智能地面清洁机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种智能地面清洁机器人，包括车体、超声雷达、激光雷达、电路系统和驾驶座；所述车体的前轮连接直行电机和转向电机；所述激光雷达设于车体前端，安装高度离地200～300mm；超声传感器为设于车体前端和尾端的多个，安装高度离地400～500mm，超声传感器的超声波信号包线距离地面的最小距离小于等于100mm；所述驾驶座包括油门刹车踏板、座椅和方向盘；所述油门刹车踏板和方向盘电连接至电路系统。本实用新型的有益效果是：本实用新型在大面积需要清洁的环境中进行地面清洁任务时，可以有效解放人力资源、降低清洁工人的劳动强度；在空旷环境下使用时，可以一人操作多台机器人进行地面清洁任务，大大提升地面清洁的效率。
【专利说明】
智能地面清洁机器人
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种机器人，尤其涉及一种智能地面清洁机器人。
【背景技术】
[0002]1.DE102011004319A1公开一种清洁机器人，其具有行走、清扫(扫地)机构以及用于避障的测距机构。由于采用红外+超声波单点测距的方式，该设备只能粗略的测量本体与障碍物之间的距离，并依此实现躲避障碍物;该机器人不能构建出所在环境的地图并计算出机器人自身在当前环境中的绝对位置。
[0003]2.US6,667，592B2公开一种清洁机器人，其具备激光传感器可以测定距离环境中障碍物的一维距离。
[0004]3.US8，150，650B2公开一种清洁机器人，它具有光学传感器，通过光学传感器实时记录下清洁机器人周围环境的图像，再和储存的图像加以比对，以计算出机器人在当前环境中坐标的位置。
[0005]4.在审专利103976694A描述了一种带有视觉图像传感器的两轮驱动清洁机器人。【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于克服现有技术不足，提供一种结构合理，自动清洁效果好且可人工驾驶的智能地面清洁机器人。
[0007]为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案:
[0008]这种智能地面清洁机器人，包括车体、超声传感器、激光雷达、电路系统和驾驶座舱;所述车体的前轮连接直行电机和转向电机;所述激光雷达设于车体前端，安装高度离地200?300mm;超声传感器为设于车体前端和尾端的多个，安装高度离地400?500mm，超声传感器的超声波信号包线距离地面的最小距离小于等于100mm;所述驾驶座包括油门刹车踏板、座椅和方向盘;所述油门刹车踏板和方向盘电连接至电路系统。
[0009]作为优选:所述电路系统包括主控制器，主控制器分别连接触摸屏、传感器信号处理器、惯性导航传感器、激光雷达和通讯信号转换器;所述传感器信号处理器分别连接超声传感器、角度传感器、手动/自动切换器、喷水机构和扫地机构；角度传感器连接方向盘;通讯信号转换器分别连接转向电机驱动器和直行电机驱动器，所述转向电机驱动器连接转向电机，所述直行电机驱动器连接直行电机。
[0010]作为优选:所述前轮还连接前轮角度传感器和测速传感器。
[0011]作为优选:所述超声传感器为车体前端和尾端各四个。
[0012]作为优选:所述车体前端底部设有凸出的柔性防撞条;所述车体前端上部设有第一警示灯，所述车体后端上部设有第二警示灯。
[0013]作为优选:所述车体的后轮为两个从动轮。
[0014]作为优选:所述车体底部设有洗地刷盘，位于车体的前轮和后轮之间。
[0015]作为优选:所述车体尾部设有吸水刮条。
[0016]作为优选:所述座椅下方和后方分别设有第一水箱和第二水箱。
[0017]作为优选:所述驾驶座舱两侧设有驾驶室门，上方罩有可掀开的驾驶室座舱盖。
[0018]本实用新型的有益效果是:
[0019]1.本实用新型具有与【背景技术】四项专利完全不同的三轮行走机构。其中前轮采用了行走、转向一体的舵轮机构，后轮仅作为从动轮;这与以上四项专利的行走和转向方式完全不同
[0020]2.DE102011004319A1中公开的清洁机器人只具有扫地功能，本实用新型中增加了清水箱、喷水装置、脏水收机构和脏水箱，使得本实用新型专利同时具有扫地和洗地功能。
[0021]3.本实用新型还具备类似汽车的方向盘、座椅及油门踏板，以供人工驾驶。
[0022]4.本实用新型的机器人采用了激光雷达测量二维平面内的地图信息，通过二维地图中特征点信息的实时比对来确定机器人在当前环境当中的绝对位置，以此来进行机器人在环境中的导航。
