專利名稱：中央空調通風管道清洗機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種中央空調通風管道清洗機器人，尤其涉及一種制作簡單、控制方 便、成本低廉的應用于中央空調管道清掃的機器人。
背景技術：
隨著現(xiàn)代社會的不斷進步，越來越多的高樓大廈里安裝中央空調 來調節(jié)室內環(huán) 境，然而由于大多數(shù)中央空調通風管道不能承受過重的質量，而且通風管道比較狹小，因此 人工不能進入直接清掃，使得管道塵埃堆積，細菌密布，交換的空氣質量下降并且夾雜著很 多對人體有害的病毒。
發(fā)明內容針對上述的不足，本發(fā)明提供了一種適用于清掃方形、圓形的中央空調通風管道 清洗的機器人，可以廣泛用于高樓大廈中央空調通風管道的清洗。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種中央空調通風管道清掃機器人，由車體 和清掃臂、清掃臂起落機構組成，清掃臂由小連桿和大連桿兩段通過螺栓連接組成，清掃臂 起落機構由升降電機、支撐臂、絲杠副、導軌、軸承、軸承支座構成。所述清掃臂的下端與固定在車體底盤后部的支架連接，其上端安裝有清掃刷電動 機，清掃刷電動機可以驅動安裝在電機軸上的清掃刷。所述車體的底盤下方增設底箱，在底箱兩側壁上分別裝有兩個由電動機驅動的車 輪，車體后部增設攝像頭，攝像頭經USB 口與PC機連接，在車體前部增設超聲波探頭。所述清掃臂起落機構的支撐臂一端與清掃臂連接，另一端與絲杠副螺母連接，軸 承安裝在軸承支座中，導軌和絲杠副中絲杠由軸承及支座支撐，絲杠的一端通過聯(lián)軸器與 升降電機連接，升降電機和軸承及支撐座固定在車體的底盤上。本發(fā)明的有益效果器人可駛入管道內部，用清掃刷驅動電機對管道臂進行清掃， 變換機器人的位置可對管道內不同內壁進行清掃，改變清掃刷的旋轉方向，可以適應不同 內壁的清掃，利用升降電機、絲桿副和支撐臂組成的清掃臂起落機構調整清掃臂的前傾角 度，從而改變清掃高度，以適應不同截面的管道，更換小連桿來改變清掃臂的長度，從而改 變清掃刷高度，以適應不同截面的管道，利用超聲波探頭來探測車體前方是否有障礙物，來 判斷是否需要轉彎避障，利用攝像頭可將管道內部的清掃臂工作狀況在PC機上進行顯示 或存儲，便于外部觀看和調閱，本發(fā)明可采用PC機進行控制，清掃刷驅動電動機，清掃臂升 降驅動電動機，車輪驅動電動機的電源端分別同對應的電動機驅動電路的驅動電源輸出端 連接，各電動機驅動電路的控制極分別同單片機相應控制信號輸出端對應連接，車輪測速 的霍爾測速元件連接單片機相應控制信號輸入端對應連接，清掃臂升降限位開關連接單片 機相應控制信號輸入端對應連接，PC機串行口經串行通訊接口電路與單片機串口連接，所 述攝像頭與PC機的USB 口連接，而且本發(fā)明具有重量輕，體積小，操作靈活，制作成本低，有 著較好的應用和市場開發(fā)價值。
圖1是本發(fā)明的主視圖。圖2是本發(fā)明的左視圖。圖3是本發(fā)明的俯視圖。圖4是一種采用PC機進行控制的控制原理框圖。圖5是單片機及外圍電路。在所述附圖中1、車輪 2、底箱 3、底盤 4、軸承支座 5、絲桿 6、軸承 7、螺母 8、支撐臂9、小連桿 10、螺栓 11、大連桿 12、支架13、聯(lián)軸器 14、升降電動機 15、攝像 頭16、超聲波探測頭17、車輪驅動電動機18、連接軸19、導軌20、清掃刷驅動電機 21、單片機 22、23、24電動機驅動電路 25、串行通訊接口電路 26、限位開關 27、霍爾 測速元件28、PC機29、攝像頭。
具體實施方式
