專利名稱：全自動清掃機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種能自動定時(shí)啟動、行走、清掃、吸塵并具有備忘提醒，留言的全自動清掃機(jī)器人。
現(xiàn)有單位、家庭中室內(nèi)清掃、吸塵大都依靠人工完成，這不僅消耗人們許多精力，而且還浪費(fèi)了許多寶貴的時(shí)間，中國專利(申請?zhí)?3223038)公開了一種自動清掃機(jī)，它包括車架底盤，前后輪，主刷等，其特征在于原動機(jī)和真空吸塵系統(tǒng)并列地裝在底盤中部的上平面，垃圾箱位于底盤的前端，灰塵過濾器裝在底盤右端上面。主刷總成裝在底盤的下腹部內(nèi)，邊刷位于清掃機(jī)右側(cè)，并向前懸伸，其回轉(zhuǎn)軸與地面相垂直。
本實(shí)用新型的目的是提出一種由計(jì)算機(jī)智能控制的，能實(shí)現(xiàn)自動定時(shí)啟動、清掃、吸塵，并具有備忘提醒、留言，也可采用紅外搖控器手控的全自動清掃機(jī)器人。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下它包括一個吸塵器，以及用于驅(qū)動該吸塵器移動的行走裝置，和電控部分組成，所述的行走裝置是由行走輪、行走輪驅(qū)動電機(jī)、及用于支撐吸塵器和電控部分的支架組成，其特征在于，上述電控部分包括一個能探測行走裝置前方障礙物的超聲波探測頭，用于處理輸入輸出信號的驅(qū)動電路和微處理器控制單元，和用于定時(shí)啟動所述的全自動清掃機(jī)器人工作的定時(shí)啟動電路，及以人機(jī)對話方式控制機(jī)器人工作的紅外搖控發(fā)射和接收電路，其電連接關(guān)系是，由定時(shí)啟動電路、紅外搖控發(fā)射和接收電路，將啟動信號送至微處理器控制單元，同時(shí)，超聲波探測頭將機(jī)器人前方的障礙物信號送至微處理器控制單元，由微處理器控制單元將信號處理后輸出，其輸出信號經(jīng)驅(qū)動電路放大后，接行走輪驅(qū)動電機(jī)的信號輸入端。
本實(shí)用新型的積極效果如下該全自動清掃機(jī)器人能自動定時(shí)啟動吸塵器，使之在自動行走的同時(shí)，能清掃、吸塵，并自動避開障礙物，直至清掃、吸塵室內(nèi)所能清掃的全部面積，同時(shí)該機(jī)具有備忘提醒、留言、報(bào)時(shí)等功能。
全自動清掃機(jī)器人的使用，將減輕了人們煩索的家務(wù)勞動，節(jié)省寶貴的時(shí)間，提高了人們的生活質(zhì)量。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明


圖1是本實(shí)用新型的外形圖圖2是本實(shí)用新型吸塵器的外形圖圖3是本實(shí)用新型圖2的側(cè)視圖圖4是本實(shí)用新型圖2的俯視剖示圖圖5是本實(shí)用新型圖2的俯視圖圖6是本實(shí)用新型帶校正直線行走的萬向輪主視圖，圖7是本實(shí)用新型圖6的俯視剖示圖，圖8是本實(shí)用新型紅外自動導(dǎo)向充電器示意圖，圖9是本實(shí)用新型超聲波探測防撞示意圖，
圖10是本實(shí)用新型的電控部分的方框圖，
圖11是本實(shí)用新型電控部分的電連接原理圖。
如
圖1所示，本實(shí)用新型是由它包括一個吸塵器(
圖1中1)，以及用于驅(qū)動該吸塵器移動的行走裝置，和電控部分組成，所述的行走裝置是由行走輪、行走輪驅(qū)動電機(jī)、及用于支撐吸塵器和電控部分的支架組成，上述吸塵器分別包括圖2、圖3、圖4、圖5中的上蓋1、殼體2、電瓶門3、清掃輪風(fēng)葉4、吸塵電機(jī)8、吸塵風(fēng)葉16、吸塵盒17、吸塵盒門18、過濾層13、風(fēng)門14、過濾窗口24，左、右清掃輪7、9組成，上述行走輪、行走輪驅(qū)動電機(jī)分別包括圖2、圖3、圖4、圖5中的左、右行走電機(jī)12、19，左、右行走輪10、20，減速器11，萬向輪5組成，上述電控部分包括圖2、圖3、圖4、圖5中的電控板15、超聲波探測頭22、紅外導(dǎo)向發(fā)光頭23、顯示屏25、開關(guān)26、指示燈27、導(dǎo)電刷21組成本實(shí)用新型的特點(diǎn)是，由組成其電控部分的微處理器控制單元來實(shí)現(xiàn)金自動清掃機(jī)器人所進(jìn)行的各種動作，并最終實(shí)現(xiàn)清掃工作。
