專利名稱：一種多功能管道清掃機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于中央空調(diào)風管的清洗消毒的多功能管道清掃機器人。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外對中央空調(diào)風管進行清洗消毒所使用的機器人，功能單一，均為單出軸正、反旋轉(zhuǎn)刷或雙出軸正、反旋轉(zhuǎn)刷機器人。單出軸旋轉(zhuǎn)刷機器人不適合清掃方形風管；雙出軸旋轉(zhuǎn)刷機器人不適合清掃圓形風管，清掃方形管道時，兩刷中間管壁上的灰塵無法清掃掉，只好在風管中往返清掃，工作效率不高；已有裝置由于爬坡能力不強且結(jié)構(gòu)復雜、造價高，致使其成為清洗消毒公司接待業(yè)務時的擺設(shè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種多功能管道清掃機器人，它可用筆記本電腦進行控制具有清掃、吹氣、鞭打、機械鏟、吸塵、消毒等多功能且工作效果好、設(shè)備性能穩(wěn)定、操作方便，效率高、結(jié)構(gòu)簡單而緊湊、重量輕、攜帶方便等特點。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所述多功能管道清掃機器人有兩側(cè)為行走履帶的車身，其結(jié)構(gòu)特點是，所述車身前部裝有其兩側(cè)下端分別同一水平橫軸兩端相連接的連接架，所述水平橫軸經(jīng)一齒輪副同車身中相應電動機的軸連接，連接架前端的接插孔同升降臂的下端接插連接，所述升降臂中裝有電動機且其軸經(jīng)齒輪傳動副分別同位于升降臂前端并各裝有清掃毛刷的左側(cè)出軸、右側(cè)出軸、前方出軸連接；所述車身頂部有一U型支架，它的底部同一豎軸頂端連接，該豎軸經(jīng)軸承安裝在車身上且經(jīng)一齒輪傳動副同相應電動機的軸連接，攝像與照明箱的兩端經(jīng)鉸接軸安裝在所述U型支架的兩立臂上且其一端經(jīng)裝在該箱中的齒輪傳動副同相應電動機的軸相連接，所述攝像與照明箱正面裝有照明燈和攝像頭。
以下做出進一步說明。
參見圖1至圖3，本發(fā)明有兩側(cè)為行走履帶2、3的車身1，其結(jié)構(gòu)特點是，所述車身1前部裝有其兩側(cè)下端分別同一水平橫軸21兩端相連接的連接架4，參見圖4，所述水平橫軸21經(jīng)一齒輪副同車身1中的電動機22的軸相連接；連接架4前端的接插孔同升降臂5的下端接插連接，參見圖5，所述升降臂5中裝有電動機17且其軸經(jīng)齒輪傳動副分別同位于升降臂5前端并各裝有清掃毛刷(圖中未畫出)的左側(cè)出軸8、右側(cè)出軸6、前方出軸7連接；所述車身1頂部有一U型支架14，它的底部同一豎軸9頂端連接，參見圖6，該豎軸9經(jīng)軸承18安裝在車身1上且經(jīng)一齒輪傳動副20同相應電動機19的軸連接，攝像與照明箱10的兩端經(jīng)鉸接軸23(參見圖6)安裝在所述U型支架14的兩立臂上且其一端經(jīng)裝在該箱中的齒輪傳動副同相應電動機的軸相連接，所述攝像與照明箱10正面裝有照明燈11、13和攝像頭12。
所述連接架4前端的接插孔去掉升降臂5后，還可接插消毒液噴灑器的連接座，或接插吸塵器的吸塵頭底座，還可接插接插機械鏟的連接座，或接插孔中接插氣鞭的連接座，或接插孔中接插吹氣頭的連接座。
