一种便携式智能洗车机器人的制作方法

本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及一种便携式智能洗车机器人。

背景技术：

面对每年数量都在增加的私家车，私家车辆的清洗行业越发引起人们的重视。目前国内外洗车设备和技术很多，但真正大范围普及的洗车技术只有高压水枪洗车和发达城市的电脑洗车。高压水枪洗车使用汽车清洗液配合高压水枪对车面进行清洗，平均清洗一辆车需要用水60升，严重浪费水资源，而相对较为节水的电脑洗车机，可以更高效的用水进行清洗，但洗车设备造价过高，动辄几十万到上百万，且需要到专业的洗车场清洗，对清洗场地有一定要求，很难实现洗车的家庭化。而对于市面上使用较少的无水洗车，采用特殊清洁配方，洗车时不用水，但主要适用于漆面较为清洁的车辆，对较脏的车辆清洗效果不佳。

近年来，智能机器人在无论工业、商业、家庭等方面，都以其智能化、人机交互人性化、工作效率高等特点为人们提供了便利。因此，本发明针对洗车行业的现状，考虑能否使用智能机器人，使机器人在车辆表面上移动的过程中达到对车辆进行清洗的目的，进而可以实现节水用水，还可以因为其小型、易携带，能够做到洗车不受场地限制，实现洗车的家庭化。

考虑到目前并没有用于洗车的便携式智能洗车机器人，本发明将分成三个部分，即行走系统、清洁系统和控制系统。对于行走系统，根据车辆的不规则表面和车漆的特点，智能洗车机器人需要具有轻量化、便携式、行走过程中越障能力强且需要具有水平面与竖直面间移动的能力。现有的智能爬壁机器人，根据吸附类型主要分为负压吸附式、吸盘吸附式和磁体吸附式，行动方式主要分为履带式、滚轮式、两足式和多足式。就汽车表面的清洗而言，由于车辆表面存在非磁性物质，无法使用磁体吸附，且磁力吸附力度较难控制；由于车辆表面不规整，存在凹槽和突起，这让对吸附面积较大的负压式吸附很难适应车面表面的情况，同样，履带式和滚轮式的行走方式在保证吸附力度的基础上，实现跨越不规整平面的功能；对于两足式和多足式的行走方式，虽然可以做到兼顾有较强的吸附力度和一定的越障功能，但无法实现在水平面和竖直面之间的转换行动。为解决车辆表面行走系统，我们从实际出发，考虑使用多轴向行走系统以满足车辆表面情况对机器人行走系统的要求。

