专利名称：一种多功能管道清扫机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于中央空调风管的清洗消毒的多功能管道清扫机器人。
背景技术：
目前，国内外对中央空调风管进行清洗消毒所使用的机器人，功能单一，均为单出轴正、反旋转刷或双出轴正、反旋转刷机器人。单出轴旋转刷机器人不适合清扫方形风管；双出轴旋转刷机器人不适合清扫圆形风管，清扫方形管道时，两刷中间管壁上的灰尘无法清扫掉，只好在风管中往返清扫，工作效率不高；已有装置由于爬坡能力不强且结构复杂、造价高，致使其成为清洗消毒公司接待业务时的摆设。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提供一种多功能管道清扫机器人，它可用笔记本电脑进行控制具有清扫、吹气、鞭打、机械铲、吸尘、消毒等多功能且工作效果好、设备性能稳定、操作方便，效率高、结构简单而紧凑、重量轻、携带方便等特点。
本发明的技术解决方案是，所述多功能管道清扫机器人有两侧为行走履带的车身，其结构特点是，所述车身前部装有其两侧下端分别同一水平横轴两端相连接的连接架，所述水平横轴经一齿轮副同车身中相应电动机的轴连接，连接架前端的接插孔同升降臂的下端接插连接，所述升降臂中装有电动机且其轴经齿轮传动副分别同位于升降臂前端并各装有清扫毛刷的左侧出轴、右侧出轴、前方出轴连接；所述车身顶部有一U型支架，它的底部同一竖轴顶端连接，该竖轴经轴承安装在车身上且经一齿轮传动副同相应电动机的轴连接，摄像与照明箱的两端经铰接轴安装在所述U型支架的两立臂上且其一端经装在该箱中的齿轮传动副同相应电动机的轴相连接，所述摄像与照明箱正面装有照明灯和摄像头。
以下做出进一步说明。
参见图1至图3，本发明有两侧为行走履带2、3的车身1，其结构特点是，所述车身1前部装有其两侧下端分别同一水平横轴21两端相连接的连接架4，参见图4，所述水平横轴21经一齿轮副同车身1中的电动机22的轴相连接；连接架4前端的接插孔同升降臂5的下端接插连接，参见图5，所述升降臂5中装有电动机17且其轴经齿轮传动副分别同位于升降臂5前端并各装有清扫毛刷(图中未画出)的左侧出轴8、右侧出轴6、前方出轴7连接；所述车身1顶部有一U型支架14，它的底部同一竖轴9顶端连接，参见图6，该竖轴9经轴承18安装在车身1上且经一齿轮传动副20同相应电动机19的轴连接，摄像与照明箱10的两端经铰接轴23(参见图6)安装在所述U型支架14的两立臂上且其一端经装在该箱中的齿轮传动副同相应电动机的轴相连接，所述摄像与照明箱10正面装有照明灯11、13和摄像头12。
所述连接架4前端的接插孔去掉升降臂5后，还可接插消毒液喷洒器的连接座，或接插吸尘器的吸尘头底座，还可接插接插机械铲的连接座，或接插孔中接插气鞭的连接座，或接插孔中接插吹气头的连接座。
本发明的工作原理是，启动图4中的电动机22并控制其旋转方向(正转或反转)，即可控制图1中的连接架4及升降臂5绕所述水平横轴21转动适当角度，亦即实现升降臂5前端的三个出轴的位置升降；参见图5，接通升降臂5中电动机17的电源，则它可驱动所述三个出轴6、7、8及清扫毛刷同步转动，进行清扫作业；启动图6中的电动机19，则竖轴9可转动，由此带动U型支架14及摄像与照明箱10绕竖轴9的轴线作360°(或左右)转动；参见图6，开动驱动一端铰接轴23转动的相应电动机，则该摄像与照明箱10会绕该铰接轴23作上、下90度(共180度)俯仰转动，从而实现了所述摄像头12和照明灯11、13作上、下、左、右转动。车身1的两行走履带2、3实现车辆的前进、后退及左、右转向。照明灯11、13和摄像头12供远程控制人员监视工作现场情况，据以进行控制。
