CN108784539A - 一种具有超静音行走特点的迎宾清扫机器人装置 - Google Patents

一种具有超静音行走特点的迎宾清扫机器人装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有超静音行走特点的迎宾清扫机器人装置，本发明为了解决传统迎宾机器人在迎宾过程中行走装置噪声较大，且非迎宾状态下不能从事其他工作的问题，所述迎宾清扫机器人装置包括机器人头部、机器人躯干、轮式底盘移动装置和控制***，所述机器人头部包括头部外壳、RGB‑LED8×16点阵表情板和语音装置，所述机器人躯干由颈部支架、背部支撑板、胸前支撑板、触碰传感器和超声波传感器组成，所述轮式底盘移动装置由行走装置和清扫装置组成，STM32F103芯片作为控制***的主芯片与RGB‑LED8×16点阵表情板、语音装置、触碰传感器、超声波传感器、无刷直流减速电机和无刷直流电机控制连接，可实现迎宾清扫机器人超静音行走、自主避障、语音播报和地面清洁的功能。

Description

一种具有超静音行走特点的迎宾清扫机器人装置
技术领域
本发明公开一种具有超静音行走特点的迎宾清扫机器人装置。
背景技术
现如今市面上的大多数迎宾机器人在迎宾过程中行走装置噪声较大，且在非迎宾状态下不能完成其他工作，从世界卫生组织发布的最新报告可看出，噪音污染已经成为仅次于空气污染之后威胁公民健康的隐患，传统的迎宾机器人行走装置噪声较大甚至掩盖了机器人的欢迎内容等语音播报，效果不理想，用户体验感较差，且迎宾机器人一般用于人流量较大的公共场所，在大厅门口位置进行迎宾指引工作，针对下雨下雪的天气环境下，虽然在大型商场等场所门口设置有防滑地垫且有保洁人员打扫，但是由于人流量较大需要持续清洁，本发明针对上述两类问题公布了一种具有超静音行走特点的迎宾清扫机器人装置，所述迎宾清扫机器人装置在迎宾工作的同时具有一定范围的清扫能力，这不但可以让商场或者企业减少在迎宾工作方面的资金投入，还可以大大减轻保洁人员的清扫压力使人员从乏味且重复的工作中解放出来，随时保持场所门口位置时刻干净整洁。
本发明公布了一种具有超静音行走特点的迎宾清扫机器人装置，不但可以带给顾客以科技感十足的企业第一印象，同时打开了迎宾机器人服务多元化的大门，本发明采用了无刷直流减速电机驱动底盘移动装置，电机安装在消音罩里面，消音罩里面布置有厚度为10mm的静音海绵，且在传动***中采用超静音滚子轴承，使机器人在行进过程中把噪音降到最低，在科技创新带给顾客以生活便利的同时，又营造出良好的人机交互环境。
发明内容
本发明为了解决现有迎宾机器人迎宾过程中行走装置噪声较大且非迎宾状态下不能完成其他工作的问题，公开了一种结构简洁，可实现迎宾和清扫两种工作模式的具有超静音特点的迎宾清扫机器人装置。
本发明为了解决上述问题所采取的技术方案是：所述迎宾清扫机器人装置包括机器人头部、机器人躯干、轮式底盘移动装置和控制***，所述机器人头部包括头部外壳、RGB-LED8×16点阵表情板和语音装置，所述头部外壳与颈部支架固接，所述RGB-LED8×16点阵表情板布置在头部外壳内部迎宾机器人眼睛的位置，所述语音装置包括Wav Player语音录放模块、Micro SD存储卡模块和喇叭，所述喇叭布置在头部外壳内部迎宾机器人嘴的位置用于机器人语音，所述Wav Player语音录放模块和Micro SD存储卡模块安装在头部外壳内部；
