智能地面清潔機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種智能地面清潔機(jī)器人，包括車體、超聲雷達(dá)、激光雷達(dá)、電路系統(tǒng)和駕駛座；所述車體的前輪連接直行電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)；所述激光雷達(dá)設(shè)于車體前端，安裝高度離地200～300mm；超聲傳感器為設(shè)于車體前端和尾端的多個(gè)，安裝高度離地400～500mm，超聲傳感器的超聲波信號包線距離地面的最小距離小于等于100mm；所述駕駛座包括油門剎車踏板、座椅和方向盤；所述油門剎車踏板和方向盤電連接至電路系統(tǒng)。本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型在大面積需要清潔的環(huán)境中進(jìn)行地面清潔任務(wù)時(shí)，可以有效解放人力資源、降低清潔工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；在空曠環(huán)境下使用時(shí)，可以一人操作多臺機(jī)器人進(jìn)行地面清潔任務(wù)，大大提升地面清潔的效率。
【專利說明】
智能地面清潔機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人，尤其涉及一種智能地面清潔機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]1.DE102011004319A1公開一種清潔機(jī)器人，其具有行走、清掃(掃地)機(jī)構(gòu)以及用于避障的測距機(jī)構(gòu)。由于采用紅外+超聲波單點(diǎn)測距的方式，該設(shè)備只能粗略的測量本體與障礙物之間的距離，并依此實(shí)現(xiàn)躲避障礙物;該機(jī)器人不能構(gòu)建出所在環(huán)境的地圖并計(jì)算出機(jī)器人自身在當(dāng)前環(huán)境中的絕對位置。
[0003]2.US6,667，592B2公開一種清潔機(jī)器人，其具備激光傳感器可以測定距離環(huán)境中障礙物的一維距離。
[0004]3.US8，150，650B2公開一種清潔機(jī)器人，它具有光學(xué)傳感器，通過光學(xué)傳感器實(shí)時(shí)記錄下清潔機(jī)器人周圍環(huán)境的圖像，再和儲存的圖像加以比對，以計(jì)算出機(jī)器人在當(dāng)前環(huán)境中坐標(biāo)的位置。
[0005]4.在審專利103976694A描述了一種帶有視覺圖像傳感器的兩輪驅(qū)動(dòng)清潔機(jī)器人?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理，自動(dòng)清潔效果好且可人工駕駛的智能地面清潔機(jī)器人。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:
[0008]這種智能地面清潔機(jī)器人，包括車體、超聲傳感器、激光雷達(dá)、電路系統(tǒng)和駕駛座艙;所述車體的前輪連接直行電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī);所述激光雷達(dá)設(shè)于車體前端，安裝高度離地200?300mm;超聲傳感器為設(shè)于車體前端和尾端的多個(gè)，安裝高度離地400?500mm，超聲傳感器的超聲波信號包線距離地面的最小距離小于等于100mm;所述駕駛座包括油門剎車踏板、座椅和方向盤;所述油門剎車踏板和方向盤電連接至電路系統(tǒng)。
[0009]作為優(yōu)選:所述電路系統(tǒng)包括主控制器，主控制器分別連接觸摸屏、傳感器信號處理器、慣性導(dǎo)航傳感器、激光雷達(dá)和通訊信號轉(zhuǎn)換器;所述傳感器信號處理器分別連接超聲傳感器、角度傳感器、手動(dòng)/自動(dòng)切換器、噴水機(jī)構(gòu)和掃地機(jī)構(gòu)；角度傳感器連接方向盤;通訊信號轉(zhuǎn)換器分別連接轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和直行電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接轉(zhuǎn)向電機(jī)，所述直行電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接直行電機(jī)。
[0010]作為優(yōu)選:所述前輪還連接前輪角度傳感器和測速傳感器。
[0011]作為優(yōu)選:所述超聲傳感器為車體前端和尾端各四個(gè)。
[0012]作為優(yōu)選:所述車體前端底部設(shè)有凸出的柔性防撞條;所述車體前端上部設(shè)有第一警示燈，所述車體后端上部設(shè)有第二警示燈。
[0013]作為優(yōu)選:所述車體的后輪為兩個(gè)從動(dòng)輪。
[0014]作為優(yōu)選:所述車體底部設(shè)有洗地刷盤，位于車體的前輪和后輪之間。
[0015]作為優(yōu)選:所述車體尾部設(shè)有吸水刮條。