在智能洗车机器人方面，专利公开号CN201720717934.6，发明名称为“一种基于图像识别的移动式自动洗车机器人”，为落地式机器，体积太大，不易便携，且对使用地面平整度要求较高；专利公开号CN201720216046.6，发明名称为“一种智能洗车机器人”，需要由车面对机器起到支撑作用，无法清洗车体的侧面等竖直面；专利公开号CN201510094805.1，发明名称为“一种新颖的擦玻璃及擦车家用机器人”，可以实现跨越边框等尺寸远小于机器尺寸的障碍，但难以跨越车体上变化较大位置的障碍，如前、后挡风玻璃处。由于智能洗车机器人的行走系统是本发明的创新关键，更适用于车面表面的行走，进而以实现清洁车身。对于专利公开号CN201710819695.X，发明名称为“一种气动爬壁机器人”；专利公开号CN201410271496.6，发明名称为“一种气动爬壁机器人”；专利公开号CN201710583962.8，发明名称为“三腿式爬壁机器人”；专利公开号CN201710276950.0，发明名称为“振动吸附式水下四足爬壁机器人”；专利公开号CN201710803212.7，发明名称为“一种爬壁机器人”；专利公开号CN201720344517.1，发明名称为“一种爬壁机器人”；专利公开号CN201620799423.9，发明名称为“智能爬壁机器人”；专利公开号CN201620388610.8，发明名称为“一种可自由转向的爬壁机器人”；专利公开号CN201610345764.3，发明名称为“双足爬壁机器人”；专利公开号CN201510740149.8，发明名称为“步履式气动爬壁机器人”；专利公开号CN201310747791.X，发明名称为“双足吸附式爬壁机器人”；专利公开号CN201310408397.3，发明名称为“一种两足式清洗爬壁机器人”；专利公开号CN201320405041.X，发明名称为“爬壁机器人”；专利公开号CN201120241153.7，发明名称为“吸盘式气动爬壁机器人”；专利公开号CN201120241045.X，发明名称为“连杆吸盘式爬壁机器人”，都是关于使用吸盘进行表面吸附行走的智能机器人的专利，但都适用于单一平面的行走，无法实现水平面与竖直面间的转换行走，无法实现全车面行走。对于专利公开号CN201710076556.2，发明名称为“一种具有壁面转换功能的越障爬壁机器人”；专利公开号CN201710027462.6，发明名称为“一种越障爬壁机器人”；专利公开号CN201520825743.2，发明名称为“一种新型组合式可转角爬壁机器人”；专利公开号CN201410253377.8，发明名称“一种爬壁机器人的负压吸附式双足”，虽然可以实现水平面与竖直面间的转换行走，但要求工作平面为光滑表面，且吸附力度较小，无法附加清洗系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对目前现有的自动洗车机存在结构体体积较大、噪声大、清晰不彻底、安装位置受到限制的问题，提出在机器的结构体积、噪声及便携程度上都进行了大量的优化，不受时间和空间的限制的一种便携式智能洗车机器人。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种便携式智能洗车机器人包括行走系统、控制系统和清洗系统三个部分，行走系统采用多轴向、两足、吸盘吸附式结构，包括右水平控制舵机1-1、右竖直控制舵机1-2、左竖直控制舵机1-3、左水平控制舵机1-4、L型支架3、吸盘4、金属舵盘5、U型支架一6-1、U型支架二6-2、U型支架三6-3、U型支架四6-4、舵机固定架一7-1、舵机固定架二7-2、舵机固定架三7-3、舵机固定架四7-4以及足端控制器2。右水平控制舵机1-1、左水平控制舵机1-4负责机器人的前后左右移动，而右竖直控制舵机1-2、左竖直控制舵机1-3负责移动过程中将机器人的足抬起，以实现跨越障碍和实现水平面和竖直面间转换移动的功能。机器人主体由U型支架一6-1、U型支架二6-2、U型支架三6-3、U型支架四6-4连接组成，右水平控制舵机1-1、右竖直控制舵机1-2、左竖直控制舵机1-3、左水平控制舵机1-4分别固定在舵机固定架一7-1、舵机固定架二7-2、舵机固定架三7-3、舵机固定架四7-4上，以右水平控制舵机1-1为例，舵机可以相对于U型支架一6-1进行旋转。左右两端的吸盘4和足端控制器2部分分别固定在端侧的舵机固定架一7-1、舵机固定架四7-4上。足端控制器2中的气室、气阀通过通气管直接连接下方吸盘4，实现对吸盘4吸附能力的控制；足端控制器2通过连接线与控制系统的嵌入式芯片进行连接，将红外距离传感器、陀螺仪、气室压力传感器、气阀开关等装置数据传送至芯片。控制系统由嵌入式32位芯片STM32F103VET6、舵机控制器以及各传感器的连接线构成，将各传感器传至芯片的数据进行处理，判断机器人目前状态，传送数据至舵机控制器，进而控制舵机实现移动。清洗系统由洗车海绵11、清洗液导管10、进水口9和前后喷水片12组成，进水口9通过软管外接水源，清洗液通过清洗液导管10，经由前后喷水头12喷出。洗车海绵11分别固定在机器两端外侧U型支架一6-1和U型支架四6-4下方，在行走过程中起到擦洗车面的作用。

工作原理：此发明是基于STM32嵌入式芯片控制机器人各个系统协调配合的便携式智能洗车机器人。机器人以吸盘的方式吸附在车辆表面，通过仿足式的机械设计实现移动中障碍的跨越和多平面间转换移动，同时对机器人各传感器和清洗系统的控制，使机器人可以在车辆表面平稳移动的同时实现对车辆表面的清洗功能。便携式智能洗车机器人由外部持续供应提供电力和水源，自身不携带电池、水箱等储电蓄水部件，减轻了机器人的整体重量。

本发明的有益效果在于：

在保证高效清洗汽车表面的基础上，对机器的结构体积、噪声、便携程度上进行大量的优化，实现个人用户随时随地洗车；采用水射流洗车技术，节能环保；实现人机互动，机器人工作时利用数据库中的车型结构数据，对汽车实现定制的智能洗车流程；完善了汽车的人性化设计，如产品化后，必将带来很好的经济效益和社会效益。

便携式智能洗车机器人的使用大大节省了洗车用水，避免了对水资源的浪费，同时，洗车不再受场地的限制，不用再去专门的洗车场，在家里就可以对车辆进行清洗，洗车变得更方便。最关键的是，便携式智能洗车机器人具有高度的智能化，可自行完成全车的清洗工作，为人们节省下了大量的时间。

