CN2455189Y - 智能型自动地面清洁器 - Google Patents

Abstract

一种智能型自动地面清洁器,可以在不用人操纵的情况下,按既定的程序自动横向、纵向运动和转弯。自动设定工作范围,自动躲避障碍物。在内设紧贴地面的毛刷和吸尘装置的工作下,将室内地面按顺序不重不漏地进行清洁。

Description

智能型自动地面清洁器

本实用新型，特指一种由可编程的微处理器控制的，通过在地面全方位行走，通过转动着的毛刷及吸尘装置在室内地面工作而达到清洁地面目的的一种地面清洁器。

一般情况下，对于室内地面的清洁，都是由人操纵一些工具来完成的。由于这一需要是经常性的，所以对室内地面进行清洁已成了一种较为繁琐的家务劳动。

本实用新型的目的在于提供一种类似小型机器人的地面清洁器，在不用人操纵的情况下，能够按既定的程序自动横向、纵向运动，原地转弯，自动设定工作范围、躲避障碍物，在内设紧贴地面的毛刷和吸尘装置的工作下，完成清洁地面的任务，从而取代人们用扫帚、拖把、吸尘器等清洁地面的工作。

本实用新型的较佳的实施方案是这样的：

工作部分：

清洁器的工作部分由一个呈双S型(

)的毛刷和一套真空吸尘装置组成。在清洁器的运动装置按程序行走过程中，毛刷在马达的带动下不断转动，吸尘器通过真空泵产生的负压将毛刷搅起的尘土和杂物进行收集，并传送到集尘桶内。

本实用新型的工作部分被安装在一个圆柱型的框架上。圆柱型框架与行走部分的六面体框架安装在一起，使得工作部分在行走部分的带动下进行工作。在工作部分框架和行走部分框架相连接的部分装有可以使工作部分框架上下滑动的榫形装置，在榫形装置的下面有受微处理器控制的调节装置，微处理器可以根据马达的负荷分档调节毛刷与地面的磨擦系数，从而适应不同地面如地砖、地板或地毯等的清扫。

行走部分：

行走部分安装在一个六面体的框架上，在框架的每一条底边，各装有两个驱动轮，它们由马达驱动，经过传动轴、传动轮和皮带等传动装置带动行走。

本实施方案考虑行走部分的稳定性，采用全驱动型，即八个支持行走的轮子全部受驱动系统的驱动。在实际设计时也可考虑驱动轮加辅助轮的设计，以简化驱动系统。

在八个驱动轮中，四个纵向驱动轮和四个横向驱动轮分别由两套完全独立的马达和传动装置驱动。它们分别驱动相应的驱动轮做纵向的正反转运动和横向的正反转运动。两组驱动轮的行走轨迹象坐标系的X轴和Y轴，是相互垂直的。因此可以把它们称做X向驱动轮和Y向驱动轮。

为使X向驱动轮和Y向驱动轮在运动中不互相影响，在承载X向驱动轮和承载Y向驱动轮的两条框架的交接处，安装了可以上下滑动的榫型结构，使X向驱动轮和Y向驱动轮的框架进行榫型咬合后，在弹簧和由控制系统控制下的电磁弹动装置的作用下，当X向驱动轮运动时Y向驱动轮离开地面。反之，当Y向驱动轮运动时，X向驱动轮也会离开地面。在控制部分的微处理器的控制下，一组驱动轮开始转动，另一组驱动轮离开地面，这一动作应该是同步的。

信号传递部分：

在两组驱动轮中各选择一个X向驱动轮和Y向驱动轮，在它们相应的地方各安装一个计数传感器，以X和Y向驱动轮各转动一周为一个计数单位，或按比例分成若干个计数单位，将计数信号传递到控制部分的微处理器。同时要求八个驱动轮的直径是相等的。

驱动轮的周长应等于或略小于清洁部分的直径，使清洁过程不出现遗漏。在同一条边的两个驱动轮的间距也应该是相等的，它们也应该等于或略小于清洁部分的直径，这样也是为使清扫过程不出现遗漏。

在本实用新型的外壳的前、后、左、右四个面的中心点上分别安装了“+”字型接触式传感器。当本实用新型的行走过程中遇到障碍，传感器就会把信号传给控制部分的微处理器。

本实用新型的蓄电池是可充电式的，它有电量识别的功能，当电量达到需要充电补充的临界点时，通过传感器向控制部分的微处理器发出信号。

蓄电池的充电器应该固定安装在清洁现场的一面墙壁的下方，它的充电部分的凸型装置，应该能够与安装在机体外壳上的凹型状的电源接收装置相吻合。

控制部分：

本实用新型的控制工作是由可编程的微处理器来完成的。它分为功能控制和智能控制两个方面。功能控制是将功能键的功能信号，如开、关机，预设清扫时间等信号转变为对清洁部分的马达、真空泵及清扫部分的毛刷与地面的磨擦系数等的控制信号。智能控制是经过编制控制程序，通过微处理器对清洁器的行走进行智能型控制，以达到在没有人操纵的情况下，在预定的时间开始工作，在任意形状的室内地面上进行有序的，不重不漏的清扫工作，并在需要给电池充电和清洁完毕时自动回到起始点等控制过程。

