CN112656305A - 一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人，包括机器人主体、吸尘管、弹性伸缩杆、刷毛、联动件和风罩，所述机器人主体的侧面设置有缓冲防撞块，所述吸尘管的外侧键连接有传动齿轮和半齿轮，且半齿轮的外侧设置有联动件，所述机器人主体的内壁开设有滑槽和容置槽，所述机器人主体的内侧固定安装有控制器，且机器人主体的下表面开设有散热孔。该基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人可以利用蚁群算法进行精准的路径规划以及定位，且可以在进行清扫过程中对刷体进行抖动自清洁，有效提高了清洁效果，同时可以对吸尘风力进行二次利用，有效实现控制器的散热与地面的快速干燥，实用性强。

Description

一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，具体为一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人。

背景技术

随着人工智能技术的不断发展，智能移动机器人研究技术也得到了很大程度的进步，各种机器人也越来越多的应用于各个领域，比如服务机器人、扫地机器人、排爆机器人等，通过这些人工智能机器人可以在一定程度上接替人们的特定工作，从而减轻人们的工作量，提高工作效率，在众多种类机器人中，清洁扫地机器人是最为常见的一种，通过该种智能移动机器人可以自动对室内地面进行清理、打扫，但是由于室内环境的复杂性，因此需要智能移动机器人可以实现自动定位与避障，而采用蚁群算法的路径规划算法是智能移动机器人较为常用的定位、移动方法，通过蚁群算法可以实现智能机器人的定位行进，提高智能移动机器人的智能化程度，但是现有的基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人仍然存在着一些不足，比如：

1、现有的智能移动机器人在清扫时，往往采用两个固定结构的毛刷进行清扫，导致其清理范围有限，清理效果较差，同时在毛刷旋转清扫过程中其表面容易附着堆积大量的灰尘、绒毛等杂质，但是现有的智能移动机器人不便在清扫过程中对其毛刷外附着的杂质进行自动清理，从而进一步降低了清扫效果；

2、现有的智能移动机器人在清扫过程中一般会利用吸尘设备，但是其不便对吸尘设备产生的风力进行二次利用，导致能源的浪费，降低了装置的实用性，存在着一定的使用缺陷。

所以我们提出了一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人，以便于解决上述中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人，以解决上述背景技术提出的目前市场上智能移动机器人打扫时清扫效果不理想和不便对吸尘设备的风力进行二次利用的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人，包括机器人主体、吸尘管、弹性伸缩杆、刷毛、联动件和风罩，所述机器人主体的侧面设置有缓冲防撞块，且缓冲防撞块的侧面设置有传感器，并且机器人主体的下表面通过魔术贴粘接有拖布，所述机器人主体的内侧轴连接有吸尘管，且吸尘管的下端连接有吸尘罩，并且吸尘管的外侧键连接有第一齿轮，所述机器人主体的内侧设置有小型风机，且机器人主体的下表面开设有圆槽，并且圆槽的内侧设置有滑块，所述滑块的内侧轴连接有弹性伸缩杆，且弹性伸缩杆的上端键连接有第二齿轮，所述弹性伸缩杆的下端螺栓固定有刷座，且刷座的外侧固定连接有刷毛，所述机器人主体的内侧固定安装有电机，且电机的输出端键连接有驱动齿轮，所述吸尘管的外侧键连接有传动齿轮和半齿轮，且半齿轮的外侧设置有联动件，所述机器人主体的内壁开设有滑槽和容置槽，且容置槽的内侧设置有集尘盒，并且集尘盒的下端通过波纹软管连接有风罩，所述机器人主体的内侧固定安装有控制器，且机器人主体的下表面开设有散热孔。

优选的，所述小型风机的下端连接有固定管，且固定管与吸尘管轴连接，并且吸尘管下端连接的吸尘罩的下端的高度高于刷毛下端的高度。

优选的，所述第一齿轮与第二齿轮啮合连接，且第二齿轮关于第一齿轮对称分布，所述机器人主体的下端设置有齿环，且齿环与第二齿轮啮合连接。

优选的，所述滑块的侧面设置有限位球，且滑块通过限位球与圆槽构成限位滑动结构，并且滑块与第二齿轮的位置上下对应。

优选的，所述刷座的上表面内部装嵌有圆环形第二磁铁，所述机器人主体的下表面装嵌有第一磁铁，且第一磁铁与第二磁铁两者的位置相对应，并且第一磁铁和第二磁铁两者的磁极相反，同时刷座与弹性伸缩杆构成弹性伸缩结构。

