CN2510249Y - 清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的清洁机器人,是一种能自主移动、自动避障、具有路径规划、无线/语音遥控、充电保护功能、可以清洁地面的智能全自动吸尘器,是在传统吸尘器上增设了移动部件和控制电路。它具有无线/语音遥控功能,寓家务劳动于娱乐之中,使人们从繁重的清洁工作中解放出来。

Description

清洁机器人

                            技术领域

本实用新型涉及吸尘器技术，更明确地说是一种具有自主移动、自动避障、具有路径规划、无线/语音遥控、充电保护功能、可以清洁地面的智能全自动吸尘器，称为清洁机器人。

                             背景技术

吸尘器是一种应用广泛的家用电器，品种规格繁多，但主要有使用带导线(交流电)的立/卧式和不带导线手持式的便携式吸尘器，使用它们必须依靠人们亲自参与烦琐的家务劳动，正是由于这样的原因，许多用户尽量不使用吸尘器，也使得更多的人选择不买吸尘器而情愿自己动手打扫卫生。许多大公司在潜心研究清洁机器人，其中瑞典Electrolux公司做出了样机，它利用静电原理吸尘，能够自动避障，只能进行无序的不规则运动，造价昂贵。

本实用新型的目的，在于提供一种可在办公室、家庭环境下自主移动、自动避障，具有路径规划、智能充电、无线/语音遥控功能的清洁机器人，本技术将人们从繁重的清洁工作中解放出来，有更多的时间和精力去创造生活、享受生活。

                             发明内容

为了达到上述目的，本实用新型的清洁机器人是一个圆形的车体，它包括吸尘器，本实用新型的发明要点在于：给吸尘器增加了移动部件和控制电路。移动部件包括：位于车体底盘中线两边的两个驱动轮和位于车体底盘尾部的一个导向轮。控制电路由单片机、与单片机相连的驱动电路以及驱动电机、与驱动电机和单片机相连的反馈电路，由单片机控制的充电保护电路，向单片机传送信号的红外传感器和无线接收及译码电路，以及与无线接收及译码电路相连的无线/语音遥控电路所构成。

其中驱动电路由功率集成模块N3和与它相连的反向器D4构成；反馈电路由光电码盘电路10和电流反馈电路9两部分组成，其中光电码盘电路由光电码盘传感器MP1/MP2及反向器D4组成；电流反馈电路由采样电阻R23、R26、用来放大采样电压的放大器N1A、N1B及外围电路组成；充电保护电路由智能充电控制芯片N4和电流放大器V1、V2及外围电路组成；无线接收及译码电路由无线接收模块N6、与无线接收模块相连的译码器D2、与译码器相连的编码器D3构成；无线/语音遥控电路由语音识别芯片D6，与语音识别芯片相连的反向器(D7)、接受反向器信号的编码器(D5)、与编码器(D5)相连的无线发射模块(N1)、与语音识别芯片相连的键盘(11)和麦克风(MIC1)及外围电路组成。

各部件的作用如下：

单片机：采用MOTOROLA公司的八位68HC08GP32芯片，内含32K片内FLASH程序存储器，16位双通道PWM发生器和8通道8位AD转换器，具有在线编程、保密和欠压复位等功能，支持C语言；单片机实现对清洁机器人的各种控制。

驱动电路用来驱动电机运动。

红外传感器用来检测障碍物。

反馈电路由光电码盘电路和电流反馈电路两部分组成。

为保证清洁机器人直线行走和准确的定角度旋转，采用光电码盘电路反馈脉冲记数方式，以每秒20次的频率检测电机转速，同时相应调整驱动电机的脉宽调制PWM波形的占空比来调速，保证了清洁机器人的直线工作轨迹和工作方向。

电流反馈电路用来检测驱动电机的电流。在红外传感器盲区遇障时，采用电流反馈的方法：功率集成模块N3的1、15脚为驱动器电流检测端，电流通过采样电阻R23/R26，其采样电压通过放大器N1A/N1B放大后输入到单片机的A/D转换器端AD0/AD1，根据电压/数字转换结果若电压小于3V为正常行走状态；若电压大于3V且持续超过0.3秒，单片机根据左右两路电压的大小进行智能模糊判断得知遇到死区障碍/堵转(起/停状态除外)，控制系统先后退再旋转，躲避障碍。

