CN113796787A - 一种擦拭清洁机器人及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种擦拭清洁机器人及其控制方法，机器人包括：机器人机身以及行走装置，机器人机身上设置有控制柜、双目相机、机械臂以及擦拭清洁装置，擦拭清洁装置包括擦拭液罐以及擦拭组件，擦拭组件设置在机械臂上，擦拭组件包括减速电机和擦拭头，减速电机与擦拭头驱动连接，减速电机带动擦拭头旋转；机械臂上设置有视觉检测装置；供电模块为机器人提供电能，PC机分别与行走装置、双目相机、视觉检测装置、PLC控制器、机械臂控制器连接；PLC控制器与擦拭清洁装置连接。本发明由机械臂搭载擦拭组件，能够通过擦拭头对重点位置进行擦拭清洁，提高清洁力度，并且能够自主导航定位，具有智能化程度高、移动灵活性高、工作范围广的特点。
Description
技术领域
本发明涉及清洁机器人技术领域，特别是涉及一种擦拭清洁机器人及其控 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，若环境消毒清 洁不彻底将造成巨大的社会危害。目前，室内地面消毒清洁一般都是由人工完 成，不仅费时费力，而且清洁的时效性难以保证。随着消毒防疫工作量增加， 清洁范围广泛，清洁流程复杂，并且清洁人员存在感染风险，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。目前，大多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，大多擦拭清洁机器人清洁力度较低，影响清洁效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种擦拭清洁机器人及其控制方法，由机械臂搭载擦 拭组件，能够通过擦拭头对重点位置进行擦拭清洁，提高清洁力度，并且能够 自主导航定位，具有智能化程度高、移动灵活性高、工作范围广的特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种擦拭清洁机器人，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、双目相机、机械臂以及擦拭清洁装 置，所述擦拭清洁装置包括擦拭液罐以及与擦拭液罐相连通的擦拭组件，所述 擦拭组件设置在所述机械臂上，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，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、双目相机、视 觉检测装置、PLC控制器、机械臂控制器连接；所述PLC控制器与所述擦拭清 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，所述机器人还包括监控摄像机和无线通信模块，所述监控摄像机 设置在所述机器人机身上，所述无线通信模块设置在控制柜内，所述监控摄像 机和无线通信模块分别与所述PC机连接，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。
可选的，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、流量控制阀，所述擦拭头与所述流量控制阀相连接，所述 擦拭泵、流量控制阀、减速电机分别与所述PLC控制器电性连接。
可选的，所述擦拭液罐、擦拭泵设置在流体装配柜内，所述流体装配柜通 过抽拉轨道滑动连接在所述机器人机身上。
可选的，所述擦拭液罐的底部设置有称重传感器，所述称重传感器与所述 PLC控制器电性连接。
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，所述控制柜上还设置有触摸屏， 所述激光雷达、触摸屏分别与所述PC机电性连接。
本发明还提供了一种擦拭清洁机器人的控制方法，应用于上述的擦拭清洁 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；
控制擦拭清洁装置配合机械臂对待清洁物体进行擦拭清洁。
可选的，所述控制擦拭清洁装置配合机械臂对待清洁物体进行擦拭清洁， 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信息，以获得物 体与机器人本身的相对位置信息；
对机械臂进行轨迹规划；
根据轨迹规划，机械臂带动擦拭组件，同时减速电机驱动擦拭头，对待清 洁物体进行擦拭清洁；
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 的擦拭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，用于搭载擦拭组件，由减速电机驱 动擦拭头，实现对重点区域进行擦拭清洁；第二，“眼”—设置双目相机识别 待清洁物体，能够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，擦拭清洁装置通过机器臂和减 速电机的配合，能够带动擦拭头实现多角度的擦拭，擦拭头通过可拆卸方式连 接在减速电机上，方便更换，对各种形态的待清洁物体可以采用不同形状、不 同大小的擦拭头，实现针对性擦拭清洁，提高清洁效率。
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为本发明实施例擦拭清洁机器人的整装结构示意图；
图2为本发明实施例擦拭清洁机器人的爆炸结构示意图；
图3为本发明实施例擦拭清洁装置的结构示意图；
图4为本发明实施例擦拭清洁机器人的控制原理框图；
图5为本发明实施例擦拭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、流体装配柜；7、监控摄像机；8、机械臂；9、视觉检测装置；10、 擦拭组件；11、PC机；12、控制柜；13、机械臂控制器；14、USB扩展口； 15、PLC控制器；16、示教器；17、端子排；18、逆变器；19、电池板；
3-1、擦拭头；3-2、减速电机；3-3、流量控制阀；3-4、擦拭泵；3-5、擦 拭液罐；3-6、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擦拭清洁机器人及其控制方法，由机械臂搭载擦 拭组件灵活调节喷洒位置，提高了擦拭清洁精确度，并且气液混合提高了擦拭 清洁效果，能够自主导航定位，具有智能化程度高、移动灵活性高、工作范围 广的特点。
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4所示，本发明实施例提供的擦拭清洁机器人，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 12、双目相机4、机械臂8以及擦拭清洁装置，所述擦拭清洁装置包括擦拭液 罐3-5以及与擦拭液罐3-5相连通的擦拭组件10，擦拭液罐3-5内存有消毒清 洁液，所述擦拭组件10设置在所述机械臂8上，所述擦拭组件10包括减速电 机3-2和擦拭头3-1，所述减速电机3-2与所述擦拭头3-1驱动连接，所述减速 电机3-2带动所述擦拭头3-1旋转；所述机械臂8上还设置有视觉检测装置9；
