CN207847183U - 水下清洁机器人节能清扫结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了水下清洁机器人节能清扫结构，包括供垃圾进入垃圾仓的吸污口，还包括用于控制驱动轮模块和水泵模块的控制单元，以及为水泵模块提供启停信号的垃圾探测传感器，使水泵模块在没有垃圾的区域能够停止运转。本实用新型实现以上结构的水下清洁机器人节能清扫方法，垃圾探测传感器持续工作，包括以下步骤：步骤一：探测到垃圾时，执行步骤二；步骤二：水泵模块工作，实施清理，直至探测不到垃圾时，执行步骤三；步骤三：再经过第一预设时间，若垃圾探测传感器依然探测不到垃圾则执行步骤四，反之则执行步骤二；步骤四：水泵模块停止工作，并执行步骤一。本实用新型结构布局合理、成本低廉、能减少电能消耗、显著提高电池续航能力。

Description

水下清洁机器人节能清扫结构

技术领域

本实用新型涉及水下清洁设备领域，特别是具有吸污清扫功能的水下清洁机器人，具体地说是水下清洁机器人节能清扫结构。

背景技术

水下清洁机器人又叫水下吸尘器、水下吸污机或泳池清洁机器人，主要用于泳池的清洁，能在不排放池水的情况下对池子进行清洗作业，避免了因清洗作业停用泳池，减轻了清洗泳池的繁重劳动又节约了宝贵的水资源。

水下清洁机器人的工作过程都是在水底一边行进一边持续地通过内置水泵吸取垃圾。

市面上的水下清洁机器人按电能供应方式分为有线供电和电池供电。由于有线供电受到电线长度的限制不方便对大型泳池进行清洗，因而电池供电的水下清洁机器人会越来越普及。但电池供电的水下清洁机器人有个目前难以逾越的技术障碍，就是续航能力过短，造成电池续航短的一个主要原因是水泵模块在水中运转比在陆地上运转消耗的电能要大得多。目前解决续航问题的普遍方案是不断堆加电池或增大电池容量，但电池的增加势必会造成水下清洁机器人重量和体积的增加，也造成了制造成本的增加。

针对水下清洁机器人搭载的电池续航短的的问题，市面上也有一种水下清洁机器人的续航方案：在水面漂浮设置一个浮板，浮板上设置大量电池，通过一根电缆连接水下清洁机器人并给水下清洁机器人供电。但这种方案中，浮板占据了水面的一定面积，对游泳者造成干扰；电缆对水下清洁机器人也造成了一定的牵拉束缚，增加了水下清洁机器人行进的阻力，唯一的优点是能减轻水下机器人的质量，但缺点是依然无法避免电池中电量的快速消耗。

水池中的垃圾大多非均匀分布，大部分的水底是干净的，垃圾呈多点分布，水下清洁机器人在水中作业的过程中再水泵的持续运转消耗的电能有很大一部分是浪费。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，而提供结构布局合理、成本低廉、能减少电能消耗、显著提高电池续航能力的水下清洁机器人节能清扫结构。

本实用新型解决上述技术问题所实现的技术方案为：水下清洁机器人节能清扫结构，包括供垃圾进入垃圾仓的吸污口，还包括用于控制驱动轮模块和水泵模块的控制单元，以及为水泵模块提供启停信号的垃圾探测传感器。

优选的，吸污口两侧至后方围设有集污刷单元，垃圾探测传感器设于水下清洁机器人底盘，且设于集污刷单元的行进方向上。

其中的一个实施例中，垃圾探测传感器为接触式传感器，通过触碰垃圾来判断垃圾的存在。

其中的一个实施例中，垃圾探测传感器为光学传感器，包括光信号发射器和光信号接收器，通过光信号接收器接收到的光学变化来判断垃圾的存在。

其中的一个实施例中，光信号发射器为红外发射管，光信号接收器为红外接收管，通过垃圾对红外线的阻断来判断垃圾的存在。

优选的，红外发射管和红外接收管成组相向设置于集污刷单元的左右两端。

优选的，红外发射管和红外接收管成组相向设置于吸污口的边缘。

其中的一个实施例中，垃圾探测传感器为激光测距传感器，激光测距传感器设于吸污口的前进方向，并且激光测距传感器的激光方向射向水底，通过激光反射距离的变化来判断垃圾的存在。

