CN112914447A - 商用清洁机器人污水循环节水装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了商用清洁机器人污水循环节水装置，包括污水箱、清水箱和刷盘，所述污水箱用于暂时存放地面污水，所述污水箱内的污水经过滤装置进入过滤水箱，所述过滤水箱和清水箱的出水管道均通过三通阀与出水总管联通，所述出水总管与刷盘联通。所述过滤水箱内设有液位传感器，所述过滤水箱的出水管道上设有电磁阀A，所述清水箱的出水管道上设有电磁阀，所述液位传感器、电磁阀A和电磁阀B均与中央控制器电性连接。本发明提出的节水装置根据过滤水箱内设置的液位传感器的信号指示、由中央控制器轮流切换清水箱或者过滤水箱进行供水，该装置无需频繁加水和处理污水且保证了清水箱中的水不被污染。

Description

商用清洁机器人污水循环节水装置和方法

技术领域

本发明涉及清洁节水技术和机器人控制技术领域，尤其涉及商用清洁机器人污水循环节水装置和方法。

背景技术

随着人工智能技术的发展，尤其是无人驾驶技术的不断成熟，低速无人商用清洁车在室内室外环境的落地商业化已成为可能。随着人口老龄化加速，伴随着保洁工作效率低工作强度大等因素导致用工难招的背景下，商用清洁机器人凭借人工智能技术，包括SLAM算法、计算机视觉、多传感融合算法和自动路径规划等技术，自动完成大场景地面全覆盖清洁任务，将大量保洁工从重复低效率的作业环境中解放出来。

目前市面上大多数喷水型商用清洁机器人的工作方式是将储存在清水箱中的清水喷洒清洗地面，然后通过吸耙回收到污水箱。由于这种清洁机器人使用电池作为动力源对地板进行清洁，当人工驾驶或无人驾驶模式清洁作业时，一旦清水箱内的水用完，则清洁机器人无法正常清洁作业。通常的做法是清水箱中的水用完后，通过人工的方式重新加装清水并处理掉污水箱中的污水。然而，在清洁机器人面对大面积大场景的清洁工作时，用水量大，必然导致加水频繁，严重影响清洁效率；同时，这种机器人水路系统也是一种开环系统，即通过人工操作水阀的方式控制清洁用水量的大小，这种方式简单实用，但是也造成不必要的水资源浪费。在商用清洁机器人实际清洁作业过程中，尤其是在机器人在转弯过程中(即只有角速度，线速度为零)，盘刷的水会溅落在盘刷以外的地方，在机器人完成转弯后，机器人侧面的地面上会留下一些水污渍，导致地面不干或者残留甩出来水污渍等现象，尤其是在商场昨夜环境下清洁后的地面是绝对不允许清洁后留有水污渍，否则容易引起商场的小孩或老人因为地面水的缘故而滑倒受伤。

中国专利CN206548443U提出一种扫地机水循环过滤装置，包括清水箱、污水箱、通过水管分别连接清水箱和污水箱的过滤泵，所述过滤水泵与污水箱之间设有泵前过滤装置，过滤管路的进水口自污水箱底伸出，高于污水箱底部并与泵前过滤装置连接；所述的过滤水泵与清水箱设有泵后过滤装置，与喷水管路不重合。本实用新型的优点在于，水资源得到循环利用，无需频繁加水和处理污水，提高扫地机的工作效率，结构简单适用于大多数喷水型扫地机。

上诉专利通过清水箱和污水箱之间添加水循环过滤装置，提高了水资源利用率，无需频繁加水和处理污水。然而，该装置将污水箱中的水通过过滤装置流进清水箱中，这种方式虽然可以达到污水循环利用，但是无论过滤系统再好，时间久了，过滤效果变差，过滤到清水箱中水始终都会存在杂质，导致清水箱中的水不在清洁，导致清水箱一段时间后必然存在杂质沉淀，必然定期清洁清水箱，并且市面上的商用清洁机器人的清水箱大多是异性结构，这种结构的清洁水箱在清洁维护时较困难，不易清洁水箱。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出商用清洁机器人污水循环节水装置和方法，对地面污水进行回收过滤再利用，节约了用水量、延长了清洁机器人的工作时间。