所述机器人躯干由颈部支架、背部支撑板、胸前支撑板、触碰传感器和HC-SR04超声波传感器组成，所述颈部支架与背部支撑板垂直布置且与其固定连接，所述触碰传感器对称布置在颈部支架左右两侧，所述胸前支撑板分别与颈部支架和背部支撑板固接，且胸前支撑板和背部支撑板分别与轮式底盘移动装置固接，所述HC-SR04超声波传感器分别布置于所述机器人躯干四周用于超声检测，实时向控制***反馈机器人的位置信息；
所述轮式底盘移动装置由行走装置和清扫装置组成，所述行走装置由第一金属支撑底座、第二金属支撑底座、承重杆、驱动轮、无刷直流减速电机、电机支架、第一皮带轮、第二皮带轮、传动带、周向固定支座、金属固定支座、超静音滚子轴承、传动轴、紧定螺钉、万向轮、消音罩和控制器组成，所述清扫装置由清洁刷头、超静音减速齿轮箱、无刷直流电机、第三金属支撑底座组成；
所述第一金属支撑底座、第二金属支撑底座、第三金属支撑底座平行布置，且第一金支撑底座与第三金属支撑底座固定连接，第二金属支撑底座通过承重杆与第一金属支撑底座固定连接。所述一对无刷直流减速电机安装在消音罩内，且通过电机支架对称布置在第一金属支撑底座两侧，所述无刷直流减速电机的输出轴与第一皮带轮传动连接，所述锁紧螺母与电机输出轴的末端螺纹连接使第一皮带轮轴向定位，且第一皮带轮与第二皮带轮布置在轮式底盘移动装置的一侧由传动带传动连接，所述第二皮带轮把圆周力传递给传动轴，所述第二皮带轮通过紧定螺钉与传动轴进行周向和轴向的定位，传动轴通过一对超静音滚子轴承与周向固定支座和金属固定支座配合使传动轴周向固定，所述驱动轮与传动轴的输出端通过紧定螺钉固接，所述超静音减速齿轮箱内布置有静音海绵隔绝轮齿间啮合产生的噪声，所述无刷直流电机的输出轴通过联轴器与超静音减速齿轮箱的输入端传动连接，所述超静音减速齿轮箱的左右输出轴分别与清洁刷头连接，且清洁刷头方便拆卸换洗；
所述控制***以STM32F103芯片为主，控制两个电机驱动模块L298N、四路HC-SR04超声波传感器、Wav Player语音录放模块、Micro SD存储卡模块、两个触碰传感器和RGB-LED8×16点阵表情板。所述STM32F103芯片的PB12、PB13、PB14、PB15、PA8、PA11引脚分别与控制两侧无刷直流减速直流电机的L298N电机驱动模块IN4、IN3、IN2、IN1、ENA、ENB引脚连接，所述电机驱动模块L298N的OUT1、OUT2、OUT3、OUT4四个引脚分别与两个无刷直流减速电机连接，所述STM32F103芯片的PA5、PC13、PB7引脚分别与控制无刷直流电机的L298N电机驱动模块IN1、IN2、ENA引脚连接，所述STM32F103芯片的PB0、PB1、PB10、PB11、PA2、PA3、PA6、PA7引脚分别与四路HC-SR04超声波传感器连接的Trig、Echo引脚连接，所述STM32F103芯片的PA1、PA4、PA5分别与Wav Player语音录放模块的CS、SCK、SDI引脚相连，STM32F103芯片的PA9、PA10、PA12分别与Micro SD存储卡模块的MISO、MOSI、SCK引脚连接，PB5、PB6引脚分别与两个触碰传感器的OUT引脚连接，所述RGB-LED8×16点阵表情板的SCL、SDA引脚分别与STM32F103芯片的PB8和PB9引脚连接。
