CN113679305A - 一种喷擦一体化清洁机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷擦一体化清洁机器人及其控制方法，机器人包括：机器人机身、行走装置，机器人机身上设置有控制柜、监控摄像机、双目相机、机械臂、喷洒清洁装置和擦拭清洁装置，喷洒清洁装置包括有喷头组件，擦拭清洁装置包括有擦拭组件，喷头组件和擦拭组件设置在机械臂上，机械臂上设置视觉检测装置；控制柜内设置有供电模块、PC机、PLC控制器、机械臂控制器和无线通信模块，PC机分别与行走装置、监控摄像机、双目相机、视觉检测装置、PLC控制器、机械臂控制器和无线通信模块连接；PLC控制器分别与喷洒清洁装置和擦拭清洁装置电性连接。本发明具有智能化程度高、移动灵活性高、工作范围广的特点，实现了喷洒和擦拭清洁一体化。

Description

一种喷擦一体化清洁机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及清洁机器人技术领域，特别是涉及一种喷擦一体化清洁机器人及其控制方法。

背景技术

公共场所人员密集且流动性大，为各种致病源的散播提供了良好的媒介。尤其对于医院、卫生院等医疗场所，各类传染性病源更加集中，若环境清洁消毒不彻底将造成巨大的社会危害。目前，室内地面清洁消毒一般都是由人工完成，不仅费时费力，而且清洁的时效性难以保证。因此，亟需减少人工参与，增强智能化清洁机器人的参与。

清洁机器人可以通过计算机编程来实现其对其进行清洁操作，而无需人工干预，运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。但是，现有的清洁机器人智能化程度低，遇到障碍时往往需要人工协助处理，并且需要人工操控行走，达不到自主清洁的要求。此外，大多清洁机器人功能单一，导致清洁机器人清洁效率低下。此外，大多数清洁机器人存在清洁方式单一的问题，只具有喷洒清洁功能，导致清洁效果不理想，达不到室内地面清洁的无害性、无残留物和无二次污染的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种喷擦一体化清洁机器人及其控制方法，具有智能化程度高、移动灵活性高、工作范围广的特点，且机械臂配合喷头组件和擦拭组件可灵活调节喷洒和擦拭位置，提高了清洁精确度和效率，实现了喷洒和擦拭清洁一体化。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种喷擦一体化清洁机器人，包括：机器人机身以及设置在机器人机身底部的行走装置，所述机器人机身上设置有控制柜、监控摄像机、双目相机、机械臂、喷洒清洁装置和擦拭清洁装置，所述喷洒清洁装置包括有喷头组件，所述擦拭清洁装置包括有擦拭组件，所述喷头组件和擦拭组件设置在所述机械臂上，所述机械臂上还设置有视觉检测装置；

所述控制柜内设置有供电模块、PC机、PLC控制器、机械臂控制器和无线通信模块，所述供电模块为机器人提供电能，所述PC机分别与所述行走装置、监控摄像机、双目相机、视觉检测装置、PLC控制器、机械臂控制器和无线通信模块连接，所述PC机通过所述无线通信模块与后台监控服务器通信连接；所述PLC控制器分别与喷洒清洁装置和擦拭清洁装置电性连接，所述机械臂控制器与所述机械臂连接。

可选的，所述行走装置为AGV小车，所述AGV小车包含AGV控制模块，所述AGV控制模块与所述PC机电性连接。

可选的，所述视觉检测装置为单目视觉相机或双目视觉相机。

可选的，所述行走装置上设置有激光雷达，所述激光雷达与所述PC机电性连接。

可选的，所述喷洒清洁装置还包括空压机和主储液罐，所述空压机通过输气管道与所述喷头组件连通，所述输气管道上设置有比例减压阀和电磁阀，所述主储液罐通过输液管道与所述喷头组件相连通，所述输液管道上设置有喷雾泵、第一流量控制阀以及单向阀，所述空压机、比例减压阀、电磁阀、喷雾泵、第一流量控制阀分别与所述PLC控制器电性连接。

