专利名称：智能碗筷收集擦桌机控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动控制系统，尤其是一种用于控制碗筷收集擦桌机工作的控制系统。
背景技术：
随着社会经济的飞速发展，生活节奏变得越来越快，社会压力也变得越来越大，很多人们没有更多的时间来做家务，所以需要更多的智能家居设备来帮助没有时间做家务的人们完成更多的家务，以减少人们的劳动强度和劳动时间。目前，也有人研制出一些可以做部分简单家务的智能家居设备，如可以打扫卫生的机器人，但能在餐后自动收拾碗筷及清洁桌面的智能家居设备在市场上并未见有。因此有必要发明一种在餐后自动收拾碗筷及清 洁桌面的智能家居设备及控制这种家具设备工作的控制系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制精度高、可靠性好的智能碗筷收集擦桌机控制系统。本发明为实现上述目的采用的技术方案是一种智能碗筷收集擦桌机控制系统，该控制系统控制的碗筷收集擦桌机包括底座、设置在底座下的驱动轮和万向轮、连接在底座上的支撑轴、与支撑轴连接的控制箱、连接于控制箱上用于收集碗筷的机械手I、连接于控制箱上且位于机械手I 一侧用于擦桌面的机械手II、连接于控制箱壳体外一侧用于装碗筷的篮子，该控制系统包括控制中心模块及分别与控制中心模块连接的机器位置调整模块、机械手I驱动模块、机械手II驱动模块、无线控制模块、位置传感模块，所述机器位置调整模块包括距离行进模块和原地左右位调整模块，所述距离行进模块包括分别驱动底座下的两驱动轮运动的步进电机D8、步进电机D9、与控制中心模块连接驱动步进电机D8工作的步进电机D8驱动电路、与控制中心模块连接驱动步进电机D9工作的步进电机D9驱动电路，所述原地左右位调整模块包括设置在控制箱内驱动控制箱整体左右摆动的运动步进电机D7、与控制中心模块连接驱动步进电机D7工作的步进电机D7驱动电路，所述机械手I驱动模块包括驱动机械手I的立臂转动的步进电机D5、与控制中心模块连接驱动步进电机D5工作的步进电机D5驱动电路、驱动机械手I的横臂上下摆动的步进电机D3、与控制中心模块连接驱动步进电机D3工作的步进电机D3驱动电路、驱动机械手I用于抓取碗筷的机械抓工作的舵机D1、与控制中心模块连接驱动舵机Dl工作的舵机Dl驱动电路，所述机械手 II驱动模块包括驱动机械手II的摆臂摆动的步进电机D6、与控制中心模块连接驱动步进电机D6工作的步进电机D6驱动电路、驱动机械手II的收缩臂做伸缩运动的步进电机D4、与控制中心模块连接驱动步进电机D4工作的步进电机D4驱动电路，所述无线控制模块包括与控制中心模块连接的无线遥控接口及无线遥控器，所述位置传感模块包括设置在机械手I的立臂顶端一侧以防止机械手I的横臂过度上摆的位置开关K2、设置在机械手I的提升臂中使舵机Dl控制机械手I的机械抓工作的位置开关K3、设置在控制箱内在机械手I的横臂运动至篮子上方时使步进电机D5启停的位置开关Kl。本发明的进一步技术方案是所述机械手I驱动模块还包括驱动机械手I的横臂伸缩的步进电机D2、与控制中心模块连接驱动步进电机D2工作的步进电机D2驱动电路。本发明的再进一步技术方案是所述机械手II驱动模块还包括驱动机械手II连接在收缩臂末端的擦板装置转动的步进电机D10、与控制中心模块连接驱动步进电机DlO工作的步进电机DlO驱动电路。本发明的更进一步技术方案是所述控制系统还包括与控制中心模块连接的视频处理及定位模块，视频处理及定位模块包括与控制中心模块连接的摄像头、与摄像头连接的SAA7115、分别与SAA7115及控制中心模块连接的TMS340DM642。
