一种具有环境认知功能的智能清洁机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种具有环境认知功能的智能清洁机器人。
【背景技术】
[0002]目前市场上的清洁机器人的智能化程度普遍较低，而且功能比较单一。大部分清洁机器人都是根据一些简单的轻触开关检测是否碰撞到障碍物，发生碰撞后稍微调整角度后重新前进，如此循环地进行清扫，这种随机性的清洁方式大部分情况下会造成某些清洁区域会反复清扫，而一些卫生死角则无法到达的状况，并且在走动人员较多的情况下效果会更加严重。对于一些清洁环境较为复杂的条件下，由于清洁机器人无法预知当前环境情况，从而使得清洁的效果和效率都是不能让人满意的。这些实用性清洁机器人的功能扩展空间是很大的，但目前往往都是局限在清扫这单一功能上。综合上述目前清洁机器人的清洁效果差、功能单一以及价格昂贵的状况，因此大部分的消费者都不会选择购买这类型的
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【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种具有环境认知功能的智能清洁机器人。
[0004]为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。
[0005]—种具有环境认知功能的智能清洁机器人，包括有上层模板、底层模板及充电座，所述上层模板包括有中央处理器模块一及与中央处理器模块一连接USB接口模块、以太网口模块、SD卡模块、无线路由器模块、摄像头模块、激光雷达模块，所述下层模板包括有中心处理器模块二及与中心处理器模块二连接的电源模块、按键模块、电机驱动模块、电机开关电路模块、电机控制信号缓冲模块、编码器模块、碰撞开关模块、红外线发射模块及串口模块，所述充电座包括有中心处理器芯片及LED灯模块灯。
[0006]其中，所述中央处理器模块一为Cortex AS处理器。
[0007]其中，所述中央处理器模块二为STM32处理器。
[0008]其中，所述中心处理器芯片为STC89C51处理芯片。
[0009]其中，所述上层模板与所述下层模板之间通过串口进行数据交互。
[0010]其中，所述一种具有环境认知功能的智能清洁机器人设有手机连接、视频监控、手动构图、自动构图、自动清扫、虚拟墙设置、自动导航、自动回充电座功能。
[0011]本发明的有益效果为:本发明所述的一种具有环境认知功能的智能清洁机器人，包括有上层模板、底层模板及充电座，所述上层模板包括有中央处理器模块一及与中央处理器模块一连接USB接口模块、以太网口模块、SD卡模块、无线路由器模块、摄像头模块、激光雷达模块，所述下层模板包括有中心处理器模块二及与中心处理器模块二连接的电源模块、按键模块、电机驱动模块、电机开关电路模块、电机控制信号缓冲模块、编码器模块、碰撞开关模块、红外线发射模块及串口模块，所述充电座包括有中心处理器芯片及LED灯模块灯。
[0012](I)构建环境地图；目前市面上的清洁机器人由于缺少感知周围环境的传感器，因此只能通过反复随机碰撞修正的方法来遍历清扫，从而导致覆盖不完全而且效率低的清洁效果；本发明利用了激光雷达传感器，以及构图与定位的技术，可以将周围的清洁环境以地图的形式保存；完成地图的构建之后，智能机器人就可以根据获得的地图数据进行一系列的操作，而不是盲目地随机寻找路径；用户也可以在手机上查看地图图片，获知当前机器人所在的位置以及清扫的进度，避免了过往中需要人手寻找机器人所在位置和检查房间是否已经清扫的繁琐操作。
[0013](2)全覆盖智能清扫；由于清洁机器人保存了整个清扫区域的地图数据，所以在进行清扫的过程中，可以根据地图计算出最高效的清洁路径进行清扫，因此可以有效解决部分区域重复清扫而卫生死角无法到达的问题；在进行清扫的过程，若路径上出现行走的人员阻挡，通过激光雷达可以实现实时避障，无需发生碰撞后才能检测出障碍物，避免与行人碰撞时存在的安全隐患；发现障碍物后会重新计算路径，并且保存行人所在区域为未清扫，便于后期对这个区域重新清扫；当机器人进入死节点之后，能够通过A*算法，寻找出最优的逃离路径至未清扫区域，继续完成清洁，整个清洁过程无需人工协助。当完成清扫操作后，机器人会自动返回起点。
[0014](3)手机遥控；利用手机客户端上的软件程序，用户可以直接通过手机对机器人进行操作，避免寻找遥控器的麻烦；在手机客户端上除了可以对机器人进行直走、转弯等基本操作外，还可以查看整个地图文件以及已经清扫过的区域；若用户需要机器人到达某个指定区域时，可以在手机上的地图图片上点取目标点，清洁机器人收到目标坐标后开始进行智能导航，寻找最优路径到达目标点，这个功能可以使得用户方便地控制机器人更有针对性地进行清洁，不需要手动移动机器人到不同地方。
