CN102941204A - 应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人，该智能机器人可实现自动控制，根据采集到的环境数据，进行管道的自动清洗工作，并且通过六脚爬行装置，实现机器人上下爬行及跨越坑洞的功能，实现对中央空调管道的全面清洗能力，同时实时发送采集的环境数据通过无线传输装置发送回用户，用户可对机器人的清洗情况进行实时监控，同时用户也可以对机器人进行远程遥控，机器人接收控制命令后按照用户的指令完成对中央空调管道的清理工作；本发明可以应用于现今使用的大部分中央空调管道，进行除尘及消毒工作，操作简单，适应性强。

Description

应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人

技术领域

本发明属于智能机器人领域，尤其涉及一种应用于中央空调管道清洗的智能机器人。

背景技术

随着科技的飞速发展与社会的不断进步,中央空调已经普遍应用于大型建筑用以对环境温度进行调节，中央空调能够实现对大量用户温度调节进行综合***控制，并且能够实现低碳化节能化。但是中央空调的污染问题已日趋严重，由于人工不能进入直接打扫，使得管道尘埃堆积、细菌密布。因此解决中央空调通风***的清洗问题已经是一项亟待解决的问题。

随着需求的日益强烈，已经有一些清洗中央空调管道的发明和设计应运而生，其主要依靠类似智能车的机器人，使用旋转电机带动毛刷对管道进行清洗，同时也有通过振打，吸尘等方式来进行的。但是中央空调管道的分布日益复杂，现今市场上所研究出的机器人只能实现平直管道的清洗工作，最新研制出的机器人最多只能实现最大40°角的爬坡清洗，并不能彻底满足对中央空调管道清洗的需求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种应用于中央空调管道清洗的四轮六脚式智能机器人。本发明在平直管道中使用四轮驱动的方式进行行进，同时通过六只脚在管道壁上以类似爬行的方式进行行进，能够实现机器人跨越坑洞以及上下爬行，同时通过球形电机控制毛刷对管道进行清洗。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人，它包括包括毛刷控制模块、清扫杆控制球形电机、紫外杀菌模块、伸缩杆、中央控制模块、电源供电模块、摄像监控模块、无线通讯传输模块、电机驱动模块、爬行机械脚控制模块、步进式电机、车轮、爬行机械脚、机械脚控制球形电机、辅助支撑杆、电磁阀装置、支撑杆卡槽扇叶、扇叶实心洞、扇叶空心洞、扇叶连接孔、套筒、智能机器人、永磁铁芯、机器人底盘、卡盘控制模块、远程监控PC机；电磁阀装置由电磁阀装置A部分和电磁阀装置B部分组成；中央控制模块、电源供电模块、无线通讯传输模块、电机驱动模块、爬行机械脚控制模块、步进式电机和机械脚控制球形电机均固定于机器人底盘上，爬行机械脚与机械脚控制球形电机相连，车轮连接在步进式电机上，步进式电机连接在机器人底盘上；所述辅助支撑杆、电磁阀装置A部分、电磁阀装置B部分、支撑杆卡槽扇叶、卡盘控制模块均嵌入机器人底盘内部，其中，所述电磁阀装置A部分、电磁阀装置B部分分别在机器人底盘的左右两边，辅助支撑杆穿过机器人底盘内部，两端分布连接电磁阀装置A部分、电磁阀装置B部分，支撑杆卡槽扇叶位于电磁阀装置A部分的末端与卡盘控制模块相连接；支撑杆卡槽扇叶的中心具有扇叶连接孔，圆周上均匀分布两个扇叶实心洞和两个扇叶空心洞，支撑杆卡槽扇叶通过扇叶连接孔固定在机器人底盘内部，中央控制模块通过卡盘控制模块控制支撑杆卡槽扇叶旋转。

进一步地，所述辅助支撑杆外层是套筒，内部为一个永磁铁芯，永磁铁芯两端分别为永磁铁S级和永磁铁N级，支撑杆置于电磁阀装置内，在电磁阀装置A部分和电磁阀装置B部分中运动，实现电控伸缩的功能

