一种清洁机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种清洁机器，包括壳体，以及四个固定盘，其均匀分布地固设在所述壳体的边缘侧面；安装盘，其固连在所述固定盘上，所述安装盘边缘上均匀分布有三个沿半径方向的凹槽；三个电机，其分别设置在所述凹槽旁，所述电机输出轴位于所述凹槽上方；旋转杆，其一端侧面与所述输出轴铰接，所述旋转杆可在所述凹槽内活动；连接杆，其成对平行设置在所述旋转杆两侧，每对所述连接杆的一端分别铰接在所述旋转杆另一端的两侧，另一端与机器人足部铰接。采用并联机械臂，使其能在三个方向上平动，更加灵活自由；本发明专利技术还提供一种基于BP神经网络的清洁机器人控制方法，能够根据具体的建筑物表面状况来进行移动清洗，提高清洁效率。

A cleaning robot and its control method

The invention discloses a cleaning machine, which comprises a shell and four fixed disks, which are fixed evenly on the edge side of the shell, a mounting disk which is fixed on the fixed disk, and the edge of the mounting disk is evenly distributed with three grooves along the radius direction, and three motors which are respectively arranged in the grooves. The output shaft of the motor is located above the groove, the rotating rod is hinged at one end side and the output shaft, the rotating rod can move in the groove, and the connecting rod is arranged in pairs parallel to the two sides of the rotating rod, one end of each pair of connecting rod is hinged at two sides of the other end of the rotating rod, and the other end of the connecting rod is hinged. One end is articulated with the robot foot. The parallel manipulator can move in three directions and is more flexible and free. The invention also provides a cleaning robot control method based on BP neural network, which can carry out mobile cleaning according to specific building surface conditions and improve cleaning efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种清洁机器人及其控制方法
本专利技术涉及一种机器人，尤其涉及一种清洁机器人及其控制方法。
技术介绍
清洁机器人又称为吸尘机器人，其融合了移动机器人和吸尘器的技术，是目前的热门研究课题。且目前清洁机器人的商用化产品接连上市，成为服务机器人领域的一种新型高科技术产品。但是目前大部分的清洁机器人都作为家电用品使用在家庭内的清洁过程中。随着城市现代化的发展，高楼日益增多，使用玻璃幕墙作为外层的建筑随处可见。但人们对于墙壁或者玻璃幕墙的清洗却存在很大难度。如果用人工来操作具有很高的危险。此时，则更需要清洁机器人，不仅能够降低清洁的人工成本，而且还能更广泛地应用于不同高度、不同外形的建筑，不会带来安全隐患。目前主流的攀壁机器人多采用轮式，履带式或者传统的舵机带动的机械臂来完成行走部分，但是大多数轮式和履带式机器人越障能力不佳而且需要昂贵的特殊材料制作轮和履带，或者就需要吸盘在其移动过程中不间断提供负压，浪费能量的同时影响吸盘可靠性。足式机器人有更优越的越障性能，可以适应不同的地形，自行寻找合适的落脚点，保证吸盘的可靠吸附。但目前使用较多的足式机器人存在着承重能力差、灵活自由度差等的问题。