一种实现水下清洁机器人节能清扫结构的清扫方法，垃圾探测传感器持续工作，包括以下步骤：

步骤一：探测到垃圾时，同步执行步骤二；

步骤二：水泵模块工作，实施对垃圾的清理，直至垃圾探测传感器探测不到垃圾时，执行步骤三；

步骤三：再经过第一预设时间，若垃圾探测传感器依然探测不到垃圾则执行步骤四，若探测到垃圾，则依然执行步骤二；

步骤四：水泵模块停止工作，并执行步骤一。

优选的，第一预设时间的范围为0-9秒。

优选的，当水泵模块运行的电流小于第一预设值时，经过第三预设时间后水泵模块和驱动轮模块停止工作。

优选的，水下清洁机器人沉入池底后，经过第四预设时间启动水泵模块，再经过第五预设时间水泵模块停止运行，驱动轮模块工作并执行步骤一。

优选的，水下清洁机器人沿着第一方向行进，直至碰到障碍物后做出第一转向动作，以与第一方向相反的第二方向转向行进; 水下清洁机器人沿着第二方向行进，直至碰到障碍物后做出第二转向动作，以第一方向转向行进。

优选的，第一转向动作为先后退，再行进，再后退，再以与第一方向的夹角大于0度的第三方向转向行进，经过第二预设时间后转入第二方向；第二转向动作为先后退，再行进，再后退，再以与第二方向的夹角大于0度的第四方向转向行进，经过第二预设时间后转入第一方向继续行进。

优选的，第二预设时间为0-7秒；第三方向和第四方向的夹角为0-90度。

与现有技术相比，本实用新型的水下清洁机器人节能清扫结构，包括供垃圾进入垃圾仓的吸污口，还包括用于控制驱动轮模块和水泵模块的控制单元，以及为水泵模块提供启停信号的垃圾探测传感器，对垃圾的检测来控制水泵模块的启动，使水泵模块在没有垃圾的区域能够停止运转。本实用新型实现以上结构的水下清洁机器人节能清扫方法，包括以下步骤：

步骤一：探测到垃圾时，同步执行步骤二；

步骤二：水泵模块工作，实施对垃圾的清理，直至垃圾探测传感器探测不到垃圾时，执行步骤三；

步骤三：再经过第一预设时间，若垃圾探测传感器依然探测不到垃圾则执行步骤四，若探测到垃圾，则依然执行步骤二；

步骤四：水泵模块停止工作，并执行步骤一。

本实用新型的优点是结构布局合理、成本低廉、能减少电能消耗、显著提高电池续航能力。

附图说明

图1是本实用新型实施例四的结构示意图；

图2是本实用新型的水下清洁机器人节能清扫结构框图；

图3是本实用新型实施例五的结构示意图；

图4是本实用新型垃圾探测传感器和水泵模块工作流程图；

图5是是本实用新型的水下清洁机器人在水底行走的流程图；

图6是本实用新型的水下清洁机器人转向流程图；

图7是本实用新型的实施例二的结构示意图；

图8是本实用新型的实施例三的结构示意图；

图9是本实用新型垃圾探测传感器与水底的位置关系。

其中的附图标记为：1集污刷单元、2垃圾探测传感器、21红外发射管、22红外接收管、23激光测距传感器、3吸污口、4控制单元、5驱动轮模块、6水泵模块、7底盘。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。

如图1、2和图3所示，本实用新型的水下清洁机器人节能清扫结构，包括供垃圾进入垃圾仓的吸污口3，还包括用于控制驱动轮模块5和水泵模块6的控制单元4，以及为水泵模块6提供启停信号的垃圾探测传感器2。控制单元4拥有运动传感器，能控制驱动轮模块5两侧的轮子作出独立转动，并能通过加速度感应原理识别水下清洁机器人是否沉入水底，以及是否碰到墙壁等障碍物。运动传感器为公知技术，有九轴传感器和六轴传感器供选择。垃圾探测传感器2电信号连接于控制单元4，驱动轮模块5、水泵模块6和控制单元4为水下清洁机器人的基本模块，为公知技术。

