CN114319955B - 一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，涉及泳池清洗机器人技术领域。所述泳池自动清洗机器人的壳体内设置有控制器舱体，控制器舱体为密封舱体且内部设置有控制电路，壳体内设置有驱动电机、两侧设置有行进履带、底部设置清洗滚刷，驱动电机通过传动机构驱动清洗滚刷和行进履带；壳体底部设置有进水口，进水口上设置有过滤装置，壳盖盖合在过滤装置上；壳体顶部设置有两个排水口，排水口下方设置有水流导管，水流导管内设置有包括电机和旋叶的推进器，水流导管相对设置，推进器的电机、驱动电机与控制电路电连接；通过排水口处的水流反冲力实现机器人的侧向移动。

Description

一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人

技术领域

本发明涉及泳池清洗机器人技术领域，具体涉及一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人。

背景技术

为了保障泳池使用者的健康，泳池底及泳池壁的污物需要定时进行清理，减少细菌及其滋生的有害物质或悬浮物进入泳池使用者消化道及呼吸道的可能性，保障其健康，同时改善使用者的使用感受。泳池清洗是一项费时费力的工作，目前大多由人工进行清洗，人工清洗耗时长成本高且清洗质量难以保证，同时也要消耗大量的水资源。随着泳池的普及，泳池清洗工作渐渐由机器来实现。现有泳池清洗及其具备一定的自动清洗功能，且有一些机器能在泳池内实现行进、转弯等动作，但是在对泳池壁进行清洗时，更需要能直接侧向平移的机器，特别是针对水线的清洗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，解决现有泳池清洗机器难以侧向平移的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，其特征在于：包括壳体和壳盖，壳体内设置有控制器舱体，控制器舱体为密封舱体且内部设置有控制电路，壳体内设置有驱动电机，壳体两侧设置有行进履带，壳体底部设置清洗滚刷，驱动电机通过传动机构驱动清洗滚刷和行进履带；壳体底部设置有进水口，进水口上设置有过滤装置，壳盖盖合在过滤装置上方；壳体顶部设置有两个排水口，排水口下方设置有水流导管，水流导管内设置有包括电机和旋叶的推进器，水流导管相对设置，推进器的电机、驱动电机与控制电路电连接；通过排水口处的水流反冲力实现机器人的侧向移动，实现方式为如下方式中的至少一种：

方式一：推进器轴线与所在的水流导管轴线重合，推进器轴线与X平面夹角为20°～45°，推进器轴线与Y平面夹角为20°～45°；

方式二：排水口处设置百叶窗式格栅，格栅叶片与X平面夹角为25°～55°，与Y平面夹角为25°～55°；

方式三：水流导管位于壳体内部或通过排水口延伸到壳体外部，且末端轴线与X平面夹角为20°～45°，与Y平面夹角为20°～45°；

方式四：水流导管通过软管与舵机相连，舵机轴线与X平面夹角为20°～45°，与Y平面夹角为20°～45°；

所述X平面为垂直于壳体底面且两推进器中心连线所在的平面，Y平面为垂直于壳体底面且与X平面垂直的平面。

更进一步的技术方案是所述壳体前端和后端均设置有水位传感器。

更进一步的技术方案是所述控制电路上设置有压力传感器，控制器舱体顶部设置有测试气孔。

更进一步的技术方案是所述壳体上设置有水密插接件，控制器舱体与水密插接件一端电连接，水密插接件另一端通过电缆线与控制终端连接。

更进一步的技术方案是所述电缆线包括转动缆线、转子、定子、固定缆线和滑环外壳，所述定子包括定子基座和第一PCB板，定子基座底部设置有第一PCB板，第一PCB板底部设置有导电顶针，定子基座内密封设置有固定缆线，固定缆线一端穿出定子与控制终端连接，固定缆线另一端与导电顶针电连接；所述转子包括转子基座、第二PCB板、转子限位件，转子基座顶部设置有第二PCB板，第二PCB板顶部设置有导电滑道，转子基座内密封设置有连接件，连接件端部密封设置有转子限位件，连接件内密封设置有转动缆线，转动缆线一端与导电滑道电连接，转动缆线另一端穿出转子限位件与水密插接件连接；定子和转子同轴设置，导电顶针与导电滑道接触，滑环外壳穿设在定子和转子外侧壁上，滑环外壳与定子密封固定连接，滑环外壳与转子密封转动连接。