本发明的控制过程如下：本发明轮式底盘移动装置包括行走装置和清扫装置，左右两个无刷直流减速电机由一个电机驱动模块L298N驱动，所述STM32F103芯片的PB12、PB13、PB14、PB15引脚分别与控制两侧无刷直流减速直流电机的L298N电机驱动模块IN4、IN3、IN2、IN1引脚连接，IN4、IN3、IN2、IN1四个引脚分别控制两个无刷直流减速电机的正反转转向，ENA、ENB引脚与STM32F103芯片的PA8、PA11引脚的PWM输出连接，从而控制驱动轮的正反转和转速的调节，当四路HC-SR04超声波传感器检测到机器人周围4m到2m之间有行人时，行走装置向行人方向原地转动行走装置向前移动，若此时检测到其他方向有人不会再次触发行走装置转动，当行人与机器人距离2m以内时机器人停止移动，触发语音迎宾功能，所述语音迎宾功能是由传感器触发Wav Player语音录放模块播放储存在Micro SD存储卡模块里面的音频文件，最终由喇叭发声，从而实现迎宾机器人“讲话”。所述清扫装置由清洁刷头、超静音减速齿轮箱、无刷直流电机、第三金属支撑底座组成，其中作为主控制的STM32F103芯片的PA5、PC13、PB7引脚分别与控制无刷直流电机的L298N电机驱动模块IN1、IN2、ENA引脚连接，其中IN1、IN2引脚用于控制无刷直流电机的正反转，ENA引脚用于与STM32F103芯片PB7引脚的PWM输出连接，从而控制清洁刷头的正反转和转速的调节，当HC-SR04超声波传感器检测到4m之内没有行人时，触发清扫巡检模式，在大厅门口范围内移动清洁地面，通过HC-SR04超声波传感器避障检测到障碍物在4.1m位置时停留1s（为了区别过往行人和墙体障碍物）原地转动避障。所述两个触碰传感器布置在颈部支架上，当行人触碰到传感器时也会触发机器人的语音迎宾功能。
附图说明
图1本发明整体的结构示意图；
图2本发明轮式底盘移动装置的结构示意图；
图3本发明轮式底盘移动装置的局部结构示意图；
图4本发明机器人头部局部剖视图；
图5本发明控制***示意图；
图6本发明控制***主控芯片的电路原理图；
图7本发明控制***电机驱动模块和超声波传感器的电路原理图；
图8本发明控制***点阵表情板和触碰传感器的电路原理图；
图9本发明控制***语音录放模块和存储卡模块的电路原理图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图4说明本实施方式，所述一种具有超静音行走特点的迎宾清扫机器人装置包括：机器人头部1、机器人躯干2、轮式底盘移动装置3和控制***4，所述机器人头部1包括头部外壳1-1、RGB-LED8×16点阵表情板1-2和语音装置1-3，所述头部外壳1-1与颈部支架2-1固接，所述RGB-LED8×16点阵表情板1-2布置在头部外壳1-1内部迎宾机器人眼睛的位置，所述语音装置1-3包括Wav Player语音录放模块1-31、Micro SD存储卡模块1-32和喇叭1-33，所述喇叭1-33布置在头部外壳1-1内部迎宾机器人嘴的位置用于机器人语音播报，Wav Player语音录放模块1-31和Micro SD存储卡模块1-32安装固定在头部外壳1-1内部。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，所述机器人躯干2由颈部支架2-1、触碰传感器2-2、胸前支撑板2-3、背部支撑板2-4和HC-SR04超声波传感器2-5组成，所述颈部支架2-1与背部支撑板2-4垂直布置且与其固定连接，所述触碰传感器2-2对称布置在颈部支架2-1左右两侧，所述胸前支撑板2-3分别与颈部支架2-1和背部支撑板2-4固接，且胸前支撑板2-3和背部支撑板2-4分别与轮式底盘移动装置3固接，所述HC-SR04超声波传感器2-5分别布置于所述机器人躯干2四周用于超声检测，实时反馈机器人的位置信息给控制***4。
本实施方式中HC-SR04超声波传感器2-5为现有技术，生产厂家为北京天祥微控电子有限公司，型号为HC-SR04。
