一种用于清洁水族箱的机器人及其控制系统的制作方法

1.本实用新型属于清洁机器人领域，具体涉及一种用于清洁水族箱的机器人及其控制系统。


背景技术：

2.清扫机器人，又称自动打扫机、智能吸尘、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能自动在房间内完成地板清理工作。一般采用刷扫和真空方式，将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清理的功能。清扫机器人的机身为无线机器，以圆盘型为主。使用充电电池运作，操作方式以遥控器、或是机器上的操作面板。一般能设定时间预约打扫，自行充电。前方有设置感应器，可侦测障碍物，如碰到墙壁或其他障碍物，会自行转弯，并依每间不同厂商设定，而走不同的路线，有规划清扫地区。
3.机器人科技现今越趋成熟，故每种品牌都有不同的研发方向，拥有特殊的设计，如:双吸尘盖、附手持吸尘器、集尘盒可水洗及拖地功能、可放芳香剂，或是光触媒杀菌等功能。其中，有一种是在壁面上进行清洁的的全自动清扫机器人，但这种机器人在运行过程中会遇到拐角墙壁的障碍问题，普通的清扫机器人通过吸附轮进行过壁操作，但此种过壁方式对机器人的内部装置结构要求较高，且结构设计复杂，容易出现吸盘之间切换不及时，而导致过壁失败。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在于提供一种用于清洁水族箱的机器人及其控制系统，能够自动对缸体内部进行清洁，能够自动过壁、自动充电，自动化程度高。
5.本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种用于清洁水族箱的机器人，包括机体，所述机体连接有行走机构、过壁机构、触碰检知装置、壁面吸附机构和壁面清扫机构。
7.所述行走机构包括四条履带(每侧各两条)，四条履带通过行走电机控制；且履带连接有若干方形吸盘。
8.所述触碰检知装置设有两组，两组触碰检知装置分别连接于机体的前端和后端。
9.所述过壁机构包括第一吸盘组、第二吸盘组和驱动吸附的真空液泵，所述第一吸盘组安装在机体底部，所述第二吸盘组安装在机体底部另一侧，两组吸盘对称设置，分别通过舵机转动安装在机体的前端和后端，第一吸盘组和第二吸盘组通过两个齿轮减速箱连接，以达到两组吸盘部分的45
°
旋转。
10.所述壁面清扫机构包括设置在机器人主体底部的刮板和清扫刷。
11.进一步的，所述第一吸盘组与第二吸盘组共用一个抽真空回路，并由电磁阀对各个吸盘进行控制，并且两者的抽真空状态交替改变，即不能同时进行吸附或同时释压。所述两组吸盘为圆形且内外双层结构，正常在平面壁面清扫时由每组的内部吸盘进行吸附，在过壁动作时，由一侧的内外吸盘同时吸附以加大单一侧的吸附面积，确保整体机器的吸附
稳定，另一侧吸盘完全脱离壁面，且由减速电机驱动使两组吸盘呈90
°
夹角，由一侧吸盘吸附并推动机器前进，使另一组吸盘完全吸附在需要的过壁壁面后该吸盘停止吸附并脱离前壁面，至此，以吸附在需要过壁壁面的吸盘带动机器前进，然后两侧吸盘由电机驱动回复原角度，两组吸盘全部吸附在已过壁的壁面，后再由两组的内侧吸盘进行吸附，两组吸盘的外侧吸盘脱离吸附，以保证吸附力与履带驱动力的平衡，届此，过壁动作完成。
12.进一步的，所述第一吸盘组和第二吸盘组均为圆形且内外双层结构，并由双回路吸附泵分别控制，以此来保证内层吸盘的压力不会泄露，使得吸附力更强，机器人主体吸附更加稳固，通过将两组吸盘设置为内外双层结构，并且由电磁阀分别控制，以此来保证内层吸盘的压力不会泄露，使得吸附力更强，机器人主体吸附更加稳固；通过将第一吸盘组与第二吸盘组的初始状态共面设置，且转动连接于机器人主体上，以此来实现在过壁时，随着行走机构的推进，两组吸盘可以利用角度变化来适应由履带推动而带来的主体姿态变化；通过在履带上设置方形吸盘的结构，来提高行走机构的吸附性。
13.进一步的，为了保证两侧履带动作的一致性和各个出力轴的均等力(扭)矩，采用一个直线驱动电机作为动力驱动，通过齿轮减速箱来带动双出力轴的方式，采用此结构的优点为；两个出力轴输出的力(扭)矩及转速均等，机体行走的精度一致性高，简化了两个电机的控制同步的复杂性，大大节省了常规的一个电机驱动一个出力轴电机的占用空间和动力轴传动给驱动履带的复杂结构和力(扭)矩不均匀和动力损失的问题。
