一种地面杂物清理收纳机器人的制作方法

本发明涉及一种扫地机器人，尤其涉及一种地面杂物清理收纳机器人。

背景技术：

工业革命以来，人类社会的发展进步速度越来越快，随着科学技术的发展家用电器也越来越多的进入到普通大众的日常生活中。为了使人们从家务劳动之中解放出来，为百姓的日常生活提供更加舒适、优美的生活环境；为了减轻人们肢体疲劳、避免因为肢体劳动而产生的躯体劳损；以及科学技术和加工生产方式的飞速发展，人们有能力将传感技术、网络通信技术融会进入家电之中，因此智能家用电器应运而生。

智能家电的其中一个代表就是清扫机器人，他可以凭借适当的人工智能，自动在房屋内完成地面杂物清理工作。它将散落在地面的杂物先吸到机器人内部，并最终进入到布置在机器人内部的垃圾收纳盒,来达到地面清理的功能。一般来说,将完成清扫、吸尘以及擦地等工作的智能机器人,统一归为扫地机器人。

地面杂物清理收纳机器人是智能家电的一种，他可以凭借适当的人工智能，自动在房屋内完成地面杂物清理工作。它将散落在地面的杂物先吸到机器人内部，并最终进入到布置在机器人内部的垃圾收纳盒,从而实现地面清理的功能。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种地面杂物清理收纳机器人，适用于自动完成家庭日常生活中地面清洁部分。

本发明的目的是这样实现的：包括底板、设置在底板上的上盖、扫地部分、擦地部分、吸尘部分、前轮部分和后轮部分，在上盖上设置有杂物拾取壳，在杂物拾取壳内的上盖上端设置有肩部旋转伺服电机，肩部旋转伺服电机的输出端设置有肩部固定板，肩部固定板上铰接有两个有大臂传动板，每个大臂传动板端部铰接有小臂传动板，每个小臂传动板的端部铰接有腕部传动板，在肩部固定板与两个大臂传动板的铰接处、两个大臂传动板与两个小臂传动板的铰接处、两个小臂传动板与两个腕部传动板的铰接处均设置有驱动电机，两个腕部传动板之间设置有腕部连接板，腕部连接板上安装有腕部旋转伺服电机，腕部旋转伺服电机的输出端设置有l型的手部固定板，手部固定板的水平端设置有圆柱齿轮伺服电机，圆柱齿轮伺服电机的输出端连接有圆柱齿轮轮系，圆柱齿轮轮系有两个输出端且两个输出端分别连接有夹爪，两个夹爪铰接在手部固定板的水平端上。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.扫地部分包括设置在底板上的主轴电机、与主轴电机输出端连接的主轴，主轴的端部设置有蜗杆段，在主轴两侧的底板上设置有两个蜗轮大带轮轴，每个蜗轮大带轮轴上安装有一扫地传动蜗轮和一大带轮，两个扫地传动蜗轮均与蜗杆段啮合，在底板上还设置有两个小带轮扫刷轴，每个小带轮扫刷轴上安装有小带轮、端部伸出至地板外且安装有扫刷，大带轮与对应的小带轮之间设置有传动皮带。

2.吸尘部分包括安装在主轴上的大圆锥齿轮、对称设置在底板上的两个吸尘平台每个吸尘平台上设置有风扇小锥齿轮轴，每个风扇小锥齿轮轴的一端安装有小锥齿轮、另一端安装有风扇，且风扇位于吸尘平台内，小锥齿轮位于吸尘平台外，且两个小锥齿轮均与大圆锥齿轮啮合，吸尘平台下端的通孔段穿过底板，吸尘平台上端设置有集尘箱。

3.前轮部分包括设置在在底板前端的前轮电机座、安装在前轮电机座上的前轮电机、安装在前轮电机输出端上的前轮，前轮伸出至底板下方。

4.后轮部分包括对称设置在底板后端的两个后轮电机座、设置在底板上的后轮传动轴、安装在后轮传动轴上的后轮轮毂和后轮轮胎，后轮传动轴上还安装有双联轮、行星惰轮，每个后轮电机座上安装有后轮步进电机，每个后轮步进电机的输出端连接传动蜗杆，传动蜗杆与双联轮蜗轮部分啮合，双联轮的齿轮部分与行星惰轮啮合，行星惰轮与后轮部分的固定中心轮相啮合，双联轮的两侧之间装有挡板。