為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，上述電控部分還包括一個紅外遙控發(fā)射電路和接收電路，使全自動清掃機(jī)器人可按人的意志進(jìn)行各種動作。
為了能自動向全自動清掃機(jī)器人充電，它還可包括一個充電器(
圖1中2)，為使全自動清掃機(jī)器人在直線行走時(shí)不發(fā)聲偏離，上述行走裝置萬向輪上設(shè)有霍爾自動對中信號輸出集成塊HR1(圖7中3、4)。
本實(shí)用新型的工作原理是當(dāng)機(jī)器人中定時(shí)啟動電路，發(fā)出一個啟動信號，輸入微處理器控制單元的計(jì)算機(jī)輸入端口，計(jì)算機(jī)立即發(fā)出指令，同時(shí)，超聲波探測頭(圖3中2 2)發(fā)出探測信號，探測全自動清掃機(jī)器人正前方是否有障礙物？若無在計(jì)算機(jī)控制下，左、右行走輪(圖4中10、20)和萬向輪(圖4中5)旋轉(zhuǎn)，使機(jī)器人向前行走，同時(shí)啟動吸塵電機(jī)(圖4中8)旋轉(zhuǎn)，帶動吸塵風(fēng)葉(圖2中16)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行吸塵，過濾層13將灰塵、雜物擋在吸塵盒(圖4中17)內(nèi)，過濾后的空氣經(jīng)風(fēng)門(圖4中14)流向清掃輪風(fēng)葉(圖2中4)使之旋轉(zhuǎn)，帶動左、右清掃盤(圖4中7、9)旋轉(zhuǎn)實(shí)施清掃工作。
當(dāng)機(jī)器人遇到障礙物時(shí)，機(jī)器人通過超聲波探測頭(圖3中22)，得到超聲波反射信號，送入計(jì)算機(jī)輸入口，經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行后輸出信號，驅(qū)動左、右行走電機(jī)(圖4中12、19)旋轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)或倒轉(zhuǎn)，通過萬向輪(圖6中2)使機(jī)器人繞過障礙物繼續(xù)行走實(shí)施清掃，直至清掃完室內(nèi)所有可清掃面積。
清掃完畢后機(jī)器人可自動回到充電器旁，待機(jī)。
在本實(shí)用新型中，同時(shí)可操作紅外遙控器進(jìn)行報(bào)時(shí)、備忘提醒、留言動作，當(dāng)機(jī)器人工作中或工作后，機(jī)器人中電瓶(圖2中2)電壓過低時(shí)，機(jī)器人(
圖1中1)會自動尋找充電器(
圖1中2)，通過紅外導(dǎo)向信號由計(jì)算機(jī)控制輸出信號，驅(qū)動機(jī)器人行走，自動靠攏充電器，直至接通充電導(dǎo)電環(huán)(圖8中4)導(dǎo)電刷(圖8中3)，由充電器向機(jī)器人充電，當(dāng)充電結(jié)束，機(jī)器人會自動脫離充電機(jī)，處于待機(jī)狀態(tài)，其實(shí)現(xiàn)方式見對后面的電路圖的描述，其電路部分見
圖10、
圖11其工作過程如下1、由單片機(jī)IC14、晶振JZ、電容C15、C16、及電阻R24、R25、C17組成計(jì)算機(jī)中心電路。
當(dāng)接通開關(guān)K1后，電瓶E2將電壓送至機(jī)器人內(nèi)各部電路，由晶振JZ7，電容C15、C16產(chǎn)生時(shí)鐘信號送至計(jì)算機(jī)IC14，由電阻R24、R26、C17組成復(fù)位電路，使計(jì)算機(jī)復(fù)位處于待機(jī)狀態(tài)。