[0016]作為優(yōu)選:所述座椅下方和后方分別設(shè)有第一水箱和第二水箱。
[0017]作為優(yōu)選:所述駕駛座艙兩側(cè)設(shè)有駕駛室門，上方罩有可掀開的駕駛室座艙蓋。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0019]1.本實(shí)用新型具有與【背景技術(shù)】四項(xiàng)專利完全不同的三輪行走機(jī)構(gòu)。其中前輪采用了行走、轉(zhuǎn)向一體的舵輪機(jī)構(gòu)，后輪僅作為從動(dòng)輪;這與以上四項(xiàng)專利的行走和轉(zhuǎn)向方式完全不同
[0020]2.DE102011004319A1中公開的清潔機(jī)器人只具有掃地功能，本實(shí)用新型中增加了清水箱、噴水裝置、臟水收機(jī)構(gòu)和臟水箱，使得本實(shí)用新型專利同時(shí)具有掃地和洗地功能。
[0021]3.本實(shí)用新型還具備類似汽車的方向盤、座椅及油門踏板，以供人工駕駛。
[0022]4.本實(shí)用新型的機(jī)器人采用了激光雷達(dá)測量二維平面內(nèi)的地圖信息，通過二維地圖中特征點(diǎn)信息的實(shí)時(shí)比對來確定機(jī)器人在當(dāng)前環(huán)境當(dāng)中的絕對位置，以此來進(jìn)行機(jī)器人在環(huán)境中的導(dǎo)航。
[0023]5.本實(shí)用新型采用了不同于其他設(shè)備的全面避障裝置。通過超聲傳感器+激光雷達(dá)+光電檢測的避障方式，可以測量到機(jī)器人360度范圍內(nèi)、距離I米之內(nèi)的、-1Ocm?+50cm高度上的所有顏色(包括透明、黑色)、各種材質(zhì)(特制吸波材料除外)的障礙物;并且可以有效測量出機(jī)器人前方± 1cm以上高度的臺階。
[0024]本實(shí)用新型可以在廣場、機(jī)場、車站、工廠、大型展館等大面積室內(nèi)室外環(huán)境中使用，只需要人工駕駛機(jī)器人在所處場所內(nèi)完整清潔一次，并保存地圖文件，以后即可開啟全自動(dòng)清潔模式，機(jī)器人可以在沒有人工干預(yù)的情況下自動(dòng)完成場地內(nèi)的地面清潔任務(wù)。
[0025]本實(shí)用新型在大面積需要清潔的環(huán)境中進(jìn)行地面清潔任務(wù)時(shí)，可以有效解放人力資源、降低清潔工人的勞動(dòng)強(qiáng)度;在空曠環(huán)境下使用時(shí)，可以一人操作多臺機(jī)器人進(jìn)行地面清潔任務(wù)，大大提升地面清潔的效率。
【附圖說明】
[0026]圖1是本實(shí)用新型外部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本實(shí)用新型內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本實(shí)用新型電路系統(tǒng)不意圖；
[0029]圖4是舵輪機(jī)構(gòu)模型圖；
[0030]圖5是激光雷達(dá)和超聲傳感器工作狀態(tài)示意圖一；
[0031]圖6是激光雷達(dá)和超聲傳感器工作狀態(tài)示意圖二；
[0032]附圖標(biāo)記說明:駕駛座艙1、第二警示燈2、觸摸屏3、車體4、吸水掛條5、后輪
6、洗地刷盤7、前輪8、柔性防撞條9、激光雷達(dá)10、第一警示燈11、駕駛室座艙蓋12、第二水箱13、第一水箱14、超聲傳感器15、油門剎車踏板16、駕駛室門17、轉(zhuǎn)向齒輪盤18、樓梯監(jiān)測傳感器19、座椅20、轉(zhuǎn)向電機(jī)21、直行電機(jī)22、前輪角度傳感器23、測速傳感器24。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。下述實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以對本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0034]參見圖1至圖6，這種智能地面清潔機(jī)器人，包括車體4、超聲傳感器15、激光雷達(dá)1、電路系統(tǒng)和駕駛座艙I;所述車體4的前輪8連接直行電機(jī)22和轉(zhuǎn)向電機(jī)21;所述激光雷達(dá)10設(shè)于車體4前端，安裝高度離地200?300mm;超聲傳感器15為設(shè)于車體4前端和尾端的多個(gè)，安裝高度離地400?500mm，超聲傳感器15的超聲波信號包線距離地面的最小距離小于等于100mm;所述駕駛座艙I包括油門剎車踏板16、座椅20和方向盤;所述油門剎車踏板16和方向盤電連接至電路系統(tǒng)。
[0035]所述電路系統(tǒng)包括主控制器，主控制器分別連接傳感器信號處理器、慣性導(dǎo)航傳感器、激光雷達(dá)和通訊信號轉(zhuǎn)換器;所述傳感器信號處理器分別連接超聲傳感器、角度傳感器、手動(dòng)/自動(dòng)切換器、噴水機(jī)構(gòu)和掃地機(jī)構(gòu)；角度傳感器連接方向盤;通訊信號轉(zhuǎn)換器分別連接轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和直行電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接轉(zhuǎn)向電機(jī)21，所述直行電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接直行電機(jī)22。
