CN208922115U - 一种智能移动空气净化器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能移动空气净化器，包括巡航底座、空气净化及检测装置、障碍物感测装置、嵌入式控制器和系统电源；所述巡航底座包括底盘、两线直流电机、电机支架、麦克纳姆轮电机驱动器、麦克纳姆轮和霍尔编码器；所述空气净化及检测装置包括支撑柱、支撑隔板、筒体、进气口、过滤芯、风扇组件、洁净空气出口管道、激光粉尘传感器、气体检测传感器、NDIR红外二氧化碳传感器和空气质量传感器；所述嵌入式控制器分别与障碍物感测装置、麦克纳姆轮电机驱动器、霍尔编码器、风扇组件、激光粉尘传感器、气体检测传感器、NDIR红外二氧化碳传感器和空气质量传感器连接。

Description

一种智能移动空气净化器

技术领域

本实用新型涉及空气净化设备领域，具体是一种智能移动空气净化器。

背景技术

空气净化器是用来净化室内空气的常见家用电器，具备空气净化、自动检测烟雾、滤去尘埃、消除异味及有害气体和灭菌等多种功能。由于室内空气中污染物的释放有持久性和不确定性的特点，因此迫切需要能够在室内自主移动而进行空气净化的智能移动空气净化器。

目前市面上的移动空气净化器一般采用激光测距传感器、红外测距传感器和超声波测距传感器等。但是，采用超声波测距传感器进行避障自移动主要存在以下缺点：1)为了测量准确需采用多组超声波传感器，而传感器同时工作会互相产生干扰，传感器A发射的光波反射回来被传感器B接收，致使测量结果出现错误，对实时避障造成影响；2)由于超声波传感器在刚发射信号的时候，返回信号的阈值会被设定得很高以防止发射波直接触发接收器，当检测的距离很短时，阈值没有下降，接收器会认为这个返回信号是刚发出的信号从而拒绝接收，形成物理探测盲区；3)多组超声波传感器的安装会影响机器的进风或者出风流道，从而影响空气净化器的净化效率以及机械外观设计的完整性和工业设计的美观性。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种智能移动空气净化器。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种智能移动空气净化器，其特征在于该净化器包括巡航底座、空气净化及检测装置、障碍物感测装置、嵌入式控制器和系统电源；

所述巡航底座包括底盘、两线直流电机、电机支架、麦克纳姆轮电机驱动器、麦克纳姆轮和霍尔编码器；四个两线直流电机通过各自的电机支架对称地固定在底盘上；两个麦克纳姆轮电机驱动器固定在底盘上；左右对称的两个两线直流电机与一个麦克纳姆轮电机驱动器的输出端连接；每个两线直流电机的输出轴端均连接有一个麦克纳姆轮，每个两线直流电机的输出轴均安装有霍尔编码器；

所述空气净化及检测装置包括支撑柱、支撑隔板、筒体、进气口、过滤芯、风扇组件、洁净空气出口管道、激光粉尘传感器、气体检测传感器、NDIR红外二氧化碳传感器和空气质量传感器；四根支撑柱对称分布于底盘的四角；支撑隔板安装于支撑柱上侧；筒体安装在底盘上，位于支撑柱的外侧；所述筒体上开设有进气口；过滤芯安装在支撑隔板上；所述风扇组件通过连接件与筒体连接且位于过滤芯上部；洁净空气出口管道安装在风扇组件上，与过滤芯的排气通道连通；所述激光粉尘传感器、气体检测传感器、NDIR红外二氧化碳传感器和空气质量传感器均安装在筒体上；

所述障碍物感测装置安装于筒体顶部；所述嵌入式控制器分别与障碍物感测装置、麦克纳姆轮电机驱动器、霍尔编码器、风扇组件、激光粉尘传感器、气体检测传感器、NDIR红外二氧化碳传感器和空气质量传感器连接。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

