基于多感知交互的智能扫雪机器人的制作方法

本实用新型涉及定向输送技术领域，具体涉及一种基于多感知交互的智能扫雪机器人。

背景技术：

在我国扫雪作业领域，人工扫雪费时费力，而且劳动过程中有滑倒、摔伤、冻伤的风险；大型扫雪设备，存在能源消耗大，且消耗的能源几乎为不可再生能源，加剧环境污染，扫雪设备昂贵，以及只适合宽阔的场地等缺点。因此在市场上出现一些扫雪机器人可以有效的避免了相关劳动人员身处寒冷恶劣的环境，避免劳动过程中摔伤、滑到、冻伤的发生，省时省力，并且它们主要采用以电能为能源，也符合节能减排的要求，但是现有扫雪机器人的结构存在种种不足。例如：扫雪的控制装置一般使用液压或气压装置，液压装置在寒冷的季节机灵活性差，气压装置对气密性要求高，导致成本升高，最重要的一点，液压和气压元件进行精准控制很难，不能准确定位，其力度受负载状况影响大，故控制精度低；履带式驱动底盘在扫雪机器人扫雪工作时表现良好，但是扫雪机器人还会涉及导航功能，此时履带虽然稳定但是速度慢，机动性能灵活性差，导致导航阶段效率并不高；轮胎式驱动底盘，普遍使用四轮驱动底盘，很少使用独立四驱，普遍采用每侧的两个轮胎速度相同的驱动方式，所能提供的最大速度比履带式大，在雪地的抓地性表现的良好，但是在转弯时对轮胎的磨损较重，相比履带式，轮胎在转向上的表现性能欠佳；除雪装置，部分机器使用旋切片将雪传送到抛雪设备，然后再把雪抛到路旁，这种方式存在一些现实的问题，首先它需要很大的功率才能将雪抛向远方，其次路面状况较差时，既会对路面造成损害，也对旋切片也会造成损坏，故这一扫雪方式存在一定的弊端；部分机器直接使用液压或者气压控制推雪板，通过改变推雪板的角度，将雪推至一侧或正前方，但这种方式的清扫效果在路况比较差的路上地方表现效果欠佳，主要原因是液压及气动元件在受外力不稳定的情况下保持原状的性能较差；扫雪机体积小，灵活方便也决定了它不可能配备大容量电池，为此，已有的智能扫雪机器人表现出续航能力不足问题；综上，现有扫雪结构在智能扫雪机器人的实际应用有待完善，因此设计出一种效率高、体积小、续航能力强、成本低、控制灵活、控制精度高、灵活性高的扫雪机器人成为首要任务；因此根据上述问题设计了出一种智能扫雪机器人，用来解决较窄路段的积雪清理、人工扫雪的成本及风险等问题，并且弥补现有扫雪结构存在体积大、成本高、结构复杂、灵活性不足、控制精度低、扫雪效果差的不足。本基于多感知交互的智能扫雪机器人，主要用于狭窄路段、小区街道、庭院以及校园积雪的清理。

技术实现要素：

为了解决上述存在的问题，本实用新型提出一种基于多感知交互的智能扫雪机器人。

本实用新型是通过以下技术方案实现：

一种基于多感知交互的智能扫雪机器人，包括上位机和机器人本体，其机器人本体包括旋切片、基于微分思想的旋切式推雪板、推雪总成、推雪板保持架、推杆电机、太阳能板外壳、舵机、双目摄像头、定位装置、通讯装置、高压储气罐、防滑轮胎、超声波传感器、稳压及调压装置、导气管、浮雪清除总成、分离铲、驱动电机、销轴连接、吹气装置、直流电机、压力轴承、4+2轮式驱动总成、扭转舵机；所述4+2轮式驱动总成由活动底盘、六组独立控制的驱动电机及防滑轮胎组成，活动底盘之间通过圆锥滚子轴承及销轴连接，六组独立控制的驱动电机通过螺栓与底盘连接，活动式底盘分为前后两部分，通过圆锥滚子轴承及心轴轴系连接可以使两部分发生一定范围的相对转动；所述推雪总成由基于微分思想的旋切式推雪板、推雪板保持架和推杆电机组成，通过销轴与机身连接，可以通过控制推杆电机完成对基于微分思想的旋切式推雪板高度的调整。