无线接收及译码电路用来接收无线/语音遥控电路的命令，控制系统左转、右转、后退、吸尘/不吸、待机/启动；

本实用新型的充电保护电路给镍镉电池供电，采用智能充电控制芯片N4，可以避免对电池过充电。

本实用新型的工作原理是：打开电源后清洁机器人自动前行，红外传感器将探测到的信号送给单片机，单片机根据信号的高低判断是否遇到了障碍物，经过规划决策之后把控制信号PWM1、PWM2送给驱动电路来驱动电机运动，完成直行、后退或转弯的动作；同时反馈电路将电机的速度、角度值反馈给单片机，从而调整系统的运动速度及旋转角度。

由于电机驱动及系统的许多动作控制都是与电池组的电压相关联的，而电池组刚充满电时与电量即将耗尽时的电压又相差较大，为了保持电机驱动速度的一致性以及系统动作的可靠性和稳定性，必须根据当前电池组电压的实际值对当前控制量进行相应的动态补偿。电池电压通过电位器RP1输入到单片机AD2进行采样，根据电池电压与输出脉宽的比例关系，电压高时，减少输出到功率集成模块L298的脉冲宽度PWM1/PWM2；电压低时，增加输出到L298的脉冲宽度；当电池电压下降到一定范围时，由单片机控制继电器关闭吸尘电机及驱动电机而转为待机状态，避免电池过放电。

无线/语音遥控功能是这样实现的：在无线/语音遥控电路中，按键盘11上1-6任一键，通过麦克风(MIC1)输入语音命令：1-前进；2-后退；3-左转；4-右转；5-吸尘(吸尘/停吸)；6-待机(待机/启动)，取样2次(2次声音尽可能相同)。训练结束后，语音控制器即可进行识别：说“前进/后退/左转/右转/吸尘/待机”等语言，语音识别芯片的OD0/OD1/OD2/OD3/OD4/OD5脚输出宽度约0.3秒的负脉冲，通过反相器D7后输入到编码器D5，由编码器输出编码脉冲给无线发射模块N1，无线接收模块N6把无线信号解调为编码脉冲，再由译码器D2译码、编码器D3编码后，输出对应的脉冲信号到单片机，做相应的控制。

本实用新型通过编程设计，路径规划，实现清洁机器人自动清洁室内地面。

为高效地完成清洁工作以及有效地摆脱障碍物的羁绊，系统必须有路径规划的功能。路径规划的智能程度取决于规划算法设计及所用传感器的类型及数量。

本机采用了两种路径规划算法，即“漫游”与“之字行走”两种路径规划方式：

1.“漫游”方式  属于短时工作方式。根据不同方位的红外传感器可以检测到障碍物所处的不同位置，并因此相应旋转而实现避障。具体可分为：前行、左转15°、左转60、左转90°、左转180°、右转15°、右转60°、右转90°、右转180°等九种动作。

2.“之字行走”方式属于缺省工作方式。一个完整的“之字行走”过程可以分解为八个动作，即：

长前行、(避障后退并)右转90°、定距短前行、(避障后退并)右转90°、长前行、(避障后退并)左转90、定距短前行、(避障后退并)左转90。

在上述动作2、4、6、8中的避障后退动作，是根据当前障碍物具体方位是否影响下一动作的顺利进行而动态地决定执行与否。

由于“漫游”方式属于短时工作方式，而“之字行走”方式属于缺省工作方式，故二者需要在工作时适当切换，切换条件如下：

1.按“之字行走”行进至房间尽头而遇到墙壁时，清洁机器人沿墙边走过两个来回后会自动切换至“漫游”方式工作。

2.当“之字行走”过程中红外传感器检测到障碍物而在避障处理过程中又被其它障碍物卡住，使驱动电机堵转时，清洁机器人会在“之字行走”方式避障处理无效时的1秒内切换至“漫游”方式工作。

切换至“漫游”方式工作后，清洁机器人便有了比“之字行走”方式更多的行进方向，从而得以尽快摆脱众多障碍物的羁绊。

在切换至“漫游”方式工作后并处理完五次红外避障旋转后，会再次自行切换至“之字行走”工作方式，从而以一个新的起点和方向进行新一轮的清洁任务。

本实用新型的清洁机器人采用合理优化的整机总体设计方案，除自主运动、避障、吸尘外，还具有无线/语音遥控功能，使其前进、后退、左转、右转、吸尘、待机，寓家务劳动于娱乐之中。外壳设计成飞碟型，新颖独特、美观大方；采用了智能路径规划，与无序运动的自动吸尘器相比大大提高了清洁效率；采用了独特的障碍物检测方法，实现了在红外传感器的检测盲区内的避障。两个驱动轮位于底盘中线的两边，导向轮位于低盘的尾部，这样的结构实现了清洁机器人的零距离转弯，保证它可以灵活地转向。本实用新型电路采用滤波、去耦、屏蔽、接地、冗余纠错等软硬件技术电磁兼容措施，使整机通过了电磁兼容有关标准的测试，通过了国家家用电器检测中心的性能测试。