5.擦地部分包括与底板尾部连接的可拆卸的擦地平台、设置在擦地平台两端的弹簧调整仓，弹簧调整仓内的弹簧连接有滚筒支撑杆，两个滚筒支撑杆之间设置有擦地滚筒。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明不同于一般扫地机器人，地面杂物清理收纳机器人所收纳的杂物般包括灰尘、颗粒、纸屑、饮料瓶等。采用通常的刷扫和真空方式不能有效的收起饮料瓶等体积稍大的物品，因此通过机械手的配合，可将饮料瓶有效拾起，提高了清扫效率。

附图说明

图1是地面杂物清理收纳机器人正等轴测图；

图2是地面杂物清理收纳机器人底板布局正等轴测图；

图3是地面杂物清理收纳机器人后轮主视图；

图4是地面杂物清理收纳机器人后轮主视图中a—a向剖视图；

图5是地面杂物清理收纳机器人后轮主视图中b—b向剖视图；

图6是地面杂物清理收纳机器人吸尘平台主视图；

图7是地面杂物清理收纳机器人抓取机械手结构主视图；

图8是地面杂物清理收纳机器人抓取机械手结构俯视图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

一种地面杂物清理收纳机器人由扫刷1、底板2、上盖3、抓取机械手4、杂物拾取壳5、机械手固定板6、擦地平台7、擦地滚筒8、前轮9、前轮电机10、前轮电机座11、传动皮带12、扫刷传动蜗轮13、吸尘平台14、滚筒支撑杆15、弹簧调整仓16、集尘箱17、大圆锥齿轮18、后轮电机支座19、主轴支座20、主轴电机21、主轴22、蜗轮大带轮轴23、大带轮24、后轮轮毂25、小带轮26、小带轮扫刷轴27、后轮轮胎28、后轮支撑架29、挡板30、双联轮31、传动蜗杆32、后轮步进电机33、固定中心轮34、后轮传动轴35、行星惰轮36、电机端盖37、风扇桨叶38、风扇小锥齿轮轴39、小圆锥齿轮40、风扇小锥齿轮轴支座41、夹爪4-1、夹爪固定板4-2、圆柱齿轮4-3、腕部传动板4-4、腕部伺服电机传动轮4-5小臂传动板4-6、肘部伺服电机传动轮4-7、大臂传板4-8、肩部伺服电机传动轮4-9、肩部固定板4-10、肩部旋转伺服电机4-11、肩部摆动伺服电机4-12、长螺杆4-13、肘部摆动伺服电机4-14、短螺杆4-15、腕部摆动伺服电机4-16、腕部连接板4-17、手部固定板4-18、圆柱齿轮伺服电机4-19、腕部旋转伺服电机4-20组成。

底板2的中轴线上固定有主轴支座20，装有主轴电机21的主轴22安装在主轴支座20上，其中主轴是一个带有蜗杆的主轴，其上固定好大圆锥齿轮18。主轴22的蜗杆部分与扫刷传动蜗轮13相啮合，扫刷传动蜗轮13与大带轮24同时固定在蜗轮大带轮轴23上并安装于底板2，大带轮24通过传动皮带12与小带轮26相连接，小带轮26固定在小带轮扫刷轴27上，通过滚动轴承安装于底板2，小带轮扫刷轴27位于底板2的位置上开有通孔能够使小带轮扫刷轴27穿过底板2到达底板2下侧，底板2下侧扫刷1固定在小带轮扫刷轴27上，此时主轴22转动即可带动扫刷1转动；小圆锥齿轮40和风扇桨叶38通过风扇小锥齿轮轴39连接在一起并安装在吸尘平台14上，吸尘平台的安装位置使小圆锥齿轮40与安装在主轴22上的大圆锥齿轮18恰好啮合，主轴22的转动即可带动风扇桨叶38转动，集尘箱17安装在吸尘平台的插槽处可以在风扇转动时收集灰尘；后轮步进电机33尾部与后轮电机支座19相连并固定于底板2中轴线后端两侧，头部固定于电机端盖37上，并和传动蜗杆32相连，传动蜗杆32与双联轮31蜗轮部分啮合，双联轮31安装在后轮传动轴35上，装有后轮轮胎28的后轮轮毂25也安装在后轮传动轴35上，后轮即可被后轮步进电机33驱动，双联轮31的另一侧即齿轮部分与行星惰轮36啮合装于传动轴35上，且行星惰轮36与固定中心轮34相啮合可在后轮转动时消除惯性力，使运动更为平稳，双联轮31的两侧之间装有挡板30隔绝两部分工作环境且起到对行星惰轮36的定位作用；擦地平台7通过螺栓与底板2尾部连接处连接，在不需要擦地功能时可以将擦地平台拆卸掉，滚筒支撑杆15的一端与擦地滚筒8相连，另一端与弹簧相连并置于弹簧调整仓16中；底板2的前端安装有前轮电机座11，装有前轮9的前轮电机10尾部安装在前轮电机座上与底板垂直；上盖3通过螺栓与底板2固定在一起，形成一个相对密闭的环境保护零部件，且对蜗轮大带轮轴23起到固定作用；杂物拾取壳5装于上盖3上方，可随时取下；抓取机械手4通过机械手固定板6固定在杂物拾取壳5的凹槽上，其中肩部旋转伺服电机4-11的输出端与在肩部固定板4-10相连接，肩部摆动伺服电机4-12固定于肩部固定板4-10上，大臂传动板4-8通过装于其首端的肩部伺服电机传动轮4-9与肩部摆动伺服电机4-12的输出端相连，两大臂传动板4-8通过前后两个长螺杆4-13辅助连接固定，大臂传动板4-8的末端安装有肘部伺服电机传动轮4-7，与装在小臂传动板4-6首端上的肘部摆动伺服电机4-14的输出端相连，两小臂传动板4-6通过前后两短螺杆4-15连接固定，小臂传动板4-6末端装有腕部摆动伺服电机4-16，其输出端通过装在腕部传动板4-4的腕部伺服电机传动轮4-5与腕部传动板4-4相连，两腕部传动板通过腕部连接板4-17的水平端连接固定，腕部连接板4-17的垂直端装有腕部旋转伺服电机4-20，其输出端与手部固定板垂直端4-18连接，固定板水平端上装有圆柱齿轮伺服电机4-19和内外两侧两对圆柱齿轮4-3，夹爪4-1的末端固定于外侧圆柱齿轮轴心，中间部分通过夹爪固定板4-2与手部固定板铰接。