附图说明

图1为便携式智能洗车机器人整体示意图；

图2为便携式智能洗车机器人平面行走示意图；

图3为便携式智能洗车机器人在水平面与竖直面间转换行走示意图；

图4为便携式智能洗车机器人各子系统功能及子系统间关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1、2所示，便携式智能洗车机器人，包括右水平控制舵机1-1、右竖直控制舵机1-2、左竖直控制舵机1-3、左水平控制舵机1-4、L型支架3、吸盘4、金属舵盘5、U型支架一6-1、U型支架二6-2、U型支架三6-3、U型支架四6-4、舵机固定架一7-1、舵机固定架二7-2、舵机固定架三7-3、舵机固定架四7-4以及足端控制器2、控制系统8和清洗系统，其中足端控制器2中还包括气动单元、红外线距离传感器、陀螺仪，控制系统8包括舵机控制板和STM32控制板(上述未标号器件封装在系统中，图中未标出)，清洗系统包括洗车海绵11、前后喷水片12、清洗液导管10和进水口9。各子系统功能及子系统间关系如图4所示。由于便携式智能洗车机器人机械结构左右对称，此处仅以右侧为例进行说明。右水平控制舵机1-1通过螺栓安装在舵机固定架一7-1上，右水平控制舵机1-1上下通过花键连接金属舵盘5，金属舵盘5与U型支架一6-1螺栓连接，使右水平控制舵机1-1可以以上下金属舵盘5所在圆心连线为轴进行转动。右竖直控制舵机1-2以与右水平控制舵机1-1同样的方式固定在舵机固定架二7-2上，然后与U型支架二6-2连接。足端控制器2通过平键连接安装在L型支架3上，足端控制器2中的气动单元与固定在L型支架3下方的吸盘4通过导管相连，而L型支架3以平键连接方式固定在舵机固定架一7-1上；U型支架一6-1与同侧舵机固定架二7-2相连。U型支架二6-2与U型支架三6-3间通过螺栓对称固定。足端控制器2中的红外距离传感器、陀螺仪等传感器与控制系统的STM32控制板之间以及舵机控制板与STM32控制板之间通过导线相连；控制系统8固定在U型支架二6-2与U型支架三6-3之上。清洗系统的洗车海绵11分别固定在U型支架一6-1和U型支架四6-4下方，前后喷水片12分别以平键连接方式固定在U型支架二6-2与U型支架三6-3的外侧表面，前后喷水片12之间通过清洗液导管10连接。

便携式智能洗车机器人的前后行走在相对较为平坦的车辆表面时，以左足先运动为例，如图2所示，左端的足端控制器2会通过对气动单元的控制使对应的吸盘4，放开对车辆表面的吸附，竖直控制舵机1-3部分工作，使竖直控制舵机1-3顺时针转动一个角度，达到将左足抬起的目的，然后右水平控制舵机1-1转动一个角度，使左足向前或向后运动一段距离，当到达预设距离后，竖直控制舵机1-3逆时针转动，使左端吸盘可以吸附在车辆表面，达到吸附固定的目的。右足的前后运动方式与左足相似，工作舵机为对侧舵机。

便携式智能洗车机器人在行走中需要实现水平面与竖直面间转化移动时，以左足先运动为例，像前后行走时一样，先将左足抬起，右水平控制舵机1-1转动90度，然后竖直控制舵机1-2逆时针转动一个较大的角度，使左端吸盘可以吸附在与当前面垂直的车辆表面上，进而吸附固定的，然后右足抬起，竖直控制舵机1-3顺时针转动，同时水平控制舵机1-4转动，使左右足处于同一平面，右端吸盘4可以吸附在车辆表面，吸附固定，达到面-面转换移动的目的。

具体实施例二：

一种便携式智能洗车机器人，包括右水平控制舵机1-1、右竖直控制舵机1-2、左竖直控制舵机1-3、左水平控制舵机1-4、L型支架3、吸盘4、金属舵盘5、U型支架一6-1、U型支架二6-2、U型支架三6-3、U型支架四6-4、舵机固定架一7-1、舵机固定架二7-2、舵机固定架三7-3、舵机固定架四7-4以及足端控制器2、控制系统8和清洗系统；其中足端控制器2中还包括气动单元、红外线距离传感器、陀螺仪；控制系统8包括舵机控制板和STM32控制板；清洗系统包括洗车海绵11、前后喷水片12、清洗液导管10和进水口9；

机器人主体由U型支架一6-1、U型支架二6-2、U型支架三6-3、U型支架四6-4连接组成，右水平控制舵机1-1、右竖直控制舵机1-2、左竖直控制舵机1-3、左水平控制舵机1-4分别固定在舵机固定架一7-1、舵机固定架二7-2、舵机固定架三7-3、舵机固定架四7-4上；左右两端的吸盘4和足端控制器2部分分别固定在端侧的舵机固定架一7-1、舵机固定架四7-4上，足端控制器2中的气动单元通过通气管直接连接下方吸盘4；足端控制器2通过连接线与控制系统的STM32控制板进行连接。

右水平控制舵机1-1通过螺栓安装在舵机固定架一7-1上，右水平控制舵机1-1上下通过花键连接金属舵盘5，金属舵盘5与U型支架一6-1螺栓连接，右竖直控制舵机1-2以与右水平控制舵机1-1同样的方式固定在舵机固定架二7-2上，与U型支架二6-2连接。

足端控制器2通过平键连接安装在L型支架3上，足端控制器2中的气动单元与固定在L型支架3下方的吸盘4通过导管相连，而L型支架3以平键连接方式固定在舵机固定架一7-1上；U型支架一6-1与同侧舵机固定架二7-2相连，U型支架二6-2与U型支架三6-3间通过螺栓对称固定，控制系统8固定在U型支架二6-2与U型支架三6-3之上。

清洗系统的洗车海绵11分别固定在U型支架一6-1和U型支架四6-4下方，前后喷水片12分别以平键连接方式固定在U型支架二6-2与U型支架三6-3的外侧表面，前后喷水片12之间通过清洗液导管10连接。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。