向后转动，前方的两个后杆8 向前转动直至机器人站起来；

参见图17，依靠履带5，使车身底部行至垃圾桶正中央，然后边刷14打开，风扇13吹出垃圾箱11里的垃圾。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.全地形扫地机器人，包括机器人主体和控制系统，其特征在于：所述机器人主体包括车体(1)，设置在车体(1)上的爬楼装置、传感装置和吸尘清理装置，所述控制系统与爬楼装置、传感装置和吸尘清理装置连接；所述爬楼装置包括前履带系统(2)、麦克纳姆轮系统(3)和后杆系统(4)；所述前履带系统(2)包括两个设置于车体(1)前端两侧的前履带(5)，两个前履带(5)通过前履带舵机(6)驱动；所述麦克纳姆轮系统(3)包括两个设置在车体1中部两侧的麦克纳姆轮(7)，两个麦克纳姆轮(7)通过麦克纳姆轮电机(21)驱动；所述后杆系统(4)包括两个设置在车体(1)后端两侧的后杆(8)，后杆(8)通过后杆轮(9)与车体(1)连接，两个后杆(8)通过后杆舵机(10)驱动；

所述吸尘清理装置包括设置车体(1)中部下方的垃圾箱(11)，垃圾箱(11)向下开设吸风口(12)，垃圾箱(11)连接有由电机驱动的风扇(13)，垃圾箱(11)的吸风口(12)处设置边刷(14)，边刷(14)通过齿轮组(15)驱动；

所述传感装置包括设置于车体(1)的前、后、左、右和下端的多组红外传感器(16)、设置于车体(1)两侧的多组超声波传感器(17)。

2.根据权利要求1所述全地形扫地机器人，其特征在于，两个所述后杆(8)内侧均设置一根吸尘管(18)，吸尘管(18)与垃圾箱(11)连通。

3.根据权利要求1或2所述全地形扫地机器人，其特征在于，两个所述后杆8上均设置后杆阻尼(19)。

4.根据权利要求3所述全地形扫地机器人，其特征在于，所述控制系统为单片机。

5.根据权利要求4所述全地形扫地机器人，其特征在于，所述车体1前端下部连接万向轮(20)。

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