商用清洁机器人污水循环节水装置，包括污水箱、清水箱和刷盘，所述污水箱用于暂时存放地面污水，所述污水箱内的污水经过滤装置进入过滤水箱，所述过滤水箱和清水箱的出水管道均通过三通阀与出水总管联通，所述出水总管与刷盘联通。

优选地，所述过滤水箱内设有液位传感器，所述过滤水箱的出水管道上设有电磁阀A，所述清水箱的出水管道上设有电磁阀B，所述液位传感器、电磁阀A和电磁阀B均与中央控制器电性连接。

优选地，还包括水流控制组件，所述水流控制组件包括：

设置于流量出水总管上的电动阀，用于控制出水口的大小，和

流量计，用于计量水流量；

设置于刷盘底部的颗粒浓度传感器，用于检测地面污水的颗粒浓度；

设置于清洁机器人车轮上的光电编码器，用于检测机器人的运行速度；

所述电动阀、流量计、颗粒浓度传感器、光电编码器均与中央控制器电性连接。

优选地，所述污水箱的进水管道连接吸耙，所述污水箱电性连接吸污电机。

商用清洁机器人污水循环节水方法，方法步骤如下：

S1：清洁机器人启动时，所述过滤水箱出水管上的电磁阀A关闭，所述清水箱上的电磁阀B和所述出水总管上的电动阀开启，所述清水箱内的清水流入所述刷盘；

S2：启动所述吸污电机将地面上的污水从所述吸耙中吸入所述污水箱，污水从所述污水箱流出时经过所述过滤装置进入所述过滤水箱；

S3：当所述过滤水箱中的液位传感器检测到储水量达到预设值时，所述电磁阀A开启、电磁阀B关闭，所述过滤水箱内的过滤水流入所述刷盘；

S4：当所述液位传感器检测到所述过滤水箱的储水量低于预设值时，所述电磁阀A关闭、电磁阀B开启，所述刷盘的供水源切换成所述清水箱。

优选地，在清洁机器人启动过程中，由所述电动阀获取出水口开口直径参数T、所述光电编码器获得线速度参数V、所述流量计获得流量参数P、所述颗粒浓度传感器获取颗粒浓度参数E均传输至所述中央控制器，所述中央控制器计算出水流量大小M并根据获得的水流量大小M调节所述电动阀的开合口径。

优选地，水流量大小M的计算公式为：

参数H为反馈增益，默认值为1。

优选地，清洁机器人线速度V的取值范围为：0～0.4m/s；颗粒浓度E的取值范围为：0～20000ppm；电动阀开口直径T的取值范围：0～40mm；流量计流量P的取值范围：0～4L/min。

本发明中的有益效果：

本发明提出的商用清洁机器人污水循环节水节水装置，除了具有放置清水的清水箱外还增设了过滤水箱，用于存放过滤后的污水，根据过滤水箱内设置的液位传感器的信号指示、由中央控制器轮流切换清水箱或者过滤水箱进行供水，该装置无需频繁加水和处理污水且保证了清水箱中的水不被污染；

本发明提出的节水装置中还设有颗粒浓度传感器、流量计、光电编码器等电子元件与中央控制器进行信号传输，当商用清洁机器人在自动驾驶清洁作业的时候，中央根据机器人的行驶的线速度、地面污渍颗粒浓度、当前水流量大小等参数实时自动调节电动阀开口比例，从而提高水循环利用率，实现节水的目的。

本发明提出清洁机器人污水循环节水节装置和方法适用于多数大型、中型和小型喷水型商用清洁机器人或传统清洁车和扫地机。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为清洁机器人污水循环节水装置的示意图；

