CN203875890U - 智能清洁机控制***及智能清洁机 - Google Patents

Abstract

一种智能清洁机控制***及智能清洁机，包括控制装置和与控制装置电连接的超声波传感装置、舵机、语音提示器及驱动装置，超声波传感装置与舵机固定连接。超声波传感装置包括检测控制器、电平转换器、超声波发送器、超声波接收器和放大电路，检测控制器连接控制装置，并通过电平转换器与超声波发送器连接，及通过放大电路与超声波接收器连接。利用超声波感应进行避障，发送超声波遇到障碍物反射回来被接收并进行判断，可及时准确地检测到存在的障碍物，提高了避障检测准确性。

Description

智能清洁机控制***及智能清洁机

技术领域

本实用新型涉及地板清洁技术领域，特别是涉及一种智能清洁机控制***及智能清洁机。

背景技术

智能清洁机器人又称扫地机器人、自动打扫机、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。

智能清洁机器人的机身为无线机器，以圆盘型为主，使用充电电池运作，以遥控器或是机器上的操作面板进行操作。智能清洁机器人前端有设置感应器，可侦测障碍物，如碰到墙壁或其他障碍物，可控制万向轮进行转弯，有规划清扫地区。因为其简单操作的功能及便利性，现今已慢慢普及，成为上班族或是现代家庭的常用家电用品。

传统的智能清洁机器人通过红外光电开关进行避障，利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，对所有能反射光线的物体均能检测。当有光线反射回来时，输出低电平。当没有光线反射回来时，输出高电平。如果检测到的物体不能将投光器发出的光束反射回来，那么就会造成检测错误。传统的智能清洁机器人存在避障检测准确性低的缺点。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高避障检测准确性的智能清洁机控制***及智能清洁机。

一种智能清洁机控制***，包括超声波传感装置、舵机、控制装置和驱动装置，所述超声波传感装置与所述舵机固定连接，所述控制装置与所述超声波传感装置、舵机和驱动装置电连接，所述驱动装置用于驱动智能清洁机的万向轮转向；所述超声波传感装置包括检测控制器、电平转换器、超声波发送器、超声波接收器和放大电路，所述检测控制器连接所述控制装置，并通过所述电平转换器与所述超声波发送器连接，及通过所述放大电路与所述超声波接收器连接。

上述智能清洁机控制***，控制装置分别发送扫描控制信号和摆动控制信号至超声波传感装置和舵机，控制舵机带动超声波传感装置转动，超声波传感装置发射超声波并接收返回的超声波，传输感应信号至控制装置。控制装置输出转向信号至驱动装置，使驱动装置控制万向轮转向，从而实现智能清洁机的避障处理。利用超声波感应进行避障，发送超声波遇到障碍物反射回来被接收并进行判断，可及时准确地检测到存在的障碍物，提高了避障检测准确性。

一种智能清洁机，包括机体、万向轮、驱动轮、毛刷、吸尘器以及上述智能清洁机控制***，所述万向轮、驱动轮、毛刷、吸尘器及智能清洁机控制***固定设置于所述机体，所述智能清洁机控制***的驱动装置与所述万向轮、驱动轮、毛刷和吸尘器电连接。

上述智能清洁机，通过上述智能清洁机控制***，利用超声波感应进行避障，发送超声波遇到障碍物反射回来被接收并进行判断，可及时准确地检测到存在的障碍物，提高了智能清洁机的避障检测准确性。

附图说明

图1为一实施例中智能清洁机控制***的结构图；

图2为一实施例中超声波传感装置的原理图；

图3为一实施例中控制装置的原理图；

图4为另一实施例中智能清洁机控制***的结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种智能清洁机控制***，如图1所示，包括超声波传感装置110、舵机120、控制装置130、驱动装置140和语音提示器150。超声波传感装置110与舵机120固定连接，控制装置130与超声波传感装置110、舵机120、驱动装置140和语音提示器150电连接，驱动装置140用于驱动智能清洁机的万向轮转向。

