CN112220400B - 自动驾驶扫地机器人 - Google Patents

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Abstract

自动驾驶扫地机器人包括扫地车主体、扫地刷、距离自动控制系统、转向轮、动力轮、操作员坐垫、控制面板和方向盘，扫地车主体内设有车架，车架上安装有转向机构，转向机构包括在车架上竖直安装的立轴，立轴的上端安装方向盘。本发明的积极效果在于：本发明所述的一种自动驾驶扫地机器人，可以提起手柄快速切换为人工驾驶，以提高行进过程中的安全性，且上述切换装置无需加设额外的电气控制元件，结构简单，操作方便且更加可靠，整体设备的成本也相对较低。

Description

自动驾驶扫地机器人
技术领域
本发明涉及清洁设备技术领域，具体地说是一种自动驾驶扫地机器人。
背景技术
随着生活水平的不断提高，现如今的人们对环境的保护越来越重视，扫地机器人也不断应用于清洁作业中，极大地提高了清洁作业的效率与质量，目前的扫地机器人可以分为人工驾驶和自动驾驶两大类，自动驾驶的优点在于可以降低作业人员的劳动强度，能保持所要求的的清扫效率与质量，但在特殊情况例如较为复杂的清洁环境下，人工驾驶的扫地机器人则会有更好的清洁效果，如何使同一台扫地机器人既可以进行人工驾驶，又能进行自动驾驶是目前亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种自动驾驶扫地机器人，其转向机构既可以人工进行手动控制，也可以由自动控制转向装置进行自动转向驾驶，以便于按照实际情况提供给操作人多种选择。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种自动驾驶扫地机器人，包括扫地车主体、扫地刷、距离自动控制系统、转向轮、动力轮、操作员坐垫、控制面板和方向盘，扫地车主体内设有车架，车架上安装有转向机构，转向机构包括在车架上竖直安装的立轴，立轴的上端安装方向盘，立轴的下端穿过车架安装有第一齿轮，在车架的底部安装有第二齿轮，第二齿轮的底面上安装有竖直设置的两个立板，立板的底部之间安装转向轮，在第一齿轮和第二齿轮之间的车架底部还安装有第三齿轮，所述第三齿轮分别与第一齿轮和第二齿轮相啮合，在第三齿轮底面的转轴上还安装有角度传感器，所述车架上还安装有自动控制转向装置，自动控制转向装置包括安装在车架上的连接压紧板，在连接压紧板上安装有步进电机和减速机，所述连接压紧板上开设有第一安装槽，第一安装槽内配合安装有支撑套，支撑套内安装有竖直设置的传动轴，位于减速机内部的传动轴外周套装有涡轮套，涡轮套位于支撑套上部，减速机内部安装有与步进电机输出轴相连接的减速蜗杆，减速蜗杆与涡轮套上的涡轮相啮合，与涡轮套相配合的传动轴上还安装有竖直设置的平键，涡轮套内壁上开设有与平键相配合的竖通槽，涡轮套转动能带动传动轴同步旋转，对应于涡轮套顶部的位置，在减速机上固定安装压紧盘，压紧盘内配合安装有档位外轴套，所述压紧盘将档位外轴套压紧定位在减速机上，档位外轴套压在涡轮套的顶部位置处，位于档位外轴套内部的传动轴外周设有轴肩，轴肩上的传动轴外周配合安装有档位套，档位套的外周壁上开设有竖直设置的导向槽，档位外轴套上安装有第一定位销钉，所述第一定位销钉穿过档位外轴套伸入导向槽内，在档位套的上端开设有第二安装槽，第二安装槽内设有手柄，手柄的底部位于第二安装槽内并开设有环形槽，在档位套上安装有第二定位销钉，第二定位销钉穿过档位套伸入环形槽内，所述传动轴的顶端位于手柄底部的第二安装槽内，在传动轴顶端的外周安装有固定卡环，提拉手柄时能带动档位套和传动轴一同上移，对应于环形槽的位置，在所述档位套上还安装有接近开关触发螺钉，在压紧盘上安装有行程开关，行程开关能检测到接近开关触发螺钉，传动轴底部伸出支撑套的一端安装有第四齿轮，第四齿轮竖向升降能与第二齿轮相啮合，在所述档位外轴套和档位套之间还安装有限位装置，限位装置能将第四齿轮定位在与第二齿轮相啮合或与第二齿轮相分离的位置。