1)通过应用障碍物感测装置实现360度全方位的激光测距扫描，产生所在空间的平面点云地图信息，并传送给嵌入式控制器，实现路径规划，使净化器沿预定轨迹行走。

2)障碍物感测装置所占体积小，不会影响净化器的进风或者出风流道，从而提升了净化器的净化效率以及机械外观设计的完整性和工业设计的美观性，大大提升了用户体验。

3)通过应用麦克纳姆轮实现全向移动，极大地增强了净化器自主移动的灵活性，进一步强化了净化器的实时避障功能。

附图说明

图1为本实用新型智能移动空气净化器一种实施例的外部整体示意图；

图2为本实用新型智能移动空气净化器沿图1中的A-A方向的剖视示意图；

图3为本实用新型智能移动空气净化器一种实施例的净化器运行路径示意图；(图中，1-巡航底座、2-空气净化及检测装置、3-障碍物感测装置、4-嵌入式控制器、5-系统电源、101-底盘、102-两线直流电机、103-电机支架、104-麦克纳姆轮电机驱动器、105-麦克纳姆轮、106-霍尔编码器、201-支撑柱、202-支撑隔板、203-筒体、204-进气口、205-过滤芯、2051-外周壁面、2052-内周壁面、2053-芯本体、2054-排气通道、206-风扇组件、207-洁净空气出口管道、208-激光粉尘传感器、209-气体检测传感器、210-NDIR红外二氧化碳传感器、211-空气质量传感器；)

具体实施方式

下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型提供了一种智能移动空气净化器(简称净化器，参见图1-2)，其特征在于该净化器包括巡航底座1、空气净化及检测装置2、障碍物感测装置3、嵌入式控制器4和系统电源5；

所述巡航底座1包括底盘101、两线直流电机102、电机支架103、麦克纳姆轮电机驱动器104、麦克纳姆轮105和霍尔编码器106；四个两线直流电机102通过各自的电机支架103对称地固定在底盘101上；两个麦克纳姆轮电机驱动器104固定在底盘101上；左右对称的两个两线直流电机102与一个麦克纳姆轮电机驱动器104的输出端通过导线连接，一个麦克纳姆轮电机驱动器104放置在左右对称的两个两线直流电机102之间且处于三者不互相接触的位置；每个两线直流电机102的输出轴端均通过联轴器连接有一个麦克纳姆轮105，每个两线直流电机102的输出轴内侧均通过卡槽安装有霍尔编码器106，用于对两线直流电机102进行测速；所述麦克纳姆轮电机驱动器104和霍尔编码器106分别与嵌入式控制器4连接；通过麦克纳姆轮电机驱动器104驱动两线直流电机102正转反转，控制麦克纳姆轮105转动；在嵌入式控制器4中编程设定数字量为控制两线直流电机102速度的给定值，通过嵌入式控制器4输出PWM波来控制麦克纳姆轮电机驱动器104，进而再调节两线直流电机102的转速，利用霍尔编码器106对两线直流电机102进行测速，并将其转化为数字量作为两线直流电机102的反馈值，将此反馈值传送给嵌入式控制器4，通过周期进入中断，经过给定值与反馈值的比对并结合PID运算，计算应该输出的PWM波，使麦克纳姆轮105的转速稳定可控；

所述麦克纳姆轮电机驱动器104采用TB6612两相四线电机驱动器，使用门电路与MOS管组合方式实现对两线直流电机102的正反转、制动和调速的控制；

所述空气净化及检测装置2包括支撑柱201、支撑隔板202、筒体203、进气口204、过滤芯205、风扇组件206、洁净空气出口管道207、激光粉尘传感器208、气体检测传感器209、NDIR红外二氧化碳传感器210和空气质量传感器211；四根支撑柱201对称分布于底盘101的四角；支撑隔板202安装于支撑柱201上侧；筒体203安装在底盘101上，位于支撑柱201的外侧；所述筒体203上开设有进气口204；过滤芯205通过定位卡槽可拆卸地安装在支撑隔板202上；所述风扇组件206通过连接件与筒体203连接且位于过滤芯205上部，并与嵌入式控制器4连接；洁净空气出口管道207安装在风扇组件206上，与过滤芯205的排气通道2054连通；所述激光粉尘传感器208、气体检测传感器209、NDIR红外二氧化碳传感器210和空气质量传感器211依次线性间隔安装在筒体203上沿，均与嵌入式控制器4连接，通过以上多种高精度空气质量检测传感器实时监测室内空气各指标状况，监测数据包括PM2.5含量、酒精、烟雾、异丁烷、甲醛、二氧化碳等，基本涵盖了关于室内环境的所有指标。

