一种基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置的制作方法

本发明涉及一种基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置，属于清洁装置技术领域。

背景技术：

随着科技的高速发展，人类对能够代替其从事危险任务的机器人的需求越来越大，其中包括救援机器人、反恐排爆机器人、管道检测机器人等一系列工作在极端或特殊环境下的机器人。这些机器人带有摄像头和远程视频反馈装置，摄像头就是机器人的眼睛，这些机器人的大部分工作都要通过摄像头来获取目标图像，这些目标图像是分析和处理紧急情况下问题的重要依据。所以对于摄像头镜头的保护就显得尤为重要。

灰尘，沙石，泥污等污染物对于摄像头镜头的损害是巨大的，由于微小的灰尘的比较面积和静电作用都很大，泥污对于镜头的粘附力也很大，况且污泥干燥停留一段时间后就会变成土块固定在镜头上，除非人工干预去除，否则一旦沾上镜头就很难自动清除。而对于这些在特殊环境下工作的机器人，他们的工作环境较为恶劣和危险，人为的去清除摄像头上的污染物也是不现实的。当工作在极端特殊环境下的机器人的视野受到污染，又很难人工去清除污染，那机器人执行任务的难度将会大大增加，而且可能会带来严重的后果。一旦执行任务的机器人摄像头被污染物遮挡，会导致机器人无法检测周围环境并导致驱动器失效，所以一个有效的摄像头自动清洁装置很有必要。

技术实现要素：

本发明为了解决上述背景技术中提到的技术问题，提出一种基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置，将仿生瞬膜清洁装置、仿生锥直型喷嘴和空气放大装置并联组合。

本发明提出一种基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置，包括仿生瞬膜清洁装置、空气放大装置和仿生锥直型喷嘴，所述仿生瞬膜清洁装置、空气放大装置和仿生锥直型喷嘴并联连接，所述空气放大装置设有空气放大装置进气口，用于输送压缩空气，其内设置有由导风装置组成的科恩达效应结构，实现由压缩空气中输出的气流引导大量的外部空气的定向流动，从而产生清洁效果，所述仿生锥直型喷嘴用于喷射水流，去除摄像头表面污染物；

所述仿生瞬膜清洁装置包括驱动装置、充水式变刚度柔性清洁薄膜和若干耐磨刚性组件，所述驱动装置驱动充水式变刚度柔性清洁薄膜上下运动，所述耐磨刚性组件镶嵌在充水式变刚度柔性清洁薄膜的前表面上，所述充水式变刚度柔性清洁薄膜的上方对称设置有两个薄膜入水口，所述充水式变刚度柔性清洁薄膜的前表面上设置有若干薄膜出水口，所述充水式变刚度柔性清洁薄膜内设置有充水腔体，所述薄膜入水口的直径大于薄膜出水口的直径。

优选地，所述驱动装置包括同步带轮、两个同步带和步进电机，两个同步带安装于充水式变刚度柔性清洁薄膜的两侧，两个同步带带动清洁薄膜上下运动，实现污染物的快速清洁，所述步进电机驱动主动轮转动，进而带动同步带轮转动，带动同步带运动。

优选地，若干耐磨刚性组件在充水式变刚度柔性清洁薄膜的排布方式为中心交错分布。

优选地，所述薄膜的进水口直径大于出水口直径。

优选地，所述仿生锥直型喷嘴的喷嘴后方为等距分布的仿生凹槽。

优选地，所述充水腔体为矩形腔体。

本发明所述的基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置的有益效果为：

1、本发明所述的基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置，原理新颖，首次将仿生领域的动物瞬膜清洁眼球的功能应用到工程领域中的移动机器人摄像头视野清洁装置。

2、本发明所述的基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置，成本低，使用水作为清洗介质，相对于超声波清洗，静电除尘和自清洁高分子薄膜等清洁技术具有成本低的特点，水在自然界中大量存在且容易获得，而超声波和静电除尘需要专门的设备，仿生变刚度刚柔结构清洁薄膜可重复使用清洁污染物，而自清洁高分子薄膜制备不便且成本高昂。

3、本发明所述的基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置，无污染，相对于使用化学试剂清洗，使用水作为清洗介质具有无污染的特点，使用化学试剂会在镜头表面留下残留物，且可能还会对镜头表面进行腐蚀。

4、本发明所述的基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置，清洁范围广，无论是对附着在摄像头上的干燥灰尘、沙石或润湿的泥浆等污染物均可快速清洁。

5、本发明所述的基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置，节约能源，本文设计的仿生锥直型喷嘴能够产生更大的打击力，在喷嘴入口处输入相同的水压要比普通喷嘴具有更高的打击力及冲击波。

6、本发明所述的基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置，将仿生瞬膜清洁装置、仿生锥直型喷嘴和空气放大装置并联组合，具有清洁范围广、效率高、可靠性高的特点。