所述档位套与传动轴之间设有档位铜套，档位铜套套装在传动轴的外周，所述档位铜套的底部设有翻边，翻边位于轴肩上部，传动轴上移时能带动档位铜套一同上移。
所述限位装置包括安装在档位外轴套上的弹簧导向管，弹簧导向管内配合安装有弹簧，弹簧导向管的一端伸入档位外轴套内部并安装有定位球，在档位套的外壁上开设有与定位球相配合的第一定位槽和第二定位槽，所述弹簧始终有使定位球进入定位槽内的趋势，当定位球位于第一定位槽内时，第四齿轮与第二齿轮相啮合，当定位球位于第二定位槽内时，第四齿轮与第二齿轮相分离。
所述传动轴的底部设有方柱和螺柱，方柱外周配合安装有连接套，所述连接套的底面开设有与方柱相配合的方孔，连接套的顶面固定安装第四齿轮，在螺柱上配合套装有紧固螺母和紧固板，紧固板位于紧固螺母和连接套之间，所述紧固螺母能将连接套压紧固定在传动轴上，第四齿轮能跟随传动轴一同升降及旋转。
所述第四齿轮与支撑套之间设有直铜套，直铜套位于连接套的顶部。
本发明的积极效果在于：本发明所述的一种自动驾驶扫地机器人，其转向机构既可以由人工操控方向盘进行手动控制，也可以由自动控制转向装置进行自动转向驾驶，便于按照实际情况提供给操作人多种选择。其中自动控制转向装置内的传动轴能在跟随手柄竖向移动的同时还能由步进电机及减速机控制转动，即竖向升降与第二齿轮分离或啮合，转动带动第二齿轮进行转向这两项操作互不干扰，进而保证两种控制方式的正常切换。本发明所述的自动驾驶扫地机器人尤其适用于校园内部或其他具有路况不确定性、时间地点等局部人流量无法提前预测的场合，亦或是通道复杂，积水、坑洼较多地带，道路狭窄区域等，可以提起手柄快速切换为人工驾驶，以提高行进过程中的安全性，且上述切换装置无需加设额外的电气控制元件，结构简单，操作方便且更加可靠，整体设备的成本也相对较低。
附图说明
图1是使用本发明所述转向机构的自动驾驶扫地机器人的示意图；
图2是本发明转向机构的三维结构示意图；
图3是图2的主视图；
图4是图3中A-A向剖视图的放大视图；
图5是自动控制转向装置的结构示意图；
图6是图5的左视图；
图7是图5中B-B向剖视图；
图8是图7中I的局部放大视图；
图9是图7中II的局部放大视图；
图10是图6中C-C向剖视图的放大视图；
图11是手柄上提带动第四齿轮与第二齿轮分离时，传动轴的位置状态示意图；
具体实施方式
本发明所述的一种自动驾驶扫地机器人，如图1所示，包括扫地车主体、扫地刷、距离自动控制系统、转向轮7、动力轮、操作员坐垫、控制面板和方向盘3，其中扫地车主体、扫地刷、距离自动控制系统、控制面板可以是中国公开专利，专利号是CN209301014U中所描述的结构，以起到自动驾驶并进行清扫的目的。
在扫地车主体内设有车架1，如图2和图3所示，车架1上安装有转向机构，所述转向机构既可以人工进行手动控制，也可以由自动控制转向装置进行自动转向驾驶。转向机构包括在车架1上竖直安装的立轴2，立轴2的上端安装方向盘3，如图4所示，立轴2的下端穿过车架1安装有第一齿轮4，在车架1的底部安装有第二齿轮5，第二齿轮5的底面上安装有竖直设置的两个立板6，立板6的底部之间安装转向轮7，第二齿轮5转动能带动转向轮7同步转动，从而起到车体转向的作用。在第一齿轮4和第二齿轮5之间的车架1底部还安装有第三齿轮8，所述第三齿轮8分别与第一齿轮4和第二齿轮5相啮合，手动转动方向盘3，依次经由立轴2、第一齿轮4、第三齿轮8和第二齿轮5的传动，能控制转向轮7的旋转角度，进而起到人工控制车体转向的作用。
在第三齿轮8底面的转轴上还安装有角度传感器9，角度传感器9能实时记录第三齿轮8的转动角度位置，即实时监测转向轮7所处的位置，所述车架1上还安装有自动控制转向装置，自动控制转向装置与角度传感器9之间由控制线路相连，自动控制转向装置可以根据角度传感器9实时的反馈来对转向轮7进行调整以实现自动转向驾驶。
