一种温差红外感知的地面清洁攀爬机器人制造技术

本发明专利技术属于清洁装置领域，具体涉及一种温差红外感知的地面清洁攀爬机器人，包括清洁箱、后座和底座；红外线测温装置包括感应模块、图像分析模块和无线发送模块，感应模块用于感知热气流与障碍物的温差所产生的红外辐射能量分布形状，并将信号发送给图像分析模块；图像分析模块的信号输出端连接至无线发送模块；控制模块通过无线接收模块接收无线发送模块的数据，并控制攀爬或绕开物体；清洁箱上设有超声波测距装置，超声波测距装置信号输出端电连接至控制模块。本发明专利技术的有益效果是：采用测量气体温差的红外线测温装置和超声波测距装置联合检测，实现本发明专利技术的机器人精确运动，以智能避障、精准避障或快速攀爬阶梯类障碍物，保证了财产安全。

A temperature difference infrared sensing ground cleaning climbing robot

The invention belongs to the field of cleaning device, in particular to a ground clean climbing robot with a temperature difference infrared perception, including a cleaning box, a backseat and a base. The infrared temperature measuring device includes an induction module, an image analysis module and a wireless transmission module, and the induction module is used to perceive the infrared of the temperature difference between the hot gas flow and the obstacle. The radiation energy is distributed in shape, and the signal is sent to the image analysis module; the signal output end of the image analysis module is connected to the wireless transmission module; the control module receives the data of the wireless transmission module through the wireless receiving module and controls the climbing or bypass of the object; the cleaning box is equipped with ultrasonic distance measuring device and ultrasonic distance measurement. The device signal output end is electrically connected to the control module. The beneficial effect of the invention is: using an infrared temperature measuring device to measure the temperature difference of gas and an ultrasonic distance measuring device to realize the precise motion of the robot, and to avoid obstacle, avoid obstacle or climb the ladder type obstacle quickly, and ensure the safety of the property.