更进一步的技术方案是所述连接件由填充材料填充而成，定子基座与固定缆线通过灌胶密封。

更进一步的技术方案是所述转子限位件为直管状，顶部向外延伸折弯有限位卡爪，限位卡爪外壁与滑环外壳内壁相适应，限位卡爪底部顶压在滑环外壳内壁的台阶上。

更进一步的技术方案是所述驱动电机设置有两个，分别位于控制器舱体两侧，驱动电机分别驱动对应侧的行进履带。

更进一步的技术方案是所述排水口上设置有百叶窗式的格栅。

工作原理：泳池清洗机器人工作时，在驱动电机作用下，机器人在泳池底和泳池壁上行进，在清洗滚刷作用下，黏附的污物进入水中。在推进器作用下，壳体内部空腔压力下降，污水从进水口进入机器人壳体内，经过滤装置过滤后的清水，流经水流导管后从排水口进入泳池内。

当机器人在泳池底工作时，推进器电机转速一致，排水口处水流的反作用力经分解合并后，机器人受力主要为垂直于泳池底且向下的压力、与行进方向一致的推动力，压力使得机器人更加贴紧池底，提高清洗滚刷的清洗效果，推动力辅助驱动电机驱动行进履带运动。当两侧行进履带速度不同时，可以实现机器人的转向。

当机器人在泳池壁工作时，当其沿泳池壁上下移动时，推进器电机转速一致，排水口处水流的反作用力经分解合并后，机器人受力主要为垂直于泳池壁且向下的压力、与行进方向一致的推动力，压力使得机器人更加贴紧池壁，提高清洗滚刷的清洗效果，同时提供行进履带的摩擦力，便于其沿泳池壁爬行，推动力辅助驱动电机驱动行进履带运动。当其沿泳池壁左右移动即需要侧移时，其中一个推进器高速转动，另一推进器低速或者不转，排水口处水流的反作用力经分解合并后，机器人受力主要为垂直于泳池壁且向下的压力、向左或右一侧的推动力，压力使得机器人更加贴紧池壁，提高清洗滚刷的清洗效果，同时提供行进履带的摩擦力，便于其沿泳池壁爬行，推动力实现机器人往左或右进行侧移。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，通过相对设置的推进器，实现机器人在泳池底和泳池壁的清洗作业，通过控制排水口处水流的反冲力实现其在泳池壁上的侧移，方便对水线进行清洗。当前端水位传感器达到水线以上一定位置后，启动对泳池水线的清洗，通过机器人的侧向移动完成对水线的清洗。通过在控制器舱体内设置压力传感器，经过测试气孔通过气压来测试控制舱体的气密性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的俯视图（省略壳盖和部分壳体）。

图3为本发明的Y平面内部结构示意图。

图4为本发明的X平面内部结构示意图。

图5为本发明中电缆线的内部结构示意图。

图6为本发明中电缆线的装配示意图。

图7为本发明中导电顶针的结构示意图。

图8为本发明中转子限位件的结构示意图。

图9为本发明中电缆线的使用状态示意图。

图10为本发明中机器人清洗水下的状态示意图。

图11为格栅的装配示意图。

图12为水流导管一种结构的示意图。

图13为水流导管另一种结构的示意图。

图14为水流导管、舵机的装配示意图。

图中：1-壳体，101-进水口，102-排水口，2-壳盖，3-控制器舱体，4-驱动电机，5-行进履带，6-清洗滚刷，7-过滤装置，8-水流导管，9-推进器，10-测试气孔，11-水密插接件，12-电缆线，13-转动缆线，14-转子，1401-转子基座，1402-第二PCB板，1403-转子限位件，1404-导电滑道，1405-限位卡爪，1406-凸环，15-定子，1501-定子基座，1502-第一PCB板，1503-导电顶针，16-固定缆线，17-连接件，18-滑环外壳，19-格栅，20-唇型密封圈，21-O型密封圈，22-机器人，23-控制终端，24-密封胶，25-软管，26-舵机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中前端为自动清洗机器人行进时靠前的一端，为附图中履带轮直径更大的一端，X平面为垂直于壳体底面且两推进器中心连线所在的平面，Y平面为垂直于壳体底面且与X平面垂直的平面。

图1、2示出了一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，其特征在于：包括壳体1和壳盖2，壳体1为顶部后端开口的中空腔体，壳体1内靠前端设置有控制器舱体3，控制器舱体3为密封舱体且内部设置有控制电路，控制器舱体3两侧相对设置有驱动电机4，驱动电机4通过传动机构控制壳体1两侧的行进履带5，同时通过传动机构驱动壳体1底部设置清洗滚刷6，清洗滚刷6分别位于前端和后端。两个驱动电机4可使行进履带5保持不同的速度，便于机器人进行转向。