所述浮雪清除总成由吹气装置、导气管、稳压及调压装置、高压储气罐组成，浮雪清除总成主要是通过高压储气罐中的高压气体经过导气装置和气动原件形成高压气流将推雪装置走过之后的剩余浮雪吹走，吹气装置的若干吹气口转向可控制，可以向规定方向清除浮雪；当高压储气罐的压力值低于设定值时，其可以通过内部设备自动升压到设定的压力值。

所述的推雪总成与机身和浮雪清除总成与机身的相对运动均采用推杆电机控制其姿态，用于弥补了液压和气动原件控制精度低的缺陷。

所述太阳能板外壳位于机身的上方，所述蓝牙装置位于太阳能板外壳上方，所述定位装置位于太阳能板外壳上方，所述超声波传感器位于太阳能板外壳两侧及前侧，所述舵机及双目摄像头位于太阳能板外壳上方。

所述基于多感知交互的智能扫雪机器人融合多种传感器信息，结合算法控制机器人本体沿着正确的路线和姿态进行扫雪任务。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：

基于微分思想的旋切式推雪板通过旋切片实现将雪移到一侧，推雪板的底部是若干个独立的分离铲，在遇到凹凸不平的路面时，分离铲可以上下伸缩，可将雪除的更彻底，若干个独立的分离铲使得扫雪总成的抗冲击能力更强。

4+2轮式驱动总成采用六个独立的驱动电机单独驱动，即可以提供足够高的工作速度，并提供更大的抓地性能及足够的推力，又可减少转向时对轮胎造成的磨损。

所述推杆电机可提供足够大的推力保证基于微分思想的旋切式推雪板的力学要求，推杆电机的自锁功能可以保证控制精度。

所述浮雪清除总成由高压储气罐、导气管、稳压及调压装置、吹气装置组成；该气流可将基于微分思想的旋切式推雪板清除后剩余的浮雪吹走，通过调节吹气口转动角度来实现气流的方向控制；该浮雪清除总成输出稳定的气流可以提高机器人的运行稳定性。

所述太阳能板外壳在机器人工作时，当光线高于设定的光照强度时可以自动充电，尽可能地提高能源利用率，提高续航能力。

所述的基于多感知交互的智能扫雪机器人可以自行推断出前进的路线，可以脱离工作人员的干预，并且高效的完成扫雪任务。

所述的基于多感知交互的智能扫雪机器人分为两部分，一部分为上位机放在室内，负责复杂控制运算，另一部分为机器人本体负责简单的控制运算任务，可以降低机器人本体的功耗进而增加其续航能力。

附图说明

图1是本实用新型的结构主视图。

图2是本实用新型的结构底部图。

图3是本实用新型的推雪结构工作原理图。

图4是本实用新型的基于微分思想的旋切式推雪板的局部刨视图。

图5是本实用新型的4+2轮式驱动总成的活动式底盘的结构连接局部刨视图。

图6是本实用新型的活动底盘结构示意图。

1-旋切片、2-基于微分思想的旋切式推雪板、3-推雪板保持架、4-推杆电机、5-太阳能板外壳、6-舵机、7-双目摄像头、8-定位装置、9-通讯装置、10-高压储气罐、11-防滑轮胎、12-超声波传感器、13-稳压及调压装置、14-导气管、15-4+2轮式驱动总成、16-摆动舵机、17-吹气装置、18-浮雪清除总成、19-分离铲、20-直流电机、21-推雪总成、22-底盘前部、23驱动电机、24-底盘后部、25-弹性挡圈、26-销轴、27-弹簧、28-分离铲本体、29-螺栓、30-圆锥滚子轴承、31-垫片、32-螺母、33-活动底盘。