【技术实现步骤摘要】
一种温差红外感知的地面清洁攀爬机器人
本专利技术属于清洁装置领域，具体涉及一种温差红外感知的地面清洁攀爬机器人。
技术介绍
在城镇化迅速发展的今天，高层住宅、大型商城、医院等含有楼梯的建筑物越来越多，地面清洁也越来越得到重视，养护工作量也越来越大。除此之外，目前家居清洁多是使用吸尘器，或者小型清洁机器人，如专利201210566420.7、201710105150.2该清洁机器人仅仅局限于平地上得到清理。又如专利201510655330.9、201210116810.4，该类型清洁机器人仅仅利用距离传感器，机械的测量与障碍物的间距，盲目死板的判断障碍物是否是楼梯，是否可攀爬。对商场、家庭这样复杂的环境不能做出正确的识别，往往会造成误攀越而砸坏或撞坏财物，造成经济的损失，存在一定缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种采用测量气体温差的红外线测温装置和超声波测距装置联合检测，实现本专利技术的机器人精确运动，以智能避障、精准避障或快速攀爬阶梯类障碍物，保证了财产安全的地面清洁攀爬机器人。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种温差红外感知的地面清洁攀爬机器人，其包括清洁箱、后座和底座，后座通过升降机构连接清洁箱，清洁箱的底部设有自动移动机构和地面清洁装置；底座的顶面上设有若干个导轨，各导轨中均滑动连接有滑块，各滑块均和后座的底端固定连接，滑块的滑动方向均朝向清洁箱的后端面，底座的后端面上设有若干个用于驱动滑块滑动的驱动装置；处于升降机构的行程底端时的自动移动机构的地面接触面高于底座的底面；地面清洁机器人还包括安装于天花板上的红外线测温装置，清洁箱的顶部设有热气流生成箱，热气流生成箱的出气管朝向前端，红外线测温装置包括感应模块、图像分析模块和无线发送模块，感应模块用于感知热气流生成箱的出气管吹出的热气流与前方障碍物的温差所产生的红外辐射能量分布形状，并将红外辐射能量分布形状的信号发送给图像分析模块；图像分析模块解析出障碍物三维形状并判定障碍物是否为阶梯状物体，图像分析模块的信号输出端连接至无线发送模块；清洁箱内设有无线接收模块和控制模块，控制模块通过无线接收模块接收无线发送模块的数据，并控制自动移动机构、升降机构和驱动装置进行动作并攀爬阶梯状物体或绕开非阶梯状物体；清洁箱的两侧和背离后座的前端面上均设有超声波测距装置，超声波测距装置信号输出端电连接至控制模块。自动移动机构移动的同时，地面清洁装置也进行地面清理工作，在需要攀爬阶梯类障碍时，工作步骤如下：第一阶段，自动移动机构移动并使使清洁箱朝向阶梯，后座和底座静止于原位置，升降机构提升清洁箱至最高位。第二阶段，驱动装置驱动滑块向阶梯方向滑动，带动清洁箱移动至阶梯上方，升降机构调整清洁箱高度，使其降落至阶梯的上部平面上。第三阶段，清洁箱静止不动，升降机构驱动后座上升至行程最高位，此时自动移动机构完全支撑于地面上。第四阶段，驱动装置继续驱动滑块向阶梯方向滑动，自动移动机构继续移动，且地面清洁装置继续清洁地面。反之同理，地面清洁机器人下楼梯时，上述步骤反向操作。本专利技术的地面清洁机器人的清洁箱、后座和底座形成了交替支撑装置，能攀爬阶梯类障碍物，结构简单，操作方便，不需人工提拉上台阶，省时省力。热气流生成箱通过进气孔吸收空气，当清洁机器人遇到障碍物时，由热气流生成箱的出气管喷射出与环境温度具有一定温差的气流，温差气流迅速将障碍物包裹，再由红外线测温装置的感应模块捕捉此刻气流与障碍物温差所产生的红外辐射能量分布情况，再通过红外线测温装置中的图像分析模块解析出障碍物三维形状并智能判定是楼梯或者其他可攀爬物体。对于不可攀越的非阶梯状障碍物，如垃圾篓、水壶等，本专利技术的机器人可选择避开。对于可攀越的阶梯类障碍物，清洁机器人利用由清洁箱、后座和底座所组成的交替支撑装置进行攀爬楼梯。当清洁机器人下楼梯时原理相同。本专利技术的清洁机器人更智能化设置，在提高效率的同时，工作质量稳定可靠，大大减少了人员的工作强度；有效解决了目前清洁机器人机械避障、死板判障的问题。清洁箱的两侧和背离后座的前端面上均设有超声波测距装置，超声波测距装置信号输出端电连接至控制模块。当图像分析模块解析出障碍物为楼梯形状时，根据超声波传感器原理，A点为超声波发射点，B点为障碍物最高点，C点为位于障碍物上与超声波测距装置平齐的点。当清洁箱移向障碍物两者相距2cm时，即AC＝2cm，超声波测距装置往斜向上方发射信号直至信号恰好被B点遮挡，控制模块利用公式α＝arccos(AC/AB)计算出AB与AC夹角α，则BC＝AC×tanα，则障碍物高度为H＝BC+50mm。清洁机器人利用由清洁箱、后座和底座所组成的交替支撑装置按障碍物高度H进行攀爬楼梯。当清洁机器人下楼梯时原理相同。本专利技术可以精准测量清洁机器人与障碍物之间距离，借此实现智能避障、精准越障、快速爬梯，进一步提高了清洁效率，工作质量更稳定。本专利技术采用测量气体温差的红外线测温装置和超声波测距装置联合检测，实现本专利技术的机器人精确运动，以智能避障、精准避障或快速攀爬阶梯类障碍物，不会发生误攀越而砸坏或撞坏财物的情况，保证了财产安全。优选地，红外线测温装置安装于天花板墙角处，检测范围更广。具体地，升降机构包括四个齿轮和安装于清洁箱的后端面上的四个第一电机，齿轮一一对应地连接第一电机的输出轴，后座的前端面上竖直设有两个齿槽，每个齿槽的两侧壁均为竖直设置的齿条，每根齿条均与齿轮一一对应地啮合，同一齿槽对应的两个第一电机的输出轴转动方向相反。结构简单，四个第一电机共同作用，传动效率高，升降机构的提升力大。具体地，清洁箱的后端面上固定有两个机座，机座一一对应地配合设置在齿槽中，各机座上均设有齿轮箱，各齿轮箱中均设有两个用于安装第一电机的电机孔；齿轮箱的两侧均开有第一通孔，齿轮一一对应地穿过第一通孔啮合齿条。第一电机和齿轮安装在齿轮箱中后，可直接将机座一一对应地配合设置在齿槽中，此时齿轮和齿条即自动啮合，结构简单，安装方便。具体地，各导轨中均设有螺杆，驱动装置均为安装于底座的后端面上的第二电机，第二电机的输出轴一一对应地同轴固定连接螺杆，滑块一一对应地螺纹连接于螺杆上。螺杆传动效果好，滑块的移动距离更易控制。具体地，自动移动机构包括四根垂直固定于清洁箱底部的支杆，各支杆的底端均固定有第三电机，各第三电机的输出轴水平设置，且垂直于滑块的滑动方向，各第三电机的输出轴上均连接有麦克纳姆轮。本专利技术的清洁箱、后座和底座形成了交替支撑装置，本专利技术通过交替支撑装置和麦克纳姆轮，使得清洁机器人可以平稳上下楼梯，麦克纳姆轮又能让其在楼梯上水平全方位运动。当清洁机器人在平地工作时，麦克纳姆轮通过四个轮子的组合转动，有效的利用地面摩擦力，使得清洁机器人可以在前后、左右、斜向45°上下方向灵活运动。进一步地，清洁箱包括箱壳，箱壳由上至下依次设置有中间槽和半通槽，中间槽的槽口位于背离后座的前端面上，中间槽内设有负压吸尘仓，负压吸尘仓的底面周边设有多个吸气口，半通槽的三侧设有空心槽壁，空心槽壁的下端敞口，各吸气口均连通至空心槽壁中，负压吸尘仓内设有静电产生器和多片均匀布置的静电片，静电产生器电连接至静电片，负压吸尘仓上开有多个排气口，各排气口中均设有风扇，各排气口均连通至半通槽；半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温差红外感知的地面清洁攀爬机器人，其特征在于：包括清洁箱(1)、后座(2)和底座(3)，所述后座(2)通过升降机构连接清洁箱(1)，所述清洁箱(1)的底部设有自动移动机构(6)和地面清洁装置(7)；所述底座(3)的顶面上设有若干个导轨(4)，各导轨(4)中均滑动连接有滑块(5)，各滑块(5)均和后座(2)的底端固定连接，所述滑块(5)的滑动方向均朝向清洁箱(1)的后端面，所述底座(3)的后端面上设有若干个用于驱动滑块(5)滑动的驱动装置(8)；处于升降机构的行程底端时的自动移动机构(6)的地面接触面高于底座(3)的底面；所述地面清洁机器人还包括安装于天花板上的红外线测温装置(28)，所述清洁箱(1)的顶部设有热气流生成箱(29)，所述热气流生成箱(29)的出气管朝向前端，所述红外线测温装置(28)包括感应模块、图像分析模块和无线发送模块，所述感应模块用于感知热气流生成箱(29)的出气管吹出的热气流与前方障碍物的温差所产生的红外辐射能量分布形状，并将红外辐射能量分布形状的信号发送给图像分析模块；所述图像分析模块解析出障碍物三维形状并判定障碍物是否为阶梯状物体，所述图像分析模块的信号输出端连接至无线发送模块；所述清洁箱(1)内设有无线接收模块和控制模块，所述控制模块通过无线接收模块接收无线发送模块的数据，并控制自动移动机构(6)、升降机构和驱动装置(8)进行动作并攀爬阶梯状物体；所述清洁箱(1)的两侧和背离后座(2)的前端面上均设有超声波测距装置(34)，所述超声波测距装置(34)信号输出端电连接至控制模块。...