图2为清洁机器人的结构示意图；

图3为水流量控制示意图；

图4为清洁机器人污水循环节水装置的反馈控制方框图。

图中：1-吸耙、2-污水箱、3-吸污电机、4-过滤水箱、5-清水箱、6-一级过滤、7-二级过滤、8-电磁阀A、9-电磁阀B、10-电动阀、11-流量计、12-出水总管、13-刷盘A、14-刷盘B、15-三通阀、16-颗粒浓度传感器、17-液位传感器、171-上浮球、172-下浮球、18-光电编码器、19-中央控制器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

参照图1-4，商用清洁机器人污水循环节水装置，包括污水箱2、清水箱5、刷盘A13、刷盘B14，污水箱2用于暂时存放地面污水，污水箱2内的污水经过滤装置进入过滤水箱4，过滤装置包括一级过滤6和二级过滤7，一级过滤6为100目的钢丝过滤网和二级过滤7为150目过滤器。

过滤水箱4和清水箱5的出水管道均通过三通阀15与出水总管12联通，出水总管12与刷盘A13、刷盘B14联通。污水箱2的进水管道连接吸耙1，污水箱2电性连接吸污电机3，当清洁机器人处于工作状态时，吸污电机3也处于开启状态，不断的将地面上的污水吸入污水箱2中。

过滤水箱4内设有液位传感器17，过滤水箱4的出水管道上设有电磁阀A8，清水箱5的出水管道上设有电磁阀B9，液位传感器17、电磁阀A8和电磁阀B9均与中央控制器19电性连接。液位传感器17包括上浮球171和下浮球172，当过滤水箱4中的水位到达上浮球171所在的位置时，上浮球171的感应信号发送给中央控制器19，中央控制器19发送指令关闭清水箱5的出水管道上的电磁阀B9、同时开启过滤水箱4的出水管道上的电磁阀A8。当过滤水箱4中的过滤水不断使用后水位下降到下浮球172所在的位置时，下浮球172的感应信号发送给中央控制器19，中央控制器19发送指令关闭电磁阀A8、同时开启电磁阀B9，通过设置液位传感器17、电磁阀A8、电磁阀B9与中央控制器19进行信息传输，实现过滤水箱4和清水箱5的交替使用。

清洁水箱5的底部也设置有液位传感器(图中未示出)，当清水箱5内的清水用完时，该液位传感器的将信号传输至中央控制器19，中央控制器19发出报警信号提示清水箱5缺水；当清水箱5没水且过滤水箱4有过滤水时，中央控制器19发出信号关闭电磁阀B9、开启电磁阀A8，即使当前过滤水箱4的水位没有达到上浮球171的位置，也应该启动过滤水箱4作为水源；当过滤水箱4内的过滤水位达到下浮球172所在的位置时，中央控制器19发出停机信号，清洁机器人停止工作。

在实际工作过程中，当清洁机器人整机系统开始处于没电状态，上电后第一时间检测到过滤水箱4有水，此时只要过滤水箱4内的水位高于下浮球172的位置，则中央控制器19发出信号首先使用过滤水箱4中的过滤水。

该清洁机器人节水装置中还包括水流控制组件，该水流控制组件包括：a.设置于流量出水总管12上的电动阀10和流量计11，电动阀10用于控制出水口的大小，流量计11用于计量水流量；b.设置于刷盘A13和刷盘B14之间底部的颗粒浓度传感器16，用于检测地面污水的颗粒浓度；c.设置于清洁机器人车轮上的光电编码器18，用于检测机器人的运行速度；电动阀10、流量计11、颗粒浓度传感器16、光电编码器18均与中央控制器19电性连接。

本实施例中清洁机器人共有两个主动车轮，每个主动车轮上安装一个光电编码器18，光电编码器原理：在清洁机器人的伺服系统中，由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号。通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，光电码盘还可提供相位相差90°的2个通道的光码输出，根据双通道光码的状态变化确定电机的转向。

