一种具有智能家居功能的扫地机器人的制作方法

本发明一种具有智能家居功能的扫地机器人，属于智能家居领域与机器人技术领域。

背景技术：

随着经济的快速发展，人们的生活节奏越来越快，家中的事务越来越无暇顾及。近年来，随着微处理器技术和网络技术的快速发展，智能家用机器人开始出现在我们的生活中。传统的家用机器人主要以扫地机器人为主，而且只能实现单一的清扫动能，成本较高。

技术实现要素：

本发明克服了传统扫地机器人功能单一的问题，提供了一种具有控制扫地机运行、扫地路径规划、实时监测室内环境、远程实时视频监控、远程短信预警、远程控制家用电器、语音控制功能的低成本的具有智能家居功能的扫地机器人。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种具有智能家居功能的扫地机器人，包括软管、长毛刷、外壳、超声波传感器、支架、临时集尘盒、短毛刷、万向轮、中毛刷、集尘盒、吸尘器、轮胎、底盘、电池、摄像头、电路板、开关、彩色液晶屏、把手、充电插口、光电传感器、人体红外热释电传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、电机、语音模块和报警灯，

所述底盘的下侧前端设置有清扫部，所述底盘的下侧后端设置有两个轮胎，所述底盘的上侧一端设置有吸尘部，另一端设置有控制部，所述控制部与清扫部和吸尘部之间均电连接；所述外壳设置在底盘上部，将清扫部、吸尘部和控制部罩在底盘上，所述外壳上设置有把手和信号采集部；

所述清扫部的结构为：包括支架、长毛刷、中毛刷、短毛刷、电机和万向轮，所述支架的下侧四个角上均设置有万向轮，所述长毛刷、中毛刷分别设置在支架的前后端，且长毛刷、中毛刷平行设置，所述电机固定设置在支架的下侧，且所述电机的输出端与中毛刷中部连接，所述长毛刷、中毛刷的两端均之间均设置有短毛刷，所述中毛刷、短毛刷和长毛刷之间均动力连接，所述长毛刷、中毛刷和短毛刷围成一个方形框体，所述方形框体的上部设置有临时集尘盒；

所述吸尘部的结构为：包括吸尘器、集尘盒和软管，所述吸尘器的前端设置有集尘盒，所述集尘盒通过软管与临时集尘盒连通；

所述控制部的结构为：包括电池和电路板，所述电池和电路板均设置在底盘上，所述电池为清扫部、吸尘部和控制部供电，所述电路板用于控制清扫部、吸尘部动作；

所述信号采集部的结构为：包括超声波传感器、摄像头、开关、彩色液晶屏、充电插口、光电传感器、人体红外热释电传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、语音模块和报警灯，所述超声波传感器设置在外壳的前部，所述摄像头、开关和彩色液晶屏、光电传感器、人体红外热释电传感器、语音模块和报警灯均设置在外壳的顶部，所述充电插口设置在外壳的后部，所述烟雾传感器、温湿度传感器设置在外壳的侧部。

所述电路板包括mcu1模块、mcu2模块和mcu3模块，所述mcu1模块、mcu2模块和mcu3模块彼此并联连接在主电路中，所述mcu1模块上串接有电机、红外光电开关、超声波传感器和光电编码器，用于控制扫地机电机转速、吸尘器电机转速、机器人运动电机以及判断周围环境和自身工作状态；

所述mcu2模块上串接有温湿度传感器、光强传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器、一氧化碳传感器、激光粉尘传感器、无线收发模块和液晶显示屏；

所述mcu3模块上串接有语音识别模块和摄像头。

所述电路板上搭载gsm模块，用于远程接收短信控制指令。

所述摄像头为能够360°旋转的wifi摄像头，能实时查看室内情况。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、面对当前家庭对安防及智能家居系统的需求，本发明设计了该智能机器人。该机器人成本较低，与传统扫地机器人相比，不仅清扫效果更加理想，还增加了环境监测与远程控制电器的智能家居功能，而且控制方式为远程控制，紧急情况下亦采用短信进行预警。本系统集智能家居与安防监控与一体，加之具有传统扫地机器人的功能，可以完美适用于当前大多数家庭，在生活节奏越来越快的当今社会，为家庭提供了一份安全保障。