如图5和图6所示，自动控制转向装置包括安装在车架1上的连接压紧板10，在连接压紧板10上安装有步进电机11和减速机12，如图7所示，所述连接压紧板10上开设有第一安装槽13，第一安装槽13内配合安装有支撑套14，支撑套14的上端搭接在第一安装槽13内，支撑套14的下端经由第一安装槽13穿出连接压紧板10。支撑套14内安装有竖直设置的传动轴15，位于减速机12内部的传动轴15外周套装有涡轮套16，涡轮套16位于支撑套14上部，所述支撑套14的顶面对涡轮套16起到支撑作用，使涡轮套16位于减速机12内不会产生竖向下移。
在减速机12内部安装有与步进电机11输出轴相连接的减速蜗杆17，减速蜗杆17与涡轮套16上的涡轮相啮合，与涡轮套16相配合的传动轴15上还安装有竖直设置的平键18，涡轮套16内壁上开设有与平键18相配合的竖通槽19，当步进电机11启动时，能依次经由减速机12内的减速蜗杆17、涡轮套16和平键18传动，进而带动传动轴15同步旋转。
如图8所示，对应于涡轮套16顶部的位置，在减速机12上固定安装压紧盘20，压紧盘20内配合安装有档位外轴套21，所述压紧盘20将档位外轴套21压紧定位在减速机12上，档位外轴套21压在涡轮套16的顶部位置处，从而将涡轮套16定位在减速机12内部，避免涡轮套16发生竖向移动，从而保证涡轮套16与减速蜗杆17始终保持啮合。
如图8所示，位于档位外轴套21内部的传动轴15外周设有轴肩22，轴肩22上的传动轴15外周配合安装有档位套23，档位套23的外周壁上开设有竖直设置的导向槽24，档位外轴套21上安装有第一定位销钉25，所述第一定位销钉25穿过档位外轴套21伸入导向槽24内，使档位套23可以相对档位外轴套21产生竖向移动，避免档位套23和档位外轴套21的相对转动。在档位套23的上端开设有第二安装槽26，第二安装槽26内设有手柄27，手柄27的底部位于第二安装槽26内并开设有环形槽28，在档位套23上安装有第二定位销钉29，第二定位销钉29穿过档位套23伸入环形槽28内，从而将手柄27和档位套23固定连接。所述传动轴15的顶端位于手柄27底部的第二安装槽26内，在传动轴15顶端的外周安装有固定卡环47，提拉手柄27上移时，档位套23能带动固定卡环47及传动轴15一同上移。
对应于环形槽28的位置，在所述档位套23上还安装有接近开关触发螺钉30，在压紧盘20上安装有行程开关31，行程开关31能检测到接近开关触发螺钉30，其中由于档位套23和档位外轴套21无法相对转动，接近开关触发螺钉30能在同一位置进行竖向升降，进而确保行程开关31检测到接近开关触发螺钉30。
传动轴15底部伸出支撑套14的一端安装有第四齿轮32，第四齿轮32竖向升降能与第二齿轮5相啮合，当第四齿轮32与第二齿轮5相啮合时，则由自动控制转向装置对转向轮7进行转向控制。在所述档位外轴套21和档位套23之间还安装有限位装置，限位装置能将第四齿轮32定位在与第二齿轮5相啮合或与第二齿轮5相分离的位置。
图7所示是第四齿轮32与第二齿轮5相啮合时的状态示意图，此时接近开关触发螺钉30位于行程开关31上，行程开关31发送控制信号到步进电机11，步进电机11启动，通过角度传感器9实时的反馈作为参考，依次经由减速蜗杆17、涡轮套16和平键18的输出传动，带动传动轴15及其底部的第四齿轮32转动，进而使第二齿轮5发生转动来控制转向轮7的旋转角度，在传动轴15旋转的同时，由于其顶部档位套23内的结构设置，档位套23及手柄27不会跟随传动轴15一同发生旋转。
当需要由自动驾驶切换为人工驾驶时，需要进行的操作如下所述：首先提拉手柄27上移，由于手柄27和档位套23相固定，档位套23也一同上移，档位套23上移过程中会带动固定卡环47和传动轴15一同竖向上移，从而使传动轴15底部的第四齿轮32与第二齿轮5相分离，如图11所示，传动轴15上移的过程中，平键18会穿出竖通槽19伸入到档位外轴套21内，第一定位销钉25降至导向槽24的底部位置，限位装置将传动轴15固定在第四齿轮32定位在与第二齿轮5相分离的位置。在档位套23上移过程中，接近开关触发螺钉30也一并上移与行程开关31相分离，之后行程开关31发送控制信号到步进电机11，使步进电机11停止转动，传动轴15及其底部的第四齿轮32也不再转动，人工转动方向盘3便能实现对转向轮7的角度转动控制，从而由自动驾驶切换为人工驾驶。