所述控制柜12内设置有供电模块、PC机11、PLC控制器15、机械臂控制 器13，所述供电模块为机器人提供电能，所述PC11机分别与所述行走装置、 双目相机4、视觉检测装置9、PLC控制器15、机械臂控制器13连接；所述 PLC控制器15与所述擦拭清洁装置电性连接，所述机械臂控制器13与所述机 械臂8连接。
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11电性连接。
所述机器人还包括监控摄像机7和无线通信模块，所述监控摄像机7设置 在所述机器人机身上，所述无线通信模块设置在控制柜12内，所述监控摄像 机7和无线通信模块分别与所述PC机11连接，所述PC机11通过所述无线 通信模块与后台监控服务器通信连接。
如图3所示，所述擦拭液罐3-5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3-4、流量控制阀3-3，所述擦拭头3-1与所述流量 控制阀3-3相连接，所述擦拭泵3-4、流量控制阀3-3、减速电机3-2分别与所 述PLC控制器15电性连接。
所述擦拭液罐3-5、擦拭泵3-4设置在流体装配柜6内，所述流体装配柜 5通过抽拉轨道滑动连接在所述机器人机身上。
所述擦拭液罐3-5的底部设置有称重传感器3-6，所述称重传感器3-6与 所述PLC控制器15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，所述控制柜上还设置有触摸屏4，所述 激光雷达、触摸屏4分别与所述PC机11电性连接。
其中，PC机11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19、接触器、端子排17、 逆变器18、继电器板、充电孔等结构，所述端子排17上连接断路器、熔断器 等，所述机械臂控制器13还可以连接示教器16。所述控制柜12上还设置有 散热风扇2，用于为控制柜12散热。
如图5所示，本发明还提供了一种擦拭清洁机器人的控制方法，应用于上 述的擦拭清洁机器人，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；
控制擦拭清洁装置配合机械臂对待清洁物体进行擦拭清洁。
其中，所述控制擦拭清洁装置配合机械臂对待清洁物体进行擦拭清洁，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信息，以获得物 体与机器人本身的相对位置信息；
对机械臂进行轨迹规划；
根据轨迹规划，机械臂带动擦拭组件，同时减速电机驱动擦拭头，对待清 洁物体进行擦拭清洁；
重复以上过程直到清洁完毕。
本发明提供的擦拭清洁机器人的工作原理：
第一，支持擦拭清洁模式，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。
本发明提供的擦拭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，用于搭载擦拭组件， 由减速电机驱动擦拭头，实现对重点区域进行擦拭清洁；第二，“眼”—设置 双目相机识别待清洁物体，能够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，擦拭清洁装置通 过机器臂和减速电机的配合，能够带动擦拭头实现多角度的擦拭，擦拭头通过 可拆卸方式连接在减速电机上，方便更换，对各种形态的待清洁物体可以采用 不同形状、不同大小的擦拭头，实现针对性擦拭清洁，提高清洁效率。
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)
1.一种擦拭清洁机器人，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、双目相机、机械臂以及擦拭清洁装置，所述擦拭清洁装置包括擦拭液罐以及与擦拭液罐相连通的擦拭组件，所述擦拭组件设置在所述机械臂上，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，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、双目相机、视觉检测装置、PLC控制器、机械臂控制器连接；所述PLC控制器与所述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所述的擦拭清洁机器人，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所述的擦拭清洁机器人，其特征在于，所述机器人还包括监控摄像机和无线通信模块，所述监控摄像机设置在所述机器人机身上，所述无线通信模块设置在控制柜内，所述监控摄像机和无线通信模块分别与所述PC机连接，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。
4.根据权利要求1所述的擦拭清洁机器人，其特征在于，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、流量控制阀，所述擦拭头与所述流量控制阀相连接，所述擦拭泵、流量控制阀、减速电机分别与所述PLC控制器电性连接。
5.根据权利要求4所述的擦拭清洁机器人，其特征在于，所述擦拭液罐、擦拭泵设置在流体装配柜内，所述流体装配柜通过抽拉轨道滑动连接在所述机器人机身上。
6.根据权利要求4所述的擦拭清洁机器人，其特征在于，所述擦拭液罐的底部设置有称重传感器，所述称重传感器与所述PLC控制器电性连接。
7.根据权利要求1所述的擦拭清洁机器人，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。
8.根据权利要求1所述的擦拭清洁机器人，其特征在于，所述行走装置上设置有激光雷达，所述控制柜上还设置有触摸屏，所述激光雷达、触摸屏分别与所述PC机电性连接。
9.一种擦拭清洁机器人的控制方法，应用于权利要求1-8任一所述的擦拭清洁机器人，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；
控制擦拭清洁装置配合机械臂对待清洁物体进行擦拭清洁。
10.根据权利要求9所述的擦拭清洁机器人的控制方法，其特征在于，所述控制擦拭清洁装置配合机械臂对待清洁物体进行擦拭清洁，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信息，以获得物体与机器人本身的相对位置信息；
对机械臂进行轨迹规划；
根据轨迹规划，机械臂带动擦拭组件，同时减速电机驱动擦拭头，对待清洁物体进行擦拭清洁；
重复以上过程直到清洁完毕。
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