本實(shí)用新型涉及一種清除粉灰的智能機(jī)器人，具體是一種基于智能循跡小車的清掃機(jī)器人。

背景技術(shù)：

目前，市場(chǎng)上在智能清掃系統(tǒng)方面，一般都采用掃地機(jī)器人。掃地機(jī)器人首先要對(duì)環(huán)境進(jìn)行識(shí)別，對(duì)房間大小整體記錄與掃描，這需要一臺(tái)微電腦然后通過天花板衛(wèi)星定位系統(tǒng)，來根據(jù)當(dāng)前的位置，制定相應(yīng)的工作計(jì)劃。而衛(wèi)星系統(tǒng)的成本很高。

掃地機(jī)器人智能化的第二個(gè)方面主要表現(xiàn)在制定清潔方式：對(duì)于掃地機(jī)器人來說，可能會(huì)內(nèi)置很多種清潔方式，比如直線型，沿邊打掃型，螺旋形，交叉打掃，重點(diǎn)打掃等，但針對(duì)不同的垃圾種類用哪種方式就需要微電腦來決定。還有一個(gè)要點(diǎn)就是人機(jī)交互，這個(gè)功能還不成熟，所以很少應(yīng)用到掃地機(jī)器人中去。不過，這個(gè)功能將是以后掃地機(jī)器人能否稱之為機(jī)器人的關(guān)鍵。

顯然，對(duì)于有固定黑板槽軌道清除粉筆灰等應(yīng)用而言，現(xiàn)有掃地機(jī)器人的方案并不適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有清潔系統(tǒng)成本高且工作方式不靈活的問題。本實(shí)用新型提供了一種基于智能循跡小車的清掃機(jī)器人，它可以智能識(shí)別軌道并沿著軌道前進(jìn)，能夠識(shí)別路線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，往返工作；并且通過遙控器遠(yuǎn)程調(diào)整機(jī)器人的工作狀態(tài)。

本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，所述的清除粉灰的智能機(jī)器人包括車身以及安裝在車身上的車輪、車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)、舵機(jī)、主控電路板、編碼器以及用于尋跡的線性CCD傳感器，所述車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所述舵機(jī)通過連桿連接前輪操控前輪的方向，車身上安裝有清潔系統(tǒng)，所述清潔系統(tǒng)包括殼體，殼體內(nèi)依次設(shè)置集塵室、二級(jí)濾塵裝置及通道、清潔系統(tǒng)電機(jī)、排氣管道，集塵室前端連接吸塵軟管，殼體內(nèi)從集塵室到排氣管道形成氣體通路；所述主控電路板分別連接車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)、舵機(jī)、編碼器、線性CCD傳感器、清潔系統(tǒng)電機(jī)以及第一無線通信模塊；所述第一無線通信模塊與第二無線通信模塊通信，第二無線通信模塊安裝于遙控器中。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述車身前、后還分別設(shè)置有超聲波模塊。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述遙控器上包括開啟鍵、停止鍵、菜單鍵、“+”鍵、“-”鍵、左滑鍵、右滑鍵、確認(rèn)鍵、返回鍵以及顯示屏。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述主控電路板上包括單片機(jī)和穩(wěn)壓芯片。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一無線通信模塊和第二無線通信模塊可以采用藍(lán)牙模塊。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：本實(shí)用新型是一種可移動(dòng)的智能清潔系統(tǒng)，它可以進(jìn)行路線循跡完成設(shè)定范圍內(nèi)的清掃工作，還能夠識(shí)別路線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，往返工作；遙控器的設(shè)置可以遠(yuǎn)程的調(diào)整機(jī)器人工作狀態(tài)，如：

①調(diào)整清掃強(qiáng)度；

②控制機(jī)器人行進(jìn)速度、方向；

③調(diào)整自動(dòng)、手動(dòng)工作模式；

④設(shè)置工作起始、結(jié)束時(shí)間。

本實(shí)用新型能通過較簡(jiǎn)單的硬件配置實(shí)現(xiàn)，在保證清掃效率的同時(shí)節(jié)省人力物力成本。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)模塊圖。

圖2是本實(shí)用新型的清潔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖3是本實(shí)用新型小車上的安裝位示意圖。

圖4是本實(shí)用新型的遙控器簡(jiǎn)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

如圖1～3所示，本實(shí)用新型由小車、清潔系統(tǒng)和遙控器組成。小車包括車身1以及安裝在車身1上的車輪、車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)、舵機(jī)4、主控電路板、編碼器以及用于尋跡的線性CCD傳感器8，所述車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所述舵機(jī)4通過連桿連接前輪操控前輪的方向。以上是智能尋跡小車的基本配置，本實(shí)用新型不再詳細(xì)描述。