进一步地，为了在传动轴15旋转的过程中，减少传动轴15与档位套23之间的摩擦，如图8所示，所述档位套23与传动轴15之间设有档位铜套33，档位铜套33套装在传动轴15的外周，所述档位铜套33的底部设有翻边34，翻边34位于轴肩22上部，当传动轴15和档位套23竖向上移时，轴肩22能推动翻边34使档位铜套33一同上移，从而保证档位铜套33始终位于传动轴15和档位套23之间，减少旋转过程中的摩擦，进而提高传动轴15及档位套23的使用寿命。
如图10所示，所述限位装置包括安装在档位外轴套21上的弹簧导向管35，弹簧导向管35内配合安装有弹簧36，弹簧导向管35的一端伸入档位外轴套21内部并安装有定位球37，在档位套23的外壁上开设有与定位球37相配合的第一定位槽38和第二定位槽39，所述弹簧36始终有使定位球37进入定位槽内的趋势。当定位球37位于第一定位槽38内时，如图10所示，此时传动轴15处于如图7所示的高度位置，第四齿轮32与第二齿轮5相啮合，当档位套23上移至定位球37位于第二定位槽39内时，传动轴15处于如图11所示的高度位置，第四齿轮32与第二齿轮5相分离，限位装置的设置能将档位套23及传动轴15在竖直方向上定位，进而将第四齿轮32定位在与第二齿轮5相啮合或与第二齿轮5相分离的位置，防止传动轴15发生意外竖向移动。其中弹簧导向管35的另一端还可安装螺帽，转动螺帽能进一步压缩弹簧36，以便于调节弹簧36对定位球37的压力大小，进而确保档位套23及传动轴15所处竖向位置的高度不会发生变化。
在传动轴15带动第四齿轮32旋转时，第四齿轮32与第二齿轮5相啮合，转向轮7发生角度转动时，必然会给第四齿轮32一个扭矩，安装在传动轴15一端的第四齿轮32在长时间使用之后，会由于扭矩的原因使传动轴15发生偏扭，无法完成正常的传动与竖向升降，为解决上述问题，如图9所示，所述传动轴15的底部设有方柱40和螺柱41，方柱40外周配合安装有连接套42，所述连接套42的底面开设有与方柱40相配合的方孔43，连接套42的顶面固定安装第四齿轮32。在螺柱41上配合套装有紧固螺母44和紧固板45，紧固板45位于紧固螺母44和连接套42之间，所述紧固螺母44能将连接套42压紧固定在传动轴15上，上述结构不仅能允许第四齿轮32能跟随传动轴15一同升降及旋转，还由于第四齿轮32与传动轴15之间通过连接套42相连接，第四齿轮32所受到的扭矩会首先传递到连接套42上而不是直接传递到传动轴15上，因此会大幅改善传动轴15底端的受力情况，保证正常的传动与竖向升降，进而提高传动轴15的使用寿命，而连接套42作为易损件可以在变形之后及时更换，在一定程度上也节约了整体设备的成本。
进一步地，为了在传动轴15及第四齿轮32旋转的过程中，减少第四齿轮32内周壁与支撑套14之间的摩擦，如图9所示，所述第四齿轮32与支撑套14之间设有直铜套46，直铜套46位于连接套42的顶部。
本发明的技术方案并不限制于本发明所述的实施例的范围内。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (2)

1.一种自动驾驶扫地机器人，包括扫地车主体、扫地刷、距离自动控制系统、转向轮(7)、动力轮、操作员坐垫、控制面板和方向盘(3)，其特征在于：扫地车主体内设有车架(1)，车架(1)上安装有转向机构，转向机构包括在车架(1)上竖直安装的立轴(2)，立轴(2)的上端安装方向盘(3)，立轴(2)的下端穿过车架(1)安装有第一齿轮(4)，在车架(1)的底部安装有第二齿轮(5)，第二齿轮(5)的底面上安装有竖直设置的两个立板(6)，立板(6)的底部之间安装转向轮(7)，在第一齿轮(4)和第二齿轮(5)之间的车架(1)底部还安装有第三齿轮(8)，所述第三齿轮(8)分别与第一齿轮(4)和第二齿轮(5)相啮合，在第三齿轮(8)底面的转轴上还安装有角度传感器(9)，所述车架(1)上还安装有自动控制转向装置，自动控制转向装置包括安装在车架(1)上的连接压紧板(10)，在连接压紧板(10)上安装有步进电机(11)和减速机(12)，所述连接压紧板(10)