2、定時(shí)啟動，顯示及語音電路工作過程，由單片機(jī)IC4輸出時(shí)鐘信號，經(jīng)驅(qū)動器IC2使液晶顯示屏顯示時(shí)鐘信號，由單片機(jī)IC14輸出信號，控制編碼器IC5向單片IC4輸入指令，由單片機(jī)IC4將定時(shí)啟動信號送入單片機(jī)IC14輸入口，使機(jī)器人啟動進(jìn)行清掃、吸塵工作。
IC3語音芯片，可記錄十段總長度為20S的語音信號，YS1為揚(yáng)聲器，HV1拾音器其工作過程為，由手控紅外遙控器信號或備忘定時(shí)啟動信號控制單片機(jī)IC14發(fā)出各種控制指令，送入編碼器IC5，，經(jīng)單片機(jī)IC4控制使語音芯片IC3輸出語言信號，經(jīng)驅(qū)動器IC6、揚(yáng)聲器YS1，拾聲器HV1，進(jìn)行錄音、放音、備忘提醒。
3、左、右行走電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)由電機(jī)M2、M3、三極管N6-N13及周圍編置元件組成機(jī)器人行走電路當(dāng)計(jì)算機(jī)要求電機(jī)M2、M3電機(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn)時(shí)，IC14單片機(jī)輸出信號使三極管N6、N8、N11、N13導(dǎo)通，N7、N9、N10、N11截止，使電機(jī)M2、M3接通正轉(zhuǎn)電壓，使機(jī)器人向正前方行走，若要求電機(jī)M2、M3同時(shí)倒轉(zhuǎn)時(shí)，IC4輸出信號使N7、N9、N10、N12導(dǎo)通，N6、N8、N11、N13截止，使電機(jī)M2、M3接通反轉(zhuǎn)電壓，使電機(jī)M2、M3反轉(zhuǎn)，使機(jī)器人倒退行走。
若需電機(jī)M2正轉(zhuǎn)，電機(jī)M3停轉(zhuǎn)時(shí)、IC4輸出信號使N8、N6導(dǎo)通，N7、N9截止，使電機(jī)M正轉(zhuǎn)，N10、N11、N12、N13截止，電機(jī)M3停轉(zhuǎn)，使機(jī)器人，向右轉(zhuǎn)彎行走若需電機(jī)M3正轉(zhuǎn)，電機(jī)M2停轉(zhuǎn)時(shí)，IC4輸出信號使N11、N13導(dǎo)通N10、N12截止，使電機(jī)M3、正轉(zhuǎn)，N8、N9、N6、N7截止使電機(jī)M2停轉(zhuǎn)，使機(jī)器人向左轉(zhuǎn)彎行走。
4、保持機(jī)器人直線行走電路由霍爾探頭HR1，磁鐵CT1、CT2，電位器WS3及三極管N18、N19和偏置電阻組成。
工作過程為磁鐵CT1、CT2按圖示磁極方向固定萬向輪上，霍爾探頭HR1固定在機(jī)器人底座上，當(dāng)機(jī)器人直線行走不發(fā)生偏斜時(shí)HR1霍爾集成電路無輸出信號，當(dāng)機(jī)器人行走偏斜時(shí)，HR1與CT1、CT2、發(fā)生位移，HR1霍爾集成電路輸出高低不同的電位，該電位控制N18、N19導(dǎo)通或截止，使N1、N2發(fā)出高、低電位輸入到單片機(jī)IC14輸入口，經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行IC14輸出相應(yīng)的信號，使機(jī)器人向左或右轉(zhuǎn)彎行走，使機(jī)器人自動回到原直接線行走軌跡上5、機(jī)器人行走軌跡記憶在計(jì)算機(jī)IC14控制下通過機(jī)器人單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器可自動記憶機(jī)器人行走軌跡，當(dāng)清掃、吸塵完畢，機(jī)器人會自動按原行走軌跡退回到初始位置，使計(jì)算機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。
6、機(jī)器人吸塵器電路由三極管N16、N17電機(jī)M1保護(hù)二極管D3及偏置電阻組成。
