CN201094960Y - 用于中央空调风道自动清扫的机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于中央空调风道自动清扫的机器人，属清扫机械技术领域。用于解决狭长风道的清扫问题。其技术方案是：它由行走小车、清扫臂以及控制电路组成，所述清扫臂的下端与行走小车的后上部铰接，其上端设有清扫刷，清扫刷由清扫刷电机驱动；所述行走小车具有四个车轮，分别由四个电机驱动，所述控制电路由通讯模块、单片机和执行电路组成，所述单片机通过通讯模块与外部控制器交换信息，所述执行电路包括清扫刷驱动电路和行走控制电路，它们的输入端分别接单片机的不同输出端，清扫刷驱动电路的输出接清扫刷电机，行走控制电路的输出接车轮驱动电机。本实用新型具有重量轻、体积小、自动化程度高、清扫效果直观的特点，非常适应于狭长风道的清扫。

Description

用于中央空调风道自动清扫的机器人

技术领域

本实用新型涉及一种用于清扫狭长风道、特别是清扫中央空调风道的机器人，属清扫机械技术领域。

背景技术

中央空调在使用一段时间后，其风道内会积尘，积尘长期得不到清扫时，不仅会导致风道截面积变小，风阻增大，能耗增加，影响正常使用，而且会引起细菌、病毒滋生，威胁使用者的身体健康，一些传染性极强的病毒(如非典病毒等)在风道内繁殖后还可能危及使用者的生命，因此，必须定期对中央空调系统的风道进行清扫。但是，中央空调的风道一般都是狭而长，清扫者不能进入，清扫难度较大。目前，这种风道一般都是由人工借助一些常规工具进行清扫，不仅劳动强度大，工作效率低，而且在清扫过程中和清扫完成后，很难对清扫效果作出正确的判断，有的风道甚至根本无法清扫。随着科学技术的发展，机器人越来越多地被用来完成一些由人难以完成的任务。如果能用机器人来清扫中央空调的风道，必然会大大提高工作效率，降低人的劳动强度，取得事半功倍的效果。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种重量轻，体积小，操作灵活，使用方便的用于中央空调风道自动清扫的机器人。

本实用新型所称问题是以下述技术方案实现的：

一种用于中央空调风道自动清扫的机器人，由行走小车1、清扫臂2以及控制电路组成，所述清扫臂2的下端与行走小车1的后上部铰接，其上端设有清扫刷3，清扫刷3由清扫刷电机MS驱动；所述行走小车1具有四个车轮，分别由四个电机驱动，所述控制电路由通讯模块U3、单片机U4和执行电路组成，所述单片机U4通过通讯模块U3与外部控制器交换信息，所述执行电路包括清扫刷驱动电路和行走控制电路，它们的输入端分别接单片机U4的不同输出端，清扫刷驱动电路的输出接清扫刷电机MS，行走控制电路的输出接车轮驱动电机。

上述用于中央空调风道自动清扫的机器人，增设清扫臂起落机构，所述清扫臂起落机构由起落电机MQ、丝杠副7、支臂5和起落控制电路组成，所述支臂5一端与清扫臂铰接，另一端与行走小车1上的滑轨6滑动连接，所述起落电机MQ铰接在清扫臂上，所述丝杠副7中的丝杠一端连接起落电机MQ的输出轴，丝杠副中的螺母与支臂5铰接，所述起落控制电路由起落电机供电电路和起落转换电路组成，所述起落电机供电电路由场效应管Q7、电阻R17、二极管D7和继电器J7组成，所述场效应管Q7串联于继电器J7的线圈回路中，其棚极接单片机U4的P0.6端，所述继电器J7的常开触点串联于起落电机MQ的供电回路中，电阻R17是场效应管Q7栅极的上拉电阻，二极管D7是续流二极管；所述起落转换电路由场效应管Q6、电阻R16、二极管D6和继电器J6组成，所述场效应管Q6串联于继电器J6的线圈回路中，其棚极接单片机U4的P0.5端，所述继电器J6的两个常开触点串联于起落电机MQ的正转供电回路中，两个常闭触点串联于起落电机MQ的反转供电回路中，电阻R16是场效应管Q6栅极的上拉电阻，二极管D6是续流二极管。