技术实现思路
本专利技术为解决目前的技术不足之处，提供了一种清洁机器人，其采用并联机械臂，使其能在三个方向上平动，更加灵活自由。本专利技术提供的清洁机器人还具有越障功能。本专利技术的另一目的提供一种基于BP神经网络的清洁机器人控制方法，能够根据具体的建筑物表面状况来进行移动清洗，提高清洁效率。本专利技术提供的技术方案为：一种清洁机器人，包括：壳体，以及四个固定盘，其均匀分布地固设在所述壳体的边缘侧面；四个安装盘，其分别对应固连在所述固定盘上，所述安装盘边缘上均匀分布有三个径向凹槽；三个电机，其分别设置在所述凹槽旁，所述电机输出轴位于所述凹槽上方；三个旋转杆，其一端分别与所述输出轴分别对应铰接，所述旋转杆可在所述凹槽内绕铰接点转动；三对连接杆，其分别成对平行设置在所述旋转杆两侧，所述连接杆的一端分别铰接在所述旋转杆另一端，所述连接杆的另一端与所述机器人的足部铰接。优选的是，所述足部包括：支撑架，其一端与所述连接杆铰接；伸缩气缸，其外壳侧面与所述支撑架的另一端固连；吸盘足，其一端与所述伸缩气缸内的气缸相连；吸盘，其与所述吸盘足的另一端固连。优选的是，所述支撑架包括：支撑杆，其一端固连所述伸缩气缸的外壳；支撑盘，其一侧面固连所述支撑杆；Y型固定块，其中心固设在所述支撑盘的圆心，将所述支撑盘等分为三部分，所述固定块的三个末端延伸至所述支撑盘边缘外，并且分别与所述连接杆的另一端铰接。优选的是，所述壳体、所述外壳、所述旋转杆和所述连接杆均采用铝合金材质。优选的是，还包括：摄像头，其设置在所述壳体前方表面；风速传感器，其设置在所述壳体表面，用来检测风速；控制器，其连接所述摄像头、所述风速传感器、所述电机，并控制所述电机的工作状况。一种清洁机器人的控制方法，当机器人行走时基于BP神经网络对前方安装盘上电机进行调控，包括如下步骤：步骤一、按照采样周期，通过摄像头及风速传感器分别采集前方障碍物距离S，障碍物高度H、风速V；步骤二、依次将步骤一中获取的参数进行规格化，确定三层BP神经网络的输入层向量x＝{x1,x2,x3}；其中x1为障碍物距离系数、x2为障碍物高度系数、x3为风速系数；步骤三、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量y＝{y1,y2,…,ym}；m为中间层节点个数；步骤四、得到输出层向量o＝{o1,o2,o3,o4,o5,o6}；o1为左前方安装盘上上方电机输出轴转动角度调节系数，o2为左前方安装盘上左下方电机输出轴转动角度调节系数，o3为左前方安装盘上右下方电机输出轴转动角度调节系数，o4为右前方安装盘上上方电机输出轴转动角度调节系数，o5为右前方安装盘上左下方电机输出轴转动角度调节系数，o6为右前方安装盘上右下方电机输出轴转动角度调节系数；步骤五、控制各电机的输出轴转角，使其中，分别为第i次采样周期输出层向量参数，θamax、θbmax、θcmax、βamaxβbmax、βcmax分为左前方安装盘上上方、左下方、右下方电机和右前方安装盘上上方、左下方、右下方电机输出轴的最大转动角度，θai+1、θbi+1、θci+1、βai+1、βbi+1、βci+1分别为第i+1个采样周期时左前方安装盘上上方、左下方、右下方电机和右前方安装盘上上方、左下方、右下方电机输出轴的转动角度。优选的是，所述中间层节点个数m满足：其中n为输入层节点个数，q为输出层节点个数。优选的是，在所述步骤二中，将前方障碍物距离S，障碍物高度H、风速V进行规格化的公式为：其中，xj为输入层向量中的参数，Xj分别代表测量参数S、H、V，j＝1,2,3；Xjmax和Xjmin分别为相应测量参数中的最大值和最小值。优选的是，在所述步骤三中，初始运行状态下，左前方安装盘上三个电机输出轴的转动角度分别满足经验值：θa0＝0.21θamaxθb0＝0.28θbmaxθc0＝0.22θcmax其中，θa0、θb0、θc0分别为左前方安装盘上上方、左下方、右下方三个电机输出轴的初始转动角度，θamax、θbmax、θcmax分别为左前方安装盘上上方、左下方、右下方三个电机输出轴的最大转动角度。本专利技术所述的有益效果：1)本专利技术所提供的清洁机器人通过并联机械手的设计，可以实现三个方向上的平地，通过运动合成，保证机器人能够自由到达墙面任意一位置，使得清洁不留死角；2)本专利技术的吸盘与可伸缩气缸相连，在越障时，可以通过注入压缩空气，压缩内部弹簧使吸盘足伸出，从而具有一定的越障能力；3)本专利技术将神经网络算法用来控制清洁机器人在工作中的行走状态，使得机器人清洁更高效，且根据具体的建筑物表面状况来进行移动清洗，提高清洁效率。