本發(fā)明一種具有智能家居功能的掃地機器人，屬于智能家居領(lǐng)域與機器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活節(jié)奏越來越快，家中的事務(wù)越來越無暇顧及。近年來，隨著微處理器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，智能家用機器人開始出現(xiàn)在我們的生活中。傳統(tǒng)的家用機器人主要以掃地機器人為主，而且只能實現(xiàn)單一的清掃動能，成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了傳統(tǒng)掃地機器人功能單一的問題，提供了一種具有控制掃地機運行、掃地路徑規(guī)劃、實時監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境、遠程實時視頻監(jiān)控、遠程短信預(yù)警、遠程控制家用電器、語音控制功能的低成本的具有智能家居功能的掃地機器人。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種具有智能家居功能的掃地機器人，包括軟管、長毛刷、外殼、超聲波傳感器、支架、臨時集塵盒、短毛刷、萬向輪、中毛刷、集塵盒、吸塵器、輪胎、底盤、電池、攝像頭、電路板、開關(guān)、彩色液晶屏、把手、充電插口、光電傳感器、人體紅外熱釋電傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、電機、語音模塊和報警燈，

所述底盤的下側(cè)前端設(shè)置有清掃部，所述底盤的下側(cè)后端設(shè)置有兩個輪胎，所述底盤的上側(cè)一端設(shè)置有吸塵部，另一端設(shè)置有控制部，所述控制部與清掃部和吸塵部之間均電連接；所述外殼設(shè)置在底盤上部，將清掃部、吸塵部和控制部罩在底盤上，所述外殼上設(shè)置有把手和信號采集部；

所述清掃部的結(jié)構(gòu)為：包括支架、長毛刷、中毛刷、短毛刷、電機和萬向輪，所述支架的下側(cè)四個角上均設(shè)置有萬向輪，所述長毛刷、中毛刷分別設(shè)置在支架的前后端，且長毛刷、中毛刷平行設(shè)置，所述電機固定設(shè)置在支架的下側(cè)，且所述電機的輸出端與中毛刷中部連接，所述長毛刷、中毛刷的兩端均之間均設(shè)置有短毛刷，所述中毛刷、短毛刷和長毛刷之間均動力連接，所述長毛刷、中毛刷和短毛刷圍成一個方形框體，所述方形框體的上部設(shè)置有臨時集塵盒；

所述吸塵部的結(jié)構(gòu)為：包括吸塵器、集塵盒和軟管，所述吸塵器的前端設(shè)置有集塵盒，所述集塵盒通過軟管與臨時集塵盒連通；

所述控制部的結(jié)構(gòu)為：包括電池和電路板，所述電池和電路板均設(shè)置在底盤上，所述電池為清掃部、吸塵部和控制部供電，所述電路板用于控制清掃部、吸塵部動作；

所述信號采集部的結(jié)構(gòu)為：包括超聲波傳感器、攝像頭、開關(guān)、彩色液晶屏、充電插口、光電傳感器、人體紅外熱釋電傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、語音模塊和報警燈，所述超聲波傳感器設(shè)置在外殼的前部，所述攝像頭、開關(guān)和彩色液晶屏、光電傳感器、人體紅外熱釋電傳感器、語音模塊和報警燈均設(shè)置在外殼的頂部，所述充電插口設(shè)置在外殼的后部，所述煙霧傳感器、溫濕度傳感器設(shè)置在外殼的側(cè)部。

所述電路板包括mcu1模塊、mcu2模塊和mcu3模塊，所述mcu1模塊、mcu2模塊和mcu3模塊彼此并聯(lián)連接在主電路中，所述mcu1模塊上串接有電機、紅外光電開關(guān)、超聲波傳感器和光電編碼器，用于控制掃地機電機轉(zhuǎn)速、吸塵器電機轉(zhuǎn)速、機器人運動電機以及判斷周圍環(huán)境和自身工作狀態(tài)；

所述mcu2模塊上串接有溫濕度傳感器、光強傳感器、煙霧傳感器、可燃氣體傳感器、一氧化碳傳感器、激光粉塵傳感器、無線收發(fā)模塊和液晶顯示屏；

所述mcu3模塊上串接有語音識別模塊和攝像頭。

所述電路板上搭載gsm模塊，用于遠程接收短信控制指令。

所述攝像頭為能夠360°旋轉(zhuǎn)的wifi攝像頭，能實時查看室內(nèi)情況。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。

