清洁机器人的制作方法

1.本发明涉及清洁设备技术领域，特别是涉及一种清洁机器人。


背景技术：

2.为了提高清洁机器人的清洁能力，市场上出现了一些带有偏心运动工作头的产品。偏心运动工作头在提升清洁能力的同时，会导致整机随着工作头一起振动。也就是说，由于偏心工作头安装在清洁机器人上，偏心工作头工作时带来的振动会使整机跟随着振动，会影响机器人的运行姿态及导航精度，影响用户体验。
3.具体地，如图1所示的一种相关技术的清洁机器人1，包括机体101，可动地设置在机体101上的电机102，其中偏心块103固定于电机102的驱动轴，偏心运动板104固定于电机102，偏心块103伸入到偏心运动板104上的空腔1041中，此外机体101上还设有摆动脚105，摆动脚105与偏心运动板104连接。清洁机器人1工作时，电机102的驱动轴转动，偏心运动块103高速旋转，旋转产生的离心力使整个偏心运动板104运动。
4.上述清洁机器人1的缺陷在于：偏心运动板104运动时带来的摩擦力作用于地面，地面产生反作用力，而该反作用力作用于机体101。偏心运动板104无法平衡地面的反作用力，导致整机振动。另外，由于地面产生的反作用力可能产生变化，偏心运动板104运动的行程是变化的，清洁效果不稳定。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对偏心运动板运动时导致整机振动的问题，提供一种改进的清洁机器人。
6.一种清洁机器人，包括：机体；工作头，所述工作头包括驱动部、位于所述驱动部下方的偏心运动板，其中所述驱动部包括驱动轴，所述偏心运动板连接至所述驱动轴，所述偏心运动板上用于安装清洁层以执行预定清洁工作，所述偏心运动板可由所述驱动轴驱动以在垂直于所述驱动轴的轴线的平面内作固定偏心量的平动，其中，所述驱动轴的转速大于等于1000r/min，所述驱动部的质量大于等于所述偏心运动板的质量的3倍。
7.上述清洁机器人，偏心运动板与地面产生的摩擦力的反作用力作用于偏心运动板上方的驱动部，一方面能够达到即使偏心运动板高频运动，机体的振动也较小的效果；另一方面，利于通过设计机体的重量分布来实现上述质量关系，而无需简单地采用增加机体重量的方式，利于实现清洁机器人的小型化、轻量化。
8.在其中一个实施例中，所述偏心运动板包括拖地板、偏心轴承，所述偏心轴承的外圈固定于所述拖地板，所述偏心轴承的内圈连接于所述驱动轴，所述偏心轴承的轴线与所述驱动轴的轴线偏心设置。
9.在其中一个实施例中，所述清洁机器人还包括摆动脚，所述摆动脚连接所述拖地板与所述机体，所述摆动脚为柔性件。
10.在其中一个实施例中，所述驱动轴的轴线的两侧分别设有所述的摆动脚，且两侧
的所述摆动脚对称设置。
11.在其中一个实施例中，拖地板所述拖地板的底部固定有弹性层，所述弹性层上能安装所述清洁层。
12.在其中一个实施例中，所述偏心运动板还包括固定于所述驱动轴的平衡块，所述平衡块的重心和所述偏心轴承的轴线分别位于所述驱动轴的轴线的两侧。
13.在其中一个实施例中，所述平衡块包括第一部分、与所述第一部分相连的第二部分，所述第一部分套装在所述驱动轴上，所述偏心轴承套装在所述第一部分上；所述第二部分伸入所述偏心运动板内，所述第二部分的重心和所述偏心轴承的轴线分别位于所述驱动轴的轴线的两侧。
14.在其中一个实施例中，所述驱动部包括驱动机构、连接所述驱动机构与所述驱动轴的传动机构。
15.在其中一个实施例中，所述驱动机构为电机，所述电机的轴线与所述驱动轴的轴线平行设置。
16.在其中一个实施例中，所述清洁机器人还包括抬升机构、柔性件，所述抬升机构与所述工作头连接，所述抬升机构用以驱动所述工作头在第一位置和第二位置之间切换，在所述第一位置，所述工作头将所述柔性件压紧在所述机体上，在所述第二位置，所述工作头撤销对所述柔性件的压力。
17.在其中一个实施例中，所述驱动轴的转速范围为1000r/min-4000r/min。
18.在其中一个实施例中，所述驱动轴的转速为2500r/min。
19.在其中一个实施例中，所述驱动部的质量为400g-1200g。
20.在其中一个实施例中，所述驱动部的质量为600g。
附图说明
21.图1为相关技术中一种清洁机器人的剖面示意图。
22.图2为本发明一实施例的清洁机器人的整体结构示意图。
23.图3为本发明一实施例的清洁机器人中偏心运动板的安装示意图。
24.图4为本发明一实施例的清洁机器人的局部剖视图。
25.图5为本发明一实施例的清洁机器人的偏心运动板的剖视图。
26.图6为本发明一实施例的清洁机器人另一角度的结构示意图。