參看圖1-3，車體為一個四輪小車，車體前部裝有超聲波探頭16，后部裝有攝像頭 15，超聲波探頭16檢測機器人運動過程中前方是否有障礙物，攝像頭監(jiān)視機器人在管道內 的工作狀況，車體的每個車輪具有一個驅動電機17，車體前進或后退時，控制電路使四個車 輪同向旋轉，車體轉彎時，左右車輪旋轉方向相反，機器人模型的清掃臂的上端安裝雙軸輸 出電機20，電機輸出軸的旋轉帶動清掃刷運動，清掃臂由小連桿9和大連桿11由螺栓10連 接，清掃臂大連桿11下端與支架12通過連接軸18連接，大連桿11與較長的小連桿連接適 用于內徑大的管道，大連桿11與較短的小連桿連接適用于內徑小的管道。清掃臂的大連桿 11與支撐臂8 —端連接，支撐臂8的另一端與絲杠副中螺母7連接，絲杠副中的絲杠5兩 端支撐在軸承6里，軸承座4固定在新走小車底盤3上。升降電機14通過聯(lián)軸器13帶動 絲杠副中的絲杠5的旋轉，絲杠5的旋轉帶動絲杠副中的螺母7沿絲杠5和導軌19前后移 動，從而通過支撐臂8驅動清掃臂繞連接軸18旋轉，改變清掃高度，清掃臂與地面的夾角可 在0度到90度之間調節(jié)，車體的底箱2與底盤3連接，可以防止灰塵侵入電機及周圍元件。圖4是PC控制與驅動的實際電路框圖。圖4所示控制電路框圖的工作過程是，啟動PC機(上位機)，進入專用控制軟件， 在顯示屏幕上可顯示控制功能窗口菜單；執(zhí)行控制命令時，控制指令經串行通訊接口電路 送至單片機(下位機)，而單片機根據(jù)不同指令發(fā)出驅動信號給電動機驅動電路使其分別 或同步完成相應的功能。同時車輪轉速的霍爾測速元件將車輪的轉速快慢信號送入單片 機，單片機根據(jù)測速信號給車輪的電動機驅動電路發(fā)出驅動信號來改變車輪轉速，從而調 整車體的行走的狀態(tài)。清掃臂升降限位開關將清掃臂升降到極限位置信號送給單片機，單 片機根據(jù)極限位置信號給清掃臂升降驅動電動機的驅動電路發(fā)送控制信號停止清掃臂的 升降運動。攝像頭將管道內的工作情況送到PC機上顯示，攝像頭上自帶LED用來照亮管道 內部。該方案采用PC機控制，具有智能化、自動化和軟件化的操作平臺，裝置體積小，使 用靈活方便，行走、清掃定位準確，監(jiān)視方便，可直接生成存儲監(jiān)控圖片。[0020]圖5是圖4所示框圖是一種實際電路圖，其工作過程如下1.由單片機U1、晶振XTAL、電容C2、C3組成單片機(下位機)中心電路，單片機 選擇STC89C52，當單片機上電后，由晶振XTAL、電容C2、C3產生時鐘信號送至單片機Ul，單 片機Ul處于待機狀態(tài)。2.小車行走驅動系統(tǒng)由直流減速電動機MG1、MG2、MG3、MG4和直流電動機驅動芯片U2、U3及周圍元件 組成機器人行走電路，直流減速電動機選擇ZYM-25A280，直流電動機驅動芯片選擇L298， 當計算機要求小車前進時，單片機Ul按照驅動芯片L298工作邏輯要求向直流電動機驅動 芯片U2、U3發(fā)送信號使電機MG1、MG2、MG3、MG4電機同時正轉，當計算機要求機器人后退 時，單片機Ul按照驅動芯片L298工作邏輯要求向直流電動機驅動芯片U2、U3發(fā)送信號使 電機MG1、MG2、MG3、MG4電機同時反轉，當計算機要求機器人向左轉時，單片機Ul按照驅動 芯片L298工作邏輯要求向直流電機驅動芯片U2發(fā)送信號，使車輪1、2的驅動電機MG1、MG2 反轉，單片機Ul按照驅動芯片L298工 作邏輯要求向直流電機驅動芯片U3發(fā)送信號，使車 輪3、4的驅動電機MG3、MG4正轉，當計算機要求機器人向右轉時，單片機Ul按照驅動芯片 L298工作邏輯要求向直流電機驅動芯片U2發(fā)送信號，使車輪1、2的驅動電機MGl、MG2正 轉，單片機Ul按照驅動芯片L298工作邏輯要求向直流電機驅動芯片U3發(fā)送信號，使車輪 3、4的驅動電機MG3、MG4反轉。3.超聲波電路系統(tǒng)超聲波發(fā)射電路由反相器74LS04 (U4A-U4E)、超聲波發(fā)射換能器T、電阻R6、R7組 成，單片機Ul的P3. 2端口輸出的40kHz方波信號送入超聲波發(fā)射電路，超聲波接收電路是 由集成芯片U7、電容C1-C4、電阻R8-R9和超聲波接受換能器R組成的，U7選用集成電路芯 片CX20106A，超聲波接收電路將接受的超聲波信息送入單片機Ul的P3. 3端口，機器人前進 過程中，單片機Ul的P3. 2端口輸出的40kHz方波信號送入超聲波發(fā)射電路，通過發(fā)射電路 不斷發(fā)出頻率為40KHZ的超聲波，若機器人前方無障礙物，超聲波接收探頭R未收到信號， 機器人向前走，若機器人前方有障礙物，超聲波接收探頭R接收到超聲波發(fā)射探頭T發(fā)出的 超聲波反射回來的信號，經超聲波接收電路處理后向單片機Ul送入指令，經計算機運行發(fā) 出指令讓電動機M1-M4或反轉，或停止，使機器人繞過障礙物繼續(xù)行走或停止運動。