1、面對當(dāng)前家庭對安防及智能家居系統(tǒng)的需求，本發(fā)明設(shè)計了該智能機器人。該機器人成本較低，與傳統(tǒng)掃地機器人相比，不僅清掃效果更加理想，還增加了環(huán)境監(jiān)測與遠程控制電器的智能家居功能，而且控制方式為遠程控制，緊急情況下亦采用短信進行預(yù)警。本系統(tǒng)集智能家居與安防監(jiān)控與一體，加之具有傳統(tǒng)掃地機器人的功能，可以完美適用于當(dāng)前大多數(shù)家庭，在生活節(jié)奏越來越快的當(dāng)今社會，為家庭提供了一份安全保障。

2、本發(fā)明涉及智能家居系列，具體來說是一種以掃地與監(jiān)測為基本功能的智能機器人，其主要應(yīng)用于家庭以及辦公室等場所。具有的一些實用功能包括室內(nèi)地面清掃，室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測，短信遠程控制，遠程視頻監(jiān)控，遠程電器控制。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。

圖1為本發(fā)明的控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明中mcu1模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本發(fā)明中mcu2模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

圖4為本發(fā)明中mcu3模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

圖5為本發(fā)明中的無線插座數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖疽鈭D。

圖6為本發(fā)明中右后部立體結(jié)構(gòu)圖。

圖7為本發(fā)明中去掉外殼的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明中前視立體結(jié)構(gòu)圖。

圖9為本發(fā)明中左后部立體結(jié)構(gòu)圖

圖10為本發(fā)明的仰視結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1為軟管、2為長毛刷、3為外殼、4為超聲波傳感器、5為支架、6為臨時集塵盒、7為短毛刷、8為萬向輪、9為中毛刷、10為集塵盒、11為吸塵器、12為輪胎、13為底盤、14為電池、15為攝像頭、16為電路板、17為開關(guān)、18為彩色液晶屏、19為把手、20為充電插口、21為光電傳感器、22為人體紅外熱釋電傳感器、23為煙霧傳感器、24為溫濕度傳感器、25為電機、26為語音模塊、27為報警燈。

具體實施方式

如圖1～圖10所示，本發(fā)明一種具有智能家居功能的掃地機器人，包括軟管1、長毛刷2、外殼3、超聲波傳感器4、支架5、臨時集塵盒6、短毛刷7、萬向輪8、中毛刷9、集塵盒10、吸塵器11、輪胎12、底盤13、電池14、攝像頭15、電路板16、開關(guān)17、彩色液晶屏18、把手19、充電插口20、光電傳感器21、人體紅外熱釋電傳感器22、煙霧傳感器23、溫濕度傳感器24、電機25、語音模塊26和報警燈27，

所述底盤13的下側(cè)前端設(shè)置有清掃部，所述底盤13的下側(cè)后端設(shè)置有兩個輪胎12，所述底盤13的上側(cè)一端設(shè)置有吸塵部，另一端設(shè)置有控制部，所述控制部與清掃部和吸塵部之間均電連接；所述外殼3設(shè)置在底盤13上部，將清掃部、吸塵部和控制部罩在底盤13上，所述外殼3上設(shè)置有把手19和信號采集部；

所述清掃部的結(jié)構(gòu)為：包括支架5、長毛刷2、中毛刷9、短毛刷7、電機25和萬向輪8，所述支架5的下側(cè)四個角上均設(shè)置有萬向輪8，所述長毛刷2、中毛刷9分別設(shè)置在支架5的前后端，且長毛刷2、中毛刷9平行設(shè)置，所述電機25固定設(shè)置在支架5的下側(cè)，且所述電機25的輸出端與中毛刷9中部連接，所述長毛刷2、中毛刷9的兩端均之間均設(shè)置有短毛刷7，所述中毛刷9、短毛刷7和長毛刷2之間均動力連接，所述長毛刷2、中毛刷9和短毛刷7圍成一個方形框體，所述方形框體的上部設(shè)置有臨時集塵盒6；

所述吸塵部的結(jié)構(gòu)為：包括吸塵器11、集塵盒10和軟管1，所述吸塵器11的前端設(shè)置有集塵盒10，所述集塵盒10通過軟管1與臨時集塵盒6連通；

