專利名稱：中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗機(jī)器人，尤其涉及一種制作簡單、控制方 便、成本低廉的應(yīng)用于中央空調(diào)管道清掃的機(jī)器人。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷進(jìn)步，越來越多的高樓大廈里安裝中央空調(diào) 來調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán) 境，然而由于大多數(shù)中央空調(diào)通風(fēng)管道不能承受過重的質(zhì)量，而且通風(fēng)管道比較狹小，因此 人工不能進(jìn)入直接清掃，使得管道塵埃堆積，細(xì)菌密布，交換的空氣質(zhì)量下降并且夾雜著很 多對人體有害的病毒。
發(fā)明內(nèi)容針對上述的不足，本發(fā)明提供了一種適用于清掃方形、圓形的中央空調(diào)通風(fēng)管道 清洗的機(jī)器人，可以廣泛用于高樓大廈中央空調(diào)通風(fēng)管道的清洗。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種中央空調(diào)通風(fēng)管道清掃機(jī)器人，由車體 和清掃臂、清掃臂起落機(jī)構(gòu)組成，清掃臂由小連桿和大連桿兩段通過螺栓連接組成，清掃臂 起落機(jī)構(gòu)由升降電機(jī)、支撐臂、絲杠副、導(dǎo)軌、軸承、軸承支座構(gòu)成。所述清掃臂的下端與固定在車體底盤后部的支架連接，其上端安裝有清掃刷電動(dòng) 機(jī)，清掃刷電動(dòng)機(jī)可以驅(qū)動(dòng)安裝在電機(jī)軸上的清掃刷。所述車體的底盤下方增設(shè)底箱，在底箱兩側(cè)壁上分別裝有兩個(gè)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車 輪，車體后部增設(shè)攝像頭，攝像頭經(jīng)USB 口與PC機(jī)連接，在車體前部增設(shè)超聲波探頭。所述清掃臂起落機(jī)構(gòu)的支撐臂一端與清掃臂連接，另一端與絲杠副螺母連接，軸 承安裝在軸承支座中，導(dǎo)軌和絲杠副中絲杠由軸承及支座支撐，絲杠的一端通過聯(lián)軸器與 升降電機(jī)連接，升降電機(jī)和軸承及支撐座固定在車體的底盤上。本發(fā)明的有益效果器人可駛?cè)牍艿纼?nèi)部，用清掃刷驅(qū)動(dòng)電機(jī)對管道臂進(jìn)行清掃， 變換機(jī)器人的位置可對管道內(nèi)不同內(nèi)壁進(jìn)行清掃，改變清掃刷的旋轉(zhuǎn)方向，可以適應(yīng)不同 內(nèi)壁的清掃，利用升降電機(jī)、絲桿副和支撐臂組成的清掃臂起落機(jī)構(gòu)調(diào)整清掃臂的前傾角 度，從而改變清掃高度，以適應(yīng)不同截面的管道，更換小連桿來改變清掃臂的長度，從而改 變清掃刷高度，以適應(yīng)不同截面的管道，利用超聲波探頭來探測車體前方是否有障礙物，來 判斷是否需要轉(zhuǎn)彎避障，利用攝像頭可將管道內(nèi)部的清掃臂工作狀況在PC機(jī)上進(jìn)行顯示 或存儲(chǔ)，便于外部觀看和調(diào)閱，本發(fā)明可采用PC機(jī)進(jìn)行控制，清掃刷驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，清掃臂升 降驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，車輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電源端分別同對應(yīng)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電源輸出端 連接，各電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的控制極分別同單片機(jī)相應(yīng)控制信號輸出端對應(yīng)連接，車輪測速 的霍爾測速元件連接單片機(jī)相應(yīng)控制信號輸入端對應(yīng)連接，清掃臂升降限位開關(guān)連接單片 機(jī)相應(yīng)控制信號輸入端對應(yīng)連接，PC機(jī)串行口經(jīng)串行通訊接口電路與單片機(jī)串口連接，所 述攝像頭與PC機(jī)的USB 口連接，而且本發(fā)明具有重量輕，體積小，操作靈活，制作成本低，有 著較好的應(yīng)用和市場開發(fā)價(jià)值。
圖1是本發(fā)明的主視圖。圖2是本發(fā)明的左視圖。圖3是本發(fā)明的俯視圖。圖4是一種采用PC機(jī)進(jìn)行控制的控制原理框圖。圖5是單片機(jī)及外圍電路。在所述附圖中1、車輪 2、底箱 3、底盤 4、軸承支座 5、絲桿 6、軸承 7、螺母 8、支撐臂9、小連桿 10、螺栓 11、大連桿 12、支架13、聯(lián)軸器 14、升降電動(dòng)機(jī) 15、攝像 頭16、超聲波探測頭17、車輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)18、連接軸19、導(dǎo)軌20、清掃刷驅(qū)動(dòng)電機(jī) 21、單片機(jī) 22、23、24電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 25、串行通訊接口電路 26、限位開關(guān) 27、霍爾 測速元件28、PC機(jī)29、攝像頭。