可选的，所述主储液罐的底部设置有第一称重传感器，所述第一称重传感器与所述PLC控制器电性连接。

可选的，所述擦拭清洁装置包括擦拭液罐，所述擦拭液罐通过供液管与所述擦拭组件相连通，所述供液管上依次设置有擦拭泵、第二流量控制阀，所述擦拭组件包括减速电机和擦拭头，所述减速电机与所述擦拭头驱动连接，所述减速电机带动所述擦拭头旋转，所述擦拭头与所述第二流量控制阀相连接，所述擦拭泵、第二流量控制阀、减速电机分别与所述PLC控制器电性连接，所述擦拭液罐的底部设置有第二称重传感器，所述第二称重传感器与所述PLC控制器电性连接。

可选的，所述控制柜上还设置有触摸屏，所述触摸屏与所述PC机电性连接。

本发明还提供了一种喷擦一体化清洁机器人的控制方法，应用于上述的喷擦一体化清洁机器人，包括以下步骤：

通过双目相机采集待清洁区域图像，PC机利用神经网络算法对待清洁区域图像进行目标识别和语义分割，获取待清洁物体相对于机器人所在的中心坐标位置；

机器人基于SLAM技术，进行自主定位导航，移动到待清洁物体所在位置；

PLC控制器控制喷洒清洁装置和擦拭清洁装置配合机械臂对待清洁物体进行喷洒清洁或擦拭清洁。

可选的，所述控制器控制喷洒清洁装置和擦拭清洁装置配合机械臂对待清洁物体进行喷洒清洁或擦拭清洁，具体包括：

通过机械臂上设置的视觉检测装置获取待清洁物体的三维模型信息，以获得待清洁物体与机器人的相对位置信息；

对机械臂进行轨迹规划；

根据轨迹规划进行喷洒清洁或擦拭清洁；

重复以上过程直到清洁完毕。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的喷擦一体化清洁机器人及其控制方法，具有“手-眼-腿-脑”综合功能，分别是：第一，“手”—在机器人机身上设置机械臂，用于搭载喷头组件和擦拭组件，实现对特定的区域喷擦清洁；第二，“眼”—设置双目相机以及视觉检测装置识别待清洁区域以及待清洁物体，获取待清洁物体的坐标信息，驱动机器人前往清洁，真正做到精准化清洁，提高清洁的效率；第三，“腿”—设置 AGV小车作为行走装置，能够实现自主移动、导航、路径规划，实现清洁机器人的自主定位和建图功能；第四，“脑”—PC机能够综合控制各个装置，与各个装置信息交互，实现智能化控制和各类信息的综合处理；此外，综合设置喷洒清洁装置和擦拭清洁装置，实现喷擦一体化清洁，实现清洁方式多样化，改善清洁效果。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例喷擦一体化清洁机器人的整装结构示意图；

图2为本发明实施例喷擦一体化清洁机器人的爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例喷洒清洁装置的结构示意图；

图4为本发明实施例擦拭清洁装置的结构示意图；

图5为本发明实施例喷擦一体化清洁机器人的控制原理框图；

图6为本发明实施例喷擦一体化清洁机器人的控制方法流程图；

附图标记：1、AGV小车；2、散热风扇；3、急停按钮；4、双目相机；5、触摸屏；6、二流体装配柜；7、监控摄像机；8、机械臂；9、视觉检测装置； 10、喷头组件；11、擦拭组件；12、PC机；13、控制柜；14、机械臂控制器； 15、USB扩展口；16、PLC控制器；17、示教器；18、端子排；19、逆变器； 20、电池板；

3-1、主储液罐；3-2、喷雾泵；3-3、输液管道；3-4、第一流量控制阀； 3-5、单向阀；3-6、喷头；3-7、输气管道；3-8、电磁阀；3-9、比例减压阀； 3-10、空压机；3-11、第一称重传感器；