工作原理：地面杂物清理收纳机器人工作过程分为移动、拾取收纳较大杂物、清扫、吸尘和擦地五个步骤，通过移动机构带动机器人本体运动来完成对地面的清洁工作，具体情况如下：

1)移动首先，启动后轮步进电机33输出扭矩并传递给传动蜗杆32使蜗杆开始转动，传动蜗杆32与双联轮31蜗轮侧相啮合，速度降低，增大扭矩传递给后轮传动轴35带动后轮轮毂25转动实现移动功能，同时双联轮31的齿轮侧与行星惰轮36啮合，行星惰轮36与固定中心轮34相啮合，这个行星惰轮结构可以消除惯性力的影响在不另外添加缓震装置的情况下保证传动平稳。

2)拾取较大杂物机器人识别到较大杂物时移动模块停止工作，抓取机械手4开始工作，肩部旋转伺服电机4-11控制整个拾取机械手4绕肩部轴线的旋转；肩部摆动伺服电机4-12通过肩部伺服电机传动轮4-9传递力矩驱动拾取机械手的大臂，实现大臂、小臂、手腕及手部在平面内的转动；肘部摆动伺服电机4-14通过肘部伺服电机传动轮4-7传递力矩驱动拾取机械手的小臂，实现小臂、手腕及手部在平面内的转动；同理，腕部摆动伺服电机4-16通过腕部伺服电机传动轮将力矩传递给拾取机械手的腕部，实现腕部及手部在平面内的转动；腕部旋转伺服电机4-20控制腕部及手部绕腕部轴线的旋转；圆柱齿轮伺服电机4-19驱动圆柱齿轮4-3配合转动，控制夹爪4-1的张开与夹紧实现对较大杂物的拾取，拾取杂物后，各电机再次驱动各关节调整各关节位置，将较大杂物放入杂物拾取壳5中，实现较大杂物的拾取与收纳功能，如此循环至不再有较大杂物时停止工作。

3)清扫功能主轴电机21输出扭矩并传递给主轴22使主轴开始转动，与主轴22蜗杆部分相啮合的扫刷传动蜗轮13转动，带动同时安装在蜗轮大带轮轴23上的大带轮24转动，大带轮24通过传动皮带12带动小带轮26转动，与小带轮26一同安装在小带轮扫刷轴27上的扫刷1开始转动，实现清扫收集灰尘功能。

4)吸尘主轴电机21输出扭矩传递给主轴22使主轴22开始转动，与装在主轴22上的大圆锥齿轮18相啮合的小圆锥齿轮40加速转动带动共同安装在风扇小锥齿轮轴39上的风扇桨叶38转动，风扇转动产生局部真空加速空气流动，扫刷1收集的灰尘随空气流动进入吸尘通道，通道末端是类似膜瓣结构的集尘箱17，风扇转动时风力将其打开，岁空气流动的灰尘进入集尘箱17，风扇停止工作时，膜瓣关闭，集尘箱17封闭实现集尘。