优选的，如图1和图3所示，吸污口3两侧至后方围设有集污刷单元1，垃圾探测传感器2设置的位置没有硬性要求，能设置在水下清洁机器人的前端，也能设置在水下清洁机器人的下方，但优选的，垃圾探测传感器2和吸污口3分别设于水下清洁机器人的底盘7，且垃圾探测传感器2设于集污刷单元1的行进方向上，垃圾探测传感器2与水底设有间距，大体积的垃圾会直接触发垃圾探测传感器2做出响应，而细小的垃圾会先从垃圾探测传感器2的下方穿过并不断累积在集污刷单元1上，直至垃圾向垃圾探测传感器2方向堆积并触发垃圾探测传感器2做出响应。集污刷单元1有V型和U型，若吸污口3有两个，则有两个集污刷单元1组成W型集污刷。如图9所示，集污刷单元1能在水下清洁机器人行进的过程中收集垃圾，小颗粒的垃圾会从集污刷单元1开始逐渐往垃圾探测传感器2的的方向堆积，当垃圾堆积到垃圾探测传感器2的探测范围时才会启动水泵模块6。没有集污刷单元1设备也能工作，但有了集污刷单元1能达到集中清洁垃圾的目的，减少水泵模块6的空运行时间，从而节省电能。

其中的一个实施例中，垃圾探测传感器2为接触式传感器，包括温度传感器和压力传感器，通过触碰垃圾来判断垃圾的存在。

其中的一个实施例中，垃圾探测传感器2为光学传感器，包括光信号发射器和光信号接收器，通过监测光信号接收器接收到的光学变化来判断垃圾的存在。

光信号发射器用于发射光学信号；光信号接收器用于接收由光信号发射器发出的光学信号，并传送给控制单元4；控制单元4对光信号接收器接收到的光学信号进行监测处理，并向水泵模块6和驱动轮模块5发送启停指令；当光信号接收器接收到光学信号的变化达到第一预设条件时，控制单元4向水泵模块6发送工作指令，当光信号接收器收到光学信号的变化达到第二预设条件时，控制单元4向水泵模块6发送停止工作的指令。第一预设条件和第二预设条件为光信号的两种变化。

其中的一个实施例中，如图1所示，光信号发射器为红外发射管21，光信号接收器为红外接收管22，通过垃圾对红外线的阻断来判断垃圾的存在。第一预设条件为红外线的中断；第二预设条件为红外线的接收。红外发射管21和红外接收管22相向设置。

如图1和图7所示，红外发射管21和红外接收管22成组相向设置于集污刷单元1的左右两端。优选的方案中，如图1和图8所示，红外发射管21和红外接收管22成组相向设置于吸污口3的边缘。红外发射管21和红外接收管22既能成组相向设置于吸污口3的边缘，也能成组相向设置于集污刷单元1的左右两端。

其中的一个实施例中，如图3所示，垃圾探测传感器2为激光测距传感器23，激光测距传感器23设于吸污口3的前进方向，并且激光测距传感器23的激光方向射向水底，通过激光反射距离的变化来判断垃圾的存在。激光测距传感器23也具有光信号发射器和光信号接收器。第一预设条件为激光测距传感器23检测到反射距离小于第二预设值，第二预设条件为激光测距传感器23检测到反射距离大于第二预设值，第二预设值根据垃圾堆设的容量和厚度灵活设置。

一种实现水下清洁机器人节能清扫结构的清扫方法，垃圾探测传感器2持续工作，包括以下步骤：

步骤一：探测到垃圾时，同步执行步骤二；

步骤二：水泵模块6工作，实施对垃圾的清理，直至垃圾探测传感器2探测不到垃圾时，执行步骤三；

步骤三：再经过第一预设时间，若垃圾探测传感器2依然探测不到垃圾则执行步骤四，若探测到垃圾，则依然执行步骤二；

步骤四：水泵模块6停止工作，并执行步骤一。

垃圾探测传感器2能在水下清洁机器人行进、后退和原地驻停三种状态下持续工作，通过检测到垃圾再启动水泵模块6能减少水泵模块6持续运行造成的电能浪费，显著提高了电池的续航能力。

第一预设时间的范围根据需要灵活设定。当第一预设时间为0秒时，垃圾探测传感器2一旦探测不到垃圾时，水泵模块6会立即停止工作；当第一预设时间大于0秒时，垃圾探测传感器2探测不到垃圾后，水泵模块6会延时停止工作。优选的，第一预设时间的范围为0-9秒。