4-1、擦拭头；4-2、减速电机；4-3、第二流量控制阀；4-4、擦拭泵；4-5、擦拭液罐；4-6、第二称重传感器。

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。

本发明的目的是提供一种喷擦一体化清洁机器人及其控制方法，具有智能化程度高、移动灵活性高、工作范围广的特点，且机械臂配合喷头组件和擦拭组件可灵活调节喷洒和擦拭位置，提高了清洁精确度和效率，实现了喷洒和擦拭清洁一体化。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图2以及图5所示，本发明实施例提供的喷擦一体化清洁机器人，包括：机器人机身以及设置在机器人机身底部的行走装置，所述机器人机身上设置有控制柜13、监控摄像机7、双目相机4、机械臂8、喷洒清洁装置和擦拭清洁装置，所述喷洒清洁装置包括有喷头组件10，所述擦拭清洁装置包括有擦拭组件11，所述喷头组件10和擦拭组件11设置在所述机械臂8上，所述机械臂8上还设置有视觉检测装置；

所述控制柜内设置有供电模块、PC机12、PLC控制器16、机械臂控制器 14和无线通信模块，所述供电模块为机器人提供电能，所述PC机12分别与所述行走装置、监控摄像机7、双目相机4、视觉检测装置9、PLC控制器16、机械臂控制器14和无线通信模块连接，所述PC机12通过所述无线通信模块与后台监控服务器通信连接；所述PLC控制器16分别与喷洒清洁装置和擦拭清洁装置电性连接，所述机械臂控制器14与所述机械臂8连接；

其中，所述行走装置为AGV小车1，所述AGV小车1包含AGV控制模块，所述AGV控制模块与所述PC机12电性连接。

所述视觉检测装置9为单目视觉相机或双目视觉相机。

所述行走装置上设置有激光雷达，所述激光雷达与所述PC机12电性连接。

其中，PC机12还连接有交换机、DC/DC模块、急停按钮3；无线通信模块由4G无线路由器等组成。供电模块包括电池板20、接触器、端子排18、逆变器19、继电器板、充电孔等结构，所述端子排18上连接断路器、熔断器等，所述机械臂控制器14还可以连接示教器17。所述控制柜13上还设置有散热风扇2，用于为控制柜13散热。

如图3所示，所述喷洒清洁装置还包括空压机3-10和主储液罐3-1，所述空压机3-10通过输气管道3-7与所述喷头组件10连通，所述喷头组件10包括喷头3-6，所述输气管道3-7上设置有比例减压阀3-9和电磁阀3-8，所述主储液罐3-1通过输液管道3-3与所述喷头3-6相连通，所述输液管道3-3上设置有喷雾泵3-2、第一流量控制阀3-4以及单向阀3-5，所述空压机3-10、比例减压阀3-9、电磁阀3-8、喷雾泵3-2、第一流量控制阀3-4分别与所述PLC控制器16电性连接。

所述主储液罐3-1的底部设置有第一称重传感器3-11，所述第一称重传感器3-11与所述PLC控制器16电性连接。

如图4所示，所述擦拭清洁装置包括擦拭液罐4-5，所述擦拭液罐4-5通过供液管与所述擦拭组件11相连通，所述供液管上依次设置有擦拭泵4-4、第二流量控制阀4-3，所述擦拭组件11包括减速电机4-2和擦拭头4-1，所述减速电机4-2与所述擦拭头4-1驱动连接，所述减速电机4-2带动所述擦拭头4-1 旋转，所述擦拭头4-1与所述第二流量控制阀4-3相连接，所述擦拭泵4-4、第二流量控制阀4-3、减速电机4-2分别与所述PLC控制器16电性连接，所述擦拭液罐4-5的底部设置有第二称重传感器4-6，所述第二称重传感器4-6与所述PLC控制器16电性连接。