5)擦地机器人完成较大杂物拾取，清扫以及吸尘功能后，随着后轮带动整个机构移动，装有抹布的擦地滚筒8也随着整个机构移动，抹布与地面相接触，并且通过压缩弹簧控制与底面之间的压力以合适的压力完成擦地工作。滚筒式的擦地机构可以实现大面积清理地面的作用，并且不会与其他执行机构发生干涉。

结合图1～2，本装置中，两组清扫与吸尘装置分别采用关于中轴线对称布置，提高了清扫效率。两个后轮采用两个电机驱动，能做到在转弯时两轮之间有一定的线速度差。相比于使用差速器降低制造成本和加工精度，使产品更容易投入家庭使用。集尘箱高度穿过上盖，可以随时拆卸倾倒灰尘。

结合图3～5，采用蜗轮蜗杆减速提高减速效率，改变传动方向，并且可以合理分配布局空间减小装置尺寸；采用含有行星惰轮的机构消除惯性力保证传动平稳无需另加缓震装置。

结合图6，扫刷1收集的灰尘随空气流动进入吸尘通道，通道末端是类似膜瓣结构的集尘箱17，风扇转动时风力将其打开，岁空气流动的灰尘进入集尘箱17，风扇停止工作时，膜瓣关闭，实现灰尘收集与单向封闭。

结合图7～8，抓取机械手4通过肩部旋转伺服电机4-11、腕部旋转伺服电机4-20驱动机械手的旋转及肩部摆动伺服电机4-12、肘部摆动伺服电机4-14、腕部摆动伺服电机4-16的相互配合实现抓取机械手4在空间中的定位；通过圆柱齿轮伺服电机4-19、圆柱齿轮4-3、夹爪4-1及夹爪固定板4-2的相互配合实现对较大杂物的夹取功能。此地面杂物清理收纳机器人的创新点在于拾取机械手4及杂物拾取壳5实现对较大杂物的拾取与收纳。

此地面杂物清理收纳机器人由扫刷1、底板2、上盖3、抓取机械手4、杂物拾取壳5、机械手固定板6、擦地平台7、擦地滚筒8、前轮9、前轮电机10、前轮电机座11、传动皮带12、扫刷传动蜗轮13、吸尘平台14、滚筒支撑杆15、弹簧调整仓16、集尘箱17、大圆锥齿轮18、后轮电机支座19、主轴支座20、主轴电机21、主轴22、蜗轮大带轮轴23、大带轮24、后轮轮毂25、小带轮26、小带轮扫刷轴27、后轮轮胎28、后轮支撑架29、挡板30、双联轮31、传动蜗杆32、后轮步进电机33、固定中心轮34、后轮传动轴35、行星惰轮36、电机端盖37、风扇桨叶38、风扇小锥齿轮轴39、小圆锥齿轮40、风扇小锥齿轮轴支座41、夹爪4-1、夹爪固定板4-2、圆柱齿轮4-3、腕部传动板4-4、腕部伺服电机传动轮4-5小臂传动板4-6、肘部伺服电机传动轮4-7、大臂传板4-8、肩部伺服电机传动轮4-9、肩部固定板4-10、肩部旋转伺服电机4-11、肩部摆动伺服电机4-12、长螺杆4-13、肘部摆动伺服电机4-14、短螺杆4-15、腕部摆动伺服电机4-16、腕部连接板4-17、手部固定板4-18、圆柱齿轮伺服电机4-19、腕部旋转伺服电机4-20组成。

机器人的设计参数为：规格(长×宽×高)：640×640×500mm。拟定工作电压24vdc～48vdc，拟定额定功率60w。

地面杂物清理收纳机器人可以实现自动完成日常家庭生活之中的地面清洁部分，解放较大比重的劳动力。

综上，本发明提供一种地面杂物清理收纳机器人，包括扫刷、风扇、吸尘平台、灰尘收纳盒、擦地平台、擦地滚筒、机械手、驱动轮等组件。后轮驱动整个系统运动，前万向轮控制方向实现在地面上任何方向的移动，然后由电机控制扫刷转动实现清扫功能，接着后面的风扇转动产生局部真空效果实现吸尘功能，最后固定有抹布的滚筒凭借与地面间有一定压力的接触实现擦地功能，期间较大的杂物清理功能由机械手的自动识别与夹持实现。