本发明的有益效果是，本发明应用于中央空调管道清洗的四轮六脚式智能机器人根据采集到的环境数据，进行管道的自动清洗工作，并且通过六脚爬行装置，实现机器人上下爬行及跨越坑洞的功能，实现对中央空调管道的全面清洗能力，同时实时发送采集的环境数据通过无线传输装置发送回用户，用户可对机器人的清洗情况进行实时监控，同时用户也可以对机器人进行远程遥控，机器人接收控制命令后按照用户的指令完成对中央空调管道的清理工作；本发明可以应用于现今使用的大部分中央空调管道，进行除尘及消毒工作，操作简单，适应性强。

附图说明

图1是应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人的组成结构示意图；

图2是应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人的远程通信方式图；

图3是应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人的内部模块连接图；

图4是应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人的侧视图及其摄像监控***与清扫***旋转示意图；

图5是应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人的辅助支撑结构示意图；

图6是应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人的辅助支撑杆结构示意图；

图7是应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人的支撑杆卡槽扇叶结构示意图；

图8是应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人的整体过程流程图；

图9是应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人的清洗过程流程图；

图10是应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人的行走方式判断流程；

图中：毛刷控制模块1、清扫杆控制球形电机2、紫外杀菌模块3、伸缩杆4、中央控制模块5、电源供电模块6、摄像监控模块7、无线通讯传输模块8、电机驱动模块9、爬行机械脚控制模块10、步进式电机11、车轮12、爬行机械脚13、机械脚控制球形电机14、辅助支撑杆15、电磁阀装置、支撑杆卡槽扇叶18、扇叶实心洞19、扇叶空心洞20、扇叶连接孔21、套筒22、智能机器人23、永磁铁S级24、永磁铁N级25、永磁铁芯26、机器人底盘27、卡盘控制模块28、远程监控PC机29,电磁阀装置由电磁阀装置A部分16和电磁阀装置B部分17组成。

具体实施方式

如图1所示，本发明应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人包括毛刷控制模块1、清扫杆控制球形电机2、紫外杀菌模块3、伸缩杆4、中央控制模块5、电源供电模块6、摄像监控模块7、无线通讯传输模块8、电机驱动模块9、爬行机械脚控制模块10、步进式电机11、车轮12、爬行机械脚13、机械脚控制球形电机14、辅助支撑杆15、电磁阀装置、支撑杆卡槽扇叶18、扇叶实心洞19、扇叶空心洞20、扇叶连接孔21、套筒22、智能机器人23、永磁铁芯26、机器人底盘27、卡盘控制模块28、远程监控PC机29,电磁阀装置由电磁阀装置A部分16和电磁阀装置B部分17组成。

如图3所示机器人底盘27是机器人整体结构的核心部分，中央控制模块5、电源供电模块6、无线通讯传输模块8、电机驱动模块9、爬行机械脚控制模块10、步进式电机11和机械脚控制球形电机14全部都固定于机器人底盘27上，爬行机械脚13与机械脚控制球形电机14相连，车轮12连接在步进式电机11上，步进式电机11连接在机器人底盘27上。

如图5所示辅助支撑杆15、电磁阀装置A部分16、电磁阀装置B部分17、支撑杆卡槽扇叶18、卡盘控制模块28均为嵌入在机器人底盘27内部的，其中，电磁阀装置A部分16、电磁阀装置B部分17分别在机器人底盘27的左右两边，辅助支撑杆15穿过机器人底盘27内部，两端连接电磁阀装置A部分16、电磁阀装置B部分17，支撑杆卡槽扇叶18位于电磁阀装置A部分16的末端与卡盘控制模块28相连接，如图7所示支撑杆卡槽扇叶18上有扇叶实心洞19、扇叶空心洞20各两个在中心有扇叶连接孔21，扇叶实心洞19、扇叶空心洞20相互之间与扇叶连接孔21呈90°分布在支撑杆卡槽扇叶18上，支撑杆卡槽扇叶18通过扇叶连接孔21固定在机器人底盘27内部，且通过卡盘控制模块28控制其旋转。