所述控制柜13上还设置有触摸屏5，所述触摸屏5与所述PC机12电性连接。所述控制柜13由方钢支架拼装而成。

所述空压机3-10、主储液罐3-1、喷雾泵3-2、擦拭泵4-4、擦拭液罐4-5 等结构设置在二流体装配柜6内。所述二流体装配柜6设置在控制柜13上。

如图6所示，本发明还提供了一种喷擦一体化清洁机器人的控制方法，应用于上述的喷擦一体化清洁机器人，包括以下步骤：

通过双目相机采集待清洁区域图像，PC机利用神经网络算法对待清洁区域图像进行目标识别和语义分割，获取待清洁物体相对于机器人所在的中心坐标位置；

机器人基于SLAM技术，进行自主定位导航，移动到待清洁物体所在位置；

PLC控制器控制喷洒清洁装置和擦拭清洁装置配合机械臂对待清洁物体进行喷洒清洁或擦拭清洁。

其中，所述控制器控制喷洒清洁装置和擦拭清洁装置配合机械臂对待清洁物体进行喷洒清洁或擦拭清洁，具体包括：

通过机械臂上设置的视觉检测装置获取待清洁物体的三维模型信息，以获得待清洁物体与机器人的相对位置信息；

对机械臂进行轨迹规划；

根据轨迹规划进行喷洒清洁或擦拭清洁；

重复以上过程直到清洁消毒完毕。

本发明提供的喷擦一体化清洁机器人的工作原理：

第一，支持喷雾清洁和擦拭清洁两种模式，可以人工遥控切换作业，也可将清洁机器人放置于工作环境中，通过按键切换到智能模式自行作业；

第二，为了更科学规范的针对不同物体不同等级所需采取的不同清洁模式，也为了对物体更全面的360度清洁，不留死角，本发明提供的机器人通过单目相机和双目相机等传感器获取环境信息，并通过训练好的深度神经网络对清洁物体进行目标检测和环境语义分割，识别并获取待清洁物体相对于机器人所在的中心坐标位置；

第三，在获取清洁目标物体相对位置后，通过融合视觉、激光等多种传感器信息的SLAM技术，实现清洁机器人的自主定位和建图功能，并计算出清洁目标物体所在地图中坐标位置，通过实时避障路径规划，机器人向清洁目标物体方向移动，在自主移动地过程中需要保持对周围环境的感知并进行实时地图构建更新，并获取自身定位，重复以上过程直到接近待清洁物体；

第四，在自主接近代清洁附近后，通过机械臂上的双目视觉系统扫描清洁目标，获取清洁物体的精确三维模型信息，尤其是擦拭清洁目标的在线特征信息，并计算出精确位置关系，融合机械臂柔性控制参数工艺，自主生成机器人喷雾清洁和擦拭清洁的轨迹，实现机器人轨迹的自适应在线规划，从而保证擦拭清洁轨迹的精准性，最后实现自主擦拭清洁工作。

本发明提供的喷擦一体化清洁机器人及其控制方法，具有“手-眼-腿-脑”综合功能，分别是：第一，“手”—在机器人机身上设置机械臂，用于搭载喷头组件和擦拭组件，实现对特定的区域喷擦清洁；第二，“眼”—设置双目相机以及视觉检测装置识别待清洁区域以及待清洁物体，获取待清洁物体的坐标信息，驱动机器人前往清洁，真正做到精准化清洁，提高清洁的效率；第三，“腿”—设置AGV小车作为行走装置，能够实现自主移动、导航、路径规划，实现清洁机器人的自主定位和建图功能；第四，“脑”—PC机能够综合控制各个装置，与各个装置信息交互，实现智能化控制和各类信息的综合处理；此外，综合设置喷洒清洁装置和擦拭清洁装置，实现喷擦一体化清洁，实现清洁方式多样化，改善清洁效果。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种喷擦一体化清洁机器人，其特征在于，包括：机器人机身以及设置在机器人机身底部的行走装置，所述机器人机身上设置有控制柜、监控摄像机、双目相机、机械臂、喷洒清洁装置和擦拭清洁装置，所述喷洒清洁装置包括有喷头组件，所述擦拭清洁装置包括有擦拭组件，所述喷头组件和擦拭组件设置在所述机械臂上，所述机械臂上还设置有视觉检测装置；