具体实施方式三：结合图1、图2、图3、图4说明本实施方式，所述轮式底盘移动装置3由行走装置31和清扫装置32组成，所述行走装置31由第一金属支撑底座31-1、消音罩31-2、万向轮31-3、控制器31-4、承重杆31-5、第二金属支撑底座31-6、驱动轮31-7、无刷直流减速电机31-8、电机支架31-9、电池31-10、第一皮带轮31-11、传动轴31-12、周向固定支座31-13、传动带31-14、锁紧螺母31-15、金属固定支座31-16、超静音滚子轴承31-17、第二皮带轮31-18和紧定螺钉31-19组成，所述清扫装置32由无刷直流电机32-1、第三金属支撑底座32-2、超静音减速齿轮箱32-3和清洁刷头32-4组成；
所述第一金属支撑底座31-1、第二金属支撑底座31-6、第三金属支撑底座32-2平行布置，且第一金支撑底座31-1与第三金属支撑底座固定连接32-2，第二金属支撑底座31-6通过承重杆31-5与第一金属支撑底座31-1固定连接。所述一对无刷直流减速电机31-8安装在消音罩31-2内，且通过电机支架31-9对称布置在第一金属支撑底座31-1两侧，所述无刷直流减速电机31-8的输出轴与第一皮带轮31-11传动连接，所述锁紧螺母31-15与无刷直流减速电机31-8输出轴的末端螺纹连接使第一皮带轮31-11轴向定位，且第一皮带轮31-11与第二皮带轮31-18布置在轮式底盘移动装置3的一侧由传动带31-14连接，所述第二皮带轮31-18把圆周力传递给传动轴31-12，所述第二皮带轮31-18通过紧定螺钉31-19与传动轴31-12进行周向和轴向的定位，传动轴31-12通过一对超静音滚子轴承31-17与周向固定支座31-13和金属固定支座31-16配合使传动轴31-12周向固定，所述驱动轮31-7与传动轴31-12的输出端通过紧定螺钉31-19固接，所述超静音减速齿轮箱32-3内布置有静音海绵隔绝轮齿间啮合产生的噪声，所述无刷直流电机32-1的输出轴通过联轴器与超静音减速齿轮箱32-3的输入端传动连接，所述超静音减速齿轮箱32-3的左右输出轴分别与清洁刷头32-4连接，且清洁刷头32-4方便拆卸换洗。
本实施方式中超静音滚子轴承31-17为现有技术，生产厂家为德国FAG，型号为NU1020。
本实施方式中无刷直流减速电机31-8为现有技术，生产厂家为国领微特电机有限公司，型号为GB37Y3530。
本实施方式中无刷直流电机32-1为现有技术，生产厂家为北京时代超群电器科技有限公司，型号为42BL50S03-230。
具体实施方式四：结合图5、图6、图7、图8、图9说明本实施方式，所述控制***4以STM32F103芯片为主，控制两个电机驱动模块L298N、四路HC-SR04超声波传感器2-5、WavPlayer语音录放模块1-31、Micro SD存储卡模块1-32、两个触碰传感器2-2和RGB-LED8×16点阵表情板1-2。所述STM32F103芯片的PB12、PB13、PB14、PB15、PA8、PA11引脚分别与控制两侧无刷直流减速直流电机的L298N电机驱动模块IN4、IN3、IN2、IN1、ENA、ENB引脚连接，所述电机驱动模块L298N的OUT1、OUT2、OUT3、OUT4四个引脚分别与两个无刷直流减速电机31-8连接，所述STM32F103芯片的PA5、PC13、PB7引脚分别与控制无刷直流电机32-1的L298N电机驱动模块IN1、IN2、ENA引脚连接，所述STM32F103芯片的PB0、PB1、PB10、PB11、PA2、PA3、PA6、PA7引脚分别与四路HC-SR04超声波传感器2-5连接的Trig、Echo引脚连接，所述STM32F103芯片的PA1、PA4、PA5分别与Wav Player语音录放模块的CS、SCK、SDI引脚相连，STM32F103芯片的PA9、PA10、PA12分别与Micro SD存储卡模块1-32的MISO、MOSI、SCK引脚连接，PB5、PB6引脚分别与两个触碰传感器2-2的OUT引脚连接，所述RGB-LED8×16点阵表情板1-2的SCL、SDA引脚分别与STM32F103芯片的PB8和PB9引脚连接。