具体实施方式

下面结合附图与其具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

如图1、图2所示，一种基于多感知交互的智能扫雪机器人，包括两部分，一部分为上位机，另一部分为机器人本体，其机器人本体包括4+2轮式驱动总成（15）、推雪总成（21）、浮雪清除总成（18）、推杆电机（4）、太阳能板外壳（5）、舵机（6）、双目摄像头（7）、定位装置（8）、通讯装置（9）、高压储气罐（10）、超声波传感器（12）、稳压及调压装置（13）、导气管（14）、分离铲（19）、吹气装置（17）、4+2轮式驱动总成（15）；4+2轮式驱动总成（15）由活动底盘（33）、驱动电机（23）、防滑轮胎（11）组成；推雪总成由基于微分思想的旋切式推雪板（2）、推雪板保持架（3）、直流电机（20）、分离铲（19）、旋切片（1）、推杆电机（4）、销轴（26）、弹簧（27）、分离铲本体（28）、弹性挡圈（25）组成；舵机（6）一端与双目摄像头（7）连接一端与太阳能板外壳（5）连接，超声波传感器（12）位于太阳能板外壳（5）前侧及两侧；活动底盘（33）分为底盘前部（22）、底盘后部（24）两部分，中间以圆锥滚子轴承（30）及螺栓（29）组成的心轴轴系连接；太阳能板外壳（5）置于底盘前部（22）上面，舵机（6）、双目摄像头（7）、定位装置（8）、通讯装置（9）依次置于太阳能板外壳（5）上侧；吹气装置（17）置于底盘前部（22）下面的前方；4+2轮式驱动总成（15）中有两个驱动电机通过螺栓固定于底盘后部（24）下面的中部，有四个驱动电机通过螺栓固定于底盘前部（22）下面；推雪总成（21）位于机器人整体的前方，通过销轴（26）与4+2轮式驱动总成（15）连接。4+2轮式驱动总成（15）由活动底盘（33）、驱动电机（23）、防滑轮胎（11）组成，活动底盘（33）分为前后两部分，两者之间通过一对圆锥滚子轴承（30）及心轴轴系连接，可以发生相对转动，从而实现驱动总成活动的目的；底盘前部（22）安装四个防滑轮胎（11），底盘后部（24）安装两个防滑轮胎（11），活动底盘（33）前后两部分处于同一水平面，在前后任一部分正常运行的状态下，另一部分可在一定角度范围内以螺栓（29）为中心产生转动，前后两部分的防滑轮胎（11）可以在一定的驱动下产生一定的速度差，使得驱动轮在拐弯时减少对防滑轮胎（11）的摩损；驱动电机（23）通过螺纹连接与活动式底盘连接，防滑轮胎（11）通过键连接与驱动电机（23）的输出轴连接；推雪总成（21）由基于微分思想的旋切式推雪板（2）、推雪板保持架（3）、直流电机（20）、分离铲（19）、旋切片（1）、推杆电机（4）组成，其中基于微分思想的旋切式推雪板（2）与推雪板保持架（3）为焊接，旋切片（1）通过轴承与推雪板链接，直流电机（20）与旋切片（1）通过联轴器连接，直流电机（20）与推雪板保持架（3）为螺钉连接。

所述推雪总成（21）由基于微分思想的旋切式推雪板（2）、推雪板保持架（3）及推杆电机（4）组成，所述推雪总成（21）通过销轴与机身连接，基于微分思想的旋切式推雪板（2）通过推雪板保持架（3）和推杆电机（4）与机身连接，通过控制推杆电机（4）的行程控制，进而控制基于微分思想的旋切式推雪板（2）的高度，推杆电机（4）设定一个初始伸缩量使得基于微分思想的旋切式推雪板（2）有一个预压力使得若干个独立的分离铲（19）上的弹簧（27）被压缩，旋切片（1）进行第一步除雪，随后剩余的雪由分离铲（19）进行第二步除雪，当分离铲（19）清除的积雪堆积到一定程度时，旋切片（1）可将积雪移走，两步除雪使得效果更明显。

所述的分离铲（19）通过图4结构与基于微分思想的旋切式推雪板（2）连接，所述结构由销轴（26）、弹簧（27）、分离铲本体（28）、弹性挡圈（25）组成，弹簧（27）套于销轴上，销轴一端穿过基于微分思想的旋切式推雪板（2）的轴孔和弹性挡圈（25）进行配合，另一端与分离铲（19）固连在一起，因此分离铲（19）可以通过轴孔做往复直线运动，并且分离铲（19）根据弹簧的状态可自由伸缩，工作时弹簧处于半压缩状态；当地面凹洼时，相应分离铲（19）上的弹簧舒张，铲尖下降，分离铲（19）可铲出低洼处的积雪；当地面高凸时，相应分离铲（19）上的弹簧被进一步压缩，铲尖上升；由于每个分离铲（19）在一定范围内可以伸缩，所以每个分离铲（19）的运动不会影响基于微分思想的旋切式推雪板（2）的整体位置，在面对凹凸不平的路面仍能保持基于微分思想的旋切式推雪板（2）的平缓运动，表现出优秀的清除效果。直流电机（20）与旋切片（1）相连，工作时旋切片（1）旋转，使得雪移向前进方向的左侧，其次可以减小推雪板中的积雪对机器人的阻力。