优选的，所述联动件呈矩形框状结构，且联动件的内壁均匀设置有齿块，并且联动件通过其内侧的齿块与半齿轮啮合连接。

优选的，所述联动件与风罩之间连接有连接杆，且连接杆的外侧固定连接有限位块，并且限位块与滑槽构成限位滑动结构。

优选的，所述风罩通过波纹软管与集尘盒相连通，且风罩与控制器以及散热孔的位置上下对应，并且散热孔与拖布两者的位置前后对应。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人可以利用蚁群算法进行精准的路径规划以及定位，且可以在进行清扫过程中对刷体进行抖动自清洁，有效提高了清洁效果，同时可以对吸尘风力进行二次利用，有效实现控制器的散热与地面的快速干燥，实用性强；

1、设置有第一齿轮、第二齿轮和刷毛，通过旋转第一齿轮，可以使得第二齿轮与第一齿轮和齿环均进行啮合作用，从而带动刷毛围绕吸尘罩进行公转的同时也进行自转，从而有效提高了该智能移动机器人的清洁效果；

2、设置有弹性伸缩杆、第一磁铁和第二磁铁，通过刷毛的公转，使得第一磁铁和第二磁铁两者会间歇靠近，此时在磁力作用下可以使得弹性伸缩杆带动刷毛进行自动抖动，从而可以实现对刷毛的自清洁，避免刷毛长期使用时表面容易吸附灰尘杂质，从而进一步提高了清洁效果；

3、设置有联动件和风罩，通过吸尘管的转动，可以带动半齿轮与联动件内侧的齿块进行啮合作用，从而带动联动件和风罩进行往复移动，使得风罩可以将过滤后的高压空气均匀吹向控制器。使得控制器可以进行有效的散热，同时加热后的空气会通过散热孔排出，从而对拖布拖过的地面进行干燥，有效提高了装置的能源利用率，提高了该智能移动机器人的实用性。

附图说明

图1为本发明主剖视结构示意图；

图2为本发明仰视结构示意图；

图3为本发明第一齿轮俯视结构示意图；

图4为本发明联动件俯视结构示意图；

图5为本发明滑块俯视结构示意图；

图6为本发明弹性伸缩杆安装结构示意图；

图7为本发明图1中A处放大结构示意图。

图中：1、机器人主体；101、齿环；2、缓冲防撞块；3、传感器；4、拖布；5、吸尘管；6、吸尘罩；7、固定管；8、小型风机；9、第一齿轮；10、圆槽；11、滑块；1101、限位球；12、弹性伸缩杆；13、第二齿轮；14、第一磁铁；15、刷座；1501、第二磁铁；16、刷毛；17、电机；18、驱动齿轮；19、传动齿轮；20、半齿轮；21、联动件；2101、齿块；22、连接杆；2201、限位块；23、滑槽；24、容置槽；25、集尘盒；26、波纹软管；27、风罩；28、控制器；29、散热孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人，包括机器人主体1、齿环101、缓冲防撞块2、传感器3、拖布4、吸尘管5、吸尘罩6、固定管7、小型风机8、第一齿轮9、圆槽10、滑块11、限位球1101、弹性伸缩杆12、第二齿轮13、第一磁铁14、刷座15、第二磁铁1501、刷毛16、电机17、驱动齿轮18、传动齿轮19、半齿轮20、联动件21、齿块2101、连接杆22、限位块2201、滑槽23、容置槽24、集尘盒25、波纹软管26、风罩27、控制器28和散热孔29，机器人主体1的侧面设置有缓冲防撞块2，且缓冲防撞块2的侧面设置有传感器3，并且机器人主体1的下表面通过魔术贴粘接有拖布4，机器人主体1的内侧轴连接有吸尘管5，且吸尘管5的下端连接有吸尘罩6，并且吸尘管5的外侧键连接有第一齿轮9，机器人主体1的内侧设置有小型风机8，且机器人主体1的下表面开设有圆槽10，并且圆槽10的内侧设置有滑块11，滑块11的内侧轴连接有弹性伸缩杆12，且弹性伸缩杆12的上端键连接有第二齿轮13，弹性伸缩杆12的下端螺栓固定有刷座15，且刷座15的外侧固定连接有刷毛16，机器人主体1的内侧固定安装有电机17，且电机17的输出端键连接有驱动齿轮18，吸尘管5的外侧键连接有传动齿轮19和半齿轮20，且半齿轮20的外侧设置有联动件21，机器人主体1的内壁开设有滑槽23和容置槽24，且容置槽24的内侧设置有集尘盒25，并且集尘盒25的下端通过波纹软管26连接有风罩27，机器人主体1的内侧固定安装有控制器28，且机器人主体1的下表面开设有散热孔29；

小型风机8的下端连接有固定管7，且固定管7与吸尘管5轴连接，并且吸尘管5下端连接的吸尘罩6的下端的高度高于刷毛16下端的高度，通过该结构使得吸尘管5充当吸尘配件的同时也可起到转轴的作用，提高了装置的结构联动性；