本發(fā)明的工作原理是，啟動圖4中的電動機22并控制其旋轉(zhuǎn)方向(正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn))，即可控制圖1中的連接架4及升降臂5繞所述水平橫軸21轉(zhuǎn)動適當角度，亦即實現(xiàn)升降臂5前端的三個出軸的位置升降；參見圖5，接通升降臂5中電動機17的電源，則它可驅(qū)動所述三個出軸6、7、8及清掃毛刷同步轉(zhuǎn)動，進行清掃作業(yè)；啟動圖6中的電動機19，則豎軸9可轉(zhuǎn)動，由此帶動U型支架14及攝像與照明箱10繞豎軸9的軸線作360°(或左右)轉(zhuǎn)動；參見圖6，開動驅(qū)動一端鉸接軸23轉(zhuǎn)動的相應電動機，則該攝像與照明箱10會繞該鉸接軸23作上、下90度(共180度)俯仰轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了所述攝像頭12和照明燈11、13作上、下、左、右轉(zhuǎn)動。車身1的兩行走履帶2、3實現(xiàn)車輛的前進、后退及左、右轉(zhuǎn)向。照明燈11、13和攝像頭12供遠程控制人員監(jiān)視工作現(xiàn)場情況，據(jù)以進行控制。
本發(fā)明裝置可采用筆記本電腦進行控制。圖8是一種控制電路結(jié)構(gòu)框圖。由圖8可知，所述毛刷軸驅(qū)動電動機17、升降臂升降驅(qū)動電動機22、左側(cè)履帶驅(qū)動電動機25、右側(cè)履帶驅(qū)動電動機251的電源端分別同對應的電動機驅(qū)動電路36、39、40、41的驅(qū)動電源輸出端連接，而所述各電動機驅(qū)動電路的控制極分別同單片機29相應控制信號輸出端對應連接，所述單片機29的另外一路控制信號輸出端同攝像頭與照明燈驅(qū)動電路30控制極連接，所述攝像頭與照明燈驅(qū)動電路30的驅(qū)動電源輸出端分別同攝像頭與照明箱豎軸驅(qū)動電動機19、水平軸驅(qū)動電動機、攝像頭12電源端、照明燈11、13的電源相連接；攝像頭12的信號輸出接線連至視頻采集卡32的信號輸入端，該視頻采集卡32的信號輸出端與筆記本電腦的總線連接，交流220V市電電源接插頭分別同24V直流電源電路35、筆記本電腦27、12V直流電源電路33的電源輸入端連接，所述24V直流電源電路35的直流輸出端D1分別接至電動機驅(qū)動電路36、39、40、41的電源輸入端，12V直流電源電路33的直流輸出端的一路接至5V直流電源電路34的輸入端而其另一路D2接至攝像頭與照明燈驅(qū)動電路30的電源輸入端，5V直流電源電路34的輸出端同單片機29的工作電源端連接，筆記本電腦27的串行輸出接口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換接口電路28同單片機29的控制信號輸入端連接。
圖8所示控制電路框圖的工作過程是，啟動筆記本電腦27，進入專用控制軟件，在顯示屏上可顯示全部控制功能窗口菜單；執(zhí)行控制命令時，控制指令經(jīng)電平轉(zhuǎn)換接口電路28送至單片機(下位機)29，而單片機29根據(jù)不同指令發(fā)出驅(qū)動信號給電動機驅(qū)動電路36、39、40、41和攝像頭與照明燈驅(qū)動電路30，使其分別或同步完成相應的功能；攝像頭12的輸出信號送至視頻采集卡32處理后送到筆記本電腦(上位機)27還原成像顯示在屏幕上。還可將一塊看門狗芯片42接至單片機29的對應端，在系統(tǒng)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的干擾時，該模塊將重啟系統(tǒng)，并從斷點處繼續(xù)執(zhí)行；由此提高了系統(tǒng)的可靠性。
所述照明燈11、13可選用市售高亮度發(fā)光二極管或鹵素燈組合而成；攝像頭可采用市售高清晰度產(chǎn)品。所述消毒液噴灑器、吸塵器可采用市售產(chǎn)品。
由以上可知，本發(fā)明為一種多功能管道清掃機器人，可用筆記本電腦進行控制適于中央空調(diào)系統(tǒng)的管道清掃、吹氣、鞭打、機械鏟、吸塵、消毒，具有所述多功能且效果好、設(shè)備性能穩(wěn)定、操作方便，效率高、結(jié)構(gòu)簡單而緊湊、重量輕、攜帶方便等特點，能清洗高180mm管道，可爬越55°斜坡，越障高度可達4.5cm。