上述用于中央空调风道自动清扫的机器人，所述行走控制电路由车轮供电电路、左轮转向切换电路和右轮转向切换电路组成，所述车轮供电电路由场效应管Q5、电阻R15、二极管D5和继电器J5组成，所述场效应管Q5串联于继电器J5的线圈回路中，其棚极接单片机U4的P0.4端，所述继电器J5的常开触点串联于车轮驱动电机的供电回路中，电阻R15是场效应管Q5栅极的上拉电阻，二极管D5是续流二极管；所述左轮转向切换电路由场效应管Q3、电阻R13、二极管D3和继电器J3组成，所述场效应管Q3串联于继电器J3的线圈回路中，其栅极接单片机U4的P0.2端，所述继电器J3的两个常开触点串联于左车轮驱动电机MZ的正转供电回路中，两个常闭触点串联于左车轮驱动电机MZ的反转供电回路中，电阻R13是场效应管Q3栅极的上拉电阻，二极管D3是续流二极管；所述右轮转向切换电路由场效应管Q4、电阻R14、二极管D4和继电器J4组成，所述场效应管Q4串联于继电器J4的线圈回路中，其栅极接单片机U4的P0.3端，所述继电器J4的两个常开触点串联于右车轮驱动电机MY的正转供电回路中，两个常闭触点串联于右车轮驱动电机MY的反转供电回路中，电阻R14是场效应管Q4栅极的上拉电阻，二极管D4是续流二极管。

上述用于中央空调风道自动清扫的机器人，所述清扫刷驱动电路由清扫刷电机供电电路和清扫刷转向切换电路组成，所述清扫刷电机供电电路由场效应管Q2、电阻R12、二极管D2和继电器J2组成，所述场效应管Q2串联于继电器J2的线圈回路中，其栅极接单片机U4的P0.1端，所述继电器J2的常开触点串联于清扫刷电机MS的供电回路中，电阻R12是场效应管Q2栅极的上拉电阻，二极管D2是续流二极管；所述清扫刷转向切换电路由场效应管Q1、电阻R11、二极管D1和继电器J1组成，所述场效应管Q1串联于继电器J1的线圈回路中，其棚极接单片机U4的P0.0端，所述继电器J1的两个常开触点串联于清扫刷电机MS的正转供电回路中，两个常闭触点串联于清扫刷电机MS的反转供电回路中，电阻R11是场效应管Q1栅极的上拉电阻，二极管D1是续流二极管。

上述用于中央空调风道自动清扫的机器人，所述行走小车1增设前摄像头TQ、前照明灯9、后摄像头TH、后照明灯11以及摄像头切换电路，所述摄像头切换电路由场效应管Q8、电阻R18、二极管D8和继电器J8组成，所述场效应管Q8串联于继电器J8的线圈回路中，其栅极接单片机U4的P3.6端，所述继电器J8的两个常开触点串联于后摄像头TH与录象机LX的回路中，两个常闭触点串联于前摄像头TQ与录象机LX的回路中，电阻R18是场效应管Q8棚极的上拉电阻，二极管D8是续流二极管。

上述用于中央空调风道自动清扫的机器人，在清扫臂上增设清扫臂下落限位开关K11，限位开关K11的常开触点输出的清扫臂位置信号接单片机U4的P3.2端。

上述用于中央空调风道自动清扫的机器人，所述通讯模块U3采用MAX485通讯芯片，其A、B端接外部控制器，DI、RO端分别接单片机U4的TXD、RXD端，使能端DE、