本发明装置可采用笔记本电脑进行控制。图8是一种控制电路结构框图。由图8可知，所述毛刷轴驱动电动机17、升降臂升降驱动电动机22、左侧履带驱动电动机25、右侧履带驱动电动机251的电源端分别同对应的电动机驱动电路36、39、40、41的驱动电源输出端连接，而所述各电动机驱动电路的控制极分别同单片机29相应控制信号输出端对应连接，所述单片机29的另外一路控制信号输出端同摄像头与照明灯驱动电路30控制极连接，所述摄像头与照明灯驱动电路30的驱动电源输出端分别同摄像头与照明箱竖轴驱动电动机19、水平轴驱动电动机、摄像头12电源端、照明灯11、13的电源相连接；摄像头12的信号输出接线连至视频采集卡32的信号输入端，该视频采集卡32的信号输出端与笔记本电脑的总线连接，交流220V市电电源接插头分别同24V直流电源电路35、笔记本电脑27、12V直流电源电路33的电源输入端连接，所述24V直流电源电路35的直流输出端D1分别接至电动机驱动电路36、39、40、41的电源输入端，12V直流电源电路33的直流输出端的一路接至5V直流电源电路34的输入端而其另一路D2接至摄像头与照明灯驱动电路30的电源输入端，5V直流电源电路34的输出端同单片机29的工作电源端连接，笔记本电脑27的串行输出接口经电平转换接口电路28同单片机29的控制信号输入端连接。
图8所示控制电路框图的工作过程是，启动笔记本电脑27，进入专用控制软件，在显示屏上可显示全部控制功能窗口菜单；执行控制命令时，控制指令经电平转换接口电路28送至单片机(下位机)29，而单片机29根据不同指令发出驱动信号给电动机驱动电路36、39、40、41和摄像头与照明灯驱动电路30，使其分别或同步完成相应的功能；摄像头12的输出信号送至视频采集卡32处理后送到笔记本电脑(上位机)27还原成像显示在屏幕上。还可将一块看门狗芯片42接至单片机29的对应端，在系统出现不可逆转的干扰时，该模块将重启系统，并从断点处继续执行；由此提高了系统的可靠性。
所述照明灯11、13可选用市售高亮度发光二极管或卤素灯组合而成；摄像头可采用市售高清晰度产品。所述消毒液喷洒器、吸尘器可采用市售产品。
由以上可知，本发明为一种多功能管道清扫机器人，可用笔记本电脑进行控制适于中央空调系统的管道清扫、吹气、鞭打、机械铲、吸尘、消毒，具有所述多功能且效果好、设备性能稳定、操作方便，效率高、结构简单而紧凑、重量轻、携带方便等特点，能清洗高180mm管道，可爬越55°斜坡，越障高度可达4.5cm。
图1是一种实施例外形结构；图2和图3分别是图1所示装置的正视和俯视结构示意图；图4是连接架4的一种实施例驱动原理图；图5是三出轴清扫刷的一种实施例结构；图6是摄像头与照明灯的一种实施例的上、下、左、右转动驱动机构；
图7是行走履带2、3的驱动机构的一种实施例结构；图8是一种采用笔记本电脑进行控制的实施例的控制原理框图；图9是图8所示电平转换接口电路28的一种实际线路图；图10是图8所示单片机29及外围电路图；图11是图8所示摄像头与照明灯驱动电路30的一种实际电路图；图12是图8所示电动机驱动电路36、39、40、41及部分直流电源的实际电路图。
在所述附图中1-车身，2-行走履带，3-行走履带，4-连接架，5-升降臂， 6-右侧出轴，7-前方出轴，8-左侧出轴，9-竖轴，10-摄像与照明箱，11-照明灯， 12-摄像头，13-照明灯， 14-U型支架，15-导线及信号线接口， 16-接插头，17-电动机， 18-轴承，19-电动机， 20-齿轮传动副，21-水平横轴， 22-电动机，23-铰接轴， 24-伞齿轮副，25、251-电动机，26-驱动轮，27-笔记本电脑， 28-电平转换接口电路，29-单片机， 30-摄像头与照明灯驱动电路，
31-照明灯驱动电路， 32-视频采集卡，33-12V直流电源电路，34-5V直流电源电路，35-24V直流电源电路，36、39、40、41-电动机驱动电路，42-看门狗芯片。
具体实施例方式