27.图7为本发明一实施例的清洁机器人中的工作头与机架的爆炸图。
28.图8为本发明一实施例的清洁机器人中的工作头处于第二工作的结构示意图。
29.图9为本发明一实施例的清洁机器人中的工作头处于工作状态下的结构示意图。
30.图中的相关元件对应编号如下：
31.1、清洁机器人；101、机体；102、电机；103、偏心块；104、偏心运动板；1041、空腔；105、摆动脚；
32.100、清洁机器人；10、机体；
33.20、偏心运动板；210、拖地板；220、偏心轴承；230、弹性层；240、清洁层；250、平衡块；251、第一部分；252、第二部分；
34.30、驱动部；310、驱动轴；320、驱动机构；321、输出轴；330、传动机构；331、大齿轮；
332、小齿轮；
35.40、摆动脚；561、第一行走轮；562、第二行走轮；
36.60、抬升机构；70、柔性件。
具体实施方式
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明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发明。但是本发明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发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
39.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
43.如背景技术中所述的，相关技术中的清洁机器人1，偏心运动板104固定有拖布，拖布用于对地面进行清洁。在使用过程中发现：当其偏心运动板104运动时带来的摩擦力作用于地面，地面产生反作用力，而该反作用力作用于机体101。而偏心运动板104无法平衡地面的反作用力，由此导致整机振动。上述清洁机器人的主要问题实质在于偏心运动板的清洁效果与机体振动之间的矛盾。偏心运动板的运动频率由驱动轴的转速所决定。偏心运动板的运动频率越高，则单位时间内偏心运动板与地面接触次数较多，清洁效果较好，但是随之
而来的是机架的振动也增加。相关清洁机器人中，驱动轴的转速通常不低于8000r/min(转/分钟)，才能保证一定的清洁效果。然而，为了使整机振动的幅度减小，相关技术中的清洁机器人1中，偏心块103的偏心量设计得非常小，但这样又导致清洁效果很差。因此，偏心运动板的运动频率、偏心量与机体振动之间的相互矛盾、相互制约成为本领域的一个棘手问题。
44.针对上述问题，申请人进行了研究。申请人发现：相关技术的清洁机器人中，偏心块103旋转时产生的离心力使偏心运动板104发生平移动。偏心运动板平移幅度的大小会根据负载(地面阻力)发生变化，地面阻力大时，平移幅度小，负载小时，平移幅度大。由于偏心运动板的运动行程不稳定，在研究如何解决偏心运动板的运动频率与机体振动的相互矛盾、相互制约时，难以提出系统的解决方案。考虑到偏心运动板的运动频率越高，清洁效果越高。为解决上述技术问题，常规的思路是在偏心运动板的运动频率与机体振动之间找到一个平衡点，使得偏心运动板的清洁效果尚可，机体的振动量亦可以接受，但显然这种思路是不得已而为之的求全之策。为更好地解决上述技术问题，申请人对机体振动的成因进行了深入研究。如前文所示，机体之所以振动，是因为反作用力作用于机体。申请人认为，振动本质上可视为是机体相对于地面产生了瞬间运动，振动越大，则意味着这种瞬间运动量越大。而根据物理学理论，瞬间运动量的大小又可以用物体的加速度大小来体现。因此，具体到上述清洁机器人而言，机体的振动越大，则意味着机体的加速度越大。
45.基于上述研究发现，本发明的实施例提出一种清洁机器人。下面结合附图详细描述本发明的实施例。
46.如图2所示，图2示意了本发明一实施例的清洁机器人100的整体结构。如图3所示，图3示意了清洁机器人100的剖面示意图。清洁机器人100包括机体10、偏心运动板20、驱动部30，其中驱动部30安装在机体10上，驱动部30包括可绕自身轴线旋转的驱动轴310，偏心运动板20连接至驱动轴310且可由驱动轴310驱动作平动。偏心运动板20用于安装清洁层以执行预定清洁工作，偏心运动板20、驱动部30构成能够执行清洁作业的工作头。