圖1是一種實施例外形結(jié)構(gòu)；圖2和圖3分別是圖1所示裝置的正視和俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是連接架4的一種實施例驅(qū)動原理圖；圖5是三出軸清掃刷的一種實施例結(jié)構(gòu)；圖6是攝像頭與照明燈的一種實施例的上、下、左、右轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)；
圖7是行走履帶2、3的驅(qū)動機構(gòu)的一種實施例結(jié)構(gòu)；圖8是一種采用筆記本電腦進行控制的實施例的控制原理框圖；圖9是圖8所示電平轉(zhuǎn)換接口電路28的一種實際線路圖；圖10是圖8所示單片機29及外圍電路圖；圖11是圖8所示攝像頭與照明燈驅(qū)動電路30的一種實際電路圖；圖12是圖8所示電動機驅(qū)動電路36、39、40、41及部分直流電源的實際電路圖。
在所述附圖中1-車身，2-行走履帶，3-行走履帶，4-連接架，5-升降臂， 6-右側(cè)出軸，7-前方出軸，8-左側(cè)出軸，9-豎軸，10-攝像與照明箱，11-照明燈， 12-攝像頭，13-照明燈， 14-U型支架，15-導線及信號線接口， 16-接插頭，17-電動機， 18-軸承，19-電動機， 20-齒輪傳動副，21-水平橫軸， 22-電動機，23-鉸接軸， 24-傘齒輪副，25、251-電動機，26-驅(qū)動輪，27-筆記本電腦， 28-電平轉(zhuǎn)換接口電路，29-單片機， 30-攝像頭與照明燈驅(qū)動電路，
31-照明燈驅(qū)動電路， 32-視頻采集卡，33-12V直流電源電路，34-5V直流電源電路，35-24V直流電源電路，36、39、40、41-電動機驅(qū)動電路，42-看門狗芯片。
具體實施例方式
參見圖1，行走履帶2、3采用高摩擦系數(shù)的橡膠制作，車身1整體大小為190×300×160cm；行走驅(qū)動機構(gòu)如圖7所示，采用兩側(cè)履帶分別驅(qū)動的結(jié)構(gòu)，即在各側(cè)履帶2或3的帶圈空間設(shè)置電動機25，其軸經(jīng)一傘齒輪傳動副24同履帶驅(qū)動輪26的輪軸相連接；其它各驅(qū)動機構(gòu)如圖4至6所示；照明燈11、13采用鹵素燈，攝像頭12采用高清晰度產(chǎn)品。
圖8是整機控制與驅(qū)動的一種實際電路框圖。該方案采用筆記本電腦控制，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、攝像與錄像及時方便，可直接生成影視文件。
圖9、10、11、12是圖8所示框圖是一種實際電路圖。
圖9中，J1輸出轉(zhuǎn)換后的指令，J2接筆記本電腦(上位機)的串口。
圖10中，J1接5V電源。FS1與圖9中的J1是用來連接信號線，這兩個座子是相對的。JA與Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8三極管中的A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7標號是一一對應的，都是驅(qū)動信號的輸出；該座子與圖12中的J6是一一對應的；J123與Q9、Q10、Q11、Q12、Q13三極管中的B0、B1、B2、B3、B4標號是一一對應的，J123座子與圖11中J2座子是一一對應的，都是六位J3座是在該電路中為以后擴展用功能用的(暫時懸空)。
圖11中，J1座子接12V電源，J2與圖10中的J123對應，J100接攝像頭，J101接攝像頭的輸出信號，J3、J4分別接攝像頭與照明箱的兩個電動機，使攝像頭全方位工作，攝像頭這部分的工作驅(qū)動信號來自J2。
