专利名称：中央空调通风管道清洗机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种中央空调通风管道清洗机器人，尤其涉及一种制作简单、控制方 便、成本低廉的应用于中央空调管道清扫的机器人。
背景技术：
随着现代社会的不断进步，越来越多的高楼大厦里安装中央空调 来调节室内环 境，然而由于大多数中央空调通风管道不能承受过重的质量，而且通风管道比较狭小，因此 人工不能进入直接清扫，使得管道尘埃堆积，细菌密布，交换的空气质量下降并且夹杂着很 多对人体有害的病毒。
发明内容针对上述的不足，本发明提供了一种适用于清扫方形、圆形的中央空调通风管道 清洗的机器人，可以广泛用于高楼大厦中央空调通风管道的清洗。本发明是通过以下技术方案实现的一种中央空调通风管道清扫机器人，由车体 和清扫臂、清扫臂起落机构组成，清扫臂由小连杆和大连杆两段通过螺栓连接组成，清扫臂 起落机构由升降电机、支撑臂、丝杠副、导轨、轴承、轴承支座构成。所述清扫臂的下端与固定在车体底盘后部的支架连接，其上端安装有清扫刷电动 机，清扫刷电动机可以驱动安装在电机轴上的清扫刷。所述车体的底盘下方增设底箱，在底箱两侧壁上分别装有两个由电动机驱动的车 轮，车体后部增设摄像头，摄像头经USB 口与PC机连接，在车体前部增设超声波探头。所述清扫臂起落机构的支撑臂一端与清扫臂连接，另一端与丝杠副螺母连接，轴 承安装在轴承支座中，导轨和丝杠副中丝杠由轴承及支座支撑，丝杠的一端通过联轴器与 升降电机连接，升降电机和轴承及支撑座固定在车体的底盘上。本发明的有益效果器人可驶入管道内部，用清扫刷驱动电机对管道臂进行清扫， 变换机器人的位置可对管道内不同内壁进行清扫，改变清扫刷的旋转方向，可以适应不同 内壁的清扫，利用升降电机、丝杆副和支撑臂组成的清扫臂起落机构调整清扫臂的前倾角 度，从而改变清扫高度，以适应不同截面的管道，更换小连杆来改变清扫臂的长度，从而改 变清扫刷高度，以适应不同截面的管道，利用超声波探头来探测车体前方是否有障碍物，来 判断是否需要转弯避障，利用摄像头可将管道内部的清扫臂工作状况在PC机上进行显示 或存储，便于外部观看和调阅，本发明可采用PC机进行控制，清扫刷驱动电动机，清扫臂升 降驱动电动机，车轮驱动电动机的电源端分别同对应的电动机驱动电路的驱动电源输出端 连接，各电动机驱动电路的控制极分别同单片机相应控制信号输出端对应连接，车轮测速 的霍尔测速元件连接单片机相应控制信号输入端对应连接，清扫臂升降限位开关连接单片 机相应控制信号输入端对应连接，PC机串行口经串行通讯接口电路与单片机串口连接，所 述摄像头与PC机的USB 口连接，而且本发明具有重量轻，体积小，操作灵活，制作成本低，有 着较好的应用和市场开发价值。
图1是本发明的主视图。图2是本发明的左视图。图3是本发明的俯视图。图4是一种采用PC机进行控制的控制原理框图。图5是单片机及外围电路。在所述附图中1、车轮 2、底箱 3、底盘 4、轴承支座 5、丝杆 6、轴承 7、螺母 8、支撑臂9、小连杆 10、螺栓 11、大连杆 12、支架13、联轴器 14、升降电动机 15、摄像 头16、超声波探测头17、车轮驱动电动机18、连接轴19、导轨20、清扫刷驱动电机 21、单片机 22、23、24电动机驱动电路 25、串行通讯接口电路 26、限位开关 27、霍尔 测速元件28、PC机29、摄像头。
具体实施方式