4.機器人測速系統(tǒng)機器人測速電路由霍爾元件HRl和HR2組成，霍爾元件型號選擇0620，霍爾元件 HRl測車輪1的速度，霍爾元件HR2測車輪3的速度，當安裝在電動機1和電動機2上的永 磁鐵靠近霍爾時就產生一個脈沖，信號通過TO 口傳輸?shù)絾纹瑱CUl中，單片機通過TO計數(shù) 外部脈沖在一秒鐘內紀錄的脈沖數(shù)，從而計算出小車兩側車輪的轉速，單片機Ul根據(jù)車體 運動控制的需要向小車行走驅動系統(tǒng)發(fā)送指令信號，調整機器人行走的速度、及轉向。5.清掃臂升降驅動系統(tǒng)由直流減速電動機MG5和直流電動機驅動芯片U4及周圍元件組成清掃臂升降驅 動電路，直流減速電動機選擇ZYM-25A280，直流電動機驅動芯片選擇L298，當單片機Ul按 照驅動芯片L298工作邏輯要求向直流電動機驅動芯片U4發(fā)送信號使電機MG5電機同時正 轉，使清掃臂向上舉起；當單片機Ul按照驅動芯片L298工作邏輯要求向直流電動機驅動芯 片U4發(fā)送信號使電機MG5電機同時反轉，使清掃臂向下降落。[0030]6.清掃臂升降限位檢測系統(tǒng)由限位開關S1、S2構成清掃臂升降限位檢測電路。限位開關S1、S2分別檢測絲杠副中螺母是否移到絲杠的最左端或最右端，從而檢測到清掃臂是否升到最高或降到最低的 位置。當清掃臂升到最高位置，限位開關Sl將檢測信號經P3. 6送入單片機Ul中，單片機 Ul向清掃臂升降驅動驅動電路發(fā)送指令使升降電機停止運動，使清掃臂停止繼續(xù)向上舉 起。當清掃臂降到高低位置，限位開關S2將檢測信號經P3. 7送入單片機Ul中，單片機Ul 向清掃臂升降驅動驅動電路發(fā)送指令使升降電機停止運動，使清掃臂停止繼續(xù)向下降落。7.液晶顯示系統(tǒng)由液晶模塊U5及周圍元件組成，液晶顯示模塊選擇IXD1601，IXD160共有16個引 腳，其中VSS接地，VDD接+5V給液晶供電，VO可直接接地，若接一滑動變阻器后在接地，可 調節(jié)字體亮度，RS、RW、E是三根控制線，DO D7是8根數(shù)據(jù)線，單片機Ul通過著11根線 向液晶模塊U5發(fā)送數(shù)據(jù)，顯示相應的提示信息。8.串行通訊接口電路由RS232串口通訊接口芯片U5及5個IUF的電容組成，單片機Ul經串行通訊接 口電路U5與PC機連接，PC機將控制指令傳送給單片機U1，單片機將機器人工作過程中反 饋信息傳送給PC機，供PC根據(jù)返回的信息進一步控制機器人的工作狀態(tài)。
權利要求一種中央空調通風管道清洗機器人，其特征是，包括車體和清掃臂，其中，清掃臂由小連桿和大連桿由螺栓連接組成，清掃臂的下端與車體的后面的支架連接，其上端設有清掃刷驅動電機，所述車體的底盤下面安裝底箱，車體兩側分別具有兩個車輪，分別由四個電機驅動。
2.根據(jù)權利要求1所述中央空調通風管道清洗機器人，其特征是，還包括清掃臂升降 機構，清掃臂升降機構由升降電動機、絲杠副、導軌和支撐臂組成，支撐臂一端與清掃臂連 接，另一端與絲杠副的螺母連接，絲杠副中的絲杠一端與升降電動機的輸出軸連接。
3.根據(jù)權利要求1所述中央空調通風管道清洗機器人，其特征是，所述車體前部設有 攝像頭和超聲波探頭。
專利摘要本實用新型公開了一種中央空調通風管道清洗機器人，它包括車體和清掃臂，其中，清掃臂由小連桿和大連桿由螺栓連接組成，清掃臂的下端與車體的后面的支架連接，其上端設有清掃刷驅動電機，所述車體的底盤下面安裝底箱，車體兩側分別具有兩個車輪，分別由四個電機驅動。本實用新型提供的一種中央空調通風管道清洗的機器人適用于清掃方形、圓形中央空調通風管道，具有制作簡單、控制方便、成本低廉、功率小、體積小、易拆卸、易安裝的特點。
文檔編號B08B9/051GK201552165SQ200920278478
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權日2009年11月17日
發(fā)明者于復生, 劉占超, 尹文彬, 楊紅娟, 趙德志, 陳繼文, 高付生, 黃國棟 申請人:趙德志