本发明的更进一步技术方案是所述视频处理及定位模块包括分别与TMS340DM642 连接的 FLASH 及 XC2S332、与 XC2S332 连接的 SDRAM。本发明的更进一步技术方案是所述控制系统还包括与控制中心模块连接的喷洒驱动模块，喷洒驱动模块包括控制机械手II的喷嘴喷洒清洁液或消毒液的输液泵、与控制中心模块连接驱动输液泵工作的输液泵驱动电路。本发明的更进一步技术方案是所述控制系统还包括与控制中心模块连接的电磁检测模块，所述电磁检测模块包括设置在底座底部用于感应电磁信号的电磁检测传感器。由于采用上述结构，本发明之智能碗筷收集擦桌机控制系统具有以下有益效果
I、控制精度高、可靠性好
本发明之智能碗筷收集擦桌机控制系统，由控制中心模块控制机械手I驱动模块驱动机械手I自动将碗筷收拾放到控制箱壳体外的篮子，收集完碗筷后，控制中心模块控制机械手II驱动模块驱动机械手II自动将桌面擦干净，采用智能化控制模块控制碗筷收集擦桌机工作，控制精度高、可靠性好。2、有效减轻人们的劳动强度并节省人们的劳动时间
本发明之智能碗筷收集擦桌机控制系统可控制碗筷收集擦桌机在餐后能自动收拾碗筷并清洁桌面，减轻人们的劳动强度，节省人们很多劳动时间，使人们在大的社会压力及工作压力中有更多空闲时间，有效缓解人们的工作压力，可以为人们创造一个温馨的家庭环境，使人们的家庭生活更加丰富。下面结合附图和实施例对本发明智能碗筷收集擦桌机控制系统作进一步说明。
图I是本发明智能碗筷收集擦桌机控制系统的整体结构方框 图2是本发明智能碗筷收集擦桌机控制系统的内部结构方框 图3是本发明智能碗筷收集擦桌机控制系统的控制流程 图4是本发明智能碗筷收集擦桌机控制系统的内部视频处理流程 图5是本发明智能碗筷收集擦桌机控制系统控制碗筷收集的流程 图6是本发明智能碗筷收集擦桌机控制系统控制桌面清洁的流程 图7是本发明智能碗筷收集擦桌机控制系统机器从初始位置到目标桌的路线示意图； 图8是本发明智能碗筷收集擦桌机控制系统所控制碗筷收集擦桌机的结构示意 图9是本发明智能碗筷收集擦桌机控制系统所控制碗筷收集擦桌机中机械手II的擦板装置俯视方向结构示意图10是图8所示碗筷收集擦桌机的收缩臂摆至竖直位置且喷嘴折叠后的侧视图。主要元件标号说明1 一驱动轮、2—万向轮、3—底座、4一伸缩弹簧、5—下钢管、6—支撑轴、7—立轴、8—收集槽、9一控制箱、10—下擦板面、11一擦板装置、12—上擦板面、13—喷嘴、14 一收缩臂、15—输液管、16—机械抓、17—摆臂、18—篮子、19 一擦板轴、20—固定螺钉、21一轴承座、22一齿轮副I、23一清洁消毒液箱、24一齿轮副II、25一立臂、26-横臂、27-提升臂、28—齿条、29—伸缩横臂、30—外横臂、31—摄象头、32—过渡转轴、33—输液泵、34—齿轮副111、35—控制中心模块、36—视频处理及定位模块、37—机械手I驱动模块、38-机械手II驱动模块、39—原地左右位调整模块、40—距离行进模块、41 一位置传感模块、42 一无线控制模块、43 一电磁检测模块、44 一喷洒驱动模块。
具体实施例方式本发明智能碗筷收集擦桌机控制系统所控制碗筷收集擦桌机如图8至图10所示， 该控制系统控制的碗筷收集擦桌机包括底座3、设置在底座3下的两个驱动轮I和一个万向轮2、连接在底座3上的支撑轴6、与支撑轴6连接的控制箱9、连接于控制箱9上用于收集碗筷的机械手I、连接于控制箱9上且位于机械手I 一侧用于擦桌面的机械手II、连接于控制箱9壳体外一侧用于装碗筷的篮子18、连接于控制箱9壳体外另一侧用于装垃圾的收集槽8。所述支撑轴6包括与底座3连接的下钢管5及底部套在下钢管5中的立轴7，上述延伸至控制箱9内侧的支撑轴6即为立轴7，下钢管5内设有伸缩弹簧4，下钢管5与立轴7之间通过固定螺钉20相对定位，可通过伸缩弹簧4和固定螺钉20调整碗筷收集擦桌机的整体高度。