專利名稱：清潔機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及吸塵器技術(shù)，更明確地說(shuō)是一種具有自主移動(dòng)、自動(dòng)避障、具有路徑規(guī)劃、無(wú)線/語(yǔ)音遙控、充電保護(hù)功能、可以清潔地面的智能全自動(dòng)吸塵器，稱為清潔機(jī)器人。
背景技術(shù)：
吸塵器是一種應(yīng)用廣泛的家用電器，品種規(guī)格繁多，但主要有使用帶導(dǎo)線(交流電)的立/臥式和不帶導(dǎo)線手持式的便攜式吸塵器，使用它們必須依靠人們親自參與煩瑣的家務(wù)勞動(dòng)，正是由于這樣的原因，許多用戶盡量不使用吸塵器，也使得更多的人選擇不買吸塵器而情愿自己動(dòng)手打掃衛(wèi)生。許多大公司在潛心研究清潔機(jī)器人，其中瑞典Electrolux公司做出了樣機(jī)，它利用靜電原理吸塵，能夠自動(dòng)避障，只能進(jìn)行無(wú)序的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，造價(jià)昂貴。
本實(shí)用新型的目的，在于提供一種可在辦公室、家庭環(huán)境下自主移動(dòng)、自動(dòng)避障，具有路徑規(guī)劃、智能充電、無(wú)線/語(yǔ)音遙控功能的清潔機(jī)器人，本技術(shù)將人們從繁重的清潔工作中解放出來(lái)，有更多的時(shí)間和精力去創(chuàng)造生活、享受生活。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的清潔機(jī)器人是一個(gè)圓形的車體，它包括吸塵器，本實(shí)用新型的發(fā)明要點(diǎn)在于給吸塵器增加了移動(dòng)部件和控制電路。移動(dòng)部件包括位于車體底盤(pán)中線兩邊的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和位于車體底盤(pán)尾部的一個(gè)導(dǎo)向輪?？刂齐娐酚蓡纹瑱C(jī)、與單片機(jī)相連的驅(qū)動(dòng)電路以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)、與驅(qū)動(dòng)電機(jī)和單片機(jī)相連的反饋電路，由單片機(jī)控制的充電保護(hù)電路，向單片機(jī)傳送信號(hào)的紅外傳感器和無(wú)線接收及譯碼電路，以及與無(wú)線接收及譯碼電路相連的無(wú)線/語(yǔ)音遙控電路所構(gòu)成。
其中驅(qū)動(dòng)電路由功率集成模塊N3和與它相連的反向器D4構(gòu)成；反饋電路由光電碼盤(pán)電路10和電流反饋電路9兩部分組成，其中光電碼盤(pán)電路由光電碼盤(pán)傳感器MP1/MP2及反向器D4組成；電流反饋電路由采樣電阻R23、R26、用來(lái)放大采樣電壓的放大器N1A、N1B及外圍電路組成；充電保護(hù)電路由智能充電控制芯片N4和電流放大器V1、V2及外圍電路組成；無(wú)線接收及譯碼電路由無(wú)線接收模塊N6、與無(wú)線接收模塊相連的譯碼器D2、與譯碼器相連的編碼器D3構(gòu)成；無(wú)線/語(yǔ)音遙控電路由語(yǔ)音識(shí)別芯片D6，與語(yǔ)音識(shí)別芯片相連的反向器(D7)、接受反向器信號(hào)的編碼器(D5)、與編碼器(D5)相連的無(wú)線發(fā)射模塊(N1)、與語(yǔ)音識(shí)別芯片相連的鍵盤(pán)(11)和麥克風(fēng)(MIC1)及外圍電路組成。
各部件的作用如下單片機(jī)采用MOTOROLA公司的八位68HC08GP32芯片，內(nèi)含32K片內(nèi)FLASH程序存儲(chǔ)器，16位雙通道PWM發(fā)生器和8通道8位AD轉(zhuǎn)換器，具有在線編程、保密和欠壓復(fù)位等功能，支持C語(yǔ)言；單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)清潔機(jī)器人的各種控制。
驅(qū)動(dòng)電路用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
紅外傳感器用來(lái)檢測(cè)障礙物。
反饋電路由光電碼盤(pán)電路和電流反饋電路兩部分組成。