所述控制部的結(jié)構(gòu)為：包括電池14和電路板16，所述電池14和電路板16均設(shè)置在底盤13上，所述電池14為清掃部、吸塵部和控制部供電，所述電路板16用于控制清掃部、吸塵部動作；

所述信號采集部的結(jié)構(gòu)為：包括超聲波傳感器4、攝像頭15、開關(guān)17、彩色液晶屏18、充電插口20、光電傳感器21、人體紅外熱釋電傳感器22、煙霧傳感器23、溫濕度傳感器24、語音模塊26和報警燈27，所述超聲波傳感器4設(shè)置在外殼3的前部，所述攝像頭15、開關(guān)17和彩色液晶屏18、光電傳感器21、人體紅外熱釋電傳感器22、語音模塊26和報警燈27均設(shè)置在外殼3的頂部，所述充電插口20設(shè)置在外殼3的后部，所述煙霧傳感器23、溫濕度傳感器24設(shè)置在外殼3的側(cè)部。

所述電路板16包括mcu1模塊、mcu2模塊和mcu3模塊，所述mcu1模塊、mcu2模塊和mcu3模塊彼此并聯(lián)連接在主電路中，所述mcu1模塊上串接有電機、紅外光電開關(guān)、超聲波傳感器和光電編碼器，用于控制掃地機電機轉(zhuǎn)速、吸塵器電機轉(zhuǎn)速、機器人運動電機以及判斷周圍環(huán)境和自身工作狀態(tài)；

所述mcu2模塊上串接有溫濕度傳感器、光強傳感器、煙霧傳感器、可燃氣體傳感器、一氧化碳傳感器、激光粉塵傳感器、無線收發(fā)模塊和液晶顯示屏；

所述mcu3模塊上串接有語音識別模塊和攝像頭。

所述電路板16上搭載gsm模塊，用于遠程接收短信控制指令。

所述攝像頭15為能夠360°旋轉(zhuǎn)的wifi攝像頭，能實時查看室內(nèi)情況。

本發(fā)明具有室內(nèi)地面清掃，室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測，短信遠程控制，遠程視頻監(jiān)控，遠程電器控制共5項功能。

本發(fā)明中控制系統(tǒng)同時具有控制掃地機運行、掃地路徑規(guī)劃、實時監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境、遠程實時視頻監(jiān)控、遠程短信預(yù)警、遠程控制電器、語音識別、電源管理共8項功能。

本發(fā)明中清掃裝置以掃為主，以吸為輔，掃地機1將垃圾收入到臨時集塵盒2，通過吸塵器11將臨時集塵盒2的垃圾吸入集塵盒4內(nèi)。

本發(fā)明中的短信遠程控制，是通過機器人搭載的gsm模塊遠程接收短信控制指令。

本發(fā)明中的遠程視頻監(jiān)控，是通過機器人搭載的能夠360°旋轉(zhuǎn)的wifi攝像頭10實時查看室內(nèi)情況。

本發(fā)明具有實時監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境功能的同時，還具有以下功能：利用溫濕度傳感器采集環(huán)境溫濕度，利用光強傳感器檢測室內(nèi)光線環(huán)境，利用煙霧傳感器監(jiān)測火災(zāi)，利用可燃氣體傳感器、一氧化碳傳感器綜合判斷室內(nèi)氣體環(huán)境。利用人體紅外熱釋電傳感器檢測室內(nèi)人員活動。環(huán)境信息利用彩色液晶屏進行顯示。

本發(fā)明中遠程短信預(yù)警同時具有以下功能，室內(nèi)氣體環(huán)境異常、室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時的短信告知功能，傳感器數(shù)據(jù)的按需反饋。

本發(fā)明中遠程控制電器是通過短信或紅外遙控器以及手機app給機器人發(fā)送指令，機器人收到指令后，控制遙控插座來控制電器。

本發(fā)明中的掃地路徑規(guī)劃，同時利用以下幾種方式避障。通過漫反射紅外光電開關(guān)檢測正上方障礙物及前進方向上的陡崖，通過超聲波傳感器檢測正前方障礙物，通過電機堵轉(zhuǎn)監(jiān)測判斷傳感器盲區(qū)的障礙物。

本發(fā)明中集塵盒4通過軟管1連接臨時集塵盒，吸塵器3和集塵盒4為一體裝置。

本發(fā)明包含以下設(shè)計：

1、清掃裝置設(shè)計

通過電動機帶動四個滾筒刷的高速旋轉(zhuǎn)，利用由此產(chǎn)生的高速氣流，將垃圾從吸入口吸入。在集塵盒后部放有離心式風(fēng)機，配合滾刷的工作保證垃圾進入集塵盒內(nèi)。