壳体1底部靠后端设置有进水口101，进水口101压合设置有过滤装置7，过滤装置7四面设置滤网、中间为中空腔体，壳盖2盖合在过滤装置7上方且与壳体1固定连接。壳体1顶部靠前端设置有两个排水口102，排水口102下方设置有水流导管8，水流导管8内设置有包括电机和旋叶的推进器9，水流导管8相对设置，推进器9轴线与水流导管8轴线重合，推进器9轴线与X平面夹角为20°～45°，推进器9轴线与Y平面夹角为20°～45°（方式一），如图3、4所示；推进器9的电机、驱动电机4与控制电路电连接。为使得水流产生的反冲力所受干扰最小，所述排水口102上设置有百叶窗式的格栅19，格栅19的叶片方向与推进器9轴线方向相适应。格栅19也有防护作用，可以避免操作人员的手直接接触推进器9，出现受伤的情况；也可以保护推进器9，避免其被水中的污物缠绕，影响其使用寿命。

为方便对水线进行清洗，所述壳体1前端和后端均设置有水位传感器。当前端水位传感器露出水面，而后端水位传感器在水面下时，表示机器人正位于水线位置，此时启动水线清洗工作，机器人保持相对静止，清洗滚刷6对水线进行清理，一定时间后清洗完成，机器人进行侧移然后重复上述清洗过程。

为方便对控制器舱体进行水密性检测，所述控制电路上设置有压力传感器，控制器舱体3顶部设置有测试气孔10。通过测试气孔10对控制器舱体3内进行充气或者抽气，然后进行保压，通过压力传感器对其气密性进行监测，达标后说明控制器舱体3密封性良好，再将测试气孔10灌胶密封即可，避免了将控制器舱体3放入水中进行密封性检测导致的检测繁琐、在当密封性不良时会出现舱体进水导致整个舱体报废的情况。

为使得操作人员能在岸上对机器人进行实时控制或者使用控制终端对其供电，延长其作业时间，所述壳体1上设置有水密插接件11，控制器舱体3与水密插接件11一端电连接，水密插接件11另一端通过电缆线12与控制终端连接。

泳池清洗机器人工作时，在驱动电机4作用下，机器人在泳池底和泳池壁上行进，在清洗滚刷6作用下，黏附的污物进入水中。在推进器9作用下，壳体1内部空腔压力下降，污水从进水口101进入机器人壳体1内，经过滤装置7过滤后的清水，流经水流导管8后从排水口102进入泳池内。

当机器人在泳池底工作时，推进器9电机转速一致，推进器9作用力（排水口102处的水流反冲力）经分解合并后，机器人受力主要为垂直于泳池底且向下的压力、与行进方向一致的推动力，压力使得机器人更加贴紧池底，提高清洗滚刷6的清洗效果，推动力辅助驱动电机4驱动行进履带5运动。当两侧行进履带5速度不同时，可以实现机器人的转向。

当机器人在泳池壁工作时，当其沿泳池壁上下移动时，推进器9电机转速一致，推进器9作用力经分解合并后，机器人受力主要为垂直于泳池壁且向下的压力、与行进方向一致的推动力，压力使得机器人更加贴紧池壁，提高清洗滚刷6的清洗效果，同时提供行进履带5的摩擦力，便于其沿泳池壁爬行，推动力辅助驱动电机4驱动行进履带5运动。

当其沿泳池壁左右移动即需要侧移时，如图10所示，其中一个推进器9高速转动，另一推进器9低速或者不转，推进器9作用力经分解合并后，机器人受力主要为垂直于泳池壁且向下的压力、向左或右一侧的推动力，压力使得机器人更加贴紧池壁，提高清洗滚刷的清洗效果，同时提供行进履带的摩擦力，便于其沿泳池壁爬行，推动力实现机器人往左或右进行侧移。

实现机器人侧移的方式有很多种，除了上述方法外，还可以通过其他方式来控制排水口102处的水流反冲力来实现侧向移动。

如图11所示，排水口102处设置百叶窗式格栅19，格栅叶片与X平面夹角为25°～55°，与Y平面夹角为25°～55°，此时的水流反冲力方向与方式一中推进器9倾斜设置的效果类似。