如图6所示辅助支撑杆15外层是套筒22，内部为一个永磁铁芯26，永磁铁芯26两端分别为永磁铁S级24和永磁铁N级25，支撑杆15置于电磁阀装置内，在电磁阀装置A部分16和电磁阀装置B部分17中运动，实现电控伸缩的功能。清扫杆控制球形电机2通过轴承连接机器人底盘27的两个部分，伸缩杆4连接在清扫杆控制球形电机2上，在伸缩杆4的一个顶端连接毛刷控制模块1、紫外杀菌模块3，在另一端连接摄像监控模块7，构成清洗机监控机构。智能六脚爬行机器人爬行机械脚控制模块10安装在机器人底盘27上，爬行机械脚13、机械脚控制球形电机14与机器人底盘27相连，机械脚控制球形电机14控制爬行机械脚13的行走。

如图8所示该机器人采用从上风口至下风口的清洗方式，根据相关资料显示，现今常用的中央空调***均为自上而下的流通形式，采用该种方式可以实现当机器人将管道内壁的灰尘打扫下来后，可以顺着风的流向飘到下风口，因此只需要在下风口安装灰尘收集袋即可达到清扫灰尘的目的。

在使用机器人时最初将机器人放置在中央空调管道的最顶点（最上风口的位置）（可以采用人工放置的方式亦可采用升降机将机器人送至最顶点），而后机器人将正是开始运行，首先机器人将通过摄像监控模块7对环境进行实时监控，采集图像、距离数据，如图2所示通过中央控制模块5对采集的数据进行处理，并通过无线通讯传输模块8将数据传送给用户的PC机29，用户根据收到的数据选择手动控制或是自动控制，机器人正是开始清洗工作，随着机器人向前行进，中央控制模块5控制毛刷控制模块1、清扫杆控制球形电机2、紫外杀菌模块3、伸缩杆4调整角度对管道壁进行清洗和杀菌工作，以上功能的实现是当管道为平直时所采取的。

综合分析各种中央空调的管道***，机器人需要克服的主要是两个困难，其一是跨越丁字路口向下的坑洞，拐点90°的转折点。下面将详细描述该智能六角爬行机器人对这两个困难的处理办法。

如图10所示当遇到丁字路口向下的坑洞时，中央控制模块5将控制四轮步进式电机驱动模块9、步进式电机11停止运转，毛刷控制模块1、清扫杆控制球形电机2、紫外杀菌模块3、伸缩杆4回归至原始状态，并且电磁阀装置A部分16和电磁阀装置B部分17运作使得辅助支撑杆15伸出，在机器人身体的另一半卡住，另一端支撑杆卡槽扇叶18卡住支撑杆的另一端，形成稳定的支撑结构，驱动爬行机械脚控制模块10和爬行机械脚13、机械脚控制球形电机14，机械脚向两侧的管道壁伸出，并固定在管道壁上方，当六只脚固定好后，位于最前方的两只机械脚A、B将在球形电机的控制下向前伸出一定的角度，而后再固定，随后，位于中间的两只机械脚C、D将在球形电机的控制下伸出同样的角度，而后在固定住，最后，位于后边的两只机械脚完成如上四只的同样动作，在固定好后，六个球形电机共同运作，实现机器人的向前运动。如图9所示为清扫丁字路口向下坑洞内的灰尘，机器人爬行至坑洞的正上方时，中央控制模块5控制清扫杆控制球形电机2和伸缩杆4使清扫杆向下旋转90°，而后在六只机械脚13的固定下，通过伸缩杆4的伸缩，对向下的坑洞进行清洗，清洗完成后，清洗杆恢复至初始状态，机器人借助机械脚13，继续向前爬行。