所述机械手I包括与控制箱9连接的立臂25、与立臂25顶部连接的横臂26、连接于横臂26末端下侧的提升臂27、连接在提升臂27下端用于抓取碗筷的机械抓16。其中横臂26包括外横臂30及套在外横臂30内而末端突出外横臂30且可相对外横臂30伸缩的伸缩横臂29，外横臂30与立臂25顶端连接，提升臂27与伸缩横臂29外侧末端连接，伸缩横臂29固定连接有齿条28。在所述立臂25顶部连接有摄象头支架，摄象头支架末端设置有摄象头31。所述机械手II包括与控制箱9连接的摆臂17、连接在摆臂17末端且可伸缩的收缩臂14、连接在收缩臂14末端用于擦桌面的擦板装置11，擦板装置11包括与收缩臂14末端连接的擦板轴19、分别连接在擦板轴19上下侧的上擦板面12和下擦板面10。所述控制箱9内设有用于装清洁液或消毒液的清洁消毒液箱23，收缩臂14上连接有可向桌面喷洒清洁液或消毒液的喷嘴13，清洁消毒液箱23与喷嘴13之间连接有可将清洁液或消毒液输送至喷嘴13喷出的输液管15。图I、图2所示，本发明智能碗筷收集擦桌机控制系统包括控制中心模块35及分别与控制中心模块35连接的机器位置调整模块、机械手I驱动模块37、机械手II驱动模块38、无线控制模块42、位置传感模块41。所述控制系统还包括分别与控制中心模块35连接的视频处理及定位模块36、喷洒驱动模块44、电磁检测模块43。在本实施例中控制中心模块35为MC9S12XS130单片机。所述机器位置调整模块包括距离行进模块40和原地左右位调整模块39，所述距离行进模块40包括分别驱动底座下的两驱动轮运动的步进电机D8、步进电机D9、与控制中心模块35连接驱动步进电机D8工作的步进电机D8驱动电路、与控制中心模块35连接驱动步进电机D9工作的步进电机D9驱动电路。步进电机D8位于底座3下的其中一个驱动轮I 一侧，步进电机D9位于底座3下的另一个驱动轮I 一侧。所述原地左右位调整模块39包括设置在控制箱内驱动控制箱整体左右摆动的运动步进电机D7、与控制中心模块35连接驱动步进电机D7工作的步进电机D7驱动电路。支撑轴6顶端延伸至控制箱9内侧且穿过固定在控制箱9底端的轴承座21及轴承，步进电机D7的输出轴与支撑轴6顶端之间连接有将步进电机D7的动力传动给支撑轴6的齿轮副III 34，齿轮副III 34包括连在步进电机D7输出轴上的主动齿轮及与该主动齿轮相啮合连接在支撑轴6顶端立轴7上的从动齿轮。所述机械手I驱动模块37包括驱动机械手I的立臂25转动的步进电机D5、与控制中心模块35连接驱动步进电机 D5工作的步进电机D5驱动电路、驱动机械手I的横臂26上下摆动的步进电机D3、与控制中心模块35连接驱动步进电机D3工作的步进电机D3驱动电路、驱动机械手I用于抓取碗筷的机械抓16工作的舵机D1、与控制中心模块35连接驱动舵机Dl工作的舵机Dl驱动电路。步进电机D5设置在控制箱9内一侧，步进电机D5输出轴与立臂25底端之间连接有将步进电机D5的动力传动给立臂25的齿轮副I 22，齿轮副
I22包括连在步进电机D5输出轴上的主动齿轮及与该主动齿轮相啮合连接在立臂25底端的从动齿轮。步进电机D3设置在立臂25与横臂26连接处，步进电机D3的输出轴连接有齿轮I，横臂26靠近立臂25 —端固定连接有带动横臂26摆动的短转轴，短转轴一端设有与步进电机D3输出轴的齿轮I相啮合的齿轮II，步进电机D3输出轴转动齿轮I带动齿轮II转，短转轴转动即带动横臂26上下摆动。舵机Dl设置在提升臂27末端以驱动机械抓16张开或闭合。所述机械手I驱动模块37还包括驱动机械手I的横臂26伸缩的步进电机D2、与控制中心模块35连接驱动步进电机D2工作的步进电机D2驱动电路。