第一齿轮9与第二齿轮13啮合连接，且第二齿轮13关于第一齿轮9对称分布，机器人主体1的下端设置有齿环101，且齿环101与第二齿轮13啮合连接，通过该结构可以使得第一齿轮9旋转时可以带动第二齿轮13围绕其进行旋转的同时也可以进行自转，从而有效提高了第二齿轮13下端连接的刷毛16的清扫范围和清扫效果；

滑块11的侧面设置有限位球1101，且滑块11通过限位球1101与圆槽10构成限位滑动结构，并且滑块11与第二齿轮13的位置上下对应，通过该结构可以有效提高第二齿轮13的安装稳定性，使得第二齿轮13可以稳定的围绕第一齿轮9进行公转，提高了结构稳定性；

刷座15的上表面内部装嵌有圆环形第二磁铁1501，机器人主体1的下表面装嵌有第一磁铁14，且第一磁铁14与第二磁铁1501两者的位置相对应，并且第一磁铁14和第二磁铁1501两者的磁极相反，同时刷座15与弹性伸缩杆12构成弹性伸缩结构，通过第二齿轮13的公转运作，可以使得刷座15间歇经过第一磁铁14，此时在第一磁铁14和第二磁铁1501的磁力作用下使得弹性伸缩杆12带动刷毛16上移，当第一磁铁14和第二磁铁1501两者位置交错时，刷座15失去磁力作用，从而在弹性伸缩杆12的弹力作用下复位，实现对刷毛16的自动抖动，避免刷毛16上残留堆积灰尘和杂质而影响其正常清洁工作；

联动件21呈矩形框状结构，且联动件21的内壁均匀设置有齿块2101，并且联动件21通过其内侧的齿块2101与半齿轮20啮合连接，通过吸尘管5的旋转，可以使得半齿轮20在啮合作用下带动联动件21进行左右往复运动；

联动件21与风罩27之间连接有连接杆22，且连接杆22的外侧固定连接有限位块2201，并且限位块2201与滑槽23构成限位滑动结构，通过该结构可以有效完成对联动件21的支撑、导向，传动结构的稳定性，避免联动件21使用过程中发生位置偏移；

风罩27通过波纹软管26与集尘盒25相连通，且风罩27与控制器28以及散热孔29的位置上下对应，并且散热孔29与拖布4两者的位置前后对应，通过结构使得装置可以将吸尘产生高压空气过滤后均匀吹向控制器28，从而完成能源的二次利用，实现对控制器28的高效散热，同时加热后的空气可以通过散热孔29吹向地面，使得拖布4拖过的地面快速烘干，有效提高了该智能移动机器人的实用性。

工作原理：在使用该基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人时，首先，利用Levenberg-Marquardt方法优化EKF迭代过程，将改进后的方法应用在SLAM中，增加扩展卡尔曼算法的稳定性和定位精度，然后建立局部信息素扩散模型及信息素扩散栅格表，将当前路径的信息素沿机器人在该路径点所受虚拟势场力方向，向邻近路径平滑扩散，并将其叠加于全局信息素，保证了信息素的光滑性，同时增强了隐含全局最优路径所在子空间的信息素浓度，加强蚂蚁个体间的协作能力，降低了蚁群算法的复杂度缩小算法解的搜索空间及深度迭代次数、运行时间，再根据蚁群算法中蚂蚁个体所搜索到完整路径各局部片段路径的不同特点，通过几何优化策略优化局部路径获得另一条完整路径，并完成此相邻路径的信息素更新，即赋予蚂蚁个体同时搜索两条完整路径的能力，缩小蚁群个体搜索解的空间，降低蚁群算法的复杂度及深度，提高蚂蚁个体的搜索效率，从而实现智能移动机器人的算法改进，将改进的算法程序导入控制器28中；

如图1-3和图5-6所示，然后启动智能移动机器人，使得智能移动机器人可以利用改进后的算法实现自动路径规划与自主避障，机器人移动过程中，启动小型风机8和电机17，此时电机17通过其输出端的驱动齿轮18与传动齿轮19进行啮合，从而带动吸尘管5进行旋转，此时吸尘管5会带动第一齿轮9进行旋转，第一齿轮9会与第二齿轮13进行啮合作用，从而带动第二齿轮13进行旋转，第二齿轮13旋转过程中会与齿环101进行啮合，使得第二齿轮13会带动刷毛16围绕第一齿轮9旋转的同时也可以进行自转，此时滑块11会沿圆槽10滑动，从而可以有效扩大刷毛16的清扫范围，提高机器人的清扫效果，同时刷座15旋转过程中会带动第二磁铁1501与第一磁铁14间歇靠近，当第一磁铁14与第二磁铁1501相互靠近时，刷座15会在磁力作用下进行上移，当第一磁铁14与第二磁铁1501相互交错时，刷座15会失去磁力作用，使得刷毛16在弹性伸缩杆12的弹力作用下进行抖动，从而可以将刷毛16表面吸附的灰尘和杂质自动抖落，从而进一步提高智能移动机器人的清扫效果；