圖4中，J1、J2、J3、J4分別接兩個履帶驅(qū)動電動機、升降臂電動機、毛刷軸電機，J5接24V電源；J6座子是驅(qū)動信號的入口處，他與圖10中的JA一一相對應的；下位驅(qū)動信號與電動機驅(qū)動通過JP1-JP8這幾個光耦合器相隔離的。
燈光驅(qū)動電路由圖11中JP5、R7、Q5、DS1、DS2組成。攝像頭驅(qū)動電路由圖3中JP1-JP4、Q1-Q5、R1-R6、D1-D4、K1、K2組成，其中J1為輸入12V電源連接端。24V直流電源電路由由圖12中的JP1、JP2、R1-R3、Q1、Q2、D1、D2、K1、J1組成。電動機驅(qū)動電路之一由圖12中的JP3、JP4、R4-R6、Q3、Q4、K2、J2、D3、D4組成，電動機驅(qū)動電路之二由圖12中的JP7、JP8、R10-R12、Q7、Q8、D7、D8、K4、Q8、J4組成，電動機驅(qū)動電路之三由圖12中的JP6、JP5、R7-R9、Q5、Q6、K3、D5、D6、J3組成。由筆記本電腦發(fā)出指令經(jīng)過接口電路的第一次電平轉(zhuǎn)換后再經(jīng)二次電平轉(zhuǎn)換電路送入單片機，單片機上電后看門狗芯片給出復位信號使該單片機正常工作，單片機根據(jù)不同的指令從端口發(fā)出不一樣的驅(qū)動信號經(jīng)放大電到驅(qū)動電路完成不同的功能。
視頻采集電路卡直接插在筆記本電腦上就可以了。
圖10中，接口電路的二次電平轉(zhuǎn)換電路由R27、U3和座子FS1組成；單片機由U2、JR1、JR2、JR3、C9、C10、Y1組成；看門狗電路由U1、R25、R26組成。
圖10中，有于單片機的外圍放大電路相同，所以只給出一部分，其它的部分在圖上都分有塊一個放大電路由3個電阻、1個電容、1只三極管組成。單片機有32個輸入/輸出端口，本發(fā)明只用了P10-P17、P20-P24這13個端口。如P10口發(fā)出信號經(jīng)R17、C8、Q6、R15、R16組成放大電路經(jīng)Q6的發(fā)射級輸出。
產(chǎn)品技術(shù)指標1、毛刷功能單出軸、雙出軸、三出軸；毛刷電機輸出轉(zhuǎn)距3.1N.m，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距大于22N.m。
2、驅(qū)動部分指標越障高度4cm；爬坡能力45°(光滑鐵板)；載重40kg。
3、具有清掃、自動控制吹氣、鞭打、吸塵，機械鏟清除雜物、自動噴藥消毒等功能。
4、監(jiān)視部分指標攝像頭480萬象素；攝像頭左右旋轉(zhuǎn)360°，上下旋轉(zhuǎn)180°。
5、控制部分指標筆記本電腦控制，鍵盤、鼠標操作。
權(quán)利要求
1.一種多功能管道清掃機器人，有兩側(cè)為行走履帶(2、3)的車身(1)，其特征是，所述車身(1)前部裝有其兩側(cè)下端分別同一水平橫軸(21)兩端相連接的連接架(4)，所述水平橫軸(21)經(jīng)一齒輪副同車身(1)中的電動機(22)的軸相連接；連接架(4)前端的接插孔同升降臂(5)的下端接插連接，所述升降臂(5)中裝有電動機(17)且其軸經(jīng)齒輪傳動副分別同位于升降臂(5)前端并各裝有清掃毛刷的左側(cè)出軸(8)、右側(cè)出軸(6)、前方出軸(7)連接；所述車身(1)頂部有一U型支架(14)，它的底部同一豎軸(9)頂端連接，該豎軸(9)經(jīng)軸承(18)安裝在車身(1)上且經(jīng)一齒輪傳動副(20)同相應電動機(19)的軸連接，攝像與照明箱(10)的兩端經(jīng)鉸接軸(23)安裝在所述U型支架(14)的兩立臂上且其一端經(jīng)裝在該箱中的齒輪傳動副同相應電動機的軸相連接，所述攝像與照明箱(10)正面裝有照明燈(11、13)和攝像頭(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能管道清掃機器人，其特征是，所述連接架(4)前端的接插孔中接插消毒液噴灑器的連接座。