商用清洁机器人污水循环节水方法，方法步骤如下：

S1：清洁机器人启动时，过滤水箱4出水管上的电磁阀A8关闭，清水箱5上的电磁阀B9和出水总管12上的电动阀10开启，清水箱5内的清水流入刷盘A13和刷盘B14；

S2：启动吸污电机3将地面上的污水从吸耙1中吸入污水箱2，污水从污水箱2流出时经过一级过滤6和二级过滤7进入过滤水箱4；

S3：当过滤水箱4中水位到达液位传感器17的上浮球171所在的位置时，电磁阀A8开启、电磁阀B9关闭，过滤水箱4内的过滤水流入刷盘A13和刷盘B14；

S4：当过滤水箱4中水位到达液位传感器17的下浮球172所在的位置时，电磁阀A8关闭、电磁阀B9开启，刷盘A13和刷盘B14的供水源切换成清水箱5。

在清洁机器人启动过程中，由电动阀10获取出水口开口直径参数T、光电编码器18获得线速度参数V、流量计11获得流量参数P、颗粒浓度传感器16获取颗粒浓度参数E均传输至中央控制器19，中央控制器19计算出水流量大小M并根据获得的水流量大小M调节电动阀10的开合口径。

水流量大小M的计算公式为：

参数H为反馈增益，默认值为1。

商用清洁机器人线速度V的速度大小范围为：0～0.4m/s；

TDS污水颗粒浓度E测量范围为：0～20000ppm；

TDS测量精度:±5％；

电动阀开口直径T：0～40mm(直径)；

流量计流量P测量范围P:0～4L/min。

水流量大小M跟颗粒浓度E、电动阀开口T、线速度V成正比，即颗粒浓度E越大，说明刷盘处地面洗的地面灰尘更大，此时应该加大水量的排放(电动阀开口T加大，最大开口直径才40mm，因此电动缸的开口大小T在公式中可以忽略其变化对颗粒浓度E的影响)，这样就达到了刷盘清洁地面灰尘更彻底作用。

商用清洁机器人清洁线速度V越大，说明清洗地面的速度更快，此时应该加大水量的排放，即电动阀开口T加大，这样也达到了刷盘清洁地面灰尘更彻底作用。

这里的流量计P可以视为一个常数，对其水流量大小M无影响。

当商用清洁机器人启动运行时，此时速度大于零，电动阀阀口动态开启，流量计11开始反馈实时水流量大小，不同的速度值和颗粒浓度检测输出值对应不同的电动阀10开口大小；机器人速度越快，颗粒浓度传感器16检测污水浓度越高，则电动阀10阀口开口越大，对应的流量计11数值也就越大，流到盘刷(13,14)上的水流量也就越大；机器人最大速度对应的电动阀开口最大、水流量也最大；速度为零时，对应的电动阀开口闭合。反之，清洁机器人运动速度越小，颗粒浓度检测值越小，对应的电动阀开口越小，水流量也就越小。

清洁机器人用水实验

本实验中，清洁机器人的清水箱容量为130L，污水箱的容量为135L，出水量设置为固定值3L/min，将该清洁机器人分别放置于环氧地坪、大理石地面和水泥地面三种环境中进行测试，实验组：启动污水循环系统，即实施例的装置中清水箱和过滤水箱轮流供水；对照组：单独使用清水箱供水。实验结果如表1、表2所示。

表1 实验组的用水量

表2 对照组的用水量

清洁机器人开启工作时，清水箱中装满清水130L，大概用掉60L的清水后，更换污水箱供水，此时污水箱的水容量为55L。由表1可知，启动污水循环，在环氧树脂的工厂地面作业时，清水箱中130L的清水可支持清洁机器人工作10小时，即使是在地面渗水性强的水泥地面，清水箱中的水也可以使用6小时。