當(dāng)單片機(jī)IC14發(fā)出吸塵信號后，由單片機(jī)IC14輸出口向三極管N16輸入高電位，使N16、N17導(dǎo)通，使電機(jī)M1旋轉(zhuǎn)，帶動吸塵風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生真空吸力進(jìn)行吸塵。
若需停止時(shí)，IC14發(fā)出停止的吸塵指令，N16、N17截止，使電機(jī)M1停轉(zhuǎn)、停止吸塵。
7、紅外遙控器工作過程由集成塊IC1、三極管N5、按鍵K6-K24、紅外發(fā)射管LED8、電池E4、晶振JZ5、及偏置元件組成紅外遙控發(fā)射電路。
其工作過程為當(dāng)某一按鍵被接通后，由IC12通過紅外發(fā)射管LED8，發(fā)射出相應(yīng)的紅外調(diào)制信號由集成電路IC13、紅外接收探頭HD1及各偏置元件組成紅外接口電路，工作過程為LED8發(fā)出紅外信號由紅外接收探頭HD1接收，經(jīng)IC13解調(diào)后，由二極管D5-D13將控制信號，送入單片機(jī)IC14輸入口，使機(jī)器人按人的指令進(jìn)行各種動作。
8、超聲波防撞電路由集成電路IC1、三極管N4、超聲波發(fā)送器JZ1-JZ4、電容C1、C、電位器WS1及偏置元件組成發(fā)射電路，由超聲波接收探頭JZ8、JZ7、三極管N18-N23、集成電路IC10、IC11及偏置元件組成接收電路，其工作過程為，集成電路IC1及電容C1、C2、電位器WS1及偏置元件組成555時(shí)基電路，產(chǎn)生40KHZ脈沖波，經(jīng)三極管N4放大后，由超聲波發(fā)射器JZ1、JZ2、JZ3、JZ4發(fā)出超聲波探測信號。
若機(jī)器人行走前方無障礙物時(shí)，超聲波接探測頭JZ7、JZ8，未收到信號，機(jī)器人向前行走，若機(jī)器人行走前方有障礙物時(shí)，超聲波探測頭，JZ8、(安裝在機(jī)器人殼體正前方)接收到JZ1、JZ2發(fā)出的超聲波反射信號，經(jīng)三極管N20放大、N21、IC10整形后，由三極管N22向單片機(jī)IC14送入指令，經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行發(fā)出指令讓電機(jī)M2、M3或反轉(zhuǎn)，或停轉(zhuǎn)，使機(jī)器人繞過障礙物繼續(xù)行走，若機(jī)器人前方為墻壁時(shí)，機(jī)器人掉轉(zhuǎn)180。后，沿下行清掃軌跡繼續(xù)行走。
同樣，超聲波探測頭JZ7(安裝在機(jī)器人殼體左側(cè)方)，也可收到機(jī)器人左側(cè)方JZ3、JZ4發(fā)出的超聲波障礙物反射信號，送入單片機(jī)IC14，使計(jì)算機(jī)IC14發(fā)出指令，使機(jī)器人向右轉(zhuǎn)彎繞過障礙物，繼續(xù)行走，為使機(jī)器人在任何情況下都能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在機(jī)器人殼體四周安裝了微動開關(guān)K2、K3、K4、K5，其中K2、K4放在前方，K3放在左邊，K5放在右邊，當(dāng)機(jī)器人前方撞到障礙物時(shí)，K2、K4同時(shí)被接通，使三極管N1、N2導(dǎo)通，向計(jì)算機(jī)IC14送入低電位，計(jì)算機(jī)IC14立即發(fā)出指令，使電機(jī)M2、M3倒轉(zhuǎn)，使機(jī)器人后退，掉轉(zhuǎn)180。后繼續(xù)在下一行行走軌跡上行走，若K2、K4中只有一只開關(guān)接通，計(jì)算機(jī)IC14便使機(jī)器人向左或向右繞過障礙物繼續(xù)行走。
同樣若機(jī)器人左、或右邊碰到障礙物時(shí)，K3或K5微動開關(guān)接通，向計(jì)算機(jī)IC14輸入信號、單片機(jī)IC14輸出指令使機(jī)器人向左轉(zhuǎn)彎或向右轉(zhuǎn)彎后繼續(xù)行走。