步进电机D2设置在横臂26靠近提升臂27 —端，横臂26内设有齿条28，步进电机D2输出轴连接有驱动齿条28运动的齿轮。所述机械手II驱动模块38包括驱动机械手II的摆臂17摆动的步进电机D6、与控制中心模块35连接驱动步进电机D6工作的步进电机D6驱动电路、驱动机械手II的收缩臂做伸缩运动的步进电机D4、与控制中心模块35连接驱动步进电机D4工作的步进电机D4驱动电路。步进电机D6设置在控制箱9内一侧，摆臂17底端固定连接于支撑在控制箱9内且与摆臂17垂直的过渡转轴32，过渡转轴32转动带动摆臂17摆动，步进电机D6的输出轴与过渡转轴32之间连接有将步进电机D6的动力传动给过渡转轴32的齿轮副II 24，齿轮副II 24包括连在步进电机D6输出轴上的主动齿轮及与该主动齿轮相啮合连接在过渡转轴32上的从动齿轮。步进电机D4设置在摆臂17与收缩臂14连接处。所述机械手II驱动模块38还包括驱动机械手II连接在收缩臂末端的擦板装置转动的步进电机D10、与控制中心模块35连接驱动步进电机DlO工作的步进电机DlO驱动电路。步进电机DlO设置在擦板轴19中部以驱动擦板轴19转动。所述无线控制模块42包括与控制中心模块35连接的无线遥控接口及无线遥控器。无线遥控接口设有接收无线信号的电路板，无线遥控器可用于起动或者用于控制碗筷收集擦桌机工作。所述位置传感模块41包括设置在机械手I的立臂25顶端一侧以防止机械手I的横臂26过度上摆的位置开关K2、设置在机械手I的提升臂27中使舵机Dl控制机械手I的机械抓16工作的位置开关K3、设置在控制箱内在机械手I的横臂26运动至篮子上方时使步进电机D5启停的位置开关Kl。在横臂26由下向上运动时，横臂26运动至水平位置时位置开关K2动作，步进电机D3停止转动避免横臂26过度上摆。机械抓16运动至桌面或篮子底部位置开关K3动作，舵机Dl控制机械手I开启或闭合。在机械手I的横臂26运动至篮子上方时，位置开关Kl动作，步进电机D5停止转动。所述视频处理及定位t旲块36包括与控制中心t旲块35连接的摄像头、与摄像头连接的SAA7115、分别与SAA7115及控制中心模块35连接的TMS340DM644。视频处理及定位模块36包括分别与TMS340DM644连接的FLASH及XC2S332、与XC2S332连接的SDRAM。所述喷洒驱动模块44包括控制机械手II的喷嘴喷洒清洁液或消毒液的输液泵、与控制中心模块35连接驱动输液泵工作的输液泵驱动电路。输液泵33设置在控制箱9中并连接在清洁消毒液箱23与喷嘴13之间的输液管15间。所述电磁检测模块43包括设置在底座底部用于感应电磁信号的电磁检测传感器，电磁检测传感器设置在底座3下，在碗筷收集擦桌机初始位置与目标桌(即需要清洁的桌子)之间连接有低电流导线，电磁检测传感器可以感应到电磁信号，从初始位置沿低电流 导线自动移动到目标桌前。如图7所示，如果采用电磁捡测路线，则LI为导线，LI通入电流，产生电磁场，导线可以埋入地板下，如果采用视频检测路线，则为标志线，这个路线只是一个示意图，可以根据现场的空间任意设置。本发明之智能碗筷收集擦桌机控制系统控制过程如图3所示，初始化后先判断系统是否是第一次运行，若是第一次运行，需要设置桌子参数及寻迹路径，由控制系统的软件控制实现，再判断遥控器有无输入，不是第一次运行则直接进入判断遥控器有无输入的步骤，有输入启动距离行进模块40和电磁检测模块43，驱动机器到达目标桌前，再启动视频处理及定位模块36，视频数据处理完毕，控制中心模块35接收计算数据，再执行碗筷收集流程及桌面清洁流程，工作完后单元复位、机器回到初始位置，程序结束。