附图说明

图1为本实用新型的控制电路框图。

图2为本实用新型的控制电路图。

图3为充电保护电路图。

图4为无线/语音遥控电路图。

图1所示，清洁机器人由单片机1，驱动电路2、驱动电机3、反馈电路4、充电保护电路5、红外传感器6、无线接收及译码电路7、无线/语音遥控电路8所构成。

图2所示：驱动电路2由功率集成模块N3和反向器D4构成；电流反馈电路9由采样电阻R23、R26、放大器N1A、N1B及外围电路构成；无线接收及译码电路7由无线接收模块N6、译码器D2、编码器D3构成。

图3所示，充电保护电路由智能充电控制芯片N4、电流放大器及外围电路构成。

图4所示，无线/语音遥控电路8由语音识别芯片D6、编码器D5、反向器D7、无线发射模块N1、麦克风(MIC1)、键盘11及外围电路组成。

                        具体实施方式

本实用新型的具体实施方式见以下实施例。

实施例1、一种清洁机器人，它包含了吸尘器的所有部件，而且给吸尘器增加了移动部件和控制电路。移动部件包括：位于车体底盘中线两边的两个驱动轮和位于车体底盘的尾部的一个导向轮。控制电路由单片机，驱动电路、驱动电机、反馈电路，充电保护电路，红外传感器、无线接收及译码电路，无线/语音遥控电路所构成，如图1所示。其控制电路图如图2所示，其中充电保护电路图如图3所示，无线/语音遥控电路图如图4所示。其中单片机采用68HC08GP32芯片，智能充电控制芯片采用MAX713，功率集成模块采用L298，放大器采用LM358，无线发射模块采用T930芯片，无线接收模块采用T932芯片，编码器D5采用PT2262芯片、语音识别芯片D6采用VP-1芯片，光电码盘传感器采用ST150。本实施例中采用5个红外传感器。

本发明不仅局限于这个实施例，凡是采用本设计的设计思路，做一些简单变化的设计都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种清洁机器人，它包括吸尘器，其特征在于，对吸尘器增设了移动部件和控制电路，移动部件包括：位于车体底盘中线两边的两个驱动轮和位于车体底盘的尾部的一个导向轮；控制电路由单片机(1)，与单片机相连的驱动电路(2)和驱动电机(3)、与驱动电机和单片机相连的反馈电路(4)，由单片机控制的充电保护电路(5)，向单片机传送信号的红外传感器(6)和无线接收及译码电路(7)，以及与无线接收及译码电路相连的无线/语音遥控电路(8)所构成。

2.根据权利要求1的清洁机器人，其特征在于，所述的驱动电路由功率集成模块(N3)和与它相连的反向器(D4)构成。

3.根据权利要求1的清洁机器人，其特征在于，反馈电路由光电码盘电路(10)和电流反馈电路(9)两部分构成。

4.根据权利要求3的清洁机器人，其特征在于，电流反馈电路(9)由采样电阻(R23、R26)、用来放大采样电压的放大器(N1A、N1B)及外围电路构成。

5.根据权利要求3的清洁机器人，其特征在于，光电码盘电路(10)由光电码盘传感器(MP1/MP2)及反向器(D4)组成。

6.根据权利要求1的清洁机器人，其特征在于，充电保护电路(5)由智能充电控制芯片(N4)、电流放大器(V1，V2)及外围电路构成。

7.根据权利要求1的清洁机器人，其特征在于，无线接收及译码电路由无线接收模块(N6)、与无线接收模块相连的译码器(D2)、与译码器相连的编码器(D3)构成。

8.根据权利要求1的清洁机器人，其特征在于，无线/语音遥控电路(8)由语音识别芯片(D6)、与语音识别芯片相连的反向器(D7)、接受反向器信号的编码器(D5)、与编码器(D5)相连的无线发射模块(N1)、与语音识别芯片相连的键盘(11)和麦克风(MIC1)及外围电路组成。

9.根据权利要求8的清洁机器人，其特征在于，无线发射模块(N1)采用T930芯片，编码器(D5)采用PT2262芯片，语音识别芯片(D6)采用VP-1，反向器(D7)采用4069k。

10.根据权利要求1～8中任一个权利要求的清洁机器人，其特征在于，单片机采用68HC08GP32芯片。

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