对行走部分的控制程序是实现智能控制的重要方面，它的较佳的

实施方案是这样的：

通过对驱动清洁器进行行走的X、Y两个马达，分别发布正转、停、反转、停这八个相关控制信号，来达到本实用新型的智能化运动。

在本实用新型中，X向驱动轮和Y向驱动轮向横、纵两个方向的转动，通过计数传感器的记录，是可以在坐标系中描绘和反映的。如果清洁器的行走起始点也就是清洁器在充电器的位置，在坐标系中的值为(0,0)，那麽X向或Y向驱动轮每正转一周，其相应的坐标值也就增加一个计数单位，每反转一周即减少一个计数单位。驱动轮的正转趋于无穷大，驱动轮的反转趋于无穷小。因此，对行走程序的设计实际上是基于引入平面直角坐标系的概念来达到的。

众所周知，一般的室内平面，由于家具摆放和多居室结构的原因，使得清洁器的工作范围是不规则的。因此行走程序的设计应为两个模式。一个为探测记录模式，一个为常规工作模式。前者为后者提供工作范围的数据，后者以此为基础建立常规的行走模式。

探测记录模式形象一点可以叫做“摸墙边”模式，就是清洁器在第一次进入工作现场时先摸着墙或家具，沿着整个工作范围的边缘先行走一遍，以探测和记录整个工作范围的外缘。具体方法是：

(见框图)

从框图可以看到，当Y轮第一次“摸墙”时，通过正转和反转，使传感器找到(触)到墙，退回原位后X轮前进一个计数单位，这个过程循环延续下去直到出现两种情况。

第一种情况：到某一坐标点Y轮触不到墙的时候，说明碰到了墙壁或墙壁与家具组成的“”型直角，此时进行X向和Y向轮互相变换功能，继续“摸”墙行走。

第二种情况：到某一坐标点X轮前进途中传感器触到障碍，这说明遇到了墙壁或墙壁与家具构成的“”型直角，这时X向轮和Y向轮变换功能，继续进入新一轮的行走和“摸墙”。这两种情况包含了工作范围边缘的变化规律，使这种X或Y轮遇到“角”即互换行走和“触墙”功能的方法即可以使探测记录模式在行走过程中总能记录到工作范围的外缘即墙壁或靠墙的家具在坐标系中的坐标值。由于工作范围是在封闭性的室内，这种探测过程的终点即是清洁器回到它行走的起始点。这样，在探测模式中，清洁器的行走轨迹实际也就描画了整个工作区域的平面图。

这种探测记录模式适合于周围环境相对复杂的以中小面积为对象的中小型清洁器。对针对大面积的大中型清洁器，不排除利用遥控装置在用户的辅助下探测界定周围环境。

有了探测记录模式对工作区间的记录和描述，就可以在此基础上根据对工作区间的记录，用对工作区间用“行式扫描”的方法通过在工作范围内所有坐标点的逐行逐点的访问和对障碍物的避让，编制出常规行走模式的控制程序。这就可以使本清洁器在微处理器的控制下对工作区域进行智能化的自动清洁，并且在工作完毕或蓄电池发出电量不足信号时可以自动回到充电器所在坐标进行充电。

当清洁器的使用范围变化，或在常规行走时因机械偏差原因使实际行走所反映的坐标与原记录有差别，这时即可以重新用探测记录模式，探测新的工作范围，或调整原来的工作区间数据。建立新的常规行走模式。

本实用新型的优点在于：

1、提供了一种新的清洁工具，由于它能在自动地进行智能型行走的过程中不重不漏地完成室内地面的清洁工作，从而解放了人的一部分家务劳动。

2、工作时间和工作频率(多长时间工作一次)可以预设，因此清洁工作可以在夜间或无人时进行，使清洁工作不受干扰。

3、可以在地板、地砖、地毯等不同的地面上工作。

4、除了现有功能外，本实用新型作为一种物质载体，还可以利用声、光、电等技术和各种外壳造型，开发出电子宠物和大型电动玩具等多种附加功能。

下面结合较佳的实施方案和附图对本实用新型作进一步说明：

附图1为本实用新型的工作部分的示意图。

附图2为本实用新型的行走部分的示意图。

附图3为本实用新型的内部结构的示意图。

附图4为本实用新型的外型的示意图。

参阅附图1本实用新型的工作部分是由马达1通过传动轴6，使成双“S”形的毛刷8在地面的高速转动，结合由真空吸尘器2产生的负压力，由吸盘7将毛刷8扫起的灰尘杂物吸入并传递到集尘装置3，从而完成清洁工作。本实用新型的各种动力需要都来自可充电的蓄电池4。本实用新型的各部分机件都是经过可编制控制程序的微处理器5控制。在框架的四个支撑架上各有一个可以上下滑动的榫形装置9，与行走部分的支撑架相吻合，通受微处理器控制的调节装置10来调节清扫部分与地面的磨擦系数。