[0036]所述超聲傳感器15為車體4前端和尾端各四個(gè)。所述車體4前端底部設(shè)有凸出的柔性防撞條9。所述車體4前端上部設(shè)有第一警示燈11，所述車體4后端上部設(shè)有第二警示燈2。所述車體4的后輪6為兩個(gè)從動(dòng)輪。所述車體4底部的設(shè)有洗地刷盤7，位于車體4的前輪8和后輪6之間。所述車體4尾部設(shè)有吸水刮條5。所述座椅20下方和后方分別設(shè)有第一水箱14和第二水箱13。
[0037]1.目前的人工駕駛洗地車都采用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)+機(jī)械轉(zhuǎn)向的方案，本實(shí)用新型中的機(jī)器人在原有車體上增加了一個(gè)舵輪機(jī)構(gòu)，詳見圖4，該舵輪機(jī)構(gòu)包含有傳感器、電機(jī)、控制器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將洗地車的原有的機(jī)械轉(zhuǎn)向改進(jìn)為了電子轉(zhuǎn)向。在人工駕駛模式下，司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤產(chǎn)生的電信號經(jīng)過控制器的處理后，轉(zhuǎn)變成為了轉(zhuǎn)向電機(jī)的控制信號；電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)由減速機(jī)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變?yōu)榍拜喌慕嵌取Ｔ谧詣?dòng)駕駛模式下，控制器直接模擬方向盤信號發(fā)送給電機(jī)，同時(shí)接收角度傳感器的反饋信號，以此實(shí)現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)向的閉環(huán)電控制。
[0038]2.本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)過程為了在系統(tǒng)中增加控制器、傳感器等相應(yīng)器件，對洗地車原有的電路做了大量的修改，加入了電源模塊、主控制器、傳感器信號處理器、觸摸屏以及激光雷達(dá)、超聲波等多種傳感器。詳見圖3。
[0039]3.本實(shí)用新型中的機(jī)器人采用激光雷達(dá)和相應(yīng)的算法軟件進(jìn)行二維環(huán)境的地圖構(gòu)建和自動(dòng)導(dǎo)航，用陀螺儀進(jìn)行導(dǎo)航修正。激光雷達(dá)可以掃描機(jī)器人本體前方180°度角的二維平面內(nèi)的物體信息，掃描結(jié)果與構(gòu)建好的地圖相比對，即可計(jì)算出機(jī)器人在環(huán)境中的位置。
[0040]4.本實(shí)用新型中的機(jī)器人具有自動(dòng)駕駛功能和自動(dòng)清潔功能，手自動(dòng)駕駛通機(jī)器上的物理按鍵來進(jìn)行切換；自動(dòng)駕駛和自動(dòng)清潔通過系統(tǒng)內(nèi)的軟件控制行走和清洗機(jī)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)清掃過程中，操作人員可以隨時(shí)暫停和切換任務(wù)，切換過程可在機(jī)器人的觸摸屏幕上通過簡單的按鍵進(jìn)行操作來實(shí)現(xiàn)。
[0041]5.本實(shí)用新型中的機(jī)器人具備多層次的安全傳感器和相應(yīng)軟件、具有極高的安全性。激光傳感器可以探測到前方180度角、20米內(nèi)的障礙物，如果阻礙行進(jìn)路線可以進(jìn)行避讓。多部不同安裝角度、安裝高度的超聲傳感器作為激光傳感器的補(bǔ)充，可以檢測在不同高度上以及機(jī)器人后方的物體，有效防止機(jī)器人在轉(zhuǎn)彎、避障時(shí)與障礙物發(fā)生接觸。同時(shí)，機(jī)器人下方還設(shè)有光電檢測裝置，用于探測機(jī)器人前方是否有臺階、溝壑等過高或過深的無法逾越的障礙。當(dāng)機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行時(shí)遇到無法逾越且無法繞行障礙物的狀況時(shí)，會發(fā)出聲音、燈光報(bào)警來召喚操作員進(jìn)行人工干預(yù)。
[0042]激光雷達(dá)的安裝高度應(yīng)距離地面200?300mm之間，這個(gè)高度可以確保激光雷達(dá)可以掃描到人體的腿部以及一般的動(dòng)物、箱子;激光雷達(dá)安裝過低會導(dǎo)致車體越障能力下降，安裝高度過高會導(dǎo)致部分過矮的障礙物無法檢測到。超聲傳感器的安裝高度應(yīng)保持在離地400?500mm之間，安裝高度過低會導(dǎo)致超聲波掃到地面，安裝高度過高會導(dǎo)致漏掉障礙物。(見圖5)