上开设有第一安装槽(13)，第一安装槽(13)内配合安装有支撑套(14)，支撑套(14)内安装有竖直设置的传动轴(15)，位于减速机(12)内部的传动轴(15)外周套装有涡轮套(16)，涡轮套(16)位于支撑套(14)上部，减速机(12)内部安装有与步进电机(11)输出轴相连接的减速蜗杆(17)，减速蜗杆(17)与涡轮套(16)上的涡轮相啮合，与涡轮套(16)相配合的传动轴(15)上还安装有竖直设置的平键(18)，涡轮套(16)内壁上开设有与平键(18)相配合的竖通槽(19)，涡轮套(16)转动能带动传动轴(15)同步旋转，对应于涡轮套(16)顶部的位置，在减速机(12)上固定安装压紧盘(20)，压紧盘(20)内配合安装有档位外轴套(21)，所述压紧盘(20)将档位外轴套(21)压紧定位在减速机(12)上，档位外轴套(21)压在涡轮套(16)的顶部位置处，位于档位外轴套(21)内部的传动轴(15)外周设有轴肩(22)，轴肩(22)上的传动轴(15)外周配合安装有档位套(23)，档位套(23)的外周壁上开设有竖直设置的导向槽(24)，档位外轴套(21)上安装有第一定位销钉(25)，所述第一定位销钉(25)穿过档位外轴套(21)伸入导向槽(24)内，在档位套(23)的上端开设有第二安装槽(26)，第二安装槽(26)内设有手柄(27)，手柄(27)的底部位于第二安装槽(26)内并开设有环形槽(28)，在档位套(23)上安装有第二定位销钉(29)，第二定位销钉(29)穿过档位套(23)伸入环形槽(28)内，所述传动轴(15)的顶端位于手柄(27)底部的第二安装槽(26)内，在传动轴(15)顶端的外周安装有固定卡环(47)，提拉手柄(27)时能带动档位套(23)和传动轴(15)一同上移，对应于环形槽(28)的位置，在所述档位套(23)上还安装有接近开关触发螺钉(30)，在压紧盘(20)上安装有行程开关(31)，行程开关(31)能检测到接近开关触发螺钉(30)，传动轴(15)底部伸出支撑套(14)的一端安装有第四齿轮(32)，第四齿轮(32)竖向升降能与第二齿轮(5)相啮合，在所述档位外轴套(21)和档位套(23)之间还安装有限位装置，限位装置能将第四齿轮(32)定位在与第二齿轮(5)相啮合或与第二齿轮(5)相分离的位置，所述档位套(23)与传动轴(15)之间设有档位铜套(33)，档位铜套(33)套装在传动轴(15)的外周，所述档位铜套(33)的底部设有翻边(34)，翻边(34)位于轴肩(22)上部，传动轴(15)上移时能带动档位铜套(33)一同上移，所述限位装置包括安装在档位外轴套(21)上的弹簧导向管(35)，弹簧导向管(35)内配合安装有弹簧(36)，弹簧导向管(35)的一端伸入档位外轴套(21)内部并安装有定位球(37)，在档位套(23)的外壁上开设有与定位球(37)相配合的第一定位槽(38)和第二定位槽(39)，所述弹簧(36)始终有使定位球(37)进入定位槽内的趋势，当定位球(37)位于第一定位槽(38)内时，第四齿轮(32)与第二齿轮(5)相啮合，当定位球(37)位于第二定位槽(39)内时，第四齿轮(32)与第二齿轮(5)相分离，所述传动轴(15)的底部设有方柱(40)和螺柱(41)，方柱(40)外周配合安装有连接套(42)，所述连接套(42)的底面开设有与方柱(40)相配合的方孔(43)，连接套(42)的顶面固定安装第四齿轮(32)，在螺柱(41)上配合套装有紧固螺母(44)和紧固板(45)，紧固板(45)位于紧固螺母(44)和连接套(42)之间，所述紧固螺母(44)能将连接套(42)压紧固定在传动轴(15)上，第四齿轮(32)能跟随传动轴(15)一同升降及旋转。
2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶扫地机器人，其特征在于：所述第四齿轮(32)与支撑套(14)之间设有直铜套(46)，直铜套(46)位于连接套(42)的顶部。
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