具體實(shí)施方式
參看圖1-3，車體為一個(gè)四輪小車，車體前部裝有超聲波探頭16，后部裝有攝像頭 15，超聲波探頭16檢測機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中前方是否有障礙物，攝像頭監(jiān)視機(jī)器人在管道內(nèi) 的工作狀況，車體的每個(gè)車輪具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)17，車體前進(jìn)或后退時(shí)，控制電路使四個(gè)車 輪同向旋轉(zhuǎn)，車體轉(zhuǎn)彎時(shí)，左右車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，機(jī)器人模型的清掃臂的上端安裝雙軸輸 出電機(jī)20，電機(jī)輸出軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)清掃刷運(yùn)動(dòng)，清掃臂由小連桿9和大連桿11由螺栓10連 接，清掃臂大連桿11下端與支架12通過連接軸18連接，大連桿11與較長的小連桿連接適 用于內(nèi)徑大的管道，大連桿11與較短的小連桿連接適用于內(nèi)徑小的管道。清掃臂的大連桿 11與支撐臂8 —端連接，支撐臂8的另一端與絲杠副中螺母7連接，絲杠副中的絲杠5兩 端支撐在軸承6里，軸承座4固定在新走小車底盤3上。升降電機(jī)14通過聯(lián)軸器13帶動(dòng) 絲杠副中的絲杠5的旋轉(zhuǎn)，絲杠5的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲杠副中的螺母7沿絲杠5和導(dǎo)軌19前后移 動(dòng)，從而通過支撐臂8驅(qū)動(dòng)清掃臂繞連接軸18旋轉(zhuǎn)，改變清掃高度，清掃臂與地面的夾角可 在0度到90度之間調(diào)節(jié)，車體的底箱2與底盤3連接，可以防止灰塵侵入電機(jī)及周圍元件。圖4是PC控制與驅(qū)動(dòng)的實(shí)際電路框圖。圖4所示控制電路框圖的工作過程是，啟動(dòng)PC機(jī)(上位機(jī))，進(jìn)入專用控制軟件， 在顯示屏幕上可顯示控制功能窗口菜單；執(zhí)行控制命令時(shí)，控制指令經(jīng)串行通訊接口電路 送至單片機(jī)(下位機(jī))，而單片機(jī)根據(jù)不同指令發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使其分別 或同步完成相應(yīng)的功能。同時(shí)車輪轉(zhuǎn)速的霍爾測速元件將車輪的轉(zhuǎn)速快慢信號送入單片 機(jī)，單片機(jī)根據(jù)測速信號給車輪的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號來改變車輪轉(zhuǎn)速，從而調(diào) 整車體的行走的狀態(tài)。清掃臂升降限位開關(guān)將清掃臂升降到極限位置信號送給單片機(jī)，單 片機(jī)根據(jù)極限位置信號給清掃臂升降驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送控制信號停止清掃臂的 升降運(yùn)動(dòng)。攝像頭將管道內(nèi)的工作情況送到PC機(jī)上顯示，攝像頭上自帶LED用來照亮管道 內(nèi)部。該方案采用PC機(jī)控制，具有智能化、自動(dòng)化和軟件化的操作平臺(tái)，裝置體積小，使 用靈活方便，行走、清掃定位準(zhǔn)確，監(jiān)視方便，可直接生成存儲(chǔ)監(jiān)控圖片。[0020]圖5是圖4所示框圖是一種實(shí)際電路圖，其工作過程如下1.由單片機(jī)U1、晶振XTAL、電容C2、C3組成單片機(jī)(下位機(jī))中心電路，單片機(jī) 選擇STC89C52，當(dāng)單片機(jī)上電后，由晶振XTAL、電容C2、C3產(chǎn)生時(shí)鐘信號送至單片機(jī)Ul，單 片機(jī)Ul處于待機(jī)狀態(tài)。2.