如图4所示，为本实用新型垃圾探测传感器2和水泵模块6的工作流程图。

垃圾探测传感器2持续检测有无垃圾，并进行如下步骤：

S201：检测到有垃圾；

S203：水泵模块6工作，实施清洁；

S202：直至检测到无垃圾；

S205：经过第一预设时间依然未检测到垃圾则水泵模块6停止工作。若在第一预设时间内检测到有垃圾则继续S203的步骤；

若水泵模块6当前处于停止工作的状态，其工作步骤为：

S201：检测到无垃圾；

S204：水泵模块6继续保持停止工作的状态。

优选的，当水泵模块6运行的电流小于第一预设值时，经过第三预设时间后水泵模块6和驱动轮模块5停止工作。当水泵模块6运行的电流小于第一预设值时，意味着水下清洁机器人脱离了水面，经过第三预设时间后水泵模块6和驱动轮模块5停止工作。第一预设值是根据选用的水泵实际功率来设定的。第三预设时间根据水泵选配的实际负载电流来确定，第三预设时间的设定是为了使水泵模块6和驱动轮模块5能排干积水。

优选的，水下清洁机器人沉入池底后，通过运动传感器感知到已在水底，经过第四预设时间启动水泵模块6试运转，再经过第五预设时间水泵模块6停止运行，驱动轮模块5工作并执行步骤一，水下清洁机器人进入节能清扫模式。第四预设时间和第五预设时间分别大于0秒。

优选的，如图5所示，水下清洁机器人在水池两池壁来回清扫的方案，步骤如下：

S101：水下清洁机器人沿着第一方向行进；

S102：直至碰到障碍物后；

S103：做出第一转向动作；

S104：以与第一方向相反的第二方向转向行进;

S102：直至碰到障碍物后；

S106：做出第二转向动作；

S101：以第一方向转向行进。

水下清洁机器人能沿着第一方向和第二方向交替行走，从而完整地清洁水池底部，避免了人工调整设备的过程中造成的水泵模块6的无效运转。障碍物包括水池墙壁和水中的凸起物。

优选的，如图6所示，第一转向动作为先后退，再行进，再后退，再以与第一方向的夹角大于0度的第三方向转向行进，经过第二预设时间后转入第二方向；第二转向动作为先后退，再行进，再后退，再以与第二方向的夹角大于0度的第四方向转向行进，经过第二预设时间后转入第一方向继续行进。

第一转向动作的步骤如下：

S101：水下清洁机器人沿着第一方向行进；

S102：直至碰到障碍物后；

S303：后退；

S304：行进；

S305：后退；

S306：以第三方向转向；

S307：继续行进，经过第二预设时间；

S104：转入第二方向。

第二转向动作的步骤如下：

S104：水下清洁机器人沿着第二方向行进；

S102：直至碰到障碍物后；

S303：后退；

S304：行进；

S305：后退；

S309：以第四方向转向；

S310：继续行进，经过第二预设时间；

S101：转入第一方向。

优选的，第二预设时间为0-7秒；第三方向和第四方向的夹角为0-90度。当第二预设时间为0秒时，设备原地掉头；当第二预设时间大于0秒时，设备会向一侧行进一段距离后再掉头。当设备在矩形的泳池内工作时，第三方向和第四方向的夹角为0度，即第三方向和第四方向平行，当设备在拥有弯曲泳池壁的泳池内工作时，第三方向和第四方向交错。

本实用新型还具有如下典型实施例：

实施例一：水下清洁机器人的底盘7上集污刷单元1的前进方向设置有接触式传感器，垃圾会从集污刷单元1的V型弯折处开始累积，直至垃圾堆叠触碰到接触式传感器，水泵模块6开始工作；垃圾从接触式传感器上撤去后再经过5秒的第一预设时间后水泵模块6才停止工作。

实施例二：如图7所示，集污刷单元1的左右两端分别相向设置有红外发射管21和红外接收管22，红外发射管21和红外接收管22之间的红外线与水底形成有间距，大体积的垃圾非常容易截断红外线，这时水泵模块6工作；如果清扫的一直是细小的颗粒状垃圾，则垃圾会从集污刷单元1的V型弯折处开始累积，直至垃圾堆叠截断红外发射管21和红外接收管22之间的红外线，才会启动水泵模块6工作。

实施例三：如图8所示，吸污口3的边缘相向设置有红外发射管21和红外接收管22，红外发射管21和红外接收管22之间的红外线与水底形成有间距，垃圾进入吸污口3截断红外线时，水泵模块6工作作。