附图说明图1为本专利技术的清洁机器人整体结构主视图。图2为本专利技术的清洁机器人整体结构仰视图。图3为本专利技术的清洁机器人的壳体结构图。图4为本专利技术的清洁机器人的机械臂和足部连接结构图。图5为本专利技术的清洁机器人的机械臂和足部连接仰视图。图6为本专利技术的清洁机器人的机械臂和足部连接俯视图。图7为本专利技术的清洁机器人的足部连接剖视图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1-3所示，本专利技术的清洁机器人包括壳体100，其边缘为八边形。在壳体100的下方横向设置有四联装圆盘式清洁器400，壳体100表面还设置有摄像头120。在壳体100的边缘侧边均匀设置有四个固定盘110，四个固定盘110的一侧面分别固定在壳体100边缘，且四个固定盘110呈现中心对称固定。固定盘110的另一侧面连接有机械臂200。如图4-6所示，机械臂200包括有固连在固定盘110侧面的安装盘230。安装盘230的边缘上设置有三个凹槽231，三个凹槽231沿着安装盘230的径向设置，且均匀分布在安装盘230上。在三个凹槽231的旁边分布设置有电机240，电机240的输出轴位于凹槽231的上方。电机240为步进电机。旋转杆220的一端与电机240的输出轴铰接，且旋转杆220可以在凹槽231内绕铰接点转动。连接杆210成对并平行地设置在旋转杆220的两侧，每对连接杆210的一端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种清洁机器人，其特征在于，包括：壳体，以及四个固定盘，其均匀分布地固设在所述壳体的边缘侧面；四个安装盘，其分别对应固连在所述固定盘上，所述安装盘边缘上均匀分布有三个径向凹槽；三个电机，其分别设置在所述凹槽旁，所述电机输出轴位于所述凹槽上方；三个旋转杆，其一端分别与所述输出轴分别对应铰接，所述旋转杆可在所述凹槽内绕铰接点转动；三对连接杆，其分别成对平行设置在所述旋转杆两侧，所述连接杆的一端分别铰接在所述旋转杆另一端，所述连接杆的另一端与所述机器人的足部铰接。

【技术特征摘要】
1.一种清洁机器人，其特征在于，包括：壳体，以及四个固定盘，其均匀分布地固设在所述壳体的边缘侧面；四个安装盘，其分别对应固连在所述固定盘上，所述安装盘边缘上均匀分布有三个径向凹槽；三个电机，其分别设置在所述凹槽旁，所述电机输出轴位于所述凹槽上方；三个旋转杆，其一端分别与所述输出轴分别对应铰接，所述旋转杆可在所述凹槽内绕铰接点转动；三对连接杆，其分别成对平行设置在所述旋转杆两侧，所述连接杆的一端分别铰接在所述旋转杆另一端，所述连接杆的另一端与所述机器人的足部铰接。2.根据权利要求1所述的清洁机器人，其特征在于，所述足部包括：支撑架，其一端与所述连接杆铰接；伸缩气缸，其外壳侧面与所述支撑架的另一端固连；吸盘足，其一端与所述伸缩气缸内的气缸相连；吸盘，其与所述吸盘足的另一端固连。3.根据权利要求2所述的清洁机器人，其特征在于，所述支撑架包括：支撑杆，其一端固连所述伸缩气缸的外壳；支撑盘，其一侧面固连所述支撑杆；Y型固定块，其中心固设在所述支撑盘的圆心，将所述支撑盘等分为三部分，所述固定块的三个末端延伸至所述支撑盘边缘外，并且分别与所述连接杆的另一端铰接。4.根据权利要求2所述的清洁机器人，其特征在于，还包括：所述壳体、所述外壳、所述旋转杆和所述连接杆均采用铝合金材质。5.根据权利要求2所述的清洁机器人，其特征在于，还包括：摄像头，其设置在所述壳体前方表面；风速传感器，其设置在所述壳体表面，用来检测风速；控制器，其连接所述摄像头、所述风速传感器、所述电机，并控制所述电机的工作状况。6.一种清洁机器人的控制方法，其特征在于，当机器人行走时基于BP神经网络对前方安装盘上电机进行调控，包括如下步骤：步骤一、按照采样周期，通过摄像头及风速传感器分别采集前方障碍物距离S，障碍物高度H、风速V；步骤二、依次将步骤一中获取的参数进行规格化，确定三层BP神经网络的输入层向量x＝{x1,x2,x3}；其中x1为障碍物距离系数、x2为障碍物高度系数、x3为风速系数；步骤三、所述输入层向量映射到中间层，所述中...

【专利技术属性】
技术研发人员：金雅娟，郑颖卓，金亮，徐盼，乔彦明，
申请(专利权)人：辽宁石化职业技术学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21