2、避障裝置設(shè)計

該機器人通過紅外光電開關(guān)和超聲波兩種傳感器進行避障。針對不同障礙物與路徑上可能出現(xiàn)的臺階等情況，各種傳感器互相配合，結(jié)合對電機堵轉(zhuǎn)的監(jiān)測，有效的解決了傳感器盲區(qū)的避障問題。

3、清掃路線設(shè)計

針對家庭內(nèi)部的不同情況和垃圾的分類預(yù)先設(shè)定好了有蛇形、回字形、隨機避障形三種路徑規(guī)劃和手動控制功能。三種路徑規(guī)劃主要為人不在家或垃圾比較分散時采用的自主清掃辦法，手動控制是通過遙控器對機器人進行行走的控制。

4、家庭環(huán)境監(jiān)測裝置

采用煙霧傳感器、可燃氣體傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、全高清360度角旋轉(zhuǎn)的攝像頭來實時監(jiān)測家庭環(huán)境，做到燃氣泄漏預(yù)警、火災(zāi)預(yù)警，室內(nèi)空氣數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶短信指令實時反饋，記錄下家庭的每一分每一秒。

5、家庭環(huán)境中的溫度

該機器人具通過溫度傳感器能夠?qū)κ覂?nèi)溫度進行檢測，并在顯示屏中顯示。

6、家庭環(huán)境中的濕度

該機器人具通過溫度傳感器能夠?qū)κ覂?nèi)溫度進行檢測，并在顯示屏中顯示。

7、危險氣體監(jiān)控

該機器人采用的傳感器其對液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、一氧化碳、氫氣等可燃氣體靈敏度較高。當(dāng)該環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)檢測到室內(nèi)的可燃氣體濃度超標(biāo)時，該機器人就會迅速發(fā)送緊急報警信息，并且機器人發(fā)出蜂鳴聲。機器人通過發(fā)送短信和顯示屏上面的信息預(yù)警。

8、火災(zāi)監(jiān)控

該機器人采用煙霧傳感器。如果監(jiān)測到室內(nèi)煙霧超標(biāo)時，機器人就會迅速發(fā)送緊急報警信息，并且機器人發(fā)出蜂鳴。，機器人通過發(fā)送短信和顯示屏上面的信息預(yù)警。

9、實時監(jiān)控

安防功能也是只能家庭不可或缺的一部分，本機器人采取全高清360度角旋轉(zhuǎn)的網(wǎng)絡(luò)攝像頭能夠記錄下家庭動靜的每分每秒，可通過手機app或pc網(wǎng)頁端查看家庭實時狀況。

10、多重操控方式

采用三種控制方式：語音控制、短信控制、紅外遙控器控制。

11、結(jié)構(gòu)布局設(shè)計

本產(chǎn)品以車型為模型，為減少清掃死角，采用矩形結(jié)構(gòu)。

主要創(chuàng)新點在于：

①將多種功能集中于一體。

②實現(xiàn)了遠程監(jiān)控和報警反饋系統(tǒng)。

③產(chǎn)品有三種控制模式。

④對掃地機進行了改造，實現(xiàn)了以掃為主、以吸為輔的清掃模式。

⑤對掃地機預(yù)存了多種清掃模式。

綜上所述，本發(fā)明具有的優(yōu)點是：

1、集成度高，功能強大；

2、模塊化設(shè)計，便于維護；

3、結(jié)構(gòu)簡單，便于生產(chǎn)；

4、電路簡單，成本低廉；

5、無線傳輸，快捷安裝。

本發(fā)明的電路板16主要由三個mcu進行控制，每個mcu負責(zé)相應(yīng)的任務(wù)模塊。

mcu1負責(zé)控制掃地機電機轉(zhuǎn)速、吸塵器電機轉(zhuǎn)速、機器人運動電機。其中，掃地機電機轉(zhuǎn)速和吸塵器電機轉(zhuǎn)速由用戶通過紅外遙控器或者遠程途徑進行設(shè)置。mcu1通過紅外光電開關(guān)和超聲波傳感器判斷周圍環(huán)境，控制機器人運動電機進行相應(yīng)的避障。除利用傳感器進行避障，當(dāng)障礙物位于機器人探測盲區(qū)或者傳感器未能有效探測到障礙物時，mcu1利用機器人運動電機上的光電編碼器，檢測電機轉(zhuǎn)速，判斷電機是否堵轉(zhuǎn)或處于其它異常狀態(tài)。若機器人運動電機處于異常狀態(tài)，機器人會做出相應(yīng)的調(diào)整。各電機控制電路均采用h橋結(jié)構(gòu)，由mcu1發(fā)出的pwm信號進行控制。