参看图1-3，车体为一个四轮小车，车体前部装有超声波探头16，后部装有摄像头 15，超声波探头16检测机器人运动过程中前方是否有障碍物，摄像头监视机器人在管道内 的工作状况，车体的每个车轮具有一个驱动电机17，车体前进或后退时，控制电路使四个车 轮同向旋转，车体转弯时，左右车轮旋转方向相反，机器人模型的清扫臂的上端安装双轴输 出电机20，电机输出轴的旋转带动清扫刷运动，清扫臂由小连杆9和大连杆11由螺栓10连 接，清扫臂大连杆11下端与支架12通过连接轴18连接，大连杆11与较长的小连杆连接适 用于内径大的管道，大连杆11与较短的小连杆连接适用于内径小的管道。清扫臂的大连杆 11与支撑臂8 —端连接，支撑臂8的另一端与丝杠副中螺母7连接，丝杠副中的丝杠5两 端支撑在轴承6里，轴承座4固定在新走小车底盘3上。升降电机14通过联轴器13带动 丝杠副中的丝杠5的旋转，丝杠5的旋转带动丝杠副中的螺母7沿丝杠5和导轨19前后移 动，从而通过支撑臂8驱动清扫臂绕连接轴18旋转，改变清扫高度，清扫臂与地面的夹角可 在0度到90度之间调节，车体的底箱2与底盘3连接，可以防止灰尘侵入电机及周围元件。图4是PC控制与驱动的实际电路框图。图4所示控制电路框图的工作过程是，启动PC机(上位机)，进入专用控制软件， 在显示屏幕上可显示控制功能窗口菜单；执行控制命令时，控制指令经串行通讯接口电路 送至单片机(下位机)，而单片机根据不同指令发出驱动信号给电动机驱动电路使其分别 或同步完成相应的功能。同时车轮转速的霍尔测速元件将车轮的转速快慢信号送入单片 机，单片机根据测速信号给车轮的电动机驱动电路发出驱动信号来改变车轮转速，从而调 整车体的行走的状态。清扫臂升降限位开关将清扫臂升降到极限位置信号送给单片机，单 片机根据极限位置信号给清扫臂升降驱动电动机的驱动电路发送控制信号停止清扫臂的 升降运动。摄像头将管道内的工作情况送到PC机上显示，摄像头上自带LED用来照亮管道 内部。该方案采用PC机控制，具有智能化、自动化和软件化的操作平台，装置体积小，使 用灵活方便，行走、清扫定位准确，监视方便，可直接生成存储监控图片。[0020]图5是图4所示框图是一种实际电路图，其工作过程如下1.由单片机U1、晶振XTAL、电容C2、C3组成单片机(下位机)中心电路，单片机 选择STC89C52，当单片机上电后，由晶振XTAL、电容C2、C3产生时钟信号送至单片机Ul，单 片机Ul处于待机状态。2.小车行走驱动系统由直流减速电动机MG1、MG2、MG3、MG4和直流电动机驱动芯片U2、U3及周围元件 组成机器人行走电路，直流减速电动机选择ZYM-25A280，直流电动机驱动芯片选择L298， 当计算机要求小车前进时，单片机Ul按照驱动芯片L298工作逻辑要求向直流电动机驱动 芯片U2、U3发送信号使电机MG1、MG2、MG3、MG4电机同时正转，当计算机要求机器人后退 时，单片机Ul按照驱动芯片L298工作逻辑要求向直流电动机驱动芯片U2、U3发送信号使 电机MG1、MG2、MG3、MG4电机同时反转，当计算机要求机器人向左转时，单片机Ul按照驱动 芯片L298工作逻辑要求向直流电机驱动芯片U2发送信号，使车轮1、2的驱动电机MG1、MG2 反转，单片机Ul按照驱动芯片L298工 作逻辑要求向直流电机驱动芯片U3发送信号，使车 轮3、4的驱动电机MG3、MG4正转，当计算机要求机器人向右转时，单片机Ul按照驱动芯片 L298工作逻辑要求向直流电机驱动芯片U2发送信号，使车轮1、2的驱动电机MGl、MG2正 转，单片机Ul按照驱动芯片L298工作逻辑要求向直流电机驱动芯片U3发送信号，使车轮 3、4的驱动电机MG3、MG4反转。3.超声波电路系统超声波发射电路由反相器74LS04 (U4A-U4E)、超声波发射换能器T、电阻R6、R7组 成，单片机Ul的P3. 2端口输出的40kHz方波信号送入超声波发射电路，超声波接收电路是 由集成芯片U7、电容C1-C4、电阻R8-R9和超声波接受换能器R组成的，U7选用集成电路芯 片CX20106A，超声波接收电路将接受的超声波信息送入单片机Ul的P3. 3端口，机器人前进 过程中，单片机Ul的P3. 2端口输出的40kHz方波信号送入超声波发射电路，通过发射电路 不断发出频率为40KHZ的超声波，若机器人前方无障碍物，超声波接收探头R未收到信号， 机器人向前走，若机器人前方有障碍物，超声波接收探头R接收到超声波发射探头T发出的 超声波反射回来的信号，经超声波接收电路处理后向单片机Ul送入指令，经计算机运行发 出指令让电动机M1-M4或反转，或停止，使机器人绕过障碍物继续行走或停止运动。