控制装置130分别发送扫描控制信号和摆动控制信号至超声波传感装置110和舵机120，控制舵机120带动超声波传感装置110转动，超声波传感装置110发射超声波并接收返回的超声波，传输感应信号至控制装置130。控制装置130输出转向信号至驱动装置140，使驱动装置140控制万向轮转向，从而实现智能清洁机的避障处理。语音提示器150用于输出智能清洁机的工作状态信息，如输出智能清洁机前进、转弯、扫地、洗尘等工作状态信息，以便用户及时了解智能清洁机的当前工作状态，提高用户体验。本实施例中语音提示器150包括ISD4004芯片，录音效果好、性能稳定且容易操作。

需要说明的是，对于控制装置130，可以采用目前市面上成熟的产品，并利用这些成熟产品上自带的常用程序来实现其数据处理过程，可以不需要依赖于新的程序来实现。例如，控制装置130可以分别发送扫描控制信号和摆动控制信号至超声波传感装置110和舵机120，控制舵机120带动超声波传感装置110转动，以及控制超声波传感装置110发送超声波。控制装置130接收超声波传感装置110传回的感应信号并根据感应信号计算障碍物与智能清洁机的距离，并当距离小于预设值时输出转向信号至驱动装置140，使驱动装置140控制万向轮转向。

如图2所示，超声波传感装置110包括检测控制器U1、电平转换器U2、超声波发送器T1、超声波接收器R1和放大电路112。检测控制器U1连接控制装置130，并通过电平转换器U2与超声波发送器T1连接，及通过放大电路112与超声波接收器R1连接。

具体地，在其中一个实施例中，检测控制器U1可采用STC11型号的芯片，电平转换器U2可采用MAX232型号芯片，超声波传感装置110还可包括晶振器Y1、电阻Rst、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电容C1、电容C2、电容C6和PNP型三极管Q1。检测控制器U1的端口P5.0、端口P67和端口VCC连接电源接入端VCC，端口P5.0和端口P67通过接口P1与控制装置130连接。检测控制器U1的端口OSCI连接晶振器Y1的端口2，并通过电容C1接地，检测控制器U1的端口OSCO连接晶振器Y1的端口1，并通过电容C6接地。检测控制器U1的端口RST通过电阻Rst连接电源接入端VCC，检测控制器U1的端口GND接地。检测控制器U1的端口P5.1和端口P5.2分别连接电平转换器U2的端口T1I和端口T2I，检测控制器U1的端口P5.3连接PNP型三极管Q1的基极，检测控制器U1的端口P6.0和端口P6.1连接放大电路112。电容C2的一端连接电源接入端VCC，另一端接地。PNP型三极管Q1的发射极连接电源接入端VCC，PNP型三极管Q1的集电极连接电平转换器U2的端口VCC。

超声波传感装置110还可包括电容C3、电容C4、电容C5、电容C8和电容C11。电平转换器U2的端口C1+通过电容C5与端口C1-连接，电平转换器U2的端口C2+通过电容C3与端口C2-连接。电平转换器U2的端口VCC通过电容C4接地，端口V+通过电容C11接地。电平转换器U2的端口T1O和端口T2O分别连接超声波发送器T1的端口1和端口2。电平转换器U2的端口V-通过电容C8接地，端口GND接地。

放大电路112具体可包括运算放大器U3A、运算放大U3B、运算放大器U3C和运算放大器U3D，还可包括电阻Ra、电阻Rb、电阻R7、电阻R12、电阻R10、电阻R9、电阻R27、电阻R8、电阻R6、电阻R13、电阻R14、电阻R11、电阻R16、电阻R15、电阻R18、电阻R19、电容C7、电容C9、电容C10、电容C12、电容C13、电容C14和NPN型三极管Q2。本实施例中运算放大器U3A、运算放大U3B、运算放大器U3C和运算放大器U3D均采用TL074型号的运算放大器。

超声波传感装置110还可包括电阻R17、电容C15和电容C16。超声波接收器R1的端口1接地，端口2通过电阻R17和电容C15与运算放大器U3D的反相输入端连接，电容C16一端连接电源接入端VCC，另一端接地。电阻R18和电阻R19串联且公共端连接运算放大器U3D的输出端，电阻R18的另一端连接运算放大器U3D的反相输入端连接，电阻R19的另一端通过电阻R15连接运算放大器U3D的同相输入端，及分别通过电容C12和电容C10连接运算放大器U3C的反相输入端和输出端。运算放大器U3D的同相输入端分别通过电容C14、电容C13和电阻R16接地，通过电阻R11连接电源接入端VCC，并连接运算放大器U3C和运算放大器U3B的同相输入端。