2、本发明涉及智能家居系列，具体来说是一种以扫地与监测为基本功能的智能机器人，其主要应用于家庭以及办公室等场所。具有的一些实用功能包括室内地面清扫，室内环境监测，短信远程控制，远程视频监控，远程电器控制。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1为本发明的控制系统总体结构框图。

图2为本发明中mcu1模块的结构框图。

图3为本发明中mcu2模块的结构框图。

图4为本发明中mcu3模块的结构框图。

图5为本发明中的无线插座数据传输的示意图。

图6为本发明中右后部立体结构图。

图7为本发明中去掉外壳的结构示意图。

图8为本发明中前视立体结构图。

图9为本发明中左后部立体结构图

图10为本发明的仰视结构图。

图中：1为软管、2为长毛刷、3为外壳、4为超声波传感器、5为支架、6为临时集尘盒、7为短毛刷、8为万向轮、9为中毛刷、10为集尘盒、11为吸尘器、12为轮胎、13为底盘、14为电池、15为摄像头、16为电路板、17为开关、18为彩色液晶屏、19为把手、20为充电插口、21为光电传感器、22为人体红外热释电传感器、23为烟雾传感器、24为温湿度传感器、25为电机、26为语音模块、27为报警灯。

具体实施方式

如图1～图10所示，本发明一种具有智能家居功能的扫地机器人，包括软管1、长毛刷2、外壳3、超声波传感器4、支架5、临时集尘盒6、短毛刷7、万向轮8、中毛刷9、集尘盒10、吸尘器11、轮胎12、底盘13、电池14、摄像头15、电路板16、开关17、彩色液晶屏18、把手19、充电插口20、光电传感器21、人体红外热释电传感器22、烟雾传感器23、温湿度传感器24、电机25、语音模块26和报警灯27，

所述底盘13的下侧前端设置有清扫部，所述底盘13的下侧后端设置有两个轮胎12，所述底盘13的上侧一端设置有吸尘部，另一端设置有控制部，所述控制部与清扫部和吸尘部之间均电连接；所述外壳3设置在底盘13上部，将清扫部、吸尘部和控制部罩在底盘13上，所述外壳3上设置有把手19和信号采集部；

所述清扫部的结构为：包括支架5、长毛刷2、中毛刷9、短毛刷7、电机25和万向轮8，所述支架5的下侧四个角上均设置有万向轮8，所述长毛刷2、中毛刷9分别设置在支架5的前后端，且长毛刷2、中毛刷9平行设置，所述电机25固定设置在支架5的下侧，且所述电机25的输出端与中毛刷9中部连接，所述长毛刷2、中毛刷9的两端均之间均设置有短毛刷7，所述中毛刷9、短毛刷7和长毛刷2之间均动力连接，所述长毛刷2、中毛刷9和短毛刷7围成一个方形框体，所述方形框体的上部设置有临时集尘盒6；

所述吸尘部的结构为：包括吸尘器11、集尘盒10和软管1，所述吸尘器11的前端设置有集尘盒10，所述集尘盒10通过软管1与临时集尘盒6连通；

所述控制部的结构为：包括电池14和电路板16，所述电池14和电路板16均设置在底盘13上，所述电池14为清扫部、吸尘部和控制部供电，所述电路板16用于控制清扫部、吸尘部动作；

所述信号采集部的结构为：包括超声波传感器4、摄像头15、开关17、彩色液晶屏18、充电插口20、光电传感器21、人体红外热释电传感器22、烟雾传感器23、温湿度传感器24、语音模块26和报警灯27，所述超声波传感器4设置在外壳3的前部，所述摄像头15、开关17和彩色液晶屏18、光电传感器21、人体红外热释电传感器22、语音模块26和报警灯27均设置在外壳3的顶部，所述充电插口20设置在外壳3的后部，所述烟雾传感器23、温湿度传感器24设置在外壳3的侧部。

所述电路板16包括mcu1模块、mcu2模块和mcu3模块，所述mcu1模块、mcu2模块和mcu3模块彼此并联连接在主电路中，所述mcu1模块上串接有电机、红外光电开关、超声波传感器和光电编码器，用于控制扫地机电机转速、吸尘器电机转速、机器人运动电机以及判断周围环境和自身工作状态；

所述mcu2模块上串接有温湿度传感器、光强传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器、一氧化碳传感器、激光粉尘传感器、无线收发模块和液晶显示屏；