当遇到拐点90°拐角时，即为机器人清扫至该层管道的尽头的情况，需要将前进方向旋转90°，向下行进，爬至下一层，此时同样停止清扫模块和车轮的运转，借助六只机械脚13进行攀爬，同时通过中央控制模块5控制爬行机械脚控制模块10使其完成90°的转弯，是小车能够向下爬行，向下爬行的同时，中央控制模块5控制毛刷控制模块1、清扫杆控制球形电机2、紫外杀菌模块3、伸缩杆4使其继续进行清扫形式与平直管道中的相同，只是旋转了90°角而已，当机器人行进只下一个丁字路口下一层管道的拐点，采用相同的方法，实现机器人旋转90°的前进方向，此时机器人相对于上一层时，上表面和下表面进行了交换，而由于机器人设计时是没有上下左右之分的，从外观上来看，该机器人是上下对称的，同时也是左右对称的，这就使得机器人不存在前后左右上下，也就是说任何一个面都可以是上亦可以是下，可以是前亦可以是后，这就使得机器人有着非常强的适应性，消除了在管道中进行高难度动作的需求，使得该机器人结构简单运动灵活。机器人到达新的一层后，按照上一层的清洗方式继续进行清洗即可！ 

球形电机控制机械脚可以完成很多灵活的动作，如上所述的是实现前后运动的动作，球形电机可以实现空间中三个正交向量的旋转，其中两个方向旋转300°，一个方向旋转360°，该机器人在设计时设置了六只脚，主要是考虑这样的设计能够使其运动更加灵活，并且能够承载更多的负载，提升机器人的性能。通过六只脚的灵活搭配可以实现机器人悬空的前进、大角度旋转、任意方向前进等功能。

如图5所示机器人的辅助支撑结构目的在于辅助清扫杆控制球形电机2轴承，共同支撑机器人整体构架，当机器人在平直的管道中行驶工作时，辅助支撑杆15是收回的形式，方便机器人进行行驶以及清扫杆控制球形电机2控制伸缩杆4进行清洗工作，同时机器人底盘27两边由轴承连接，可以根据不同的地面情况进行机器人行走姿态调整，当机器人要进行爬行动作时，辅助支撑杆在电磁阀装置A部分16和电磁阀装置B部分17的控制下，根据永磁铁芯26的磁性做出伸出动作，同时卡盘控制模块28控制支撑杆卡槽扇叶18旋转至扇叶实心洞19卡住已伸出的辅助支撑杆15，实现底盘辅助支撑及固定的动作，当机器人完成了爬行动作后，电磁阀装置A部分16和电磁阀装置B部分17的控制下控制辅助支撑杆15内部的永磁铁芯26做出收回动作，与此同时卡盘控制模块28控制支撑杆卡槽扇叶18旋转至扇叶空心洞20收回辅助支撑杆15。

同时，如图4所示机器人所配备的摄像头与清扫杆固定在球形电机上且呈180°角，这就使得清扫杆不会遮挡住摄像头的视线，并且清扫杆的设计类似于机器人的尾巴，这样在清扫的时候，所产生的灰尘也不会遮挡住摄像头的视线。在机器人清扫管道壁的同时，会传输图像数据给用户，用户可以实时监控图像情况，假如用户有一些特殊的指令，可以遥控机器人进行完成清洗工作。

机器人完成最后一层的清洗工作后，在最下风口将会被回收，同时机器人所清扫下来的灰尘等污物也将在下风口的回收袋中回收完成，机器人对中央空调的清洗工作也就完成了。

本发明可以应用于现今使用的大部分中央空调管道，进行除尘及消毒工作，操作简单，适应性强。

下面根据实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

实施例

本实施例中，机器人的各模块功能及选型参考介绍如下：

毛刷控制模块1控制毛刷进行旋转清洗工作，可以采用ST公司L298N型号电机驱动芯片，但不限于此。

紫外杀菌模块3控制紫外杀菌装置进行杀菌工作，可以采用Philips公司TUV6W型号紫外杀菌灯，但不限于此。

电源供电模块6控制机器人整体的供电工作，可以采用Allnte公司2596 DC-DC型号电源控制模块，但不限于此。

摄像监控模块7采集机器人行进过程中的图像数据并进行简单的处理，可以采用KaiCong公司s508cr型号监控摄像装置，但不限于此。

无线通讯传输模块8将机器人采集到的图像数据以及中央控制模块对各个模块的控制情况及各个模块的工作状况进行实时传输至远程监控PC机29，可以采用Zigbee的DRF2619A型号无线通信装置，但不限于此。