运算放大器U3C的反相输入端通过电阻R14连接运算放大器U3C的输出端，运算放大器U3C的输出端通过电阻R13和电容C9与运算放大器U3B的反相输入端连接，运算放大器U3B的反相输入端通过电阻R9连接运算放大器U3B的输出端。电阻R8和电容C7串联且公共端通过电阻R6连接检测控制器U1的端口P6.1，电阻R8的另一端连接运算放大器U3B的同相输入端，电容C7的另一端接地。运算放大器U3B的同相输入端通过电阻R27接地，并与运算放大器U3A的反相输入端连接。运算放大器U3B的输出端通过电阻R10连接运算放大器U3A的同相输入端，运算放大器U3A的同相输入端通过电阻R12与NPN型三极管Q2的集电极连接。NPN型三极管Q2的集电极通过电阻R7连接电源接入端VCC，并连接检测控制器U1的端口P6.0，NPN型三极管Q2的发射极接地，NPN型三极管Q2的基极通过电阻Ra接地，并通过电阻Rb连接运算放大器U3A的输出端。

检测控制器U1接收到控制装置130发送的扫描控制信号后，输出脉冲信号至电平转换器U2，电平转换器U2对脉冲信号进行电平转换后输出至超声波发送器T1，控制超声波发送器T1发射超声波。超声波接收器R1接收返回的超声波信号并生成对应的感应信号，放大电路112对感应信号进行放大处理，并将放大后的信号发送至检测控制器U1，检测控制器U1接收放大后的信号并发送至控制装置130，用作供控制装置130判断障碍物与智能清洁机的距离。本实施例中控制装置130发送的扫描控制信号为10us的高电平脉冲信号，检测控制器U1输出的脉冲信号包括8个40khz的方波脉冲信号。

舵机120接收的摆动控制信号为脉冲宽度调制信号，用于控制舵机120的转动角度。本实施例中舵机120采用SG90舵机，转角在0度至180度之间。脉冲宽度调制信号的信号周期为20ms，脉冲宽度在0.5ms到2.5ms之间，分别对应了舵机120的0度到180度。通过改变脉冲宽度调制信号的脉冲宽度即可调整舵机120的转动角度，具体脉冲宽度与转动角度的对应关系并不是唯一的，可根据实际情况调整。

超声波传感装置110发出超声波进行检测可较精确地检测障碍物，利用舵机120旋转角度的精确可控制性，使超声波传感装置110在舵机120的带动下对多个角度分别进行判断。只利用一路超声波传感装置110就能对多个方位的障碍物信息进行探测，既节省了硬件资源，又避免了采用多路探测器时带来的信号干扰。

在其中一个实施例中，如图3所示，控制装置130包括与超声波传感装置110、舵机120、驱动装置140和语音提示器150连接的控制器U3，以及连接控制器U3的复位电路122和晶振电路124。

本实施例中控制器U3具体可采用AT89C52芯片，功耗低、***接口简单、精度高、工作稳定可靠，可提高智能清洁机控制***的工作稳定性。控制器U3的端口P3.1和端口P3.2连接超声波传感装置110，端口P2.0连接舵机120。控制器U3的端口P1.3和端口P1.4与驱动装置140连接，端口P3.0连接语音提示器150。

复位电路122包括复位开关S1、电容C1和电阻R1。复位开关S1与电容C1并联且一端连接电源接入端VCC，另一端连接控制器U3的端口RST，并通过电阻R1接地。复位电路122用于在控制器U3出现程序故障时对控制器U3进行复位清零处理。

晶振电路124包括晶振器XTALL、电容C2和电容C3。晶振器XTALL的端口1连接控制器U3的端口XTAL1，并通过电容C2接地。晶振器XTALL的端口2连接控制器U3的端口XTAL2，并通过电容C3接地。晶振电路124用于为控制器U3提供工作脉冲信号。