接单片机U4的P2.0端。

本实用新型由通讯模块U3接收外部控制器的编码控制信号，由单片机U4解码后控制整个机器人进入待清扫的风道内部，用旋转清扫刷对风道壁进行清扫，清扫刷转向切换电路可改变清扫刷电机的旋转方向，适应不同角落的清扫；利用行走控制电路可变换行走小车1的位置，对风道内不同部位进行清扫；利用清扫臂起落装置调整清扫臂的前倾角度，从而改变清扫清扫刷高度，以适应不同横截面的风道；利用摄像头和照明灯以及外部录象装置可将风道内的状况进行显示或存储，便于外部观看或调阅；清扫臂2的下端铰接于行走小车1的后端，当清扫臂前倾时，质量相对较大的清扫刷不会超出行走小车1的前端很多，重心前移不多，不易发生前滚翻，因而不必增加配重，减轻了机器人的重量，同时，由于清扫臂2的下端铰接于行走小车1的后端，整个机器人的最大长度(当清扫臂前倾至水平位置时)基本等于清扫臂2的长度，同清扫臂装于行走小车1前部的机器人相比，本实用新型的长度更小，行走更加灵活。总之，本实用新型具有重量轻，体积小，操作灵活，清扫效果直观，能适应狭长风道清扫工作的优点。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型的电原理图；

图3是外部控制器电原理图；

图4是本实用新型的外形图；

图5是剖视图。

图6是本实用新型的仰视图。

图中各标号为：1、行走小车，2、清扫臂，3、清扫刷，4、电缆，5、支臂，6、滑轨，7、丝杠副，8、线路板，9、前照明灯，10、车轮，11、后照明灯，U1、控制器单片机，U2、通信模块，U3、通信模块，U4、机器人单片机，LX、录象机，TQ、前摄像头，TH、后摄像头，MS、清扫刷电机，MZ、左车轮驱动电机，MY、右车轮驱动电机，MQ、起落电机，R1～R18、电阻，JI～J8、继电器，Q1～Q8、场效应管，D1～D7、续流二极管，K1～K11、开关。

具体实施方式

图2是机器人的电原理图，通信模块U3(485通信芯片)将接收到的控制信号传给单片机U4，单片机U4对信号进行解码处理后控制各执行器件执行相应操作。单片机U4的P3.6端输出前、后摄像头切换信号，控制录象机LX是同前摄像头TQ接通还是同后摄像头TH接通，P0.0端输出清扫刷电机正反向旋转信号，P0.1端输出清扫刷电机电源通断信号，P0.4端输出左右车轮驱动电机电源通断信号，P0.2端输出左车轮驱动电机正反向旋转信号，P0.3端输出右车轮驱动电机正反向旋转信号，P0.5端输出起落电机正反向旋转信号，P0.6端输出起落电机电源通断信号。各个电机都是由场效应管和继电器控制的。

下面以清扫刷驱动电路为例说明工作原理：

当单片机U4的P0.1端输出低电平时，N沟道绝缘棚场效应管Q2截止，继电器J2的常开触点不闭合，清扫刷电机断电，不能运转。当单片机U4的P0.1端输出高电平时，场效应管Q2导通，继电器J2的常开触点闭合，清扫刷电机得电。此时，若单片机U4的P0.0端输出低电平，场效应管Q1截止，继电器J1的常闭触点处于闭合状态，清扫刷电机MS反向运转；若单片机U4的P0.0端输出高电平，场效应管Q1导通，继电器J1的常闭触点断开，常开触点闭合，清扫刷电机MS正向运转。

行走控制电路、起落控制电路以及摄像头切换电路的结构与清扫刷驱动电路类似。

图3是外部控制器的电原理图，图中的十个上拉电阻R1～R10和十个开关K1～K10组成控制键盘，可将前进、后退、左转弯、右转弯、清扫臂升降、清扫清扫刷正反向旋转、开启前或后摄像头和前后照明灯等控制信号输入到单片机U1，单片机U1将此控制信号编码后由485通信芯片U2发送给机器人。

参看图4，行走小车1为一个四轮小车，其前部装有两个前照明灯9和一个前摄像头TQ，清扫臂2的上端安装清扫刷，下端与行走小车1的后端铰接，起落装置的丝杠7与支臂5铰接，支臂5一端与清扫臂外壳的中下部铰接，另一端可沿设置在行走小车1上部的滑轨6前后滑动。