本實(shí)用新型利用智能尋跡小車的尋跡優(yōu)勢(shì)，在車身1上安裝清潔系統(tǒng)，如圖2所示，所述清潔系統(tǒng)包括殼體2-4，殼體2-4內(nèi)依次設(shè)置集塵室2-2、二級(jí)濾塵裝置及通道2-3、清潔系統(tǒng)電機(jī)2-6、排氣管道2-5，集塵室2-2前端連接吸塵軟管2-1，殼體2-4內(nèi)從集塵室2-2到排氣管道2-5形成氣體通路；所述主控電路板分別連接車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)、舵機(jī)4、編碼器、線性CCD傳感器8、清潔系統(tǒng)電機(jī)2-6以及第一無線通信模塊(本實(shí)施例稱為上位機(jī)藍(lán)牙模塊)；所述第一無線通信模塊與第二無線通信模塊通信，第二無線通信模塊(本實(shí)施例稱為下位機(jī)藍(lán)牙模塊)安裝于遙控器11中。所述車身1前、后還分別設(shè)置有超聲波模塊。

所述遙控器11上包括開啟鍵11-1、停止鍵11-2、菜單鍵11-3、“+”鍵11-4、“-”鍵11-5、左滑鍵11-6、右滑鍵11-7、確認(rèn)鍵11-8、返回鍵11-9以及OLED顯示屏11-10，這些按鈕均連接下位機(jī)藍(lán)牙模塊，遙控器11由兩節(jié)干電池供電。

通過遙控器11上面的不同按鍵來調(diào)整小車工作狀態(tài)，例如：

①調(diào)整清掃強(qiáng)度；

②控制機(jī)器人行進(jìn)速度、方向；

③調(diào)整自動(dòng)、手動(dòng)工作模式；

④設(shè)置工作起始、結(jié)束時(shí)間。

遙控器上顯示屏11-10可顯示：

①機(jī)器人行進(jìn)速度；

②菜單界面；

③工作時(shí)間段設(shè)置情況。

控制信號(hào)以電磁波的形式由遙控器11中的下位機(jī)藍(lán)牙模塊傳到小車部分的上位機(jī)藍(lán)牙模塊中，單片機(jī)從上位機(jī)藍(lán)牙模塊接收信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。

如圖1所示的本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)，主控電路板外接12V鋰電池，主控電路板上包括相互連接的單片機(jī)和穩(wěn)壓芯片，通過主控電路板上的LM2940單片機(jī)的控制，7806穩(wěn)壓芯片把電壓分別轉(zhuǎn)換成5V和6V給元器件供電。其中單片機(jī)、上位機(jī)藍(lán)牙模塊、超聲波模塊、線性CCD傳感器模塊用5V電壓；舵機(jī)4單獨(dú)用6V電壓；而車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)和清潔系統(tǒng)電機(jī)2-6由12V電源直接供電。

小車上各部件的安裝位如圖3所示，其中車身1具有4個(gè)車輪，后輪6c，6d分別由車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)7a，7b驅(qū)動(dòng)，前輪6a，6b分別通過舵機(jī)連桿5a，5b連接舵機(jī)4，車身1前端和后端有超聲波模塊安裝位3a,3b,3c,3d，CCD傳感器支架8位于車身1前部，主控電路板安裝位10a,10b,10c,10d和清潔系統(tǒng)安裝位9a,9b,9c,9d位于車身1中部。此外，在車身1前、后還設(shè)有保險(xiǎn)杠安裝位2a,2b,2c,2d。

本實(shí)用新型的一個(gè)特點(diǎn)在于可以通過遙控器11來控制小車上的清潔系統(tǒng)的開關(guān)。

遙控器11上有開啟鍵11-1和停止鍵11-2，按開啟鍵11-1，整個(gè)系統(tǒng)的開關(guān)被打開，此時(shí)遙控器內(nèi)部電路板對(duì)應(yīng)電位動(dòng)作，OLED顯示屏16開始顯示，并將數(shù)據(jù)信號(hào)傳給下位機(jī)藍(lán)牙模塊，下位機(jī)藍(lán)牙模塊把數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送出去。主控電路板連接的上位機(jī)藍(lán)牙模塊接收到數(shù)據(jù)并傳給單片機(jī)處理。單片機(jī)接收到此信號(hào)，就開始工作。首先單片機(jī)PWM口向舵機(jī)4輸出信號(hào)，占空比變化周期為20ms，舵機(jī)4根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)高電平的時(shí)間來決定旋轉(zhuǎn)角度；然后單片機(jī)向車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)7a，7b送去PWM信號(hào)來控制小車的行進(jìn)速度；接著把PWM送給清潔系統(tǒng)電機(jī)2-6來控制清潔強(qiáng)度；最后檢測(cè)前后兩個(gè)超聲波模塊輸出的信號(hào)來判斷是否走到黑板槽軌道盡頭。當(dāng)按下停止鍵11-2時(shí)，遙控器11將信號(hào)傳給單片機(jī)。單片機(jī)向車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)7a，7b輸出一個(gè)較高的占空比，使車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)7a，7b以設(shè)定的最高速度行進(jìn)。當(dāng)檢測(cè)到行進(jìn)到軌道盡頭時(shí)，單片機(jī)向車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)7a，7b和清潔系統(tǒng)電機(jī)2-6輸入一個(gè)占空比為0％的PWM信號(hào)，向舵機(jī)4輸入一個(gè)占空比為7.5％的信號(hào)(使舵機(jī)居中)。使車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)7a，7b，舵機(jī)4和清潔系統(tǒng)電機(jī)2-6均停止工作。