47.如图2、图5所示，偏心运动板20可由驱动轴310驱动在垂直于驱动轴310的轴线的平面内作固定偏心量e的平动。清洁机器人100工作时，偏心运动板20在平行于地面的平面内平动，具体指：偏心运动板20上的每一个点均作半径为e的圆周运动，即每一个点的运动轨迹都是一个半径为e的圆。驱动轴310的轴线x则沿竖直方向。驱动轴310可以为直接就是设置在机体10中的驱动机构320的输出轴321如电机的电机轴，或者驱动轴310也可以是通过传动机构330与驱动机构320的输出轴321连接。此处，驱动机构320与传动机构330的具体实现方式不限制，只要驱动轴310能够输出旋转运动即可。
48.可以理解地，本实施例中，由于偏心运动板20作固定偏心量e的平动，因此偏心运动板20的运动频率与机体10的振动量的对应关系变得相对简单，因此减小机体10的加速度进而减小机体10的振动量也变得相对容易。如前文所分析的，偏心运动板20的运动频率提高时，虽然清洁效果增加，但机体10的振动会增大。
49.另外，如前文所分析的，相关技术的清洁机器人1，为了控制振动，偏心量很小，偏心运动板的运动幅度小，清洁效果差。可以理解地，为了保证清洁效果，应该采用较大的偏心量。
50.因此，在较大固定值的偏心量e对偏心运动板20的运动频率提高导致振动增加这一现象进一步研究发现，当提高偏心运动板20的运动频率至驱动轴310的转速大于等于
1000r/min(下文简称偏心运动板20高频运动)时，地面的反作用力无法瞬间变化，此时反作用力对机体10的影响反而变小，机体10并没有预料中的必然出现振动较大、运行不平稳的现象。此外还发现，偏心运动板20高频运动时，偏心运动板20每次往复时与地面贴合时间减少，整机前进后退阻力小，反而更利于机器运动。本发明的实施例中，偏心量e可以为1mm(毫米)，远大于相关技术中的偏心量0.5mm。
51.由此，本发明的实施例中，将驱动轴310的转速设置为大于等于1000r/min，使偏心运动板20高频运动，从而地面的反作用力无法瞬间变化，以其减小机体10的振动。
52.虽然如此，但是如前文所述偏心运动板20与地面产生的摩擦力的反作用力是作用于机体10的，而实际中工况是不可控的，故一旦振动发生将变得较为严重。因此，必须很好地保证偏心运动板20高频运动时机体10振动是较小的，此点是偏心运动板20高频运动时的一个关键指标。
53.因此，基于前述的研究成果，申请人提出通过减小机体10承受地面反作用力的加速度来实现上述目的。可以理解地，作用力不变的情况下，物品的质量越大，其运动加速度越小。而偏心运动板20处于清洁机器人100的工作系统中，偏心运动板20与地面产生的摩擦力的反作用力作用于整个机体10，机体10的重量较偏心运动板20的质量更大时机体10的加速度更小，整个机体10的振动才会变小。但增加机身的重量一方面可能会增加清洁机器人100的功耗；另一方面消除反作用力的影响的时机很重要，对反作用力较晚的削弱仍会导致机体10局部振动，导致即使增重也达不到预期的效果。
54.对此，申请人进一步研究发现，偏心运动板20与地面产生的摩擦力的反作用力作用于整个机体10，但其实会主要作用于驱动部30，再通过驱动部30传递至机体10。因此，本发明的实施例中，侧重于驱动部30的质量更大而非整个机体10质量更大。驱动部30作为直接及主要受力部件，其质量更大时的加速度更小，能够直接地削弱地面反作用力的影响，进而也使得整个机体10的加速更小，振动较小。具体实施时，将驱动部30的质量设置为大于等于偏心运动板20的质量的3倍，此时即使偏心运动板20高频运动，机体10的振动也较小。
55.上述清洁机器人100中，偏心运动板20与地面产生的摩擦力的反作用力作用于驱动部30，一方面能够达到即使偏心运动板20高频运动，机体10的振动也较小的效果；另一方面，利于通过设计机体10的重量分布来实现上述质量关系，而无需简单地采用增加机体10重量的方式，利于实现清洁机器人100的小型化、轻量化。
56.较佳地，驱动轴310的转速范围为1000r/min-4000r/min。优选地，驱动轴的转速为2500r/min。较佳地，驱动部的质量为400g(克)-1200g。优选地，
57.驱动部的质量600g。具体到一些实施例中，如图4所示，偏心运动板20包括拖地板210、外圈固定于拖地板210的偏心轴承220，偏心轴承220的内圈连接于驱动轴310，偏心轴承220的轴线与驱动轴310的轴线偏心设置。如图2和图5所示，偏心设置指二者的轴线具有偏心量e。驱动轴310旋转时，通过偏心轴承220带动偏心运动板20运动。