也可以使用图12的方式，水流导管8由竖直段和倾斜段构成，位于壳体1内部，竖直段内设置推进器9，倾斜段轴线与X平面夹角为20°～45°，与Y平面夹角为20°～45°。或者使用图13的方式，水流导管8由竖直段和倾斜段构成，竖直段通过排水口102延伸到壳体1外部，倾斜段轴线与X平面夹角为20°～45°，与Y平面夹角为20°～45°。也可以使用图14的结构，水流导管8竖直设置且内部设置推进器9，出口末端通过软管25与舵机26相连，舵机26轴线与X平面夹角为20°～45°，与Y平面夹角为20°～45°效果与方式一中推进器9倾斜设置的效果一样。

试验过程中保持机器人在泳池水线进行侧向移动，侧向移动时其中一个推进器9不转，另一个推进器9转速为3750rpm、轴功率为125.6w，机器人的进水流量为9.33kg/s，在此基础上侧得不同方式和角度下的侧移速率（cm/s）如下表。

为避免缆线出现缠绕或者扭转，图5、6示出了一种泳池清洗机器人用防缠绕电缆线，包括转动缆线13、转子14、定子15、固定缆线16和滑环外壳18，所述定子15包括定子基座1501和第一PCB板1502，定子基座1501可以采用机加件或者注塑件，为方便装配，定子基座1501两端开口，定子基座1501底部设置有第一PCB板1502，第一PCB板1502底部设置有导电顶针1503，定子基座1501内密封设置有固定缆线16，固定缆线16一端穿出定子15与控制终端23连接，固定缆线16另一端与导电顶针1503电连接。为使得密封更加有效，定子基座1501与固定缆线16、第一PCB板1502间的装配间隙使用灌胶密封。其中，导电顶针1503的结构如图7所示，包括了针座、簧片和触头，针座端部固定在第一PCB板1502上，针座的U型槽内焊接有簧片，簧片另一端焊接有触头。

所述转子14包括转子基座1401、第二PCB板1402、转子限位件1403，转子基座1401顶部设置有第二PCB板1402，第二PCB板1402顶部设置有导电滑道1404，转子基座1401内密封设置有连接件17，连接件17端部密封设置有转子限位件1403，连接件17内密封设置有转动缆线13，转动缆线13一端与导电滑道1404电连接，转动缆线13另一端穿出转子限位件1403与水密插接件11连接。为使得密封更加可靠，连接件17由填充材料填充而成，具体地可采用注塑材料再配合模具进行填充，这样连接件17既有一定的硬度和强度，且对于转动缆线13有密封效果。

装配好定子15和转子14后，将定子15和转子14同轴设置，导电顶针1503与导电滑道1404接触，然后滑环外壳18穿设在定子15和转子14外侧壁上，滑环外壳18与定子15密封固定连接，滑环外壳18与转子14密封转动连接。滑环外壳18与定子15可以通过螺纹连接，在定子基座1501外侧可分别做轴向和径向的O型密封圈21密封。

为方便转子的装配，转子基座1401可以为直管状，且在端部内设置定位台阶，定位台阶内装配第二PCB板1402，而定位台阶外侧壁与滑环外壳18内壁相适应，这样转子14转动时，定位台阶与滑环外壳18内壁接触，限制其转动运动范围，使得导电顶针1503与导电滑道1404保持良好的接触。另一方面，为使得连接件17的填充和装配效果更好，可在转子基座1401内侧壁向内凸形成凸环1406。凸环1406对填充材料进行进一步固定，提高其使用寿命。

为使转子的转动更加平稳，如图8所示，所述转子限位件1403为直管状，顶部向外延伸折弯有限位卡爪1405，限位卡爪1405外壁与滑环外壳18内壁相适应，限位卡爪1405底部顶压在滑环外壳18内壁的台阶上。转动时，除了转子基座1401的定位台阶与滑环外壳18内壁接触外，限位卡爪1405的外侧壁也与滑环外壳18内壁接触，进一步限制转子14的转动运动范围，使转动更加平稳。同时，限位卡爪1405也限制了转子14的轴向窜动。转子限位件与壳体之间的密封，采用在转子限位件1403管壁外侧套接唇型密封圈20，唇型密封圈20相对设置有两个，唇型密封圈20外径与滑环外壳18内径相适应。

使用时，如图9所示，电缆线将机器人22和控制终端23进行连接，当机器人22在水下作业因转向、翻转等动作使得电缆线出现缠绕或者转动后，在转动缆线13和固定缆线16中会有发生相对转动的运行趋势，当两者受力达到转动条件时，转动缆线13带动转子14在滑环外壳18内转动，同时导电顶针1503在导电滑道1404上滑动，确保转动缆线13和固定缆线16保持导电状态。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件或布局进行多种变形和改进。除了对组成部件或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (9)