工作原理
本发明轮式底盘移动装置包括行走装置和清扫装置，左右两个无刷直流减速电机由一个电机驱动模块L298N驱动，当四路HC-SR04超声波传感器检测到机器人周围4m到2m之间有行人时，行走装置向行人方向原地转动行走装置向前移动，若此时检测到其他方向有人不会再次触发行走装置转动，当行人与机器人距离2m以内时机器人停止移动，触发语音迎宾功能。
所述清扫装置由清洁刷头、超静音减速齿轮箱、无刷直流电机、第三金属支撑底座组成，当HC-SR04超声波传感器检测到4m之内没有行人时，触发清扫巡检模式。在大厅门口范围内移动清洁地面，当超声波传感器避障检测到障碍物在4.1m的位置时，驱动轮停止转动停留1s（为了区别行人和墙体障碍物）原地转动实现避障，所述两个触碰传感器布置在颈部支架上，当行人触碰到传感器时也会触发机器人的语音迎宾功能。

Claims (4)

1.一种具有超静音行走特点的迎宾清扫机器人装置，其特征在于：所述迎宾清扫机器人装置的包括机器人头部（1）、机器人躯干（2）、轮式底盘移动装置（3）和控制***（4），所述机器人头部（1）包括头部外壳（1-1）、RGB-LED8×16点阵表情板（1-2）和语音装置（1-3），所述头部外壳（1-1）与颈部支架（2-1）固接，所述RGB-LED8×16点阵表情板（1-2）布置在头部外壳（1-1）内部迎宾机器人眼睛的位置，所述语音装置（1-3）包括Wav Player语音录放模块（1-31）、Micro SD存储卡模块（1-32）和喇叭（1-33），所述喇叭（1-33）布置在头部外壳（1-1）内部迎宾机器人嘴的位置用于机器人语音播报，Wav Player语音录放模块（1-31）和MicroSD存储卡模块（1-32）安装固定在头部外壳（1-1）内部。
2.如权利要求1所述的一种具有超静音行走特点的迎宾清扫机器人装置，其特征在于：所述机器人躯干（2）由颈部支架（2-1）、触碰传感器（2-2）、胸前支撑板（2-3）、背部支撑板（2-4）和HC-SR04超声波传感器（2-5）组成，所述颈部支架（2-1）与背部支撑板（2-4）垂直布置且与其固定连接，所述触碰传感器（2-2）对称布置在颈部支架（2-1）左右两侧，所述胸前支撑板（2-3）分别与颈部支架（2-1）和背部支撑板（2-4）固接，且胸前支撑板（2-3）和背部支撑板（2-4）分别与轮式底盘移动装置（3）固接，所述HC-SR04超声波传感器（2-5）分别布置于所述机器人躯干（2）四周用于超声检测，实时反馈机器人的位置信息给控制***（4）。
3.如权利要求1所述的一种具有超静音行走特点的迎宾清扫机器人装置，其特征在于：所述轮式底盘移动装置（3）由行走装置（31）和清扫装置（32）组成，所述行走装置（31）由第一金属支撑底座（31-1）、消音罩（31-2）、万向轮（31-3）、控制器（31-4）、承重杆（31-5）、第二金属支撑底座（31-6）、驱动轮（31-7）、无刷直流减速电机（31-8）、电机支架（31-9）、电池（31-10）、第一皮带轮（31-11）、传动轴（31-12）、周向固定支座（31-13）、传动带（31-14）、锁紧螺母（31-15）、金属固定支座（31-16）、超静音滚子轴承（31-17）、第二皮带轮（31-18）和紧定螺钉（31-19）组成，所述清扫装置（32）由无刷直流电机（32-1）、第三金属支撑底座（32-2）、超静音减速齿轮箱（32-3）和清洁刷头（32-4）组成；