其中视频处理流程如图4所示，进入该模块程序开始后马上检测图像背景是否合格，不合格即调整摄像头，合格后再判断拍摄角度是否可行，不行则通过原地左右位调整模块39适当调整机器位置，拍摄角度可行则采集图像，之后依次进行图像预处理，边缘检测，图像分割、定位、虚拟编号、定位数据计数，向控制中心模块35发送定位数据。碗筷收集流程如图5所示，收集编号为I的碗或筷时，步进电机D5正转，驱动机械手I从初始位置移动到虚拟编号N的碗或筷上方位置，然后步进电机D5处于保持位置，步进电机D2根据N的位置正或反转，带动齿条运动，使虚拟编号为N的碗筷位于横臂26半径范围内，步进电机D2保持，步进电机D3正转机械手I的横臂26下降到根据事先计算的位置，横臂26下降同时Dl正转打开机械抓；位置开关K3导通，步进电机D3停止保持，舵机Dl反转，抓牢碗筷、然后舵机Dl停止保持，步进电机D3反转，使横臂26上升，位置开关K2导通，步进电机3停止保持，步进电机D2工作，使机械抓16回到初始位置，步进电机D5反转，位置开关Kl导通，步进电机5停止，步进电机D3正转，使机械手I的横臂26下降，位置开关3导通，步进电机D3停止，舵机Dl正转，打开机械抓16，放下碗筷，机械手I回到初始位置，判断碗筷是否收集完了，未收集完重复上述步骤收集虚拟编号为N+1的碗筷，若碗筷收集完则进入桌面清洁流程。N为大于等于I的自然数。桌面清洁流程如图6所示，进入该程序开始后，先进行擦板翻转信号清零；再判断机器位置是否需要调整，若需要调整，则启动原地左右位调整模，不需要调整机器则判断插板翻转信号是否为1，若为否，则先进入垃圾清理步骤，启动步进电机D4、D6使擦板装置做前后运动收集垃圾，并做初步清洁；再判断垃圾收集及初步清洁是否完毕，若为是，则设置擦板翻转信号=1，步进电机DlO运动,使擦板翻转,若垃圾收集及初步清洁未完成，则返回至机器位置是否需要调整步骤重复上述作业；在判断擦板翻转信号是否为I时，若为是，则表示垃圾清理及初步清洁完成可进入喷洒清洁剂步骤，喷洒清洁剂，启动步进电机D4、D6使擦板装置做前后运动做精细清洁，之后再判断整个桌面精细清洁是否完毕，若为是，则发出机器回到初始位置的信号，若为否，则返回至机器位置是否需要调整步骤重复上述作业。
作为本发明的变换形式，控制中心模块也可为与MC9S12XS130单片机性能相近的其它单片机；也可省略视频处理及定位模块，机器一切动作由遥控器来完成；舵机Dl及步进电机D2- DlO的驱动电路也可以为组合在一起的整体式电路板；位置传感模块的位置开关也不限于上述实施例所列举的数量，也可适当增加；路径识别策略也可用视频检测路径标志线来代替电磁检测识别路径的方法，只要改变程序即可实现，只要在本发明的范围内所做的变换均属于本发明的范畴。
权利要求
1.一种智能碗筷收集擦桌机控制系统，该控制系统控制的碗筷收集擦桌机包括底座、设置在底座下的驱动轮和万向轮、连接在底座上的支撑轴、与支撑轴连接的控制箱、连接于控制箱上用于收集碗筷的机械手I、连接于控制箱上且位于机械手I 一侧用于擦桌面的机械手II、连接于控制箱壳体外一侧用于装碗筷的篮子，其特征在于，该控制系统包括控制中心模块及分别与控制中心模块连接的机器位置调整模块、机械手I驱动模块、机械手II驱动模块、无线控制模块、位置传感模块，所述机器位置调整模块包括距离行进模块和原地左右位调整模块，所述距离行进模块包括分别驱动底座下的两驱动轮运动的步进电机D8、步进电机D9、与控制中心模块连接驱动步进电机D8工作的步进电机D8驱动电路、与控制中心模块连接驱动步进电机D9工作的步进电机D9驱动电路，所述原地左右位调整模块包括设置在控制箱内驱动控制箱整体左右摆动的运动步进电机D7、与控制中心模块连接驱动步进电机D7工作的步进电机D7驱动电路，所述机械手I驱动模块包括驱动机械手I的立臂转动的步进电机D5、