图5是清扫臂2处于最低位置时的剖视图，这时丝杠7最短。滑轨6是扣焊于行走小车1上，与行驶方向平行且中间有狭缝的小槽钢，其内部有一滑块，支臂5的下端与该滑块铰接，当起落电机MQ旋转，使丝杠7长度改变时，支臂5的下端与滑块一起沿行走小车1上部的滑轨6前后滑动，清扫臂绕铰接轴旋转，使清扫清扫刷高度改变。本实用新型的清扫臂与地面的夹角可在0度到90度之间调节。由于清扫臂2与行走小车1的后端铰接，清扫臂2处于最低位置时，清扫臂2的大部分处于行走小车1的上方，整个机器人的长度基本等于清扫臂2的长度，同清扫臂装于行走小车前部的机器人相比，其长度大大减小。同时，清扫臂2处于最低位置时，清扫刷超出行走小车1的前端很少，整个机器人的重心不会偏离行走小车1的几何中心很多，因此行走小车1不易向前翻，不必增加配重，有效降低了整个机器人的重量。当清扫臂2下降到最低位置时，限位开关K11的触发头被支臂5压下，此信号被单片机U4采集后，单片机U4控制起落电机停止运转。

参看图6，行走小车1的每个车轮具有一个驱动电机，行走小车1前进或后退时，控制器使四个车轮同向旋转，行走小车1转弯时，左右车轮旋转方向相反。

图2、图3中，单片机采用AT89C52。

Claims (7)

1、一种用于中央空调风道自动清扫的机器人，其特征是，它由行走小车(1)、清扫臂(2)以及控制电路组成，所述清扫臂(2)的下端与行走小车(1)的后上部铰接，其上端设有清扫刷(3)，清扫刷(3)由清扫刷电机(MS)驱动；所述行走小车(1)具有四个车轮，分别由四个电机驱动，所述控制电路由通讯模块(U3)、单片机(U4)和执行电路组成，所述单片机(U4)通过通讯模块(U3)与外部控制器交换信息，所述执行电路包括清扫刷驱动电路和行走控制电路，它们的输入端接单片机(U4)的不同输出端，清扫刷驱动电路的输出接清扫刷电机(MS)，行走控制电路的输出接车轮驱动电机。

2、根据权利要求1所述用于中央空调风道自动清扫的机器人，其特征是，增设清扫臂起落机构，所述清扫臂起落机构由起落电机(MQ)、丝杠副(7)、支臂(5)和起落控制电路组成，所述支臂(5)一端与清扫臂铰接，另一端与行走小车(1)上的滑轨(6)滑动连接，所述起落电机(MQ)铰接在清扫臂上，所述丝杠副(7)中的丝杠一端连接起落电机(MQ)的输出轴，丝杠副中的螺母与支臂(5)铰接？？？，所述起落控制电路由起落电机供电电路和起落转换电路组成，所述起落电机供电电路由场效应管(Q7)、电阻(R17)、二极管(D7)和继电器(J7)组成，所述场效应管(Q7)串联于继电器(J7)的线圈回路中，其棚极接单片机(U4)的P0.6端，所述继电器(J7)的常开触点串联于起落电机(MQ)的供电回路中，电阻(R17)是场效应管(Q7)栅极的上拉电阻，二极管(D7)是续流二极管；所述起落转换电路由场效应管(Q6)、电阻(R16)、二极管(D6)和继电器(J6)组成，所述场效应管(Q6)串联于继电器(J6)的线圈回路中，其棚极接单片机(U4)的P0.5端，所述继电器(J6)的两个常开触点串联于起落电机(MQ)的正转供电回路中，两个常闭触点串联于起落电机(MQ)的反转供电回路中，电阻(R16)是场效应管(Q6)栅极的上拉电阻，二极管(D6)是续流二极管。