為保證清潔機(jī)器人直線行走和準(zhǔn)確的定角度旋轉(zhuǎn)，采用光電碼盤(pán)電路反饋脈沖記數(shù)方式，以每秒20次的頻率檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)相應(yīng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)的脈寬調(diào)制PWM波形的占空比來(lái)調(diào)速，保證了清潔機(jī)器人的直線工作軌跡和工作方向。
電流反饋電路用來(lái)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流。在紅外傳感器盲區(qū)遇障時(shí)，采用電流反饋的方法功率集成模塊N3的1、15腳為驅(qū)動(dòng)器電流檢測(cè)端，電流通過(guò)采樣電阻R23/R26，其采樣電壓通過(guò)放大器N1A/N1B放大后輸入到單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換器端AD0/AD1，根據(jù)電壓/數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果若電壓小于3V為正常行走狀態(tài)；若電壓大于3V且持續(xù)超過(guò)0.3秒，單片機(jī)根據(jù)左右兩路電壓的大小進(jìn)行智能模糊判斷得知遇到死區(qū)障礙/堵轉(zhuǎn)(起/停狀態(tài)除外)，控制系統(tǒng)先后退再旋轉(zhuǎn)，躲避障礙。
無(wú)線接收及譯碼電路用來(lái)接收無(wú)線/語(yǔ)音遙控電路的命令，控制系統(tǒng)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退、吸塵/不吸、待機(jī)/啟動(dòng)；本實(shí)用新型的充電保護(hù)電路給鎳鎘電池供電，采用智能充電控制芯片N4，可以避免對(duì)電池過(guò)充電。
本實(shí)用新型的工作原理是打開(kāi)電源后清潔機(jī)器人自動(dòng)前行，紅外傳感器將探測(cè)到的信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)信號(hào)的高低判斷是否遇到了障礙物，經(jīng)過(guò)規(guī)劃決策之后把控制信號(hào)PWM1、PWM2送給驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，完成直行、后退或轉(zhuǎn)彎的動(dòng)作；同時(shí)反饋電路將電機(jī)的速度、角度值反饋給單片機(jī)，從而調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度及旋轉(zhuǎn)角度。
由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)及系統(tǒng)的許多動(dòng)作控制都是與電池組的電壓相關(guān)聯(lián)的，而電池組剛充滿電時(shí)與電量即將耗盡時(shí)的電壓又相差較大，為了保持電機(jī)驅(qū)動(dòng)速度的一致性以及系統(tǒng)動(dòng)作的可靠性和穩(wěn)定性，必須根據(jù)當(dāng)前電池組電壓的實(shí)際值對(duì)當(dāng)前控制量進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。電池電壓通過(guò)電位器RP1輸入到單片機(jī)AD2進(jìn)行采樣，根據(jù)電池電壓與輸出脈寬的比例關(guān)系，電壓高時(shí)，減少輸出到功率集成模塊L298的脈沖寬度PWM1/PWM2；電壓低時(shí)，增加輸出到L298的脈沖寬度；當(dāng)電池電壓下降到一定范圍時(shí)，由單片機(jī)控制繼電器關(guān)閉吸塵電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)而轉(zhuǎn)為待機(jī)狀態(tài)，避免電池過(guò)放電。