所述mcu3模块上串接有语音识别模块和摄像头。

所述电路板16上搭载gsm模块，用于远程接收短信控制指令。

所述摄像头15为能够360°旋转的wifi摄像头，能实时查看室内情况。

本发明具有室内地面清扫，室内环境监测，短信远程控制，远程视频监控，远程电器控制共5项功能。

本发明中控制系统同时具有控制扫地机运行、扫地路径规划、实时监测室内环境、远程实时视频监控、远程短信预警、远程控制电器、语音识别、电源管理共8项功能。

本发明中清扫装置以扫为主，以吸为辅，扫地机1将垃圾收入到临时集尘盒2，通过吸尘器11将临时集尘盒2的垃圾吸入集尘盒4内。

本发明中的短信远程控制，是通过机器人搭载的gsm模块远程接收短信控制指令。

本发明中的远程视频监控，是通过机器人搭载的能够360°旋转的wifi摄像头10实时查看室内情况。

本发明具有实时监测室内环境功能的同时，还具有以下功能：利用温湿度传感器采集环境温湿度，利用光强传感器检测室内光线环境，利用烟雾传感器监测火灾，利用可燃气体传感器、一氧化碳传感器综合判断室内气体环境。利用人体红外热释电传感器检测室内人员活动。环境信息利用彩色液晶屏进行显示。

本发明中远程短信预警同时具有以下功能，室内气体环境异常、室内发生火灾时的短信告知功能，传感器数据的按需反馈。

本发明中远程控制电器是通过短信或红外遥控器以及手机app给机器人发送指令，机器人收到指令后，控制遥控插座来控制电器。

本发明中的扫地路径规划，同时利用以下几种方式避障。通过漫反射红外光电开关检测正上方障碍物及前进方向上的陡崖，通过超声波传感器检测正前方障碍物，通过电机堵转监测判断传感器盲区的障碍物。

本发明中集尘盒4通过软管1连接临时集尘盒，吸尘器3和集尘盒4为一体装置。

本发明包含以下设计：

1、清扫装置设计

通过电动机带动四个滚筒刷的高速旋转，利用由此产生的高速气流，将垃圾从吸入口吸入。在集尘盒后部放有离心式风机，配合滚刷的工作保证垃圾进入集尘盒内。

2、避障装置设计

该机器人通过红外光电开关和超声波两种传感器进行避障。针对不同障碍物与路径上可能出现的台阶等情况，各种传感器互相配合，结合对电机堵转的监测，有效的解决了传感器盲区的避障问题。

3、清扫路线设计

针对家庭内部的不同情况和垃圾的分类预先设定好了有蛇形、回字形、随机避障形三种路径规划和手动控制功能。三种路径规划主要为人不在家或垃圾比较分散时采用的自主清扫办法，手动控制是通过遥控器对机器人进行行走的控制。

4、家庭环境监测装置

采用烟雾传感器、可燃气体传感器、温度传感器、湿度传感器、全高清360度角旋转的摄像头来实时监测家庭环境，做到燃气泄漏预警、火灾预警，室内空气数据可根据用户短信指令实时反馈，记录下家庭的每一分每一秒。

5、家庭环境中的温度

该机器人具通过温度传感器能够对室内温度进行检测，并在显示屏中显示。

6、家庭环境中的湿度

该机器人具通过温度传感器能够对室内温度进行检测，并在显示屏中显示。

7、危险气体监控

该机器人采用的传感器其对液化气、丁烷、丙烷、甲烷、一氧化碳、氢气等可燃气体灵敏度较高。当该环境监测系统检测到室内的可燃气体浓度超标时，该机器人就会迅速发送紧急报警信息，并且机器人发出蜂鸣声。机器人通过发送短信和显示屏上面的信息预警。