PWM信號(hào)由單片機(jī)的一個(gè)端口給出，舵機(jī)4的偏角，車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)和清潔系統(tǒng)電機(jī)2-6的轉(zhuǎn)速均可用PWM信號(hào)控制。其中，舵機(jī)4的PWM信號(hào)周期為50HZ，PWM信號(hào)的高電平的時(shí)長(zhǎng)來控制舵機(jī)4的轉(zhuǎn)角,當(dāng)高電平的時(shí)長(zhǎng)為1.5ms時(shí)舵機(jī)4居中；當(dāng)高電平的時(shí)長(zhǎng)為2.1ms時(shí)舵機(jī)4為右邊打死；當(dāng)高電平的時(shí)長(zhǎng)為0.92ms時(shí)舵機(jī)4為左邊打死。所以舵機(jī)4占空比變化范圍是4.6％到10.5％；在程序中我們使單片機(jī)占空比以20ms變化0.59％的速度變化，到邊界后反向變化。

本實(shí)用新型的另一個(gè)特點(diǎn)是可以用遙控器11控制小車的行進(jìn)速度。遙控器11有速度調(diào)節(jié)功能。為了優(yōu)化速度控制，我們采用PID控制方法進(jìn)行速度閉環(huán)。公式為speed＝KP*e1+KI*e2+KD*e3,其中e1為當(dāng)前速度誤差；e2為誤差累加和；e3為當(dāng)前e1減去上一次e1。當(dāng)通過遙控器11的菜單鍵11-3、“+”鍵11-4、“-”鍵11-5和確認(rèn)鍵11-8給出速度調(diào)節(jié)信號(hào)后，藍(lán)牙將信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)改變?cè)O(shè)定速度，并和編碼器采集到的當(dāng)前速度進(jìn)行運(yùn)算，得出現(xiàn)在的PWM參量(speed)傳給車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)，改變小車速度。

在程序中我們給電機(jī)PWM信號(hào)的周期為20000HZ，PWM占空比變化范圍為-50％～50％(當(dāng)占空比為負(fù)時(shí)，使電機(jī)反轉(zhuǎn))。遙控器11每次改變占空比為2％，到邊界后停止變化。當(dāng)單片機(jī)判斷小車主體行進(jìn)到黑板槽盡頭時(shí)，設(shè)定速度取相反數(shù)。

超聲波模塊由發(fā)射模塊和接收模塊兩部分組成。超聲波遇到擋板后會(huì)反射回接收模塊，根據(jù)超聲波發(fā)射和接收的總時(shí)間與設(shè)定閾值作比較后，判斷是否行駛到終點(diǎn)。這個(gè)閾值可以通過不斷的調(diào)整進(jìn)行優(yōu)化。(時(shí)間閾值可以轉(zhuǎn)化為距離閾值。)

本實(shí)用新型的另一個(gè)特點(diǎn)是可以通過遙控器11控制清潔系統(tǒng)清潔的強(qiáng)度。遙控器11上有控制清潔系統(tǒng)強(qiáng)度功能。當(dāng)遙控器改變控制清潔系統(tǒng)電機(jī)2-6的PWM輸入信號(hào)時(shí)，藍(lán)牙把信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)改變清潔系統(tǒng)電機(jī)2-6的PWM信號(hào)。PWM信號(hào)周期為50HZ，占空比變化范圍是3％到15％，遙控器每次改變占空比1％，到邊界后停止變化。

本實(shí)用新型最后的一個(gè)特點(diǎn)是可以設(shè)定機(jī)器人往返循環(huán)次數(shù)。遙控器11上有控制機(jī)器人往返次數(shù)的功能。小車來回一次為一個(gè)循環(huán)。循環(huán)次數(shù)由單片機(jī)根據(jù)超聲波接收的信號(hào)達(dá)到閾值的次數(shù)判斷。每循環(huán)一次，當(dāng)前剩余循環(huán)次數(shù)減1。當(dāng)循環(huán)次數(shù)為零時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)停止(把車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)和清潔系統(tǒng)電機(jī)2-6的PWM信號(hào)的占空比均設(shè)為0％，舵機(jī)4的PWM信號(hào)的占空比設(shè)為7.5％)。

此外，本實(shí)用新型還擁有自動(dòng)模式，進(jìn)行自動(dòng)清潔?？梢酝ㄟ^遙控器11對(duì)默認(rèn)程序進(jìn)行自定義，如設(shè)置工作時(shí)間、清潔強(qiáng)度、小車速度、往返次數(shù)。

本實(shí)用新型利用智能尋跡小車的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種低成本的清掃機(jī)器人，其對(duì)于有固定路線軌道的路徑清掃具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并且能夠很好的進(jìn)行人機(jī)交互，彌補(bǔ)了現(xiàn)有掃地機(jī)器人的不足。