所述第一金属支撑底座（31-1）、第二金属支撑底座（31-6）、第三金属支撑底座（32-2）平行布置，且第一金支撑底座（31-1）与第三金属支撑底座固定连接（32-2），第二金属支撑底座（31-6）通过承重杆（31-5）与第一金属支撑底座（31-1）固定连接；所述一对无刷直流减速电机（31-8）安装在消音罩（31-2）内，且通过电机支架（31-9）对称布置在第一金属支撑底座（31-1）两侧，所述无刷直流减速电机（31-8）的输出轴与第一皮带轮（31-11）传动连接，所述锁紧螺母（31-15）与无刷直流减速电机（31-8）输出轴的末端螺纹连接使第一皮带轮（31-11）轴向定位，且第一皮带轮（31-11）与第二皮带轮（31-18）布置在轮式底盘移动装置（3）的一侧由传动带（31-14）连接，所述第二皮带轮（31-18）把圆周力传递给传动轴（31-12），所述第二皮带轮（31-18）通过紧定螺钉（31-19）与传动轴（31-12）进行周向和轴向的定位，传动轴（31-12）通过一对超静音滚子轴承（31-17）与周向固定支座（31-13）和金属固定支座（31-16）配合使传动轴（31-12）周向固定，所述驱动轮（31-7）与传动轴（31-12）的输出端通过紧定螺钉（31-19）固接，所述超静音减速齿轮箱（32-3）内布置有静音海绵隔绝轮齿间啮合产生的噪声，所述无刷直流电机（32-1）的输出轴通过联轴器与超静音减速齿轮箱（32-3）的输入端传动连接，所述超静音减速齿轮箱（32-3）的左右输出轴分别与清洁刷头（32-4）连接，且清洁刷头（32-4）方便拆卸换洗。
4.如权利要求1所述的一种具有超静音行走特点的迎宾清扫机器人装置，其特征在于：所述控制***（4）以STM32F103芯片为主，控制两个电机驱动模块L298N、四路HC-SR04超声波传感器（2-5）、Wav Player语音录放模块（1-31）、Micro SD存储卡模块（1-32）、两个触碰传感器（2-2）和RGB-LED8×16点阵表情板（1-2）；所述STM32F103芯片的PB12、PB13、PB14、PB15、PA8、PA11引脚分别与控制两侧直流无刷减速直流电机的L298N电机驱动模块IN4、IN3、IN2、IN1、ENA、ENB引脚连接，所述电机驱动模块L298N的OUT1、OUT2、OUT3、OUT4四个引脚分别与两个无刷直流减速电机（31-8）连接，所述STM32F103芯片的PA5、PC13、PB7引脚分别与控制无刷直流电机（32-1）的L298N电机驱动模块IN1、IN2、ENA引脚连接，所述STM32F103芯片的PB0、PB1、PB10、PB11、PA2、PA3、PA6、PA7引脚分别与四路HC-SR04超声波传感器（2-5）连接的Trig、Echo引脚连接，所述STM32F103芯片的PA1、PA4、PA5分别与WavPlayer语音录放模块（1-31）的CS、SCK、SDI引脚相连，STM32F103芯片的PA9、PA10、PA12分别与Micro SD存储卡模块（1-32）的MISO、MOSI、SCK引脚连接，PB5、PB6引脚分别与两个触碰传感器（2-2）的OUT引脚连接，所述RGB-LED8×16点阵表情板（1-2）的SCL、SDA引脚分别与STM32F103芯片的PB8和PB9引脚连接。
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