4.机器人测速系统机器人测速电路由霍尔元件HRl和HR2组成，霍尔元件型号选择0620，霍尔元件 HRl测车轮1的速度，霍尔元件HR2测车轮3的速度，当安装在电动机1和电动机2上的永 磁铁靠近霍尔时就产生一个脉冲，信号通过TO 口传输到单片机Ul中，单片机通过TO计数 外部脉冲在一秒钟内纪录的脉冲数，从而计算出小车两侧车轮的转速，单片机Ul根据车体 运动控制的需要向小车行走驱动系统发送指令信号，调整机器人行走的速度、及转向。5.清扫臂升降驱动系统由直流减速电动机MG5和直流电动机驱动芯片U4及周围元件组成清扫臂升降驱 动电路，直流减速电动机选择ZYM-25A280，直流电动机驱动芯片选择L298，当单片机Ul按 照驱动芯片L298工作逻辑要求向直流电动机驱动芯片U4发送信号使电机MG5电机同时正 转，使清扫臂向上举起；当单片机Ul按照驱动芯片L298工作逻辑要求向直流电动机驱动芯 片U4发送信号使电机MG5电机同时反转，使清扫臂向下降落。[0030]6.清扫臂升降限位检测系统由限位开关S1、S2构成清扫臂升降限位检测电路。限位开关S1、S2分别检测丝杠副中螺母是否移到丝杠的最左端或最右端，从而检测到清扫臂是否升到最高或降到最低的 位置。当清扫臂升到最高位置，限位开关Sl将检测信号经P3. 6送入单片机Ul中，单片机 Ul向清扫臂升降驱动驱动电路发送指令使升降电机停止运动，使清扫臂停止继续向上举 起。当清扫臂降到高低位置，限位开关S2将检测信号经P3. 7送入单片机Ul中，单片机Ul 向清扫臂升降驱动驱动电路发送指令使升降电机停止运动，使清扫臂停止继续向下降落。7.液晶显示系统由液晶模块U5及周围元件组成，液晶显示模块选择IXD1601，IXD160共有16个引 脚，其中VSS接地，VDD接+5V给液晶供电，VO可直接接地，若接一滑动变阻器后在接地，可 调节字体亮度，RS、RW、E是三根控制线，DO D7是8根数据线，单片机Ul通过着11根线 向液晶模块U5发送数据，显示相应的提示信息。8.串行通讯接口电路由RS232串口通讯接口芯片U5及5个IUF的电容组成，单片机Ul经串行通讯接 口电路U5与PC机连接，PC机将控制指令传送给单片机U1，单片机将机器人工作过程中反 馈信息传送给PC机，供PC根据返回的信息进一步控制机器人的工作状态。
权利要求一种中央空调通风管道清洗机器人，其特征是，包括车体和清扫臂，其中，清扫臂由小连杆和大连杆由螺栓连接组成，清扫臂的下端与车体的后面的支架连接，其上端设有清扫刷驱动电机，所述车体的底盘下面安装底箱，车体两侧分别具有两个车轮，分别由四个电机驱动。
2.根据权利要求1所述中央空调通风管道清洗机器人，其特征是，还包括清扫臂升降 机构，清扫臂升降机构由升降电动机、丝杠副、导轨和支撑臂组成，支撑臂一端与清扫臂连 接，另一端与丝杠副的螺母连接，丝杠副中的丝杠一端与升降电动机的输出轴连接。
3.根据权利要求1所述中央空调通风管道清洗机器人，其特征是，所述车体前部设有 摄像头和超声波探头。
专利摘要本实用新型公开了一种中央空调通风管道清洗机器人，它包括车体和清扫臂，其中，清扫臂由小连杆和大连杆由螺栓连接组成，清扫臂的下端与车体的后面的支架连接，其上端设有清扫刷驱动电机，所述车体的底盘下面安装底箱，车体两侧分别具有两个车轮，分别由四个电机驱动。本实用新型提供的一种中央空调通风管道清洗的机器人适用于清扫方形、圆形中央空调通风管道，具有制作简单、控制方便、成本低廉、功率小、体积小、易拆卸、易安装的特点。
文档编号B08B9/051GK201552165SQ200920278478
公开日2010年8月18日 申请日期2009年11月17日 优先权日2009年11月17日
发明者于复生, 刘占超, 尹文彬, 杨红娟, 赵德志, 陈继文, 高付生, 黄国栋 申请人:赵德志