[0015](4)实时视频监控；本发明上装有摄像头并且连接到服务器上，因此用户可以通过手机终端通过网络连接到机器人上，就可以接收到清洁机器人上的摄像头传输过来的图像数据，因此尽管没人在家里的时候，也可以随时掌握家里的情况，起到了实时监控的作用。
[0016](5)自动寻找并返回充电座；当清洁机器人需要充电的时候，无需人为地为它插上电源，只需要启动相应充电功能，机器人就可以自动寻找红外信号并返回充电座进行充电；其最大的特点是机器人在红外作用范围外的时候，可以贴着墙壁一直寻找红外信号，当进入红外作用范围内的时候，才开始逐步向充电座靠近，直到准确地连接起来之后，才会停止移动并开始充电。
【附图说明】
[0017]下面利用附图来对本发明进行进一步的说明，但是附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
[0018]图1为本发明的底层模板结构框图；
图2为本发明的电源14.4V转12V电路图；
图3为本发明的电源14.4V转5V电路图；
图4为本发明的电源5转3.3V电路图； 图5为本发明的串口电平转换电路图；
图6为本发明的电机驱动电路图；
图7为本发明的电机控制信号缓冲电路图；
图8为本发明的编码器电路图；
图9为本发明的电机开关电路图；
图10为本发明的碰撞开关电路图；
图11为本发明的红外发射电路图；
图12为本发明的红外接收电路图；
图13为本发明的上层模板架构图；
图14为本发明的功能结构图；
图15为本发明的与手机通信原理流程图；
图16为本发明的判断NAT类型原理图；
图17为本发明的STUN原理图；
图18为本发明的发送图像原理图；
图19为本发明的手机APP接收图像原理图；
图20为本发明的充电座结构图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体的实施方式来对本发明进行说明。
[0020]如图1-20所示，一种具有环境认知功能的智能清洁机器人，包括有上层模板、底层模板及充电座，所述上层模板包括有中央处理器模块一及与中央处理器模块一连接USB接口模块、以太网口模块、SD卡模块、无线路由器模块、摄像头模块、激光雷达模块，所述下层模板包括有中心处理器模块二及与中心处理器模块二连接的电源模块、按键模块、电机驱动模块、电机开关电路模块、电机控制信号缓冲模块、编码器模块、碰撞开关模块、红外线发射模块及串口模块，所述充电座包括有中心处理器芯片及LED灯模块灯。
[0021]进一步的，所述中央处理器模块一为Cortex AS处理器。
[0022]进一步的，所述中央处理器模块二为STM32处理器。
[0023]进一步的，所述中心处理器芯片为STC89C51处理芯片。
[0024]进一步的，所述上层模板与所述下层模板之间通过串口进行数据交互。
[0025]更进一步的，所述一种具有环境认知功能的智能清洁机器人设有手机连接、视频监控、手动构图、自动构图、自动清扫、虚拟墙设置、自动导航、自动回充电座功能。
[0026]需更进一步的解释，如图1所示，本发明底层控制板包括STM32中央处理模块、电机驱动模块、电机控制信号缓冲模块、编码器模块、电机开关电路模块、碰撞开关模块、红外线模块、串口模块等；其中，串口模块用于实现本发明底层模板与上层模板之间的通信；通信的主要数据包括串口调试数据和上层模板的控制信息等，电机驱动模块用于控制直流电机的转动快慢和方向；电机控制信号缓冲模块用于连接STM32和电机驱动芯片之间，避免电机的反馈电压带给STM32影响；编码器模块用于获取电机转动时产生的脉冲个数，计算车轮转动的速度；电机开关模块用于控制本发明上的扫地电机、抽风电机等；碰撞开关模块用于检测本发明是否发生碰撞；红外模块用于接收充电座发给机器人底层模板的信号，用于控制机器人返回充电座；电源模块用于提供各种电机和底层模板的电源。
[0027]如图2所示，14.4V转12V电路采用LM2575-12芯片。
[0028]如图3所示，14.4V转5V电路采用LM2375-5芯片。
[0029]如图4所示，5转3.3V电路采用AMSl 17-3.3芯片。
[0030]如图6所示，电机驱动模块采用TB6612FNG芯片。
[0031]如图7所示，电机控制信号缓冲模块采用74HC12?芯片。
[0032]如图13所示，本发明上层板包括了 Cotex_A8中央处理器模块、USB接口模块、以太网口模块、SD卡模块、无线路由器模块、摄像头模块、激光雷达模块等；其中USB接口模块用连接摄像头模块和激光雷达