14.进一步的，所述驱动电机为直线减速电机，所述直线减速电机带有防水结构，所述防水结构包括动防水组件和静防水组件，所述静防水组件包括动力腔和电池腔，因本体材料为工程塑料，所以在机器组装过程中使用超声波焊接及专用树脂密封粘合剂对动力腔和电池腔进行焊接及粘合处理，可达到长期稳定的防水效果。
15.进一步的，所述动防水组件连接于直线电机的输出轴，动防水组件由外到内依次包括星型密封圈、垫片和泛塞片；本防水的结构说明；因电机的出力轴部分为长期旋转，故此部分的防水采用三部分进行，首先在轴的最外侧设置星型密封圈，星型密封圈主要是对旋转轴利用水封密封圈的功能对水中的杂质进行一道隔离，避免水中的杂质渗透到轴的内侧。内侧是电机轴第二道防水垫片，为氟胶星型密封圈，此材质有自润滑的特性，对水的介质有很好的适应性且抗老化性能优越，能有效的与旋转轴接触配合，达到防水的目的。第三道部防水为泛塞片，这道密封的材质为特氟龙，是目前用于密封的最佳材质，切实用于旋转的轴密封，此材质有着高耐磨耗性和自润滑功能对于水介质的低自润滑性是非常好的补偿，并且泛塞封内置不锈钢弹簧具有持续的涨紧功能，能有效的长期保持对旋转轴的密闭贴合性能，使旋转轴能够长期保持密闭状态，从而达到最佳的密封效果。其次周边使用螺纹加密封圈的结构，能够保证电机轴外侧与塑料壳体的静态完全密封。
16.进一步的，所述刮板为硅胶材质，类似汽车雨刮器的原理，对鱼缸的内壁进行清洁，因所需清洁的壁面是完全浸泡在水中故完全可以达到对壁面的清洁效果，所清理的绿苔等吸附物与壁面的杂质会随水族箱的过滤系统进行过滤以达到水质的清洁。
17.进一步的，所述机体的前后端均连接有触碰检知装置。
18.进一步的，还包括无线充电机构，所述无线充电机构包括无线充电圈和电磁吸盘，所述无线充电圈包括设于缸体外部的外接电源和设于缸体内部的无线接收线圈，所述外接电源中心设置无线充电的发射线圈，通过缸内机体底部的无线接收线圈为缸内的本体机器
电池进行充电。无线充电可实现微距充电，即缸外充电的发射线圈和缸内接收线圈间隔鱼缸的玻璃实施电池充电，所述电磁吸盘连接于缸体外壁，在缸内机体待机时，对机体进行磁力吸附并由无线充电圈为本体充电。
19.一种用于清洁水族箱机器人的控制系统，包括控制单元、执行单元、接近开关、电磁阀控制单元、通信单元、和电源模块。
20.所述接近开关与控制单元电连接，接近开关用于感应电磁吸附装置，并将感应信号发送至控制单元。
21.所述执行单元与控制单元电连接，执行单元用于接收控制单元发出的移动信号，并驱动机器人移动。
22.所述电磁阀控制单元与控制单元电连接，电磁阀控制单元用于接收控制单元发出的信号，控制电磁阀的开关，配合执行单元工作。
23.所述通信单元与控制单元电连接，通信单元用于接收控制单元发出的信息，并无线传送至云平台。
24.所述电源模块用于对控制单元、执行单元、接近开关、电磁阀控制单元和通信单元供电。
25.进一步的，还包括分别与控制单元电连接的温度传感器、显示单元和水质传感器；所述温度传感器用于监测水体温度，并将监测信息发送至控制单元；所述显示单元用于接收控制单元发出的信息并显示；所述水质传感器用于监测水体温度水质传感器。
26.进一步的，所述控制单元为stm32f103rct6单片机。
27.进一步的，所述接近开关为霍尔传感器。
28.进一步的，所述执行单元包括行走电机、舵机和液泵。
29.本实用新型具有如下有益效果：
30.1、本实用新型可实现在缸内自动过壁的动作，由软件控制系统设置，无人工辅助自动完成各个壁面的自动切换及自动清洁，工作完成后自动回到充电原点进行待机充电。
31.2、本实用新型运用无线充电技术和防水结构使本机器可长期在缸内处于待机状态，由外部遥控的软件控制设置工作路径得以实现定期全自动对缸壁的自动清洁。
32.3、本实用新型通过使用超声波焊接及专用树脂密封粘合剂对壳体进行焊接及粘合处理，可达到长期稳定的防水效果。
33.4、本实用新型内置温度，水质等传感器，有效的对鱼缸内水质进行监控，当水质发生变化时，及时将信息发送到鱼友的手机，使广大鱼友及时处理，减少经济损失。
附图说明
34.图1为本实用新型的结构示意图；
35.图2为图1的仰视图；
36.图3为本实用新中充电桩的结构示意图；
37.图4为图3的使用示意图；
38.图5为本实用新型中动密封的结构示意图；
39.图6为图5中a部分的局部放大图；
40.图7为本实用新型直线减速电机的驱动示意图；
41.图8为本实用新型的过壁示意图；
42.图9为控制单元原理图；