小車行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由直流減速電動(dòng)機(jī)MG1、MG2、MG3、MG4和直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片U2、U3及周圍元件 組成機(jī)器人行走電路，直流減速電動(dòng)機(jī)選擇ZYM-25A280，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇L298， 當(dāng)計(jì)算機(jī)要求小車前進(jìn)時(shí)，單片機(jī)Ul按照驅(qū)動(dòng)芯片L298工作邏輯要求向直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 芯片U2、U3發(fā)送信號使電機(jī)MG1、MG2、MG3、MG4電機(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn)，當(dāng)計(jì)算機(jī)要求機(jī)器人后退 時(shí)，單片機(jī)Ul按照驅(qū)動(dòng)芯片L298工作邏輯要求向直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片U2、U3發(fā)送信號使 電機(jī)MG1、MG2、MG3、MG4電機(jī)同時(shí)反轉(zhuǎn)，當(dāng)計(jì)算機(jī)要求機(jī)器人向左轉(zhuǎn)時(shí)，單片機(jī)Ul按照驅(qū)動(dòng) 芯片L298工作邏輯要求向直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片U2發(fā)送信號，使車輪1、2的驅(qū)動(dòng)電機(jī)MG1、MG2 反轉(zhuǎn)，單片機(jī)Ul按照驅(qū)動(dòng)芯片L298工 作邏輯要求向直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片U3發(fā)送信號，使車 輪3、4的驅(qū)動(dòng)電機(jī)MG3、MG4正轉(zhuǎn)，當(dāng)計(jì)算機(jī)要求機(jī)器人向右轉(zhuǎn)時(shí)，單片機(jī)Ul按照驅(qū)動(dòng)芯片 L298工作邏輯要求向直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片U2發(fā)送信號，使車輪1、2的驅(qū)動(dòng)電機(jī)MGl、MG2正 轉(zhuǎn)，單片機(jī)Ul按照驅(qū)動(dòng)芯片L298工作邏輯要求向直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片U3發(fā)送信號，使車輪 3、4的驅(qū)動(dòng)電機(jī)MG3、MG4反轉(zhuǎn)。3.超聲波電路系統(tǒng)超聲波發(fā)射電路由反相器74LS04 (U4A-U4E)、超聲波發(fā)射換能器T、電阻R6、R7組 成，單片機(jī)Ul的P3. 2端口輸出的40kHz方波信號送入超聲波發(fā)射電路，超聲波接收電路是 由集成芯片U7、電容C1-C4、電阻R8-R9和超聲波接受換能器R組成的，U7選用集成電路芯 片CX20106A，超聲波接收電路將接受的超聲波信息送入單片機(jī)Ul的P3. 3端口，機(jī)器人前進(jìn) 過程中，單片機(jī)Ul的P3. 2端口輸出的40kHz方波信號送入超聲波發(fā)射電路，通過發(fā)射電路 不斷發(fā)出頻率為40KHZ的超聲波，若機(jī)器人前方無障礙物，超聲波接收探頭R未收到信號， 機(jī)器人向前走，若機(jī)器人前方有障礙物，超聲波接收探頭R接收到超聲波發(fā)射探頭T發(fā)出的 超聲波反射回來的信號，經(jīng)超聲波接收電路處理后向單片機(jī)Ul送入指令，經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行發(fā) 出指令讓電動(dòng)機(jī)M1-M4或反轉(zhuǎn)，或停止，使機(jī)器人繞過障礙物繼續(xù)行走或停止運(yùn)動(dòng)。4.機(jī)器人測速系統(tǒng)機(jī)器人測速電路由霍爾元件HRl和HR2組成，霍爾元件型號選擇0620，霍爾元件 HRl測車輪1的速度，霍爾元件HR2測車輪3的速度，當(dāng)安裝在電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2上的永 磁鐵靠近霍爾時(shí)就產(chǎn)生一個(gè)脈沖，信號通過TO 口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)Ul中，單片機(jī)通過TO計(jì)數(shù) 外部脈沖在一秒鐘內(nèi)紀(jì)錄的脈沖數(shù)，從而計(jì)算出小車兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速，單片機(jī)Ul根據(jù)車體 運(yùn)動(dòng)控制的需要向小車行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送指令信號，調(diào)整機(jī)器人行走的速度、及轉(zhuǎn)向。5.