如图1-2、图4和图7所示，小型风机8会通过吸尘管5将灰尘等吸动、吹向集尘盒25中，此时集尘盒25可以将过滤的空气通过波纹软管26输送向风罩27，同时吸尘管5旋转过程中会带动半齿轮20与联动件21内侧的齿块2101进行啮合，从而带动联动件21进行作用完成移动，联动件21移动过程中会通过连接杆22带动风罩27进行同步往复移动，使得风罩27可以将过滤后的空气均匀吹向控制器28，从而有效提高控制器28的散热效果，同时加热后的空气会通过散热孔29吹向地面，从而对拖布4拖过的地面进行干燥，从而有效提高了该智能移动机器人对能源的利用率，从而完成一系列工作。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人，包括机器人主体（1）、吸尘管（5）、弹性伸缩杆（12）、刷毛（16）、联动件（21）和风罩（27），其特征在于：所述机器人主体（1）的侧面设置有缓冲防撞块（2），且缓冲防撞块（2）的侧面设置有传感器（3），并且机器人主体（1）的下表面通过魔术贴粘接有拖布（4），所述机器人主体（1）的内侧轴连接有吸尘管（5），且吸尘管（5）的下端连接有吸尘罩（6），并且吸尘管（5）的外侧键连接有第一齿轮（9），所述机器人主体（1）的内侧设置有小型风机（8），且机器人主体（1）的下表面开设有圆槽（10），并且圆槽（10）的内侧设置有滑块（11），所述滑块（11）的内侧轴连接有弹性伸缩杆（12），且弹性伸缩杆（12）的上端键连接有第二齿轮（13），所述弹性伸缩杆（12）的下端螺栓固定有刷座（15），且刷座（15）的外侧固定连接有刷毛（16），所述机器人主体（1）的内侧固定安装有电机（17），且电机（17）的输出端键连接有驱动齿轮（18），所述吸尘管（5）的外侧键连接有传动齿轮（19）和半齿轮（20），且半齿轮（20）的外侧设置有联动件（21），所述机器人主体（1）的内壁开设有滑槽（23）和容置槽（24），且容置槽（24）的内侧设置有集尘盒（25），并且集尘盒（25）的下端通过波纹软管（26）连接有风罩（27），所述机器人主体（1）的内侧固定安装有控制器（28），且机器人主体（1）的下表面开设有散热孔（29）。

2.根据权利要求1所述的一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人，其特征在于：所述小型风机（8）的下端连接有固定管（7），且固定管（7）与吸尘管（5）轴连接，并且吸尘管（5）下端连接的吸尘罩（6）的下端的高度高于刷毛（16）下端的高度。

3.根据权利要求1所述的一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人，其特征在于：所述第一齿轮（9）与第二齿轮（13）啮合连接，且第二齿轮（13）关于第一齿轮（9）对称分布，所述机器人主体（1）的下端设置有齿环（101），且齿环（101）与第二齿轮（13）啮合连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人，其特征在于：所述滑块（11）的侧面设置有限位球（1101），且滑块（11）通过限位球（1101）与圆槽（10）构成限位滑动结构，并且滑块（11）与第二齿轮（13）的位置上下对应。

5.根据权利要求1所述的一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人，其特征在于：所述刷座（15）的上表面内部装嵌有圆环形第二磁铁（1501），所述机器人主体（1）的下表面装嵌有第一磁铁（14），且第一磁铁（14）与第二磁铁（1501）两者的位置相对应，并且第一磁铁（14）和第二磁铁（1501）两者的磁极相反，同时刷座（15）与弹性伸缩杆（12）构成弹性伸缩结构。

6.根据权利要求1所述的一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人，其特征在于：所述联动件（21）呈矩形框状结构，且联动件（21）的内壁均匀设置有齿块（2101），并且联动件（21）通过其内侧的齿块（2101）与半齿轮（20）啮合连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人，其特征在于：所述联动件（21）与风罩（27）之间连接有连接杆（22），且连接杆（22）的外侧固定连接有限位块（2201），并且限位块（2201）与滑槽（23）构成限位滑动结构。

8.根据权利要求7所述的一种基于蚁群算法的可自主避障的智能移动机器人，其特征在于：所述风罩（27）通过波纹软管（26）与集尘盒（25）相连通，且风罩（27）与控制器（28）以及散热孔（29）的位置上下对应，并且散热孔（29）与拖布（4）两者的位置前后对应。

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