43.图10为蓝牙原理图；
44.图11为温度传感器原理图；
45.图12为执行单元原理图；
46.图13为接近开关原理图；
47.图14为电磁阀原理图。
48.1-履带；2-触碰检知装置；3-液晶面板；6-第一吸盘组；61-第一外吸盘；62-第二外吸盘；7-第二吸盘组；71-第一外吸盘；72-第二外吸盘；8-驱动电机；9-第一出力轴；10-减速箱；11-第二出力轴；12-无线充电机构；121-无线充电圈；122-电磁吸盘；13-输出轴；14-星型密封圈；15-垫片；16-泛塞片。
具体实施方式
49.下面结合附图及具体实施例来对本实用新型作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。本实用新型公开的功能细节仅用于描述本实用新型的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本实用新型，并且不应当理解为本实用新型限制在本实用新型阐述的实施例中。
50.应当理解，本实用新型使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本实用新型的示例实施例。若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本实用新型中被使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
51.应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
52.应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。
53.实施例1：
54.如图1-8所示，一种用于清洁水族箱的机器人，包括机体，所述机体连接有行走机构、过壁机构、触碰检知装置2、壁面吸附机构和壁面清扫机构。
55.所述行走机构包括四条履带1(每侧各两条)，四条履带1通过行走电机控制；且履带1连接有若干方形吸盘。
56.所述触碰检知装置2设有两组，两组触碰检知装置2分别连接于机体的前端和后端。
57.所述过壁机构包括第一吸盘组6、第二吸盘组7和驱动吸附的真空液泵，所述第一吸盘组6安装在机体底部，所述第二吸盘组7安装在机体底部另一侧，两组吸盘对称设置，分别通过舵机转动安装在机体的前端和后端，第一吸盘组6和第二吸盘组7通过两个齿轮减速
箱10连接，以达到两组吸盘部分的45
°
旋转。
58.所述壁面清扫机构包括设置在机器人主体底部的刮板和清扫刷。
59.实施例2：
60.如图1-8所示，一种用于清洁水族箱的机器人，包括机体，所述机体连接有行走机构、过壁机构、触碰检知装置2、壁面吸附机构和壁面清扫机构。
61.所述行走机构包括四条履带1(每侧各两条)，四条履带1通过行走电机控制；且履带1连接有若干方形吸盘。
62.所述触碰检知装置2设有两组，两组触碰检知装置2分别连接于机体的前端和后端。
63.所述过壁机构包括第一吸盘组6、第二吸盘组7和驱动吸附的真空液泵，所述第一吸盘组6安装在机体底部，所述第二吸盘组7安装在机体底部另一侧，第一吸盘组6和第二吸盘组7对称设置，分别通过舵机转动安装在机体的前端和后端，第一吸盘组6和第二吸盘组7通过齿轮减速箱10连接，以达到两组吸盘部分的45
°
旋转。
64.所述壁面清扫机构包括设置在机器人主体底部的刮板和清扫刷(图中未画出)。
65.所述第一吸盘组6与第二吸盘组7共用一个抽真空回路，并由电磁阀对各个吸盘进行控制，并且两者的抽真空状态交替改变，即不能同时进行吸附或同时释压。所述两组吸盘为圆形且内外双层结构，正常在平面壁面清扫时由每组的内部吸盘进行吸附，在过壁动作时，由一侧的内外吸盘同时吸附以加大单一侧的吸附面积，确保整体机器的吸附稳定，另一侧吸盘完全脱离壁面，且由减速电机驱动使两组吸盘呈90
°
夹角，由一侧吸盘吸附并推动机器前进，使另一组吸盘完全吸附在需要的过壁壁面后该吸盘停止吸附并脱离前壁面，至此，以吸附在需要过壁壁面的吸盘带动机器前进，然后两侧吸盘由电机驱动回复原角度，两组吸盘全部吸附在已过壁的壁面，后再由两组的内侧吸盘进行吸附，两组吸盘的外侧吸盘脱离吸附，以保证吸附力与履带1驱动力的平衡，届此，过壁动作完成。