【技术特征摘要】
1.一种温差红外感知的地面清洁攀爬机器人，其特征在于：包括清洁箱(1)、后座(2)和底座(3)，所述后座(2)通过升降机构连接清洁箱(1)，所述清洁箱(1)的底部设有自动移动机构(6)和地面清洁装置(7)；所述底座(3)的顶面上设有若干个导轨(4)，各导轨(4)中均滑动连接有滑块(5)，各滑块(5)均和后座(2)的底端固定连接，所述滑块(5)的滑动方向均朝向清洁箱(1)的后端面，所述底座(3)的后端面上设有若干个用于驱动滑块(5)滑动的驱动装置(8)；处于升降机构的行程底端时的自动移动机构(6)的地面接触面高于底座(3)的底面；所述地面清洁机器人还包括安装于天花板上的红外线测温装置(28)，所述清洁箱(1)的顶部设有热气流生成箱(29)，所述热气流生成箱(29)的出气管朝向前端，所述红外线测温装置(28)包括感应模块、图像分析模块和无线发送模块，所述感应模块用于感知热气流生成箱(29)的出气管吹出的热气流与前方障碍物的温差所产生的红外辐射能量分布形状，并将红外辐射能量分布形状的信号发送给图像分析模块；所述图像分析模块解析出障碍物三维形状并判定障碍物是否为阶梯状物体，所述图像分析模块的信号输出端连接至无线发送模块；所述清洁箱(1)内设有无线接收模块和控制模块，所述控制模块通过无线接收模块接收无线发送模块的数据，并控制自动移动机构(6)、升降机构和驱动装置(8)进行动作并攀爬阶梯状物体；所述清洁箱(1)的两侧和背离后座(2)的前端面上均设有超声波测距装置(34)，所述超声波测距装置(34)信号输出端电连接至控制模块。2.根据权利要求1所述的一种温差红外感知的地面清洁攀爬机器人，其特征在于：所述升降机构包括四个齿轮(9)和安装于清洁箱(1)的后端面上的四个第一电机(10)，所述齿轮(9)一一对应地连接所述第一电机(10)的输出轴，所述后座(2)的前端面上竖直设有两个齿槽(11)，每个齿槽(11)的两侧壁均为竖直设置的齿条(12)，每根齿条(12)均与所述齿轮(9)一一对应地啮合，同一齿槽(11)对应的两个第一电机(10)的输出轴转动方向相反。3.根据权利要求1所述的一种温差红外感知的地面清洁攀爬机器人，其特征在于：各导轨(4)中均设有螺杆(13)，所述驱动装置(8)均为安装于底座(3)的后端面上的第二电机，所述第二电机的输出轴一一对应地同轴固定连接螺杆(13)，所述滑块(5)一一对应地螺纹连接于螺杆(13)上。4.根据权利要求1所述的一种温差红外感知的地面清洁攀爬机器人，其特征在于：所述自动移动机构(6)包括四根垂直固定于清洁箱(1)底部的支杆(14)，各支杆(14)的底端均固定有第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，汪楚翰，陈祥颖，陈聪，朱方田，张兴，
申请(专利权)人：常州大学怀德学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32