清洁机器人的制作方法

本实用新型涉及移动机器人领域，特别是涉及一种清洁机器人。

背景技术：

随着科技的发展以及人们对生活品质的要求越来越高，清洁机器人开始广泛应用于家庭、酒店以及商场等场所，但传统的清洁机器人存在寿命短且噪音大等问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对清洁机器人寿命短且噪音大的问题，提供一种清洁机器人。

一种清洁机器人，包括：

机体；

行走机构，包括设于所述机体底部的驱动轮和从动轮，所述驱动轮包括轮辋和轮毂电机，所述轮毂电机与所述轮辋的内圈连接；

驱动机构，设于所述机体内，所述驱动机构包括驱动电路，所述驱动电路与所述轮毂电机连接；以及

清洁机构，设于所述机体的底部，所述清洁机构用于清扫垃圾。

在其中一个实施例中，所述驱动电路内包含有正弦波控制器。

在其中一个实施例中，所述驱动轮的数量为多个，至少两个所述驱动轮关于所述机体的中轴线对称。

在其中一个实施例中，所述轮毂电机包括定子、转子以及连接轴，所述定子套设于所述连接轴上，所述定子与所述驱动电路连接，所述转子套设在所述定子的外侧，且所述转子与所述轮辋的内圈连接。

在其中一个实施例中，所述定子包括多个间隔设于所述连接轴外圈上的定子绕组，所述定子绕组与所述驱动电路连接；

所述定子绕组的数量为三的倍数，每三个所述定子绕组互相串联形成三相绕组，所述三相绕组中的相邻两个所述定子绕组的夹角为120°，所述驱动电路能驱动每一所述三相绕组中至多两个所述定子绕组通电。

在其中一个实施例中，所述轮毂电机内设有用于电子换向的霍尔传感器。

在其中一个实施例中，所述清洁机器人还包括设于所述机体内部的多个弹性件，每一所述弹性件分别与所述驱动轮连接；

当所述驱动轮与地面接触时，所述弹性件能依靠弹力使所述驱动轮与所述地面紧贴。

在其中一个实施例中，所述清洁机器人还包括检测模块，所述弹性件与所述检测模块连接，所述检测模块用于检测所述驱动轮与所述地面是否接触。

在其中一个实施例中，所述检测模块为压力传感器、霍尔传感器、机械开关或光电开关。

在其中一个实施例中，所述清洁机构包括设于所述机体底部的刷子组件以及设于所述机体内的收纳盒，所述刷子组件用于将垃圾清扫向所述收纳盒中。

在其中一个实施例中，所述清洁机器人还包括测障机构，所述测障机构用于获取障碍物与所述机体之间的距离信息，并将所述距离信息传递给所述驱动机构。

在清洁机器人领域，需要低速大扭矩的驱动电机。通常有刷电机的转速高达6000rpm左右，必须配备减速箱来减速，结构复杂，成本高昂，而且，有刷电机的寿命在500-3000小时。而通过轮毂电机来驱动清洁机器人的驱动轮，寿命可以提高到3万小时级别，大大延长了产品寿命，提高了可靠性，降低了售后成本。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式的清洁机器人的结构示意图；

图2为图1的仰视图；

图3为图1中轮毂电机的结构示意图；

图4为图3中三相绕组的结构原理图；

图5为图4中三相绕组的电路连接图；

图6为图4采用正弦波控制三相绕组的示意图；

图7为图6中正弦波随时间变化的曲线图；

图8为图6中三相绕组产生的磁动势的矢量图；

图9为图1中驱动轮与地面接触后的结构示意图；

图10为图1中驱动轮与地面间隔后的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1及图2所示，本实用新型一实施方式的清洁机器人10，包括机体100、行走机构200、驱动机构以及清洁机构400。机体100是行走机构200、驱动机构以及清洁机构400的承载体。

行走机构200包括设于机体100底部的驱动轮210和从动轮220。驱动轮210的数量为多个，其中至少两个驱动轮210关于机体100的中轴线20对称，从而清洁机器人10可以沿机体100的中轴线20行走。具体地，在本实施方式中，驱动轮210的数量为两个并关于机体100的中轴线20对称。从动轮220的数量至少为一个，当从动轮220的数量为一个时，从动轮220处于机体100的中轴线20上，当从动轮220的数量为多个时，其中至少两个从动轮220位于机体100的中轴线20的两侧。具体地，在本实施方式中，从动轮220的数量为一个并设于机体100的中轴线20上，且从动轮220位于机体100的前侧。可以理解，在其它实施方式中，从动轮220也可以位于机体100的后侧。