实施例四：如图1所示，红外发射管21和红外接收管22至少为两组，分别成组相向设置于吸污口3的边缘以及集污刷单元1的左右两端。当垃圾挡在任一一组红外发射管21和红外接收管22之间，则执行步骤二开始亲扫工作；当所有红外发射管21和红外接收管22之间均没有垃圾挡住时，则水泵模块6进入停止工作的步骤。这样的设置能防止垃圾残留于吸污口3。

实施例五：如图3所示，吸污口3的前进方向上的底盘7位置装有激光测距传感器23，并且激光测距传感器23的激光方向射向水底，激光测距传感器23与水底的距离为H1长度，第二预设值为H2长度，H2小于H1。当激光测距传感器23检测到反射距离小于H2时水泵模块6工作；当激光测距传感器23检测到反射距离大于H2时水泵模块6停止工作。

实施例六：在实施例一至实施例五任一实施例的基础上，增加了水泵模块6的离水保护方案，对于稳定电压在21V的水泵，空气中的运行电流为0.4-0.7A ，而在水中的运行电流为4.5-5.5A，当水泵模块6运行的电流小于第一预设值2A时，经过3秒的第三预设时间后水泵模块6和驱动轮模块5停止工作。当水泵模块6运行的电流小于第一预设值时，意味着水下清洁机器人脱离了水面，经过3秒的第三预设时间后水泵模块6和驱动轮模块5停止工作。

实施例七：在实施例一至实施例五任一实施例的基础上，增加了水下清洁机器人沉入水底后水泵模块6试运转的模式，水下清洁机器人沉入池底后，再经过3秒的第四预设时间启动水泵模块6，再经过3秒的第五预设时间水泵模块6停止运行，驱动轮模块5工作并执行步骤一。

本实用新型的水下清洁机器人节能清扫结构适用于滚刷式水下清洁机器人和底部具有集污刷单元1的水下清洁机器人。滚刷式的水下清洁机器人和底部设有集污刷单元1的水下清洁机器人的区别在于：滚刷式的水下清洁机器人遇到垃圾就启动水泵模块6，而底部设有集污刷单元1的水下清洁机器人，则会在设备行进的过程中先用集污刷单元1聚集垃圾，等到垃圾的量积累到垃圾探测传感器2的探测范围时再启动水泵模块6。

本实用新型的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本实用新型的范围。

Claims (7)

1.水下清洁机器人节能清扫结构，包括供垃圾进入垃圾仓的吸污口(3)，用于控制驱动轮模块(5)和水泵模块(6)的控制单元(4)，其特征是：还包括为水泵模块(6)提供启停信号的垃圾探测传感器(2)；所述的吸污口(3)两侧至后方围设有集污刷单元(1)，所述的垃圾探测传感器(2)设于水下清洁机器人底盘(7)，且设于所述的集污刷单元(1)的行进方向上。

2.根据权利要求1所述的水下清洁机器人节能清扫结构，其特征是：所述的垃圾探测传感器(2)为接触式传感器，通过触碰垃圾来判断垃圾的存在。

3.根据权利要求1所述的水下清洁机器人节能清扫结构，其特征是：所述的垃圾探测传感器(2)为光学传感器，包括光信号发射器和光信号接收器，通过光信号接收器接收到的光学变化来判断垃圾的存在。

4.根据权利要求3所述的水下清洁机器人节能清扫结构，其特征是：所述的光信号发射器为红外发射管(21)，所述的光信号接收器为红外接收管(22)，通过垃圾对红外线的阻断来判断垃圾的存在。

5.根据权利要求4所述的水下清洁机器人节能清扫结构，其特征是：所述的红外发射管(21)和所述的红外接收管(22)成组相向设置于集污刷单元(1)的左右两端。

6.根据权利要求5所述的水下清洁机器人节能清扫结构，其特征是：所述的红外发射管21和红外接收管22成组相向设置于吸污口3的边缘。

7.根据权利要求3所述的水下清洁机器人节能清扫结构，其特征是：所述的垃圾探测传感器(2)为激光测距传感器(23)，所述的激光测距传感器(23)设于所述的吸污口(3)的前进方向，并且所述的激光测距传感器(23)的激光方向射向水底，通过激光反射距离的变化来判断垃圾的存在。