[0043]車體四周一共布置了 8個(gè)超聲傳感器，見圖6。傳感器水平角度的布置應(yīng)當(dāng)確保超聲包線相互重合而不重疊。具體安裝角度由超聲傳感器的信號包線決定，不同型號、不同檢測距離的超聲傳感器對應(yīng)著不同的安裝角度。
[0044]6.本實(shí)用新型的機(jī)器人具有豐富的軟件以及人機(jī)交互界面，機(jī)身上的觸摸屏既可以用做駕駛?cè)藛T的人機(jī)交互也可以用于播放廣告。在連接上互聯(lián)網(wǎng)后，機(jī)器人可以通過連接云端來更新軟件、獲取技術(shù)支持。
[0045]7.本實(shí)用新型保留了一般洗地車的人工駕駛功能。只需通過車體上的物理按鍵，即可完成自動(dòng)駕駛/手動(dòng)駕駛模式的切換，在手動(dòng)駕駛模式下，機(jī)器人的操作方式與一般的洗地車并無區(qū)別。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能地面清潔機(jī)器人，其特征在于:包括車體(4)、超聲傳感器(15)、激光雷達(dá)(1)、電路系統(tǒng)和駕駛座艙(I);所述車體(4)的前輪(8)連接直行電機(jī)(22)和轉(zhuǎn)向電機(jī)(21);所述激光雷達(dá)(10)設(shè)于車體(4)前端，安裝高度離地200?300mm;超聲傳感器(15)為設(shè)于車體前端和尾端的多個(gè)，安裝高度離地400?500mm，超聲傳感器(15)的超聲波信號包線距離地面的最小距離小于等于100mm;所述駕駛座艙(I)包括油門剎車踏板(16)、座椅(20)和方向盤;所述油門剎車踏板(16)和方向盤電連接至電路系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能地面清潔機(jī)器人，其特征在于:所述電路系統(tǒng)包括主控制器，主控制器分別連接觸摸屏、傳感器信號處理器、慣性導(dǎo)航傳感器、激光雷達(dá)(10)和通訊信號轉(zhuǎn)換器;所述傳感器信號處理器分別連接超聲傳感器(15 )、角度傳感器、手動(dòng)/自動(dòng)切換器、噴水機(jī)構(gòu)和掃地機(jī)構(gòu)；角度傳感器連接方向盤;通訊信號轉(zhuǎn)換器分別連接轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和直行電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接轉(zhuǎn)向電機(jī)(21)，所述直行電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接直行電機(jī)(22)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能地面清潔機(jī)器人，其特征在于:所述前輪(8)還連接前輪角度傳感器(23)和測速傳感器(24)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能地面清潔機(jī)器人，其特征在于:所述超聲傳感器(15)為車體前端和尾端各四個(gè)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能地面清潔機(jī)器人，其特征在于:所述車體(4)前端底部設(shè)有凸出的柔性防撞條(9);所述車體(4)前端上部設(shè)有第一警示燈(11)，所述車體(4)后端上部設(shè)有第二警示燈(2)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能地面清潔機(jī)器人，其特征在于:所述車體(4)的后輪(6)為兩個(gè)從動(dòng)輪。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能地面清潔機(jī)器人，其特征在于:所述車體(4)底部設(shè)有洗地刷盤(7)，位于車體(4)的前輪(8)和后輪(6)之間。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能地面清潔機(jī)器人，其特征在于:所述車體(4)尾部設(shè)有吸水刮條(5)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能地面清潔機(jī)器人，其特征在于:所述座椅(20)下方和后方分別設(shè)有第一水箱(14)和第二水箱(13)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能地面清潔機(jī)器人，其特征在于:所述駕駛座艙(I)兩側(cè)設(shè)有駕駛室門(17)，上方罩有可掀開的駕駛室座艙蓋(12)。
【文檔編號】A47L9/28GK205433559SQ201521103052
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月25日
【發(fā)明人】潘鑫, 蘇彬, 馬也, 郁李娜
【申請人】杭州它人機(jī)器人技術(shù)有限公司