無(wú)線/語(yǔ)音遙控功能是這樣實(shí)現(xiàn)的在無(wú)線/語(yǔ)音遙控電路中，按鍵盤(pán)11上1-6任一鍵，通過(guò)麥克風(fēng)(MIC1)輸入語(yǔ)音命令1-前進(jìn)；2-后退；3-左轉(zhuǎn)；4-右轉(zhuǎn)；5-吸塵(吸塵/停吸)；6-待機(jī)(待機(jī)/啟動(dòng))，取樣2次(2次聲音盡可能相同)。訓(xùn)練結(jié)束后，語(yǔ)音控制器即可進(jìn)行識(shí)別說(shuō)“前進(jìn)/后退/左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)/吸塵/待機(jī)”等語(yǔ)言，語(yǔ)音識(shí)別芯片的OD0/OD1/OD2/OD3/OD4/OD5腳輸出寬度約0.3秒的負(fù)脈沖，通過(guò)反相器D7后輸入到編碼器D5，由編碼器輸出編碼脈沖給無(wú)線發(fā)射模塊N1，無(wú)線接收模塊N6把無(wú)線信號(hào)解調(diào)為編碼脈沖，再由譯碼器D2譯碼、編碼器D3編碼后，輸出對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)到單片機(jī)，做相應(yīng)的控制。
本實(shí)用新型通過(guò)編程設(shè)計(jì)，路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)清潔機(jī)器人自動(dòng)清潔室內(nèi)地面。
為高效地完成清潔工作以及有效地?cái)[脫障礙物的羈絆，系統(tǒng)必須有路徑規(guī)劃的功能。路徑規(guī)劃的智能程度取決于規(guī)劃算法設(shè)計(jì)及所用傳感器的類型及數(shù)量。
本機(jī)采用了兩種路徑規(guī)劃算法，即“漫游”與“之字行走”兩種路徑規(guī)劃方式1.“漫游”方式 屬于短時(shí)工作方式。根據(jù)不同方位的紅外傳感器可以檢測(cè)到障礙物所處的不同位置，并因此相應(yīng)旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)避障。具體可分為前行、左轉(zhuǎn)15°、左轉(zhuǎn)60、左轉(zhuǎn)90°、左轉(zhuǎn)180°、右轉(zhuǎn)15°、右轉(zhuǎn)60°、右轉(zhuǎn)90°、右轉(zhuǎn)180°等九種動(dòng)作。
2.“之字行走”方式屬于缺省工作方式。一個(gè)完整的“之字行走”過(guò)程可以分解為八個(gè)動(dòng)作，即長(zhǎng)前行、(避障后退并)右轉(zhuǎn)90°、定距短前行、(避障后退并)右轉(zhuǎn)90°、長(zhǎng)前行、(避障后退并)左轉(zhuǎn)90、定距短前行、(避障后退并)左轉(zhuǎn)90。
在上述動(dòng)作2、4、6、8中的避障后退動(dòng)作，是根據(jù)當(dāng)前障礙物具體方位是否影響下一動(dòng)作的順利進(jìn)行而動(dòng)態(tài)地決定執(zhí)行與否。
由于“漫游”方式屬于短時(shí)工作方式，而“之字行走”方式屬于缺省工作方式，故二者需要在工作時(shí)適當(dāng)切換，切換條件如下1.按“之字行走”行進(jìn)至房間盡頭而遇到墻壁時(shí)，清潔機(jī)器人沿墻邊走過(guò)兩個(gè)來(lái)回后會(huì)自動(dòng)切換至“漫游”方式工作。
2.當(dāng)“之字行走”過(guò)程中紅外傳感器檢測(cè)到障礙物而在避障處理過(guò)程中又被其它障礙物卡住，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，清潔機(jī)器人會(huì)在“之字行走”方式避障處理無(wú)效時(shí)的1秒內(nèi)切換至“漫游”方式工作。
切換至“漫游”方式工作后，清潔機(jī)器人便有了比“之字行走”方式更多的行進(jìn)方向，從而得以盡快擺脫眾多障礙物的羈絆。
在切換至“漫游”方式工作后并處理完五次紅外避障旋轉(zhuǎn)后，會(huì)再次自行切換至“之字行走”工作方式，從而以一個(gè)新的起點(diǎn)和方向進(jìn)行新一輪的清潔任務(wù)。