1.一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，其特征在于：包括壳体（1）和壳盖（2），壳体（1）内设置有控制器舱体（3），控制器舱体（3）为密封舱体且内部设置有控制电路，壳体（1）内设置有驱动电机（4），壳体（1）两侧设置有行进履带（5），壳体（1）底部设置清洗滚刷（6），驱动电机（4）通过传动机构驱动清洗滚刷（6）和行进履带（5）；壳体（1）底部设置有进水口（101），进水口（101）上设置有过滤装置（7），壳盖（2）盖合在过滤装置（7）上方；壳体（1）顶部设置有两个排水口（102），排水口（102）下方设置有水流导管（8），水流导管（8）内设置有包括电机和旋叶的推进器（9），水流导管（8）相对设置，推进器（9）的电机、驱动电机（4）与控制电路电连接；通过排水口（102）处的水流反冲力实现机器人的侧向移动，实现方式为如下方式中的至少一种：

方式一：推进器（9）轴线与所在的水流导管（8）轴线重合，推进器（9）轴线与X平面夹角为20°～45°，推进器（9）轴线与Y平面夹角为20°～45°；

方式二：排水口（102）处设置百叶窗式格栅（19），格栅叶片与X平面夹角为25°～55°，与Y平面夹角为25°～55°；

方式三：水流导管（8）位于壳体（1）内部或通过排水口（102）延伸到壳体（1）外部，且末端轴线与X平面夹角为20°～45°，与Y平面夹角为20°～45°；

方式四：水流导管（8）通过软管（25）与舵机（26）相连，舵机（26）轴线与X平面夹角为20°～45°，与Y平面夹角为20°～45°;

所述X平面为垂直于壳体（1）底面且两推进器（9）中心连线所在的平面，Y平面为垂直于壳体（1）底面且与X平面垂直的平面。

2.根据权利要求1所述的一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，其特征在于：所述壳体（1）前端和后端均设置有水位传感器。

3.根据权利要求1所述的一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，其特征在于：所述控制电路上设置有压力传感器，控制器舱体（3）顶部设置有测试气孔（10）。

4.根据权利要求1所述的一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，其特征在于：所述壳体（1）上设置有水密插接件（11），控制器舱体（3）与水密插接件（11）一端电连接，水密插接件（11）另一端通过电缆线（12）与控制终端连接。

5.根据权利要求4所述的一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，其特征在于：所述电缆线（12）包括转动缆线（13）、转子（14）、定子（15）、固定缆线（16）和滑环外壳（18），所述定子（15）包括定子基座（1501）和第一PCB板（1502），定子基座（1501）底部设置有第一PCB板（1502），第一PCB板（1502）底部设置有导电顶针（1503），定子基座（1501）内密封设置有固定缆线（16），固定缆线（16）一端穿出定子（15）与控制终端连接，固定缆线（16）另一端与导电顶针（1503）电连接；所述转子（14）包括转子基座（1401）、第二PCB板（1402）、转子限位件（1403），转子基座（1401）顶部设置有第二PCB板（1402），第二PCB板（1402）顶部设置有导电滑道（1404），转子基座（1401）内密封设置有连接件（17），连接件（17）端部密封设置有转子限位件（1403），连接件（17）内密封设置有转动缆线（13），转动缆线（13）一端与导电滑道（1404）电连接，转动缆线（13）另一端穿出转子限位件（1403）与水密插接件（11）连接；定子（15）和转子（14）同轴设置，导电顶针（1503）与导电滑道（1404）接触，滑环外壳（18）穿设在定子（15）和转子（14）外侧壁上，滑环外壳（18）与定子（15）密封固定连接，滑环外壳（18）与转子（14）密封转动连接。

6.根据权利要求5所述的一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，其特征在于：所述连接件（17）由填充材料填充而成，定子基座（1501）与固定缆线（16）通过灌胶密封。

7.根据权利要求5所述的一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，其特征在于：所述转子限位件（1403）为直管状，顶部向外延伸折弯有限位卡爪（1405），限位卡爪（1405）外壁与滑环外壳（18）内壁相适应，限位卡爪（1405）底部顶压在滑环外壳（18）内壁的台阶上。

8.根据权利要求1所述的一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，其特征在于：所述驱动电机（4）设置有两个，分别位于控制器舱体（3）两侧，驱动电机（4）分别驱动对应侧的行进履带（5）。

9.根据权利要求1所述的一种可侧向平移的泳池自动清洗机器人，其特征在于：所述排水口（102）上设置有百叶窗式的格栅（19）。

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