[0023]5.本实用新型采用了不同于其他设备的全面避障装置。通过超声传感器+激光雷达+光电检测的避障方式，可以测量到机器人360度范围内、距离I米之内的、-1Ocm?+50cm高度上的所有颜色(包括透明、黑色)、各种材质(特制吸波材料除外)的障碍物;并且可以有效测量出机器人前方± 1cm以上高度的台阶。
[0024]本实用新型可以在广场、机场、车站、工厂、大型展馆等大面积室内室外环境中使用，只需要人工驾驶机器人在所处场所内完整清洁一次，并保存地图文件，以后即可开启全自动清洁模式，机器人可以在没有人工干预的情况下自动完成场地内的地面清洁任务。
[0025]本实用新型在大面积需要清洁的环境中进行地面清洁任务时，可以有效解放人力资源、降低清洁工人的劳动强度;在空旷环境下使用时，可以一人操作多台机器人进行地面清洁任务，大大提升地面清洁的效率。
【附图说明】
[0026]图1是本实用新型外部结构示意图；
[0027]图2是本实用新型内部结构示意图；
[0028]图3是本实用新型电路系统不意图；
[0029]图4是舵轮机构模型图；
[0030]图5是激光雷达和超声传感器工作状态示意图一；
[0031]图6是激光雷达和超声传感器工作状态示意图二；
[0032]附图标记说明:驾驶座舱1、第二警示灯2、触摸屏3、车体4、吸水挂条5、后轮
6、洗地刷盘7、前轮8、柔性防撞条9、激光雷达10、第一警示灯11、驾驶室座舱盖12、第二水箱13、第一水箱14、超声传感器15、油门刹车踏板16、驾驶室门17、转向齿轮盘18、楼梯监测传感器19、座椅20、转向电机21、直行电机22、前轮角度传感器23、测速传感器24。
【具体实施方式】
[0033]下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
[0034]参见图1至图6，这种智能地面清洁机器人，包括车体4、超声传感器15、激光雷达1、电路系统和驾驶座舱I;所述车体4的前轮8连接直行电机22和转向电机21;所述激光雷达10设于车体4前端，安装高度离地200?300mm;超声传感器15为设于车体4前端和尾端的多个，安装高度离地400?500mm，超声传感器15的超声波信号包线距离地面的最小距离小于等于100mm;所述驾驶座舱I包括油门刹车踏板16、座椅20和方向盘;所述油门刹车踏板16和方向盘电连接至电路系统。
[0035]所述电路系统包括主控制器，主控制器分别连接传感器信号处理器、惯性导航传感器、激光雷达和通讯信号转换器;所述传感器信号处理器分别连接超声传感器、角度传感器、手动/自动切换器、喷水机构和扫地机构；角度传感器连接方向盘;通讯信号转换器分别连接转向电机驱动器和直行电机驱动器，所述转向电机驱动器连接转向电机21，所述直行电机驱动器连接直行电机22。
[0036]所述超声传感器15为车体4前端和尾端各四个。所述车体4前端底部设有凸出的柔性防撞条9。所述车体4前端上部设有第一警示灯11，所述车体4后端上部设有第二警示灯2。所述车体4的后轮6为两个从动轮。所述车体4底部的设有洗地刷盘7，位于车体4的前轮8和后轮6之间。所述车体4尾部设有吸水刮条5。所述座椅20下方和后方分别设有第一水箱14和第二水箱13。
[0037]1.目前的人工驾驶洗地车都采用了电机驱动+机械转向的方案，本实用新型中的机器人在原有车体上增加了一个舵轮机构，详见图4，该舵轮机构包含有传感器、电机、控制器和传动机构，将洗地车的原有的机械转向改进为了电子转向。在人工驾驶模式下，司机转动方向盘产生的电信号经过控制器的处理后，转变成为了转向电机的控制信号；电机输出的转矩经由减速机和齿轮传动机构变为前轮的角度。在自动驾驶模式下，控制器直接模拟方向盘信号发送给电机，同时接收角度传感器的反馈信号，以此实现前轮转向的闭环电控制。
[0038]2.本实用新型实现过程为了在系统中增加控制器、传感器等相应器件，对洗地车原有的电路做了大量的修改，加入了电源模块、主控制器、传感器信号处理器、触摸屏以及激光雷达、超声波等多种传感器。详见图3。
[0039]3.本实用新型中的机器人采用激光雷达和相应的算法软件进行二维环境的地图构建和自动导航，用陀螺仪进行导航修正。激光雷达可以扫描机器人本体前方180°度角的二维平面内的物体信息，扫描结果与构建好的地图相比对，即可计算出机器人在环境中的位置。