所述过滤芯205由外周壁面2051、内周壁面2052、位于外周壁面2051与内周壁面2052之间的芯本体2053和位于内周壁面2052内侧的排气通道2054组成；进气口204、外周壁面2051、芯本体2053、内周壁面2052、排气通道2054和洁净空气出口管道207依次连通；所述芯本体2053包括由外到内的海帕过滤层、活性炭层、海帕净化层、冷触媒净化层和负离子净化层。

所述激光粉尘传感器208的型号是HW210；气体检测传感器209的型号是HW180；NDIR红外二氧化碳传感器210的型号是COZIR-LP；空气质量传感器211的型号是TGS2600；

所述障碍物感测装置3安装于筒体203顶部，与嵌入式控制器4连接，可以实现在二维平面的6米半径范围内进行360°全方位的激光测距扫描，产生所在空间的平面点云地图信息，并将平面点云地图信息传送给嵌入式控制器4。所述障碍物感测装置3采用RPLIDAR激光雷达扫描测距仪，型号为3i LIDAR B0602；

所述嵌入式控制器4安装于筒体203顶部且位于其内部，分别与障碍物感测装置3、麦克纳姆轮电机驱动器104、霍尔编码器106、风扇组件206、激光粉尘传感器208、气体检测传感器209、NDIR红外二氧化碳传感器210和空气质量传感器211连接。本实施例中的嵌入式控制器4采用单片机。

所述系统电源5固定于底盘101上，位于支撑隔板202内侧；系统电源5包括12V13Ah锂电池、12V 12A稳压器、12V转5V电源模块、分线器和过流保护模块，各个模块相互配合，为整个净化器提供稳定的供电；12V 13Ah锂电池通过12V 12A稳压器分别与两线直流电机102、麦克纳姆轮电机驱动器104和风扇组件206连接；12V 13Ah锂电池通过12V 12A稳压器和12V转5V电源模块分别与嵌入式控制器4和霍尔编码器106连接；

本实用新型智能移动空气净化器的工作原理和工作流程是：

开启系统电源5开关后，激光粉尘传感器208、气体检测传感器209、NDIR红外二氧化碳传感器210、空气质量传感器211实时采集空气质量信息，并将采集的各空气质量信息传送至嵌入式控制器4，经嵌入式控制器4判别处理，若检测值偏高，则嵌入式控制器4控制风扇组件206旋转，空气净化功能启动，周围的污染空气及一些污染物随着气流从进气口204进入净化器，在通过过滤芯205的多重过滤层时，空气中的污染物被吸收清除，得到清洁净化的空气，再在风扇组件206的作用下，经过排气通道2054由洁净空气出口管道207回到室内。整个过程不断循环重复，从而提高周围空气质量。

当工作一段时间后，激光粉尘传感器208、气体检测传感器209、NDIR红外二氧化碳传感器210、空气质量传感器211实时采集的空气质量检测值恢复至洁净空气水平，嵌入式控制器4控制风扇组件206停止旋转，空气净化功能关闭。

接下来，障碍物感测装置3进行360°全方位的激光测距扫描获得周围环境的轮廓图，进行地图构建，产生所在空间的平面点云地图信息，并将平面点云地图信息传送给嵌入式控制器4，嵌入式控制器4根据地图信息分析出安全的无碰撞的运行路径并选择最优路径，实现对净化器的路径规划(路径的分析和选择为现有技术)。例如如图3中所示的实施例，嵌入式控制器4分析出路径1、路径2、路径3、路径4、路径5五条运行路径，并选择最优解路径2。净化器根据最优路径开始运动，根据反馈的位置信息，嵌入式控制器4不断通过串口向麦克纳姆轮电机驱动器104发送控制指令，驱动两线直流电机102的运转，调整麦克纳姆轮105的转向和转速，使净化器沿预定轨迹行走。在此过程中，当激光粉尘传感器208、气体检测传感器209、NDIR红外二氧化碳传感器210、空气质量传感器211实时采集的空气质量检测值再次偏高时，再次启动空气净化功能。持续循环上述过程，直至室内各处检测值均达标。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (9)