参见图1，行走履带2、3采用高摩擦系数的橡胶制作，车身1整体大小为190×300×160cm；行走驱动机构如图7所示，采用两侧履带分别驱动的结构，即在各侧履带2或3的带圈空间设置电动机25，其轴经一伞齿轮传动副24同履带驱动轮26的轮轴相连接；其它各驱动机构如图4至6所示；照明灯11、13采用卤素灯，摄像头12采用高清晰度产品。
图8是整机控制与驱动的一种实际电路框图。该方案采用笔记本电脑控制，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、摄像与录像及时方便，可直接生成影视文件。
图9、10、11、12是图8所示框图是一种实际电路图。
图9中，J1输出转换后的指令，J2接笔记本电脑(上位机)的串口。
图10中，J1接5V电源。FS1与图9中的J1是用来连接信号线，这两个座子是相对的。JA与Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8三极管中的A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7标号是一一对应的，都是驱动信号的输出；该座子与图12中的J6是一一对应的；J123与Q9、Q10、Q11、Q12、Q13三极管中的B0、B1、B2、B3、B4标号是一一对应的，J123座子与图11中J2座子是一一对应的，都是六位J3座是在该电路中为以后扩展用功能用的(暂时悬空)。
图11中，J1座子接12V电源，J2与图10中的J123对应，J100接摄像头，J101接摄像头的输出信号，J3、J4分别接摄像头与照明箱的两个电动机，使摄像头全方位工作，摄像头这部分的工作驱动信号来自J2。
图4中，J1、J2、J3、J4分别接两个履带驱动电动机、升降臂电动机、毛刷轴电机，J5接24V电源；J6座子是驱动信号的入口处，他与图10中的JA一一相对应的；下位驱动信号与电动机驱动通过JP1-JP8这几个光耦合器相隔离的。
灯光驱动电路由图11中JP5、R7、Q5、DS1、DS2组成。摄像头驱动电路由图3中JP1-JP4、Q1-Q5、R1-R6、D1-D4、K1、K2组成，其中J1为输入12V电源连接端。24V直流电源电路由由图12中的JP1、JP2、R1-R3、Q1、Q2、D1、D2、K1、J1组成。电动机驱动电路之一由图12中的JP3、JP4、R4-R6、Q3、Q4、K2、J2、D3、D4组成，电动机驱动电路之二由图12中的JP7、JP8、R10-R12、Q7、Q8、D7、D8、K4、Q8、J4组成，电动机驱动电路之三由图12中的JP6、JP5、R7-R9、Q5、Q6、K3、D5、D6、J3组成。由笔记本电脑发出指令经过接口电路的第一次电平转换后再经二次电平转换电路送入单片机，单片机上电后看门狗芯片给出复位信号使该单片机正常工作，单片机根据不同的指令从端口发出不一样的驱动信号经放大电到驱动电路完成不同的功能。
视频采集电路卡直接插在笔记本电脑上就可以了。
图10中，接口电路的二次电平转换电路由R27、U3和座子FS1组成；单片机由U2、JR1、JR2、JR3、C9、C10、Y1组成；看门狗电路由U1、R25、R26组成。
图10中，有于单片机的外围放大电路相同，所以只给出一部分，其它的部分在图上都分有块一个放大电路由3个电阻、1个电容、1只三极管组成。单片机有32个输入/输出端口，本发明只用了P10-P17、P20-P24这13个端口。如P10口发出信号经R17、C8、Q6、R15、R16组成放大电路经Q6的发射级输出。
产品技术指标1、毛刷功能单出轴、双出轴、三出轴；毛刷电机输出转距3.1N.m，堵转转距大于22N.m。
2、驱动部分指标越障高度4cm；爬坡能力45°(光滑铁板)；载重40kg。
3、具有清扫、自动控制吹气、鞭打、吸尘，机械铲清除杂物、自动喷药消毒等功能。
4、监视部分指标摄像头480万象素；摄像头左右旋转360°，上下旋转180°。
5、控制部分指标笔记本电脑控制，键盘、鼠标操作。
权利要求