参考图3，驱动轮210包括轮辋(图未示)和轮毂电机240，轮毂电机240与轮辋的内圈连接，轮辋的外圈套设有轮胎(图未示)。具体地，在本实施方式中，轮毂电机240包括定子241、转子242以及连接轴243，定子241套设于连接轴243上，定子241与驱动电路(图未示，见下文)连接，转子242套设在定子241的外侧，且转子242与轮辋的内圈连接。

在本实施方式中，定子241包括支架244以及定子绕组245，支架244与连接轴243套接，定子绕组245的数量为多个，多个定子绕组245间隔设于支架244的外圈上。其中，每一定子绕组245包括铁芯2451以及绕设于铁芯2451上的线圈2452，铁芯2451与支架244的外圈连接，线圈2452绕设于铁芯2451上，上述铁芯2451与线圈2452之间绝缘，各相的定子绕组245之间绝缘，线圈2452与驱动电路连接。转子242包括永磁体246以及磁轭247，磁轭247与轮辋的内圈连接，磁轭247套设于支架244上，永磁体246的数目为多个，多个永磁体246间隔设于磁轭247的内侧壁上，且相邻两个永磁体246的磁极相反，永磁体246与定子绕组245的数量相等。

驱动机构设于机体100内，驱动机构用于驱动轮毂电机240带动驱动轮210转动。具体地，在本实施方式中，驱动机构包括驱动电路，驱动电路内包含有正弦波控制器，驱动电路与轮毂电机240连接，从而使得定子绕组245能够产生连续变化的磁场，在永磁体246磁极的作用力下驱动转子242旋转。

清洁机构400设于机体100的底部，清洁机构400用于清扫垃圾。具体地，参考图2所示，在本实施方式中，清洁机构400包括设于机体100底部的刷子组件410以及设于机体内的收纳盒420，刷子组件410用于将垃圾清扫向收纳盒420中。

在上述清洁机器人10中，通过轮毂电机240来驱动清洁机器人10的驱动轮210，大大延长了产品寿命，提高了可靠性，降低了售后成本。另外，驱动电路中的正弦波控制器可以采用正弦波算法控制轮毂电机240运转，使得轮毂电机240转动过程更加平稳，从而有效降低该清洁机器人10运转噪音。

进一步，在本实施方式中，定子绕组245的数量为三的倍数，每三个定子绕组245互相串联形成三相绕组，三相绕组中的相邻两个定子绕组245的夹角为120°。如此，可以产生更强的旋转磁场，使得轮毂电机240的转动过程更加平稳。而且驱动电路能驱动每一个三相绕组中至多两个定子绕组245通电。如此，当对三相绕组中的其中一个定子绕组245通电时，可以将驱动轮210锁死在一个位置。利用这个特性，可以让该清扫机器人10在特定的位置停止时不易受到外界的扰动而移动位置，从而便于进行定点扫描建图、充电、或被用户抬起搬运等操作。当对三相绕组中的其中二个定子绕组245通电时，参考图8，根据矢量合成原理(见下文)，可以形成旋转磁场。

参考图4，在其它实施方式中，定子绕组245的数量为三个，三个定子绕组245形成三相绕组，至多两个定子绕组245与驱动电路连接。

进一步，在本实施方式中，轮毂电机240内设有用于电子换向的霍尔传感器。具体地，在本实施方式中，霍尔传感器需要至少两路信号以判断驱动轮210实际运转的正反向信息，也即霍尔传感器与至少两个驱动轮210中的定子绕组线路连接。如此，在其中一路信号受到干扰或出现错误时，可以通过另一路信号进行正常识别。

现以图4的三相绕组的结构为例，并结合图5、图6、图7、图8对正弦波控制轮毂电机240旋转的原理进行简要说明：

当三相绕组的内某一相定子绕组245通入电流时，则该相定子绕组245会产生对应的磁动势，通入反向的电流时，产生反向的磁动势。参考图8，设三相绕阻的标识为A、B、C，每个时刻最多允许两相通电，根据矢量合成原理，不同的导电电流会合成不同的磁动势，吸引转子242的磁极随之运动。选择不同的通电顺序，即可以改变旋转磁场的运动方向。