本實(shí)用新型的清潔機(jī)器人采用合理優(yōu)化的整機(jī)總體設(shè)計(jì)方案，除自主運(yùn)動(dòng)、避障、吸塵外，還具有無(wú)線/語(yǔ)音遙控功能，使其前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、吸塵、待機(jī)，寓家務(wù)勞動(dòng)于娛樂(lè)之中。外殼設(shè)計(jì)成飛碟型，新穎獨(dú)特、美觀大方；采用了智能路徑規(guī)劃，與無(wú)序運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)吸塵器相比大大提高了清潔效率；采用了獨(dú)特的障礙物檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了在紅外傳感器的檢測(cè)盲區(qū)內(nèi)的避障。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪位于底盤(pán)中線的兩邊，導(dǎo)向輪位于低盤(pán)的尾部，這樣的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了清潔機(jī)器人的零距離轉(zhuǎn)彎，保證它可以靈活地轉(zhuǎn)向。本實(shí)用新型電路采用濾波、去耦、屏蔽、接地、冗余糾錯(cuò)等軟硬件技術(shù)電磁兼容措施，使整機(jī)通過(guò)了電磁兼容有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試，通過(guò)了國(guó)家家用電器檢測(cè)中心的性能測(cè)試。


圖1為本實(shí)用新型的控制電路框圖。
圖2為本實(shí)用新型的控制電路圖。
圖3為充電保護(hù)電路圖。
圖4為無(wú)線/語(yǔ)音遙控電路圖。
圖1所示，清潔機(jī)器人由單片機(jī)1，驅(qū)動(dòng)電路2、驅(qū)動(dòng)電機(jī)3、反饋電路4、充電保護(hù)電路5、紅外傳感器6、無(wú)線接收及譯碼電路7、無(wú)線/語(yǔ)音遙控電路8所構(gòu)成。
圖2所示驅(qū)動(dòng)電路2由功率集成模塊N3和反向器D4構(gòu)成；電流反饋電路9由采樣電阻R23、R26、放大器N1A、N1B及外圍電路構(gòu)成；無(wú)線接收及譯碼電路7由無(wú)線接收模塊N6、譯碼器D2、編碼器D3構(gòu)成。
圖3所示，充電保護(hù)電路由智能充電控制芯片N4、電流放大器及外圍電路構(gòu)成。
圖4所示，無(wú)線/語(yǔ)音遙控電路8由語(yǔ)音識(shí)別芯片D6、編碼器D5、反向器D7、無(wú)線發(fā)射模塊N1、麥克風(fēng)(MIC1)、鍵盤(pán)11及外圍電路組成。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
見(jiàn)以下實(shí)施例。
實(shí)施例1、一種清潔機(jī)器人，它包含了吸塵器的所有部件，而且給吸塵器增加了移動(dòng)部件和控制電路。移動(dòng)部件包括位于車體底盤(pán)中線兩邊的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和位于車體底盤(pán)的尾部的一個(gè)導(dǎo)向輪。控制電路由單片機(jī)，驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、反饋電路，充電保護(hù)電路，紅外傳感器、無(wú)線接收及譯碼電路，無(wú)線/語(yǔ)音遙控電路所構(gòu)成，如圖1所示。其控制電路圖如圖2所示，其中充電保護(hù)電路圖如圖3所示，無(wú)線/語(yǔ)音遙控電路圖如圖4所示。其中單片機(jī)采用68HC08GP32芯片，智能充電控制芯片采用MAX713，功率集成模塊采用L298，放大器采用LM358，無(wú)線發(fā)射模塊采用T930芯片，無(wú)線接收模塊采用T932芯片，編碼器D5采用PT2262芯片、語(yǔ)音識(shí)別芯片D6采用VP-1芯片，光電碼盤(pán)傳感器采用ST150。本實(shí)施例中采用5個(gè)紅外傳感器。