1.一种多功能管道清扫机器人，有两侧为行走履带(2、3)的车身(1)，其特征是，所述车身(1)前部装有其两侧下端分别同一水平横轴(21)两端相连接的连接架(4)，所述水平横轴(21)经一齿轮副同车身(1)中的电动机(22)的轴相连接；连接架(4)前端的接插孔同升降臂(5)的下端接插连接，所述升降臂(5)中装有电动机(17)且其轴经齿轮传动副分别同位于升降臂(5)前端并各装有清扫毛刷的左侧出轴(8)、右侧出轴(6)、前方出轴(7)连接；所述车身(1)顶部有一U型支架(14)，它的底部同一竖轴(9)顶端连接，该竖轴(9)经轴承(18)安装在车身(1)上且经一齿轮传动副(20)同相应电动机(19)的轴连接，摄像与照明箱(10)的两端经铰接轴(23)安装在所述U型支架(14)的两立臂上且其一端经装在该箱中的齿轮传动副同相应电动机的轴相连接，所述摄像与照明箱(10)正面装有照明灯(11、13)和摄像头(12)。
2.根据权利要求1所述的多功能管道清扫机器人，其特征是，所述连接架(4)前端的接插孔中接插消毒液喷洒器的连接座。
3.根据权利要求1所述的多功能管道清扫机器人，其特征是，所述连接架(4)前端的接插孔中接插吸尘器的吸尘头底座。
4.根据权利要求1所述的多功能管道清扫机器人，其特征是，所述连接架(4)前端的接插孔中接插机械铲的连接座。
5.根据权利要求1所述的多功能管道清扫机器人，其特征是，所述连接架(4)前端的接插孔中接插气鞭的连接座。
6.根据权利要求1所述的多功能管道清扫机器人，其特征是，所述连接架(4)前端的接插孔中接插吹气头的连接座。
7.根据权利要求1-6所述的多功能管道清扫机器人，其特征是，所述毛刷轴驱动电动机(17)、升降臂升降驱动电动机(22)、左侧履带驱动电动机(25)、右侧履带驱动电动机(251)的电源端分别同对应的电动机驱动电路(36、39、40、41)的驱动电源输出端连接，而所述各电动机驱动电路的控制极分别同单片机(29)相应控制信号输出端对应连接，所述单片机(29)的另外一路控制信号输出端同摄像头与照明灯驱动电路(30)控制极连接，所述摄像头与照明灯驱动电路(30)的驱动电源输出端分别同摄像头与照明箱竖轴驱动电动机(19)、水平轴驱动电动机、摄像头(12)电源端、照明灯(11、13)的电源相连接；摄像头(12)的信号输出接线连至视频采集卡(32)的信号输入端，该视频采集卡(32)的信号输出端与笔记本电脑的总线连接，交流220V市电电源接插头分别同24V直流电源电路(35)、笔记本电脑(27)、12V直流电源电路(33)的电源输入端连接，所述24V直流电源电路(35)的直流输出端D1分别接至电动机驱动电路(36、39、40、41)的电源输入端，12V直流电源电路(33)的直流输出端的一路接至5V直流电源电路(34)的输入端而其另一路(D2)接至摄像头与照明灯驱动电路(30)的电源输入端，5V直流电源电路(34)的输出端同单片机(29)的工作电源端连接，笔记本电脑(27)的串行输出接口经电平转换接口电路(28)同单片机(29)的控制信号输入端连接。
全文摘要
一种适于中央空调管道清扫、吹气、鞭打、机械铲、吸尘、消毒的多功能管道清扫机器人，它的主要结构是，两侧有行走履带的车身前部有可升降的升降臂或消毒液喷洒器、吸尘器，等升降臂的前端有可同步转动的左、右、前出轴及毛刷；车身顶部有安装在竖轴上的可转动U型支架，其上装有摄像与照明箱，该箱可俯、仰转动且其装有摄像头和照明灯。本装置具有所述多功能且效果好、设备性能稳定、操作方便，效率高、结构简单而紧凑、重量轻、携带方便等特点。
文档编号B25J5/00GK1907583SQ20051003197
公开日2007年2月7日 申请日期2005年8月5日 优先权日2005年8月5日
发明者金银龙, 雷学军, 刘凡, 雷强林, 李亚栋, 祝加铧, 蔡明远 申请人:金银龙, 雷学军, 刘凡, 雷强林, 李亚栋, 祝加铧, 蔡明远