3、根据权利要求1或2所述用于中央空调风道自动清扫的机器人，其特征是，所述行走控制电路由车轮供电电路、左轮转向切换电路和右轮转向切换电路组成，所述车轮供电电路由场效应管(Q5)、电阻(R15)、二极管(D5)和继电器(J5)组成，所述场效应管(Q5)串联于继电器(J5)的线圈回路中，其棚极接单片机(U4)的P0.4端，所述继电器(J5)的常开触点串联于车轮驱动电机的供电回路中，电阻(R15)是场效应管(Q5)栅极的上拉电阻，二极管(D5)是续流二极管；所述左轮转向切换电路由场效应管(Q3)、电阻(R13)、二极管(D3)和继电器(J3)组成，所述场效应管(Q3)串联于继电器(J3)的线圈回路中，其栅极接单片机(U4)的P0.2端，所述继电器(J3)的两个常开触点串联于左车轮驱动电机(MZ)的正转供电回路中，两个常闭触点串联于左车轮驱动电机(MZ)的反转供电回路中，电阻(R13)是场效应管(Q3)栅极的上拉电阻，二极管(D3)是续流二极管；所述右轮转向切换电路由场效应管(Q4)、电阻(R14)、二极管(D4)和继电器(J4)组成，所述场效应管(Q4)串联于继电器(J4)的线圈回路中，其棚极接单片机(U4)的P0.3端，所述继电器(J4)的两个常开触点串联于右车轮驱动电机(MY)的正转供电回路中，两个常闭触点串联于右车轮驱动电机(MY)的反转供电回路中，电阻(R14)是场效应管(Q4)栅极的上拉电阻，二极管(D4)是续流二极管。

4、根据权利要求1或2所述用于中央空调风道自动清扫的机器人，其特征是，所述清扫刷驱动电路由清扫刷电机供电电路和清扫刷转向切换电路组成，所述清扫刷电机供电电路由场效应管(Q2)、电阻(R12)、二极管(D2)和继电器(J2)组成，所述场效应管(Q2)串联于继电器(J2)的线圈回路中，其栅极接单片机(U4)的P0.1端，所述继电器(J2)的常开触点串联于清扫刷电机(MS)的供电回路中，电阻(R12)是场效应管(Q2)栅极的上拉电阻，二极管(D2)是续流二极管；所述清扫刷转向切换电路由场效应管(Q1)、电阻(R11)、二极管(D1)和继电器(J1)组成，所述场效应管(Q1)串联于继电器(J1)的线圈回路中，其栅极接单片机(U4)的P0.0端，所述继电器(J1)的两个常开触点串联于清扫刷电机(MS)的正转供电回路中，两个常闭触点串联于清扫刷电机(MS)的反转供电回路中，电阻(R11)是场效应管(Q1)栅极的上拉电阻，二极管(D1)是续流二极管。

5、根据权利要求1或2所述用于中央空调风道自动清扫的机器人，其特征是，所述行走小车(1)增设前摄像头(TQ)、前照明灯(9)、后摄像头(TH)、后照明灯(11)以及摄像头切换电路，所述摄像头切换电路由场效应管(Q8)、电阻(R18)、二极管(D8)和继电器(J8)组成，所述场效应管(Q8)串联于继电器(J8)的线圈回路中，其棚极接单片机(U4)的P3.6端，所述继电器(J8)的两个常开触点串联于后摄像头(TH)与录象机(LX)的回路中，两个常闭触点串联于前摄像头(TQ)与录象机(LX)的回路中，电阻(R18)是场效应管(Q8)栅极的上拉电阻，二极管(D8)是续流二极管。

6、根据权利要求1或2所述用于中央空调风道自动清扫的机器人，其特征是，在清扫臂上增设清扫臂下落限位开关(K11)，限位开关(K11)的常开触点输出的清扫臂位置信号接单片机(U4)的P3.2端。

7、根据权利要求1或2所述用于中央空调风道自动清扫的机器人，其特征是，所述通讯模块(U3)采用MAX485通讯芯片，其A、B端接外部控制器，DI、RO端分别接单片机(U4)的TXD、RXD端，使能端DE、接单片机(U4)的P2.0端。

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