清掃臂升降驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由直流減速電動(dòng)機(jī)MG5和直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片U4及周圍元件組成清掃臂升降驅(qū) 動(dòng)電路，直流減速電動(dòng)機(jī)選擇ZYM-25A280，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇L298，當(dāng)單片機(jī)Ul按 照驅(qū)動(dòng)芯片L298工作邏輯要求向直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片U4發(fā)送信號使電機(jī)MG5電機(jī)同時(shí)正 轉(zhuǎn)，使清掃臂向上舉起；當(dāng)單片機(jī)Ul按照驅(qū)動(dòng)芯片L298工作邏輯要求向直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯 片U4發(fā)送信號使電機(jī)MG5電機(jī)同時(shí)反轉(zhuǎn)，使清掃臂向下降落。[0030]6.清掃臂升降限位檢測系統(tǒng)由限位開關(guān)S1、S2構(gòu)成清掃臂升降限位檢測電路。限位開關(guān)S1、S2分別檢測絲杠副中螺母是否移到絲杠的最左端或最右端，從而檢測到清掃臂是否升到最高或降到最低的 位置。當(dāng)清掃臂升到最高位置，限位開關(guān)Sl將檢測信號經(jīng)P3. 6送入單片機(jī)Ul中，單片機(jī) Ul向清掃臂升降驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送指令使升降電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，使清掃臂停止繼續(xù)向上舉 起。當(dāng)清掃臂降到高低位置，限位開關(guān)S2將檢測信號經(jīng)P3. 7送入單片機(jī)Ul中，單片機(jī)Ul 向清掃臂升降驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送指令使升降電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，使清掃臂停止繼續(xù)向下降落。7.液晶顯示系統(tǒng)由液晶模塊U5及周圍元件組成，液晶顯示模塊選擇IXD1601，IXD160共有16個(gè)引 腳，其中VSS接地，VDD接+5V給液晶供電，VO可直接接地，若接一滑動(dòng)變阻器后在接地，可 調(diào)節(jié)字體亮度，RS、RW、E是三根控制線，DO D7是8根數(shù)據(jù)線，單片機(jī)Ul通過著11根線 向液晶模塊U5發(fā)送數(shù)據(jù)，顯示相應(yīng)的提示信息。8.串行通訊接口電路由RS232串口通訊接口芯片U5及5個(gè)IUF的電容組成，單片機(jī)Ul經(jīng)串行通訊接 口電路U5與PC機(jī)連接，PC機(jī)將控制指令傳送給單片機(jī)U1，單片機(jī)將機(jī)器人工作過程中反 饋信息傳送給PC機(jī)，供PC根據(jù)返回的信息進(jìn)一步控制機(jī)器人的工作狀態(tài)。
權(quán)利要求一種中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗機(jī)器人，其特征是，包括車體和清掃臂，其中，清掃臂由小連桿和大連桿由螺栓連接組成，清掃臂的下端與車體的后面的支架連接，其上端設(shè)有清掃刷驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述車體的底盤下面安裝底箱，車體兩側(cè)分別具有兩個(gè)車輪，分別由四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗機(jī)器人，其特征是，還包括清掃臂升降 機(jī)構(gòu)，清掃臂升降機(jī)構(gòu)由升降電動(dòng)機(jī)、絲杠副、導(dǎo)軌和支撐臂組成，支撐臂一端與清掃臂連 接，另一端與絲杠副的螺母連接，絲杠副中的絲杠一端與升降電動(dòng)機(jī)的輸出軸連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗機(jī)器人，其特征是，所述車體前部設(shè)有 攝像頭和超聲波探頭。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗機(jī)器人，它包括車體和清掃臂，其中，清掃臂由小連桿和大連桿由螺栓連接組成，清掃臂的下端與車體的后面的支架連接，其上端設(shè)有清掃刷驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述車體的底盤下面安裝底箱，車體兩側(cè)分別具有兩個(gè)車輪，分別由四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本實(shí)用新型提供的一種中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗的機(jī)器人適用于清掃方形、圓形中央空調(diào)通風(fēng)管道，具有制作簡單、控制方便、成本低廉、功率小、體積小、易拆卸、易安裝的特點(diǎn)。
文檔編號B08B9/051GK201552165SQ200920278478
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者于復(fù)生, 劉占超, 尹文彬, 楊紅娟, 趙德志, 陳繼文, 高付生, 黃國棟 申請人:趙德志