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能管道清掃機器人，其特征是，所述連接架(4)前端的接插孔中接插吸塵器的吸塵頭底座。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能管道清掃機器人，其特征是，所述連接架(4)前端的接插孔中接插機械鏟的連接座。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能管道清掃機器人，其特征是，所述連接架(4)前端的接插孔中接插氣鞭的連接座。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能管道清掃機器人，其特征是，所述連接架(4)前端的接插孔中接插吹氣頭的連接座。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的多功能管道清掃機器人，其特征是，所述毛刷軸驅(qū)動電動機(17)、升降臂升降驅(qū)動電動機(22)、左側(cè)履帶驅(qū)動電動機(25)、右側(cè)履帶驅(qū)動電動機(251)的電源端分別同對應的電動機驅(qū)動電路(36、39、40、41)的驅(qū)動電源輸出端連接，而所述各電動機驅(qū)動電路的控制極分別同單片機(29)相應控制信號輸出端對應連接，所述單片機(29)的另外一路控制信號輸出端同攝像頭與照明燈驅(qū)動電路(30)控制極連接，所述攝像頭與照明燈驅(qū)動電路(30)的驅(qū)動電源輸出端分別同攝像頭與照明箱豎軸驅(qū)動電動機(19)、水平軸驅(qū)動電動機、攝像頭(12)電源端、照明燈(11、13)的電源相連接；攝像頭(12)的信號輸出接線連至視頻采集卡(32)的信號輸入端，該視頻采集卡(32)的信號輸出端與筆記本電腦的總線連接，交流220V市電電源接插頭分別同24V直流電源電路(35)、筆記本電腦(27)、12V直流電源電路(33)的電源輸入端連接，所述24V直流電源電路(35)的直流輸出端D1分別接至電動機驅(qū)動電路(36、39、40、41)的電源輸入端，12V直流電源電路(33)的直流輸出端的一路接至5V直流電源電路(34)的輸入端而其另一路(D2)接至攝像頭與照明燈驅(qū)動電路(30)的電源輸入端，5V直流電源電路(34)的輸出端同單片機(29)的工作電源端連接，筆記本電腦(27)的串行輸出接口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換接口電路(28)同單片機(29)的控制信號輸入端連接。
全文摘要
一種適于中央空調(diào)管道清掃、吹氣、鞭打、機械鏟、吸塵、消毒的多功能管道清掃機器人，它的主要結(jié)構(gòu)是，兩側(cè)有行走履帶的車身前部有可升降的升降臂或消毒液噴灑器、吸塵器，等升降臂的前端有可同步轉(zhuǎn)動的左、右、前出軸及毛刷；車身頂部有安裝在豎軸上的可轉(zhuǎn)動U型支架，其上裝有攝像與照明箱，該箱可俯、仰轉(zhuǎn)動且其裝有攝像頭和照明燈。本裝置具有所述多功能且效果好、設(shè)備性能穩(wěn)定、操作方便，效率高、結(jié)構(gòu)簡單而緊湊、重量輕、攜帶方便等特點。
文檔編號B25J5/00GK1907583SQ20051003197
公開日2007年2月7日 申請日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者金銀龍, 雷學軍, 劉凡, 雷強林, 李亞棟, 祝加鏵, 蔡明遠 申請人:金銀龍, 雷學軍, 劉凡, 雷強林, 李亞棟, 祝加鏵, 蔡明遠