所述控制柜内设置有供电模块、PC机、PLC控制器、机械臂控制器和无线通信模块，所述供电模块为机器人提供电能，所述PC机分别与所述行走装置、监控摄像机、双目相机、视觉检测装置、PLC控制器、机械臂控制器和无线通信模块连接，所述PC机通过所述无线通信模块与后台监控服务器通信连接；所述PLC控制器分别与喷洒清洁装置和擦拭清洁装置电性连接，所述机械臂控制器与所述机械臂连接。

2.根据权利要求1所述的喷擦一体化清洁机器人，其特征在于，所述行走装置为AGV小车，所述AGV小车包含AGV控制模块，所述AGV控制模块与所述PC机电性连接。

3.根据权利要求1所述的喷擦一体化清洁机器人，其特征在于，所述视觉检测装置为单目视觉相机或双目视觉相机。

4.根据权利要求1所述的喷擦一体化清洁机器人，其特征在于，所述行走装置上设置有激光雷达，所述激光雷达与所述PC机电性连接。

5.根据权利要求1所述的喷擦一体化清洁机器人，其特征在于，所述喷洒清洁装置还包括空压机和主储液罐，所述空压机通过输气管道与所述喷头组件连通，所述输气管道上设置有比例减压阀和电磁阀，所述主储液罐通过输液管道与所述喷头组件相连通，所述输液管道上设置有喷雾泵、第一流量控制阀以及单向阀，所述空压机、比例减压阀、电磁阀、喷雾泵、第一流量控制阀分别与所述PLC控制器电性连接。

6.根据权利要求5所述的喷擦一体化清洁机器人，其特征在于，所述主储液罐的底部设置有第一称重传感器，所述第一称重传感器与所述PLC控制器电性连接。

7.根据权利要求1所述的喷擦一体化清洁机器人，其特征在于，所述擦拭清洁装置包括擦拭液罐，所述擦拭液罐通过供液管与所述擦拭组件相连通，所述供液管上依次设置有擦拭泵、第二流量控制阀，所述擦拭组件包括减速电机和擦拭头，所述减速电机与所述擦拭头驱动连接，所述减速电机带动所述擦拭头旋转，所述擦拭头与所述第二流量控制阀相连接，所述擦拭泵、第二流量控制阀、减速电机分别与所述PLC控制器电性连接，所述擦拭液罐的底部设置有第二称重传感器，所述第二称重传感器与所述PLC控制器电性连接。

8.根据权利要求1所述的喷擦一体化清洁机器人，其特征在于，所述控制柜上还设置有触摸屏，所述触摸屏与所述PC机电性连接。

9.一种喷擦一体化清洁机器人的控制方法，应用于权利要求1-8任一所述的喷擦一体化清洁机器人，其特征在于，包括以下步骤：

通过双目相机采集待清洁区域图像，PC机利用神经网络算法对待清洁区域图像进行目标识别和语义分割，获取待清洁物体相对于机器人所在的中心坐标位置；

机器人基于SLAM技术，进行自主定位导航，移动到待清洁物体所在位置；

PLC控制器控制喷洒清洁装置和擦拭清洁装置配合机械臂对待清洁物体进行喷洒清洁或擦拭清洁。

10.根据权利要求9所述的喷擦一体化清洁机器人的控制方法，其特征在于，所述控制器控制喷洒清洁装置和擦拭清洁装置配合机械臂对待清洁物体进行喷洒清洁或擦拭清洁，具体包括：

通过机械臂上设置的视觉检测装置获取待清洁物体的三维模型信息，以获得待清洁物体与机器人的相对位置信息；

对机械臂进行轨迹规划；

根据轨迹规划进行喷洒清洁或擦拭清洁；

重复以上过程直到清洁消毒完毕。

Images