9、自動充電電路由集成電路IC6三極管N3紅外發(fā)光管LED1～LED4組成紅外發(fā)射電路，由IC15及周圍偏置電阻組成電壓監(jiān)測電路，由紅外接收器LED6、LED7、三極管N1、N2及偏置元件組成紅外接收電路，由導(dǎo)電環(huán)、導(dǎo)電刷XS1。1\XP1。1，XS2。1\XP2。1，繼電器J3，電位器WS2三極管N15及偏置元件組成自動充電電路。
其工作過程為接通開關(guān)BK1，將市電220V 50HZ電壓送入變壓器B1，降壓后經(jīng)橋堆ZL2整流、三端穩(wěn)壓器IC7調(diào)整輸出+5V電壓，使555時(shí)基電路和振蕩產(chǎn)生紅外脈沖信號經(jīng)三極管N3放大后，由紅外發(fā)射管LED1、LED2、LED3、LED4發(fā)出紅外自動充電引導(dǎo)波。充電器此時(shí)處于待充電狀態(tài)。當(dāng)電瓶壓E2電壓降至11V時(shí)，集成電路IC15比較器輸入端電壓降至11V時(shí)，使IC15比較器向單片機(jī)IC14發(fā)出需充電指令，計(jì)算機(jī)IC14，立即發(fā)出指令，關(guān)閉吸塵電機(jī)，沿原行走軌跡自動退回，當(dāng)機(jī)器人靠近充電器時(shí)，在紅外接收管LE6、LED7引導(dǎo)下，機(jī)器人導(dǎo)電刷與充電器導(dǎo)電環(huán)自動對接，使導(dǎo)電環(huán)與導(dǎo)電刷導(dǎo)通，將市電220V 50HZ電壓送入變壓器B1，降壓后經(jīng)橋堆ZL2整流后，使繼電器J3吸合，J3的觸點(diǎn)J3-1常閉、常開點(diǎn)互換，使充電器直流電壓對電瓶E2充電，當(dāng)電瓶E2上充電電壓達(dá)到額定值后，WS2上電壓降低使繼電器J3釋放，觸點(diǎn)J3-1恢復(fù)未充電前狀態(tài)，使機(jī)器人繼續(xù)行走，脫離充電器繼續(xù)進(jìn)行清掃、吸塵工作。
電路中三極管N15電容、C14二極管D3組成保護(hù)電路防峰值脈沖損壞繼電器、J3、電瓶E2。
權(quán)利要求1.一種全自動清掃機(jī)器人，它包括一個吸塵器，以及用于驅(qū)動該吸塵器移動的行走裝置，和電控部分組成，所述的行走裝置是由行走輪、行走輪驅(qū)動電機(jī)、及用于支撐吸塵器和電控部分的支架組成，其特征在于，上述電控部分包括一個能探測行走裝置前方障礙物的超聲波探測頭，用于處理輸入輸出信號的驅(qū)動電路和微處理器控制單元，和用于定時(shí)啟動所述的全自動清掃機(jī)器人工作的定時(shí)啟動電路，及以人機(jī)對話方式控制機(jī)器人工作的紅外搖控發(fā)射和接收電路，其電連接關(guān)系是，由定時(shí)啟動電路、紅外搖控發(fā)射和接收電路，將啟動信號送至微處理器控制單元，同時(shí)，超聲波探測頭將機(jī)器人前方的障礙物信號送至微處理器控制單元，由微處理器控制單元將信號處理后輸出，其輸出信號經(jīng)驅(qū)動電路放大后，接行走輪驅(qū)動電機(jī)的信號輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種全自動清掃機(jī)器人,它包括一個吸塵器,以及用于驅(qū)動該吸塵器移動的行走裝置,和電控部分組成,其主要結(jié)構(gòu)特征在于,通過一個能探測行走裝置前方障礙物的超聲波探測頭,用于處理輸入輸出信號的驅(qū)動電路和微處理器控制單元,及以人機(jī)對話方式控制機(jī)器人工作的紅外搖控發(fā)射和接收電路,來實(shí)現(xiàn)自動定時(shí)啟動(或紅外搖控)全自動清掃機(jī)器人完成其清掃、吸塵等工作,全自動清掃機(jī)器人的使用,將極大減輕人們繁瑣的家務(wù)勞動,節(jié)省寶貴的時(shí)間,提高了人們的生活質(zhì)量。
文檔編號B25J11/00GK2389761SQ9923496
公開日2000年8月2日 申請日期1999年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月15日
發(fā)明者葉明 申請人:葉明