与控制中心模块连接驱动步进电机D5工作的步进电机D5驱动电路、驱动机械手I的横臂上下摆动的步进电机D3、与控制中心模块连接驱动步进电机D3工作的步进电机D3驱动电路、驱动机械手I用于抓取碗筷的机械抓工作的舵机D1、与控制中心模块连接驱动舵机Dl工作的舵机Dl驱动电路，所述机械手II驱动模块包括驱动机械手II的摆臂摆动的步进电机D6、与控制中心模块连接驱动步进电机D6工作的步进电机D6驱动电路、驱动机械手II的收缩臂做伸缩运动的步进电机D4、与控制中心模块连接驱动步进电机D4工作的步进电机D4驱动电路，所述无线控制模块包括与控制中心模块连接的无线遥控接口及无线遥控器，所述位置传感模块包括设置在机械手I的立臂顶端一侧以防止机械手I的横臂(26)过度上摆的位置开关K2、设置在机械手I的提升臂中使舵机Dl控制机械手I的机械抓(16)工作的位置开关K3、设置在控制箱内在机械手I的横臂运动至篮子上方时使步进电机D5启停的位置开关Kl。
2.如权利要求I所述的智能碗筷收集擦桌机控制系统，其特征在于，所述机械手I驱动模块还包括驱动机械手I的横臂伸缩的步进电机D2、与控制中心模块连接驱动步进电机D2工作的步进电机D2驱动电路。
3.如权利要求I所述的智能碗筷收集擦桌机控制系统，其特征在于，所述机械手II驱动模块还包括驱动机械手II连接在收缩臂末端的擦板装置转动的步进电机D10、与控制中心模块连接驱动步进电机DlO工作的步进电机DlO驱动电路。
4.如权利要求I所述的智能碗筷收集擦桌机控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与控制中心模块连接的视频处理及定位模块，视频处理及定位模块包括与控制中心模块连接的摄像头、与摄像头连接的SAA7115、分别与SAA7115及控制中心模块连接的TMS340DM642。
5.如权利要求4所述的智能碗筷收集擦桌机控制系统，其特征在于，所述视频处理及定位模块包括分别与TMS340DM642连接的FLASH及XC2S332、与XC2S332连接的SDRAM。
6.如权利要求I所述的智能碗筷收集擦桌机控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与控制中心模块连接的喷洒驱动模块，喷洒驱动模块包括控制机械手II的喷嘴喷洒清洁液或消毒液的输液泵、与控制中心模块连接驱动输液泵工作的输液泵驱动电路。
7.如权利要求I所述的智能碗筷收集擦桌机控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与控制中心模块连接的电磁检测模块，所述电磁检测模块包括设置在底座底部用于感应电磁信号的电磁检测传感器 。
全文摘要
本发明智能碗筷收集擦桌机控制系统，涉及一种自动控制系统，该控制系统包括控制中心模块、用于调整机器位置的机器位置调整模块、驱动用于收集碗筷的机械手Ⅰ的机械手Ⅰ驱动模块、驱动用于擦桌面的机械手Ⅱ的机械手Ⅱ驱动模块、用于无线控制的无线控制模块、位置传感模块，机器位置调整模块包括距离行进模块和原地左右位调整模块，距离行进模块、原地左右位调整模块、机械手Ⅰ驱动模块、机械手Ⅱ驱动模块、无线控制模块、位置传感模块分别于控制中心模块连接。本发明具有控制精度高、可靠性好、有效减轻人们的劳动强度并节省人们的劳动时间的优点。
文档编号B25J9/00GK102699922SQ20121019896
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月16日 优先权日2012年6月16日
发明者伍松, 刘国彬, 向宇, 张彦会, 徐骏, 梁君宇, 谭璐, 陈夏光, 陈祝健 申请人:广西工学院