控制装置130还可包括电平转换器U4、排阻P2、排阻P3、排阻P4、排阻P5、排阻P6、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7。电平转换器U4同样可采用MAX232芯片。控制器U3的端口P0.0至端口P0.7分别连接排阻P2的端口1至端口8，及分别连接排阻P6的端口9至端口2，排阻6的端口1连接电源接入端VCC。排阻P3的端口1至端口8分别连接控制器U3的端口P2.0至端口P2.7，排阻P4的端口1至端口8分别连接控制器U3的端口P1.7至端口P1.0，排阻5的端口1至端口8分别连接控制器U3的端口P3.0至端口P3.7。控制器U3的端口P3.0和端口P3.1分别连接电平转换器U4的端口R2OUT和端口T2IN。电平转换器U4的端口C1+通过电容C4与端口C1-连接，电平转换器U4的端口C2+通过电容C5与端口C2-连接。电平转换器U4的端口VCC通过电容C6与端口VDD连接，并连接电源接入端VCC。电平转换器U4的端口VEE通过电容C7与端口GND连接，电平转换器U4的端口T2OUT和端口R2IN连接接口J1。

电平转换器U4对接口J1接入的电压进行电平转换后输送至控制器U3，为控制器U3提供工作电压。控制器U3发送扫描控制信号和摆动控制信号至超声波传感装置110和舵机120，控制超声波传感装置110和舵机120工作。控制器U3接收超声波传感装置110返回的感应信号并计算障碍物与智能清洁机的距离，感应信号的高电平持续时间与障碍物和智能清洁机的距离成正比，控控制器U3根据感应信号便可检测出障碍物和智能清洁机的距离，具体地，距离等于高电平持续时间与声速乘积的一半。

若距离小于预设值，则控制器U3输出转向信号至驱动装置，使驱动装置控制万向轮转向。本实施例中预设值为2CM，若障碍物与智能清洁机的距离小于2CM，控制器U3输出转向信号至驱动装置，使驱动装置控制万向轮右转60度，然后控制智能清洁机继续前进。可以理解，预设值的具体数值、万向轮的转弯方向及转向角度并不是唯一的，可根据实际情况进行调整。控制器U3还控制语音提示器150输出智能清洁机的工作状态信息。

在其中一个实施例中，驱动装置140包括驱动器和驱动马达，控制装置130通过驱动器连接驱动马达，驱动马达用于驱动智能清洁机的万向轮转向。本实施例中驱动器采用L298N芯片，驱动马达采用步进电机。驱动器接收到转向信号后控制驱动马达工作，使万向轮转向。

此外驱动装置140还可连接智能清洁机的驱动轮、毛刷和吸尘器。通过控制装置130发送对应驱动信号，使驱动装置140控制驱动轮转动，使智能清洁机前进，以及控制毛刷和吸尘器工作。驱动装置140可以包括多个驱动马达，用来分别控制万向轮、驱动轮、毛刷和吸尘器工作。

上述智能清洁机控制***，控制装置130分别发送扫描控制信号和摆动控制信号至超声波传感装置110和舵机120，控制舵机120带动超声波传感装置110转动，超声波传感装置110发射超声波并接收返回的超声波，传输感应信号至控制装置130。控制装置130输出转向信号至驱动装置140，使驱动装置140控制万向轮转向，从而实现智能清洁机的避障处理。利用超声波感应进行避障，发送超声波遇到障碍物反射回来被接收并进行判断，可及时准确地检测到存在的障碍物，提高了避障检测准确性。

在其中一个实施例中，如图4所示，智能清洁机控制***还包括连接控制装置130的红外传感装置160。通过控制装置130对应控制超声波传感装置110或红外传感装置160工作来检测障碍物，可进行超声波扫描和红外扫描两种扫描模式的选择。本实施例中即是结合超声波扫描准确度高和红外扫描距离远的特点，可根据实际情况选择具体的扫描模式，提高了智能清洁机的适用性。

在其中一个实施例中，继续参照图4，智能清洁机控制***还包括连接控制装置130的计时器170和显示器180。计时器170具体可包括连接控制装置130的ds1302芯片，以及连接ds1302芯片的纽扣电池和32mhz晶振器。显示器180具体可包括数码管、74ls138芯片和74ls573芯片，数码管通过74ls138芯片和74ls573与控制装置130连接。控制装置130在智能清洁机开始工作后控制计时器170进行计时，并通过74ls138芯片和74ls573芯片扫描数码管，通过数码管显示当前计时信息，以显示智能清洁机的工作持续时间，便于用户查看，提高用户体验。采用数码管静态扫描显示，显示速度快，使用简单、显示效果简洁明了。计时器170还可在控制装置130断电时对控制装置130提供工作电压。