三路霍尔信号由0、1可以组合成6种状态，用于指示轮毂电机240的转子242的绝对位置，参考图8所示，该六种状态分别是FC(0，0，1),FBC(0，1，1),FB(0，1，0),FAB(1，1，0),FA(1，0，0),FAC(1，0，1)。其中，FC(0，0，1)为只给A路定子绕组通入正向电流，FBC(0，1，1)为给A路和B路定子绕组通入正向电流，FB、FAB、FA、FAC同理。在电机的运转过程中，上述六种状态总是连续循环运行，不可能跳跃。如果FBC(0，1，1)的下一个状态不是FC(0，0，1)或者FB(0，1，0)，那么可以确定信号出现了错误，比如下一时刻出现FA(1，0，0)，就不是一个正常连续值。此外(0，0，0)和(1，1，1)也是不可能出现的错误信号，因为(0，0，0)对应定子绕组245中无电流通过，(1，1，1)对应定子绕组245产生的磁场通过矢量的叠加可以相互抵消，另外，当对应线路端子脱落时，也会报错。同理，当A、B、C某路定子绕组电流反向时，还可以出现如下六种状态利用上述三路霍尔信号，即可起到如下作用：1、霍尔传感器计里程和速度的作用，可以使该清洁机器人10准确行驶一段距离甚至使该驱动轮210在轮毂电机240的带动下准确转动一定角度；2、判断驱动轮210的正反转方向，也即转子242的正反转方向；3.三相霍尔信号里面如果有一相信号出了问题，可以通过逻辑判断出来，并准确报错，不会出现驱动轮240一直飞转失控的情况。这种不允许失控的要求在扫地机的运行环境中至关重要。

进一步，在本实施方式中，结合图9和图10所示，清洁机器人10还包括设于机体100内部的多个弹性件(图未示)，每一弹性件分别与驱动轮210连接。当驱动轮与地面脱离接触时，弹性件能依靠弹力使驱动轮向远离机体下方方向弹出，当驱动轮与地面接触时，弹性件能依靠弹力和机器自身重量使得驱动轮与地面紧贴。如此，弹性件可以使该清洁机器人10在不平整的地面行驶的时候，可以依靠弹性件的弹力使得驱动轮210紧贴地面，有减震防打滑的作用。可以理解，在其它实施方式中，从动轮220上也可以设置弹性件。

进一步，在本实施方式中，弹性件上设有检测模块(图未示)，检测模块用于检测驱动轮210与地面是否接触。如此，可以保证驱动轮210与地面紧贴，不会偏离正常运行的位置。其中，上述检测模块可以为压力传感器、霍尔传感器、机械开关或光电开关等。当该检测模块为压力传感器时，可以通过弹性件的弹力大小判断驱动轮210是否与地面完全接触。当该检测模块为霍尔传感器时，由于霍尔传感器具有电压输出，该电压输出与弹性件的位移大小成正比，于是可以通过上述电压的大小来判断驱动轮210是否与地面完全接触。当该检测模块为机械开关时，弹性件与地面接触时所达到的形变可以触发机械开关的开启或闭合，从而可以作为判断驱动轮210是否与地面接触的参照。当该检测模块为光电开关时，弹性件与地面接触时所达到的形变恰能使光电开关能够感应外界光线或失去感应，使得光电开关能够开启或闭合，从而可以作为判断驱动轮210是否与地面接触的参照。

进一步，在本实施方式中，正弦波控制器能够产生5-20KHz频率的正弦波。如此，可以让定子绕组245产生相应频率的震动，通过轮毂电机240内部腔体的放大，产生人耳可听到的声音，发出该声音时可以不影响轮毂电机240的正常运转状态。利用轮毂电机240发声的功能，可以提供明亮的提示音，省掉蜂鸣器，喇叭的空间和成本。

进一步，在本实施方式中，清洁机器人10还包括测障机构(图未示)，测障机构用于获取障碍物与机体100之间的距离信息，并将该距离信息传递给驱动机构内的处理器。如此，可以避免该清洁机器人10与障碍物发生碰撞，减少使用寿命。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。