活动底盘（33）分为底盘前部（22）、底盘后部（24）两部分，两者之间通过圆锥滚子轴承（30）及螺栓（29）组成的心轴轴系连接来达到可以相对转动的目的，继而实现驱动总成活动的目的；底盘前部（22）上方主要装有机器人的控制部分，底盘后部（24）上方装有高压储气罐（10），底盘前部（22）下方安装四个防滑轮胎（11），底盘后部（24）下方安装两个防滑轮胎（11），前后两部处于同一水平面，在前后任一部分正常运行的状态下，另一部分可在一定角度范围内以螺栓为中心转动，使得前后两部分的防滑轮胎（11）可以在一定的驱动下产生一定的速度差，减少轮胎的磨损；驱动电机（23）通过螺栓与活动底盘（33）连接，防滑轮胎（11）通过键连接与驱动电机（23）的输出轴直接连接，底盘前部（22）两对轮胎轴距较小，不易磨损轮胎，后一对轮胎固定在底盘后部（24）上，底盘前部（22）通过圆锥滚子轴承（30）和螺栓（29）与底盘后部（24）连接，所以转向时三对防滑轮胎（11）的对称面不发生共面；采用6个独立控制的驱动电机（23）而非同一动力的轮胎组可以给每驱动电机（23）一个速度误差范围，这样不仅转向进一步稳定、灵活，还对轮胎的损耗进一步大大降低。

所述的驱动电机（23）由主控板独立控制，对其的控制信号一部分来源于上位机的对双目摄像头（7）捕捉的图像信息、超声波传感器（12）捕捉的距离信息和定位装置（8）捕捉的坐标信息的三者信息算法制定出的最优路径的命令，上位机与基于多感知交互的智能扫雪机器人之间的交互信息通过通讯装置（9）进行传递；另一部分来源于陀螺仪捕捉的机器人姿态信息结合算法制定出的前行姿态调整的指令。

所述定位装置（8）采集在路网上的行驶轨迹数据，并在上位机对行驶轨迹进行地图投影运算，将运算结果存入轨迹数据库，为路径优化提供依据。

所述浮雪清除总成（18）由高压储气罐（10）、导气管（14）、稳压及调压装置（13）、吹气装置（17）组成；设备启动后，若干个吹气口吹出一定压力的高速气流，该气流可将基于微分思想的旋切式推雪板（2）清除后剩余的浮雪吹走，吹气装置（17）位于推雪总成（21）的后方并安装于活动底盘（33）下部的前方，出口方向朝可根据需求调整，导气管（14）穿过车体与稳压及调压装置（13）连接，通过调节吹气口扭转角度来实现对气流方向的控制进而实现对雪的清除方向的控制；吹气装置（17）主要由若干个出气口、底座、进气接口组成，出气口与底座通过软管与稳压调压装置（13）连接，在达到密封前提下旋转出气口调整风向角度，出气口之间通过四杆机构连接，可以通过摆动舵机（16）进行联动控制，以达到控制吹雪角度；由于吹气口向侧前方吹，所以还可以达到逐层清扫的效果，相比于辊刷、盘刷，该浮雪清除总成（18）通过稳压及调压装置（13）输出稳定的气流可以减少机身的震动，从而提高机器人的稳定性，使其在工作时保持匀速状态，进而提高运行控制精度，提高清雪效率；当高压储气罐（10）的压力传感器感受到高压储气罐（10）的压力低设定值时，其可以通过内部设备自动升压，保证机器人的正常运行。

所述太阳能板外壳（5）主要由太阳能电池板按照一定形状加工而成，该太阳能板外壳（5）在机器人工作时，光线高于某一光照强度时可以对电池进行充电，一定程度上解决了机器人的续航的问题，提高了机器人的续航能力。

所述通讯装置（9）是基于4g技术进行机器人本体与上位机之间的信息传递，把复杂的控制算法交给上位机进行运算，可以降低机器人本体的功耗，并增加其续航能力。

所述推雪总成（21）通过推杆电机（4）实现基于微分思想的旋切式推雪板（2）的控制，可以增加控制的稳定性与精确度，适合在寒冷环境下使用。所述基于多感知交互的智能扫雪机器人最大移动速度5m/s，推力最大2500n，推雪总成（21）运动速度0.048m/s，机器人总长1.2m，机器人总宽0.65m，推雪总成（21）长0.65m。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原因，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改法都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围内所附的权利要求书及其等效物界定。