四轮步进式电机驱动模块9控制机器人的步进式电机11及车轮12的工作，可以采用ST公司L298N型号电机驱动芯片，但不限于此。

爬行机械脚控制模块10控制机械脚13的运动状况，可以采用ST公司A3988SJP-T型号球形电机驱动芯片，但不限于此。

电磁阀装置A部分16和电磁阀装置B部分17控制辅助支撑杆15的运动状况，可以采用Bosun公司4V210-08型号监控摄像装置，但不限于此。

卡盘控制模块28控制支撑杆卡槽扇叶18的旋转辅助电磁阀装置共同实现辅助支撑杆15的控制，可以采用ST公司L298N型号电机驱动芯片，但不限于此。

中央控制模块5是机器人最为核心的部件，该部件控制以上毛刷控制模块1、紫外杀菌模块3、电源供电模块6、摄像监控模块7、无线通讯传输模块8、四轮步进式电机驱动模块9、爬行机械脚控制模块10、电磁阀装置A部分16和电磁阀装置B部分17、卡盘控制模块28九个控制模块的工作状况，可以采用嵌入式技术来实现，亦可以通过单片机来进行控制。可以采用STC公司STC89C52RC-40I-PDIP40型号产品，但不限于此。

由上述具体模块组成的应用于中央空调管道清洗的四轮六脚式智能机器人能够根据采集到的环境数据，进行管道的自动清洗工作，并且通过六脚爬行装置，实现机器人上下爬行及跨越坑洞的功能，实现对中央空调管道的全面清洗能力。

Claims (2)

1.一种应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人，其特征在于，它包括包括毛刷控制模块（1）、清扫杆控制球形电机（2）、紫外杀菌模块（3）、伸缩杆（4）、中央控制模块（5）、电源供电模块（6）、摄像监控模块（7）、无线通讯传输模块（8）、电机驱动模块（9）、爬行机械脚控制模块（10）、步进式电机（11）、车轮（12）、爬行机械脚（13）、机械脚控制球形电机（14）、辅助支撑杆（15）、电磁阀装置、支撑杆卡槽扇叶（18）、扇叶实心洞（19）、扇叶空心洞（20）、扇叶连接孔（21）、套筒（22）、智能机器人（23）、永磁铁芯（26）、机器人底盘（27）、卡盘控制模块（28）和远程监控PC机（29）等；电磁阀装置由电磁阀装置A部分（16）和电磁阀装置B部分（17）组成；中央控制模块（5）、电源供电模块（6）、无线通讯传输模块（8）、电机驱动模块（9）、爬行机械脚控制模块（10）、步进式电机（11）和机械脚控制球形电机（14）均固定于机器人底盘（27）上，爬行机械脚（13）与机械脚控制球形电机（14）相连，车轮（12）连接在步进式电机（11）上，步进式电机（11）连接在机器人底盘（27）上；所述辅助支撑杆（15）、电磁阀装置A部分（16）、电磁阀装置B部分（17）、支撑杆卡槽扇叶（18）、卡盘控制模块（28）均嵌入机器人底盘（27）内部，其中，所述电磁阀装置A部分（16）、电磁阀装置B部分（17）分别在机器人底盘（27）的左右两边，辅助支撑杆（15）穿过机器人底盘（27）内部，两端分布连接电磁阀装置A部分（16）、电磁阀装置B部分（17），支撑杆卡槽扇叶（18）位于电磁阀装置A部分（16）的末端与卡盘控制模块（28）相连接；支撑杆卡槽扇叶（18）的中心具有扇叶连接孔（21），圆周上均匀分布两个扇叶实心洞（19）和两个扇叶空心洞（20），支撑杆卡槽扇叶（18）通过扇叶连接孔（21）固定在机器人底盘（27）内部，中央控制模块（5）通过卡盘控制模块（28）控制支撑杆卡槽扇叶（18）旋转。

2.根据上述应用于中央空调管道清洗的智能六脚爬行机器人，其特征在于，所述辅助支撑杆（15）外层是套筒（22），内部为一个永磁铁芯（26），永磁铁芯（26）两端分别为永磁铁S级（24）和永磁铁N级（25），支撑杆（15）置于电磁阀装置内，在电磁阀装置A部分（16）和电磁阀装置B部分（17）中运动，实现电控伸缩的功能。

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