由表2可知：表示在无污水循环系统时，在清洗地面的水流量不变的情况下，不同的清洗地面，用完一箱清水箱均用时43分钟，用时一样，跟清洁地面的类型无关。

由上述实验数据可以清楚的表示出本发明提出一种清洁机器人污水循环节水装置和方法能够有效延长工作时间，提高了清水的循环利用效率。因此带有污水循环系统在实际使用过程中有明显的优势。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.商用清洁机器人污水循环节水装置，包括污水箱(2)、清水箱(5)和刷盘(13,14)，所述污水箱(2)用于暂时存放地面污水，其特征在于，所述污水箱(2)内的污水经过滤装置(6,7)进入过滤水箱(4)，所述过滤水箱(4)和清水箱(5)的出水管道均通过三通阀(15)与出水总管(12)联通，所述出水总管(12)与刷盘(13,14)联通。

2.根据权利要求1所述的商用清洁机器人污水循环节水装置，其特征在于，所述过滤水箱(4)内设有液位传感器(17)，所述过滤水箱(4)的出水管道上设有电磁阀A(8)，所述清水箱(5)的出水管道上设有电磁阀B(9)，所述液位传感器(17)、电磁阀A(8)和电磁阀B(9)均与中央控制器(19)电性连接。

3.根据权利要求2所述的商用清洁机器人污水循环节水装置，其特征在于，还包括水流控制组件，所述水流控制组件包括：

设置于流量出水总管(12)上的电动阀(10)，用于控制出水口的直径，和

流量计(11)，用于计量水流量；

设置于刷盘(13,14)底部的颗粒浓度传感器(16)，用于检测地面污水的颗粒浓度；

设置于清洁机器人车轮上的光电编码器(18)，用于检测机器人的运行速度；所述电动阀(10)、流量计(11)、颗粒浓度传感器(16)、光电编码器(18)均与中央控制器(19)电性连接。

4.根据权利要求3所述的商用清洁机器人污水循环节水装置，其特征在于，所述污水箱(2)的进水管道连接吸耙(1)，所述污水箱(2)电性连接吸污电机(3)。

5.根据权利要求4所述的商用清洁机器人污水循环节水方法，其特征在于，方法步骤如下：

S1：清洁机器人启动时，所述过滤水箱(4)出水管上的电磁阀A(8)关闭，所述清水箱(5)上的电磁阀B(9)和所述出水总管(12)上的电动阀(10)开启，所述清水箱(5)内的清水流入所述刷盘(13,14)；

S2：启动所述吸污电机(3)将地面上的污水从所述吸耙(1)中吸入所述污水箱(2)，污水从所述污水箱(2)流出时经过所述过滤装置(6,7)进入所述过滤水箱(4)；

S3：当所述过滤水箱(4)中的液位传感器(17)检测到储水量达到预设值时，所述电磁阀A(8)开启、电磁阀B(9)关闭，所述过滤水箱(4)内的过滤水流入所述刷盘(13,14)；

S4：当所述液位传感器(17)检测到所述过滤水箱(4)的储水量低于预设值时，所述电磁阀A(8)关闭、电磁阀B(9)开启，所述刷盘(13,14)的供水源切换成所述清水箱(5)。

6.根据权利要求5所述的商用清洁机器人污水循环节水系统，其特征在于，在清洁机器人启动过程中，由所述电动阀(10)获取出水口开口直径参数T、所述光电编码器(18)获得线速度参数V、所述流量计(11)获得流量参数P、所述颗粒浓度传感器(16)获取颗粒浓度参数E均传输至所述中央控制器(19)，所述中央控制器(19)计算出水流量大小M并根据获得的水流量大小M调节所述电动阀(10)的开合口径。

7.根据权利要求6所述的商用清洁机器人污水循环节水系统，其特征在于，水流量大小M的计算公式为：

参数H为反馈增益，默认值为1。

8.根据权利要求7所述的商用清洁机器人污水循环节水系统，其特征在于，清洁机器人线速度V的取值范围为：0～0.4m/s；颗粒浓度E的取值范围为：0～20000ppm；电动阀开口直径T的取值范围：0～40mm；流量计流量P的取值范围：0～4L/min。

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