此外，智能清洁机控制***还可包括连接控制装置130的调节按钮，通过调节按钮调整时间，设定智能清洁机的毛刷和吸尘器的工作起始时间，实现毛刷和吸尘器工作的时钟定时启动，提高智能清洁机的使用便利性。

在其中一个实施例中，智能清洁机控制***还包括连接超声波传感装置110、舵机120、控制装置130和驱动装置140的供电装置。供电装置具体可包括直流-直流升压芯片及锂离子电池，锂离子电池通过直流-直流升压芯片与超声波传感装置110、舵机120、控制装置130和驱动装置140连接。直流-直流升压芯片对锂离子电池输出的电压进行升压处理后输出，为超声波传感装置110、舵机120、控制装置130和驱动装置140提供工作电压。

此外，智能清洁机控制***还包括红外对管，供电装置通过红外对管与计时器170连接。具体地，红外对管的发射部连接供电装置，红外对管的接收部连接计时器170，通过对红外对管的发射部进行***电路设计，使发射部在供电装置输出电压的幅值低于设定幅值时关断，不发送红外光至红外对管的接收部，从而使接收部关断，计时器170在红外对管的接收部关断时停止计时，控制装置130在计时器170停止计时后关机。

本实施例中即是通过红外对管对供电装置的输出电压进行监控，当输出电压的幅值低于设定幅值时控制装置130自动关机，从而关闭整个***。

一种智能清洁机，包括机体、万向轮、驱动轮、毛刷、吸尘器以及上述智能清洁机控制***，万向轮、驱动轮、毛刷、吸尘器及智能清洁机控制***固定设置于机体，智能清洁机控制***的驱动装置与万向轮、驱动轮、毛刷和吸尘器电连接。

上述智能清洁机，通过上述智能清洁机控制***，利用超声波感应进行避障，发送超声波遇到障碍物反射回来被接收并进行判断，可及时准确地检测到存在的障碍物，提高了智能清洁机的避障检测准确性。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种智能清洁机控制***，其特征在于，包括超声波传感装置、舵机、语音提示器、控制装置和驱动装置，所述超声波传感装置与所述舵机固定连接，所述控制装置与所述超声波传感装置、舵机、语音提示器和驱动装置电连接，所述驱动装置用于驱动智能清洁机的万向轮转向；

所述超声波传感装置包括检测控制器、电平转换器、超声波发送器、超声波接收器和放大电路，所述检测控制器连接所述控制装置，并通过所述电平转换器与所述超声波发送器连接，及通过所述放大电路与所述超声波接收器连接。

2.根据权利要求1所述的智能清洁机控制***，其特征在于，所述控制装置包括与所述超声波传感装置、舵机、驱动装置和语音提示器连接的控制器，以及连接所述控制器的晶振电路和复位电路。

3.根据权利要求1所述的智能清洁机控制***，其特征在于，所述驱动装置包括驱动器和驱动马达，所述控制装置通过所述驱动器连接所述驱动马达，所述驱动马达用于驱动智能清洁机的万向轮转向。

4.根据权利要求1所述的智能清洁机控制***，其特征在于，还包括连接所述控制装置的红外传感装置。

5.根据权利要求1所述的智能清洁机控制***，其特征在于，还包括连接所述控制装置的计时器和显示器。

6.根据权利要求5所述的智能清洁机控制***，其特征在于，所述显示器包括数码管。

7.根据权利要求5所述的智能清洁机控制***，其特征在于，还包括连接所述控制装置的调节按钮。

8.根据权利要求5所述的智能清洁机控制***，其特征在于，还包括连接所述超声波传感装置、舵机、控制装置和驱动装置的供电装置。

9.根据权利要求8所述的智能清洁机控制***，其特征在于，还包括红外对管，所述供电装置通过所述红外对管与所述计时器连接。

10.一种智能清洁机，其特征在于，包括机体、万向轮、驱动轮、毛刷、吸尘器以及权利要求1至9任意一项所述的智能清洁机控制***，所述万向轮、驱动轮、毛刷、吸尘器及智能清洁机控制***固定设置于所述机体，所述智能清洁机控制***的驱动装置与所述万向轮、驱动轮、毛刷和吸尘器电连接。