1.一种智能移动空气净化器，其特征在于该净化器包括巡航底座、空气净化及检测装置、障碍物感测装置、嵌入式控制器和系统电源；

所述巡航底座包括底盘、两线直流电机、电机支架、麦克纳姆轮电机驱动器、麦克纳姆轮和霍尔编码器；四个两线直流电机通过各自的电机支架对称地固定在底盘上；两个麦克纳姆轮电机驱动器固定在底盘上；左右对称的两个两线直流电机与一个麦克纳姆轮电机驱动器的输出端连接；每个两线直流电机的输出轴端均连接有一个麦克纳姆轮，每个两线直流电机的输出轴均安装有霍尔编码器；

所述空气净化及检测装置包括支撑柱、支撑隔板、筒体、进气口、过滤芯、风扇组件、洁净空气出口管道、激光粉尘传感器、气体检测传感器、NDIR红外二氧化碳传感器和空气质量传感器；四根支撑柱对称分布于底盘的四角；支撑隔板安装于支撑柱上侧；筒体安装在底盘上，位于支撑柱的外侧；所述筒体上开设有进气口；过滤芯安装在支撑隔板上；所述风扇组件通过连接件与筒体连接且位于过滤芯上部；洁净空气出口管道安装在风扇组件上，与过滤芯的排气通道连通；所述激光粉尘传感器、气体检测传感器、NDIR红外二氧化碳传感器和空气质量传感器均安装在筒体上；

所述障碍物感测装置安装于筒体顶部；所述嵌入式控制器分别与障碍物感测装置、麦克纳姆轮电机驱动器、霍尔编码器、风扇组件、激光粉尘传感器、气体检测传感器、NDIR红外二氧化碳传感器和空气质量传感器连接。

2.根据权利要求1所述的智能移动空气净化器，其特征在于一个麦克纳姆轮电机驱动器放置在左右对称的两个两线直流电机之间。

3.根据权利要求1所述的智能移动空气净化器，其特征在于所述麦克纳姆轮电机驱动器采用TB6612两相四线电机驱动器。

4.根据权利要求1所述的智能移动空气净化器，其特征在于所述过滤芯由外周壁面、内周壁面、位于外周壁面与内周壁面之间的芯本体和位于内周壁面内侧的排气通道组成；进气口、外周壁面、芯本体、内周壁面、排气通道和洁净空气出口管道依次连通。

5.根据权利要求4所述的智能移动空气净化器，其特征在于所述芯本体包括由外到内的海帕过滤层、活性炭层、海帕净化层、冷触媒净化层和负离子净化层。

6.根据权利要求1所述的智能移动空气净化器，其特征在于所述激光粉尘传感器的型号是HW210；气体检测传感器的型号是HW180；NDIR红外二氧化碳传感器的型号是COZIR-LP；空气质量传感器的型号是TGS2600。

7.根据权利要求1所述的智能移动空气净化器，其特征在于所述障碍物感测装置采用RPLIDAR激光雷达扫描测距仪，型号为3i LIDAR B0602。

8.根据权利要求1所述的智能移动空气净化器，其特征在于所述嵌入式控制器安装于筒体顶部且位于其内部。

9.根据权利要求1所述的智能移动空气净化器，其特征在于所述系统电源固定于底盘上，位于支撑隔板内侧；系统电源包括12V 13Ah锂电池、12V 12A稳压器、12V转5V电源模块、分线器和过流保护模块；12V 13Ah锂电池通过12V 12A稳压器分别与两线直流电机、麦克纳姆轮电机驱动器和风扇组件连接；12V 13Ah锂电池通过12V 12A稳压器和12V转5V电源模块分别与嵌入式控制器和霍尔编码器连接。