[0040]4.本实用新型中的机器人具有自动驾驶功能和自动清洁功能，手自动驾驶通机器上的物理按键来进行切换；自动驾驶和自动清洁通过系统内的软件控制行走和清洗机构加以实现。自动清扫过程中，操作人员可以随时暂停和切换任务，切换过程可在机器人的触摸屏幕上通过简单的按键进行操作来实现。
[0041]5.本实用新型中的机器人具备多层次的安全传感器和相应软件、具有极高的安全性。激光传感器可以探测到前方180度角、20米内的障碍物，如果阻碍行进路线可以进行避让。多部不同安装角度、安装高度的超声传感器作为激光传感器的补充，可以检测在不同高度上以及机器人后方的物体，有效防止机器人在转弯、避障时与障碍物发生接触。同时，机器人下方还设有光电检测装置，用于探测机器人前方是否有台阶、沟壑等过高或过深的无法逾越的障碍。当机器人自动运行时遇到无法逾越且无法绕行障碍物的状况时，会发出声音、灯光报警来召唤操作员进行人工干预。
[0042]激光雷达的安装高度应距离地面200?300mm之间，这个高度可以确保激光雷达可以扫描到人体的腿部以及一般的动物、箱子;激光雷达安装过低会导致车体越障能力下降，安装高度过高会导致部分过矮的障碍物无法检测到。超声传感器的安装高度应保持在离地400?500mm之间，安装高度过低会导致超声波扫到地面，安装高度过高会导致漏掉障碍物。(见图5)
[0043]车体四周一共布置了 8个超声传感器，见图6。传感器水平角度的布置应当确保超声包线相互重合而不重叠。具体安装角度由超声传感器的信号包线决定，不同型号、不同检测距离的超声传感器对应着不同的安装角度。
[0044]6.本实用新型的机器人具有丰富的软件以及人机交互界面，机身上的触摸屏既可以用做驾驶人员的人机交互也可以用于播放广告。在连接上互联网后，机器人可以通过连接云端来更新软件、获取技术支持。
[0045]7.本实用新型保留了一般洗地车的人工驾驶功能。只需通过车体上的物理按键，即可完成自动驾驶/手动驾驶模式的切换，在手动驾驶模式下，机器人的操作方式与一般的洗地车并无区别。
【主权项】
1.一种智能地面清洁机器人，其特征在于:包括车体(4)、超声传感器(15)、激光雷达(1)、电路系统和驾驶座舱(I);所述车体(4)的前轮(8)连接直行电机(22)和转向电机(21);所述激光雷达(10)设于车体(4)前端，安装高度离地200?300mm;超声传感器(15)为设于车体前端和尾端的多个，安装高度离地400?500mm，超声传感器(15)的超声波信号包线距离地面的最小距离小于等于100mm;所述驾驶座舱(I)包括油门刹车踏板(16)、座椅(20)和方向盘;所述油门刹车踏板(16)和方向盘电连接至电路系统。2.根据权利要求1所述的智能地面清洁机器人，其特征在于:所述电路系统包括主控制器，主控制器分别连接触摸屏、传感器信号处理器、惯性导航传感器、激光雷达(10)和通讯信号转换器;所述传感器信号处理器分别连接超声传感器(15 )、角度传感器、手动/自动切换器、喷水机构和扫地机构；角度传感器连接方向盘;通讯信号转换器分别连接转向电机驱动器和直行电机驱动器，所述转向电机驱动器连接转向电机(21)，所述直行电机驱动器连接直行电机(22)。3.根据权利要求1所述的智能地面清洁机器人，其特征在于:所述前轮(8)还连接前轮角度传感器(23)和测速传感器(24)。4.根据权利要求1所述的智能地面清洁机器人，其特征在于:所述超声传感器(15)为车体前端和尾端各四个。5.根据权利要求1所述的智能地面清洁机器人，其特征在于:所述车体(4)前端底部设有凸出的柔性防撞条(9);所述车体(4)前端上部设有第一警示灯(11)，所述车体(4)后端上部设有第二警示灯(2)。6.根据权利要求1所述的智能地面清洁机器人，其特征在于:所述车体(4)的后轮(6)为两个从动轮。7.根据权利要求1所述的智能地面清洁机器人，其特征在于:所述车体(4)底部设有洗地刷盘(7)，位于车体(4)的前轮(8)和后轮(6)之间。8.根据权利要求1所述的智能地面清洁机器人，其特征在于:所述车体(4)尾部设有吸水刮条(5)。9.根据权利要求1所述的智能地面清洁机器人，其特征在于:所述座椅(20)下方和后方分别设有第一水箱(14)和第二水箱(13)。10.根据权利要求1所述的智能地面清洁机器人，其特征在于:所述驾驶座舱(I)两侧设有驾驶室门(17)，上方罩有可掀开的驾驶室座舱盖(12)。
【文档编号】A47L9/28GK205433559SQ201521103052
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月25日
【发明人】潘鑫, 苏彬, 马也, 郁李娜
【申请人】杭州它人机器人技术有限公司