66.所述第一吸盘组6和第二吸盘组7均为圆形且内外双层结构，并由双回路吸附泵分别控制，以此来保证内层吸盘的压力不会泄露，使得吸附力更强，机器人主体吸附更加稳固，通过将两组吸盘设置为内外双层结构，并且由电磁阀分别控制，以此来保证内层吸盘的压力不会泄露，使得吸附力更强，机器人主体吸附更加稳固；通过将第一吸盘组6与第二吸盘组7的初始状态共面设置，且转动连接于机器人主体上，以此来实现在过壁时，随着行走机构的推进，两组吸盘可以利用角度变化来适应由履带1推动而带来的主体姿态变化；通过在履带1上设置方形吸盘的结构，来提高行走机构的吸附性。
67.为了保证两侧履带1动作的一致性和各个出力轴的均等力(扭)矩，采用一个直线驱动电机8作为动力驱动，通过齿轮减速箱10来带动双出力轴的方式，采用此结构的优点为；两个出力轴输出的力(扭)矩及转速均等，机体行走的精度一致性高，简化了两个电机的控制同步的复杂性，大大节省了常规的一个电机驱动一个出力轴电机的占用空间和动力轴传动给驱动履带1的复杂结构和力(扭)矩不均匀和动力损失的问题。
68.所述驱动电机8为直线减速电机，所述直线减速电机带有防水结构，所述防水结构包括动防水组件和静防水组件，所述静防水组件包括动力腔和电池腔(图中未画出)，因本体材料为工程塑料，所以在机器组装过程中使用超声波焊接及专用树脂密封粘合剂对动力腔和电池腔进行焊接及粘合处理，可达到长期稳定的防水效果。
69.所述动防水组件连接于直线电机的输出轴13，动防水组件由外到内依次包括星型密封圈14、垫片15和泛塞片16；因电机的出力轴部分为长期旋转，故此部分的防水采用三部分进行，首先在轴的最外侧设置星型密封圈14，星型密封圈14主要是对旋转轴利用水封密封圈的功能对水中的杂质进行一道隔离，避免水中的杂质渗透到轴的内侧。内侧是电机轴第二道防水垫片15，为氟胶星型密封圈14，此材质有自润滑的特性，对水的介质有很好的适应性且抗老化性能优越，能有效的与旋转轴接触配合，达到防水的目的。第三道部防水为泛塞片16，这道密封的材质为特氟龙，是目前用于密封的最佳材质，切实用于旋转的轴密封，此材质有着高耐磨耗性和自润滑功能对于水介质的低自润滑性是非常好的补偿，并且泛塞片16内置不锈钢弹簧具有持续的涨紧功能，能有效的长期保持对旋转轴的密闭贴合性能，使旋转轴能够长期保持密闭状态，从而达到最佳的密封效果。其次周边使用螺纹加密封圈的结构，能够保证电机轴外侧与塑料壳体的静态完全密封。
70.所述刮板为硅胶材质，类似汽车雨刮器的原理，对鱼缸的内壁进行清洁，因所需清洁的壁面是完全浸泡在水中故完全可以达到对壁面的清洁效果，所清理的绿苔等吸附物与壁面的杂质会随水族箱的过滤系统进行过滤以达到水质的清洁。
71.所述机体的前后端均连接有触碰检知装置2。
72.还包括无线充电机构12，所述无线充电机构12包括无线充电圈121和电磁吸盘122，所述无线充电圈121包括设于缸体外部的外接电源和设于缸体内部的无线接收线圈，所述外接电源中心设置无线充电的发射线圈，通过缸内机体底部的无线接收线圈为缸内的本体机器电池进行充电。无线充电可实现微距充电，即缸外充电的发射线圈和缸内接收线圈间隔鱼缸的玻璃实施电池充电，所述电磁吸盘122连接于缸体外壁，在缸内机体待机时，对机体进行磁力吸附并由无线充电圈121为本体充电。
73.实施例3：
74.在实施例2的基础上，如图9-14，一种用于清洁水族箱机器人的控制系统，包括控制单元、执行单元、接近开关、电磁阀控制单元、通信单元和电源模块。
75.所述接近开关与控制单元电连接，接近开关用于感应电磁吸盘122，并将感应信号发送至控制单元。
76.所述执行单元与控制单元电连接，执行单元用于接收控制单元发出的移动信号，并驱动机器人移动。
77.所述电磁阀控制单元与控制单元电连接，电磁阀控制单元用于接收控制单元发出的信号，控制电磁阀的开关，配合执行单元工作。
78.所述通信单元与控制单元电连接，通信单元用于接收控制单元发出的信息，并无线传送至云平台。
79.所述电源模块用于对控制单元、执行单元、接近开关、电磁阀控制单元和通信单元供电。
80.还包括分别与控制单元电连接的温度传感器、显示单元和水质传感器；所述温度传感器用于监测水体温度，并将监测信息发送至控制单元；所述显示单元用于接收控制单元发出的信息并显示；所述水质传感器用于监测水体温度水质传感器。
81.所述控制单元为stm32f103rct6单片机。
82.所述接近开关为霍尔传感器。
83.所述执行单元包括行走电机、舵机和液泵。
84.本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。