参阅附图2，在本实用新型的行走部分：由微处理器5控制的两个马达11，按微处理器的指令分别可做正反转转动，通过齿轮、传动轴12，传动轮13，经过皮带的传动，把马达11的动力传递到驱动轮。在相邻的两个驱动轮14的相应部分，各安装一个计数器传感器15，将驱动轮转动的数据传递到微处理器。

参阅附图3，可以看到本实用新型的工作部分和行走部分结合在一起，构成了本实用新型的整个内部结构。

参阅附图4，是本实用新型外壳部分，使用者可通过功能键16控制本实用新型发挥其功能。在本实用新型的外壳的前、后、左、右四个与地面垂直的边上分别安装了接触式传感器17，当本实用新型在行走过程中遇到障碍时，传感器可将障碍信号传到微处理器。在本实用新型外壳的下部是可充电蓄电池的充电电源接收部分18，它与固定在清洁对象墙上的充电器相吻合。位于本实用新型顶部的是集尘器上部的旋钮19，它可将本实用新型工作过程中收集到的尘土杂物清理掉。

Claims (14)

1、一种可编程的自动地面清洁器，包括：机体；

由马达启动转动的毛刷和由集尘桶和动力装置组成的吸尘器构成的地面清洁装置。

马达，用于启动机体上的行走装置，后者用于使机体相对周围环境运动。

一种可编程的微处理器，它将接到的连接在清洁器内各机件的开关的信号按程序进行处理，按程序将各种开关信号转换为操作马达等各机件的控制信号。

小键盘，包括一系列用户操作的开关；以及和微处理器连接的开关，用于将从开关接收到的信号转换为操作马达的控制信号。

2、根据权利要求1.的装置，其特征在于：所述清洁装置用于清洁地面的毛刷是由动物的棕毛、化纤棕毛、天然或化纤的线类构成。

3、根据权利要求1．的装置，其特征在于：所述清洁装置转动着的毛刷与吸尘装置较为紧密地配合，将毛刷搅起的杂物吸起，并收集到集尘桶内。

4、根据权利要求1.的装置其特征在于：所述清洁装置与地面的磨擦系数是可以通过微处理器调节的从而适应清洁各种地面及地毯的要求。

5、根据权利要求1.的装置其特征在于：所述机体的行走装置，是在两组马达和传动装置的驱动下，分别带动两组各两个或四个驱动轮作不同方向运动的装置。

6、根据权利要求5.的装置，其特征在于：所述两组向不同方向运动的驱动轮，它们转动的方向互为直角，且它们的直径相等。

7、根据权利要求6.的装置，其特征在于：所述两组运动方向互为直角的驱动轮，可以通过受微处理器控制操作的马达的驱动，带动整个机体做前进、后退、左转、右转等不同的运动。

8、根据权利要求7.的装置，其特征在于：所述两组运动方向互为直角的驱动轮在其中两个不同运动方向的驱动轮上分别装有一个计数感应装置。用于将不同运动方向驱动轮的周长或按固定比例分割为计数单位，向微处理器传递驱动轮的运动数据。

9、根据权利要求1.的装置，其特征在于：所述机体的前后左右四个方向分别装有“+”字形的或能覆盖整个机体大部分的其他形状的接触感应装置。用于确定环境的探测和用于向微处理器传递运动装置在工作环境内行走所遇到的障碍信号。

10、根据权利要求1.的装置，其特征在于：所述在机体上的小键盘可以操纵多种控制装置，从而可以选择开机、预设工作时间、预设工作间隔时间等控制信号。

11、根据权利要求1.的装置，其特征在于：所述可编程的微处理器。可以将小键盘发出的控制信号转换成对马达和其他装置的控制信号，操纵清洁器工作。

12、根据权利要求11.的装置，其特征在于，所述可编程的微处理器，可把平面直角坐标系的概念引入程序编制，把计数感应装置分别传递的两个互为直角的驱动轮的转动数据作为反映行走装置在周围环境中的位置和行走轨迹的坐标值，从而编制出能准确界定工作范围的程序。

13、根据权利要求12.的装置，其特征在于：所述微处理器，可以根据已得出的关于工作范围的所有坐标值进行逐行扫描和排除进行编程，通过控制信号，分别操纵运动装置的两个马达使清洁器在工作范围内工作，微处理器在结合计数装置和接触感应装置的信号传递的情况下，对清洁器进行智能化控制，对工作范围进行有序的、不重不漏的清洁。

14、根据权利要求13.的装置，其特征在于：所述微处理器，可以根据可充电的蓄电池的电量识别装置发来的需要充电的信号，自动确认充电器所在的位置，并操纵清洁器的运动装置到充电器所在位置进行充电。

Images