58.清洁机器人100还包括摆动脚40，摆动脚40连接拖地板210与机体10，摆动脚40为柔性件。如图1所示，摆动脚40的两端分别与拖地板210和机体10固定连接，连接方式不限制，例如可以采用螺栓固定连接。驱动轴310旋转时，在偏心轴承220和摆动脚40的限制下，偏心运动板20无法驱动轴310的轴线旋转，而是以偏心量e为半径做平动，偏心运动板20上的每一个点作半径为e的圆周运动，即每一个点的运动轨迹是一个半径为e的圆。通常地，当
偏心量e为1mm时，摆动脚40的长度为30mm。需要说明的是，根据摆动脚40的变形能力的不同，摆动脚40的长度可以不同。
59.进一步地，如图3所示，驱动轴310的轴线的两侧分别设有摆动脚40，且两侧的摆动脚40对称设置。通过在驱动轴310的两侧分别设有摆动脚40，偏心运动板20往复运动时偏心运动板20的左右两侧均受力，运行更为平稳，也利于减小机体10的振动。
60.如图4所示，偏心运动板20的拖地板210的底部固定有弹性层230，弹性层230上固定有清洁层240。偏心运动板20平动时，清洁层240对地面进行清洁。优选地，清洁层240设置为可拆卸式的。清洁层240附着在弹性层230上时，弹性层230具有弹性，当清洁层240接触到地面时，弹性层230受挤压形变，因此能够缓冲地面的反作用力，利于减小机体10的振动。一示例中，弹性层230为橡胶垫，清洁层240为拖布，如棉质的拖布。但可以理解地，弹性层230不限于橡胶垫，清洁层240的类型不限于拖布。
61.如图4所示，偏心运动板20还包括固定于驱动轴310的平衡块250，平衡块250的重心和偏心轴承220的轴线分别位于驱动轴310的轴线的两侧。也就是说，通过平衡块250的重心的铅垂线和偏心轴承220的轴线位于驱动轴310的轴线的两侧，二者相对于驱动轴310的轴线向相反方向偏移。利用平衡块250补偿拖地板210、偏心轴承220、弹性层230清洁层240绕偏心轴承220轴线转动时的质量不平衡，利于使偏心运动板20的运动平稳。
62.如图4所示，平衡块250包括第一部分251、与第一部分251相连的第二部分252，第一部分251和第二部分252均为中空设置的管状部。其中，第一部分251套装在驱动轴310上，第一部分251的重心和驱动轴310的轴先重合，偏心轴承220则套装在第一部分251上；第二部分252则伸入到偏心运动板20的空腔内，其中第二部分251的重心和偏心轴承220的轴线分别位于驱动轴310的轴线的两侧。
63.一些实施例中，驱动部30包括驱动轴310、驱动机构320、连接驱动机构320与驱动轴310的传动机构330，驱动机构320和传动机构330均位于偏心运动板20的正上方。如图1和图4所示例的，驱动机构320具体可以为电机，传动机构330包括大齿轮331和小齿轮332，其中小齿轮332固定于电机的电机轴，大齿轮331固定于驱动轴310。在清洁机器人100中，驱动机构320和传动机构330的质量均属于质量较大的元件，利于实现驱动部30的质量大于等于偏心运动板20的质量3倍的目标。驱动机构320和传动机构330均设置为均位于偏心运动板20的正上方。
64.进一步，具体实施时，驱动机构320为电机，电机的轴线z与驱动轴310的轴线平行设置。这样如图4所示，沿垂直于驱动轴310的轴线的平面即沿偏心运动板20的移动平面，驱动部30的质量分布较为均匀，清洁机器人100在地面上移动时更容易平稳行走。
65.如图6所示，机体10的底部还设有行走机构，行走机构包括位于偏心运动盘20两侧的第一行走轮561和第二行走轮562，其中第二行走轮162为万向轮。
66.如图7所示，一实施例中，偏心运动板20、驱动部30构成能够执行清洁作业的工作头与机体10之间可相对运动地连接，并且工作头与机体10之间设有柔性连接件60，用于缓冲工作头的偏心运动板20运动时对机体10造成的震动。
67.具体而言，清洁机器人1还包括抬升机构70，抬升机构70用以驱动工作头在第一位置(如图8所示)和第二位置(如图9所示)之间切换，在第一位置，工作头将柔性件压紧在机体上，缓冲工作头的偏心运动板20运动时对机体10造成的震动；在第二位置，工作头撤销对
柔性件60的压力。抬升机构70的具体类型不限制，如可以为由电机驱动的蜗轮蜗杆机构、齿轮齿条机构等。具体设置时，柔性件60可以连接在机体10上或者连接在工作头上，如连接在驱动部30上，具体而言可以连接在驱动机构320上，如连接在电机的壳体上。柔性件60可以设置多个，如环绕驱动部30设置多个柔性件60。
68.以上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。
69.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。