mcu2負責(zé)采集環(huán)境信息并控制智能家居系統(tǒng)。mcu2與溫濕度傳感器、光強傳感器、煙霧傳感器、可燃氣體傳感器、一氧化碳傳感器、無線收發(fā)模塊相連接。板載的多種傳感器相互組合，可得到較為準(zhǔn)確的室內(nèi)環(huán)境信息，為智能家居系統(tǒng)中的加濕器、空調(diào)器等電氣的自動開關(guān)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。當(dāng)傳感器檢測到可燃氣體，系統(tǒng)會向用戶發(fā)送報警短信，并開啟防爆模式，關(guān)閉機器人中的電動機，鎖定智能家居系統(tǒng)中的家電狀態(tài)，防止開關(guān)電器時的火花引發(fā)爆燃。與mcu2相連的人體紅外熱釋電傳感器可以大范圍的探測空間中的人體移動，并將信息反饋給智能家居系統(tǒng)的安防模塊。mcu2與gsm模塊通信，可以接收用戶的短信指令，并將相關(guān)信息反饋給用戶。特別的，當(dāng)室內(nèi)環(huán)境異?；蛘甙l(fā)生火災(zāi)時，wifi信號不能得到保證，系統(tǒng)會通過gsm模塊將短信直接發(fā)送到用戶手機上。mcu2與無線收發(fā)模塊構(gòu)成智能家居控制系統(tǒng)，它起到傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)的作用。機器人接受到用戶將后，會將指令發(fā)送到各動作模塊間的動態(tài)鏈路之中，經(jīng)過動態(tài)鏈路的接力傳送，最后到達被控對象。

mcu3負責(zé)圖像處理、wifi數(shù)據(jù)傳輸、語音識別三項任務(wù)。mcu3利用語音識別模塊識別語音指令，解碼并播放預(yù)置的語音內(nèi)容來完成語音控制。mcu3利用攝像頭采集視頻，并將視頻通過wifi傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)。用戶可以通過web界面或者app連接到攝像頭，查看家中情況并向機器人下達指令。

以上所述的三塊mcu之間均通過串口互相傳輸控制指令，使負責(zé)電機控制與運動控制的mcu1與負責(zé)智能家居系統(tǒng)的mcu2可以及時與mcu3傳輸數(shù)據(jù)，使得遠程控制變得更加高效，方便。

本發(fā)明的機械結(jié)構(gòu)以車型為模型，為減少清掃死角，采用矩形結(jié)構(gòu)。

清掃部分結(jié)構(gòu)：吸塵器11和集塵盒10為一體裝置，臨時集塵盒6和掃地機為一體裝置，集塵盒10通過軟管1連接臨時集塵盒6；光電傳感器21和超聲波傳感器4固定在各板上。

電路部分結(jié)構(gòu)布局：電池14固定在底盤13上，將充電插口20、開關(guān)17、電路板16連接，并將其固定于各內(nèi)板上。報警燈27和攝像頭15固定于頂部。紅外模塊和短信模塊集成在電路板16中，語音模塊26固定在頂板上。

掃地機結(jié)構(gòu)：1個長毛刷2、2個短毛刷7、2個中毛刷9、1個電機25由支架5相連構(gòu)成清掃裝置；與臨時集塵盒6和4個萬向輪8固定在外殼3上。

傳感器結(jié)構(gòu)布局：溫濕度傳感器24、光電傳感器21、煙霧傳感器23、人體紅外熱釋電傳感器22、3個超聲波傳感器4固定在各板上。

外殼結(jié)構(gòu)布局：彩色液晶屏18、開關(guān)17、語音模塊26、報警燈27和攝像頭15固定在各板上；把手19固定在后側(cè)板上，便于傾倒集塵盒10中的垃圾：4個萬向輪8與2個輪胎12支撐與控制整個機器人。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。