本發(fā)明不僅局限于這個(gè)實(shí)施例，凡是采用本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路，做一些簡(jiǎn)單變化的設(shè)計(jì)都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種清潔機(jī)器人，它包括吸塵器，其特征在于，對(duì)吸塵器增設(shè)了移動(dòng)部件和控制電路，移動(dòng)部件包括位于車體底盤(pán)中線兩邊的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和位于車體底盤(pán)的尾部的一個(gè)導(dǎo)向輪；控制電路由單片機(jī)(1)，與單片機(jī)相連的驅(qū)動(dòng)電路(2)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)、與驅(qū)動(dòng)電機(jī)和單片機(jī)相連的反饋電路(4)，由單片機(jī)控制的充電保護(hù)電路(5)，向單片機(jī)傳送信號(hào)的紅外傳感器(6)和無(wú)線接收及譯碼電路(7)，以及與無(wú)線接收及譯碼電路相連的無(wú)線/語(yǔ)音遙控電路(8)所構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的清潔機(jī)器人，其特征在于，所述的驅(qū)動(dòng)電路由功率集成模塊(N3)和與它相連的反向器(D4)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的清潔機(jī)器人，其特征在于，反饋電路由光電碼盤(pán)電路(10)和電流反饋電路(9)兩部分構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的清潔機(jī)器人，其特征在于，電流反饋電路(9)由采樣電阻(R23、R26)、用來(lái)放大采樣電壓的放大器(N1A、N1B)及外圍電路構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的清潔機(jī)器人，其特征在于，光電碼盤(pán)電路(10)由光電碼盤(pán)傳感器(MP1/MP2)及反向器(D4)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的清潔機(jī)器人，其特征在于，充電保護(hù)電路(5)由智能充電控制芯片(N4)、電流放大器(V1，V2)及外圍電路構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的清潔機(jī)器人，其特征在于，無(wú)線接收及譯碼電路由無(wú)線接收模塊(N6)、與無(wú)線接收模塊相連的譯碼器(D2)、與譯碼器相連的編碼器(D3)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的清潔機(jī)器人，其特征在于，無(wú)線/語(yǔ)音遙控電路(8)由語(yǔ)音識(shí)別芯片(D6)、與語(yǔ)音識(shí)別芯片相連的反向器(D7)、接受反向器信號(hào)的編碼器(D5)、與編碼器(D5)相連的無(wú)線發(fā)射模塊(N1)、與語(yǔ)音識(shí)別芯片相連的鍵盤(pán)(11)和麥克風(fēng)(MIC1)及外圍電路組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的清潔機(jī)器人，其特征在于，無(wú)線發(fā)射模塊(N1)采用T930芯片，編碼器(D5)采用PT2262芯片，語(yǔ)音識(shí)別芯片(D6)采用VP-1，反向器(D7)采用4069k。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一個(gè)權(quán)利要求的清潔機(jī)器人，其特征在于，單片機(jī)采用68HC08GP32芯片。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)的清潔機(jī)器人,是一種能自主移動(dòng)、自動(dòng)避障、具有路徑規(guī)劃、無(wú)線/語(yǔ)音遙控、充電保護(hù)功能、可以清潔地面的智能全自動(dòng)吸塵器,是在傳統(tǒng)吸塵器上增設(shè)了移動(dòng)部件和控制電路。它具有無(wú)線/語(yǔ)音遙控功能,寓家務(wù)勞動(dòng)于娛樂(lè)之中,使人們從繁重的清潔工作中解放出來(lái)。
文檔編號(hào)B25J9/16GK2510249SQ0126933
公開(kāi)日2002年9月11日 申請(qǐng)日期2001年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月6日
發(fā)明者王瑞生, 林強(qiáng)強(qiáng), 周鵬, 劉景華, 褚蓬飛 申請(qǐng)人:海信集團(tuán)有限公司