8、火灾监控

该机器人采用烟雾传感器。如果监测到室内烟雾超标时，机器人就会迅速发送紧急报警信息，并且机器人发出蜂鸣。，机器人通过发送短信和显示屏上面的信息预警。

9、实时监控

安防功能也是只能家庭不可或缺的一部分，本机器人采取全高清360度角旋转的网络摄像头能够记录下家庭动静的每分每秒，可通过手机app或pc网页端查看家庭实时状况。

10、多重操控方式

采用三种控制方式：语音控制、短信控制、红外遥控器控制。

11、结构布局设计

本产品以车型为模型，为减少清扫死角，采用矩形结构。

主要创新点在于：

①将多种功能集中于一体。

②实现了远程监控和报警反馈系统。

③产品有三种控制模式。

④对扫地机进行了改造，实现了以扫为主、以吸为辅的清扫模式。

⑤对扫地机预存了多种清扫模式。

综上所述，本发明具有的优点是：

1、集成度高，功能强大；

2、模块化设计，便于维护；

3、结构简单，便于生产；

4、电路简单，成本低廉；

5、无线传输，快捷安装。

本发明的电路板16主要由三个mcu进行控制，每个mcu负责相应的任务模块。

mcu1负责控制扫地机电机转速、吸尘器电机转速、机器人运动电机。其中，扫地机电机转速和吸尘器电机转速由用户通过红外遥控器或者远程途径进行设置。mcu1通过红外光电开关和超声波传感器判断周围环境，控制机器人运动电机进行相应的避障。除利用传感器进行避障，当障碍物位于机器人探测盲区或者传感器未能有效探测到障碍物时，mcu1利用机器人运动电机上的光电编码器，检测电机转速，判断电机是否堵转或处于其它异常状态。若机器人运动电机处于异常状态，机器人会做出相应的调整。各电机控制电路均采用h桥结构，由mcu1发出的pwm信号进行控制。

mcu2负责采集环境信息并控制智能家居系统。mcu2与温湿度传感器、光强传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器、一氧化碳传感器、无线收发模块相连接。板载的多种传感器相互组合，可得到较为准确的室内环境信息，为智能家居系统中的加湿器、空调器等电气的自动开关提供准确的数据依据。当传感器检测到可燃气体，系统会向用户发送报警短信，并开启防爆模式，关闭机器人中的电动机，锁定智能家居系统中的家电状态，防止开关电器时的火花引发爆燃。与mcu2相连的人体红外热释电传感器可以大范围的探测空间中的人体移动，并将信息反馈给智能家居系统的安防模块。mcu2与gsm模块通信，可以接收用户的短信指令，并将相关信息反馈给用户。特别的，当室内环境异常或者发生火灾时，wifi信号不能得到保证，系统会通过gsm模块将短信直接发送到用户手机上。mcu2与无线收发模块构成智能家居控制系统，它起到传统智能家居系统中网关的作用。机器人接受到用户将后，会将指令发送到各动作模块间的动态链路之中，经过动态链路的接力传送，最后到达被控对象。

mcu3负责图像处理、wifi数据传输、语音识别三项任务。mcu3利用语音识别模块识别语音指令，解码并播放预置的语音内容来完成语音控制。mcu3利用摄像头采集视频，并将视频通过wifi传输到网络。用户可以通过web界面或者app连接到摄像头，查看家中情况并向机器人下达指令。

以上所述的三块mcu之间均通过串口互相传输控制指令，使负责电机控制与运动控制的mcu1与负责智能家居系统的mcu2可以及时与mcu3传输数据，使得远程控制变得更加高效，方便。

本发明的机械结构以车型为模型，为减少清扫死角，采用矩形结构。

清扫部分结构：吸尘器11和集尘盒10为一体装置，临时集尘盒6和扫地机为一体装置，集尘盒10通过软管1连接临时集尘盒6；光电传感器21和超声波传感器4固定在各板上。

电路部分结构布局：电池14固定在底盘13上，将充电插口20、开关17、电路板16连接，并将其固定于各内板上。报警灯27和摄像头15固定于顶部。红外模块和短信模块集成在电路板16中，语音模块26固定在顶板上。

扫地机结构：1个长毛刷2、2个短毛刷7、2个中毛刷9、1个电机25由支架5相连构成清扫装置；与临时集尘盒6和4个万向轮8固定在外壳3上。

传感器结构布局：温湿度传感器24、光电传感器21、烟雾传感器23、人体红外热释电传感器22、3个超声波传感器4固定在各板上。

外壳结构布局：彩色液晶屏18、开关17、语音模块26、报警灯27和摄像头15固定在各板上；把手19固定在后侧板上，便于倾倒集尘盒10中的垃圾：4个万向轮8与2个轮胎12支撑与控制整个机器人。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。