7、本发明所述的基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置，具有原理新颖、结构简单、清洁范围大等优点，对于非结构化环境下工作的移动机器人摄像头污染物的清除具有重大意义。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明所述的一种基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置的结构示意图；

图2是本发明所述的仿生变刚度刚柔结构清洁薄膜结构示意图；

图3是图2的a-a剖视图；

图4是图2的b-b剖视图；

图5是本发明所述的仿生锥直型喷嘴结构示意图；

图6是图5的a-a剖视图；

其中，1-仿生瞬膜清洁装置；2-空气放大装置；3-仿生锥直型喷嘴；4-喷嘴进水口；5-空气放大装置进气口；6-同步带轮；7-同步带；8-步进电机；9-充水式变刚度柔性清洁薄膜；10-耐磨刚性组件；11-薄膜入水口；12-薄膜出水口；13-充水腔体；14-仿生凹槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

具体实施方式一：参见图1-6说明本实施方式。本实施方式所述的基于仿生瞬膜的移动机器人摄像头视野综合清洁装置，包括仿生瞬膜清洁装置1、空气放大装置2和仿生锥直型喷嘴3，所述仿生瞬膜清洁装置1、空气放大装置2和仿生锥直型喷嘴3并联连接，所述空气放大装置2设有空气放大装置进气口5，用于输送压缩空气，其内设置有由导风装置组成的科恩达效应结构，实现由压缩空气中输出的气流引导大量的外部空气的定向流动，从而产生清洁效果，所述仿生锥直型喷嘴3用于喷射水流，去除摄像头表面污染物；

所述仿生瞬膜清洁装置1包括驱动装置、充水式变刚度柔性清洁薄膜9和若干耐磨刚性组件10，所述驱动装置驱动充水式变刚度柔性清洁薄膜9上下运动，所述耐磨刚性组件镶嵌在充水式变刚度柔性清洁薄膜9的前表面上，所述充水式变刚度柔性清洁薄膜9的上方对称设置有两个薄膜入水口11，所述充水式变刚度柔性清洁薄膜9的前表面上设置有若干薄膜出水口12，所述充水式变刚度柔性清洁薄膜9内设置有充水腔体13，所述薄膜入水口11的直径大于薄膜出水口12的直径。薄膜拥有左右对称的两个大直径进水口和若干个小直径出水口，以保证薄膜充水膨胀，具有一定的表面张力。

所述驱动装置包括同步带轮6、两个同步带7和步进电机8，两个同步带7安装于充水式变刚度柔性清洁薄膜9的两侧，两个同步带7带动清洁薄膜上下运动，实现污染物的快速清洁，所述步进电机8驱动主动轮转动，进而带动同步带轮6转动，带动同步带7运动。

若干耐磨刚性组件10在充水式变刚度柔性清洁薄膜9的排布方式为中心交错分布。

本发明将仿生瞬膜清洁装置、仿生锥直型喷嘴和空气放大装置并联组合，，清洁过程互不影响，针对不同的污染物可选取不同的清洁方式，实现准确高效地对污染物进行清洁。仿生瞬膜清洁装置由充水式变刚度柔性清洁薄膜9、耐磨刚性组件10、同步带轮6、同步带7和步进电机8组成。引用多生物耦合仿生原理将矛隼瞬膜清洁功能和臭蜣螂体表减阻耐磨的特殊结构进行耦合，实现对仿生变刚度刚柔结构清洁薄膜的设计。将充水式变刚度柔性清洁薄膜9和耐磨刚性组件10通过镶嵌结构相组合，同步带7带动清洁薄膜9上下运动，实现污染物的快速清洁。

所述仿生瞬膜清洁装置1上方为薄膜入水口11，通过对清洁薄膜9进行充水来改变清洁薄膜的刚度，从而增大清洁薄膜与污染物的接触面积并提高其抵抗外部载荷的能力。为使薄膜内部充水腔体13体积更大，采取矩形腔体增大腔体容水量，使薄膜变形量更大从而增大薄膜表面刚度。在清洁薄膜清洁过程，只有贴近摄像头一侧的薄膜具有清洁作用，而薄膜充水变形是作用于薄膜两侧而使两侧都发生变形，为使薄膜变形方向都朝清洁污染物一侧方向变形，因此，设计一个硬质薄板和远离摄像头一侧的薄膜进行镶嵌，从而抵抗薄膜向远离摄像头方向进行变形。薄膜的进水口11直径大于出水口12直径，可以使薄膜充水膨胀从而达到更好的清洁效果。薄膜两端为同步带装置7的连接处，同步带7带动清洁薄膜上下运动，实现污染物的快速清洁。

空气放大装置2设有进气口5，用于输送压缩空气。由导风装置组成的科恩达效应的结构，可以实现由压缩空气中输出的气流引导大量的外部空气的定向流动，从而产生清洁效果。基于科恩达效应的空气放大装置中导风装置的上、下表面间的狭小间隙形成科恩达效应结构。空气放大装置2由于利用科恩达效应，气流稳定，没有震动，节约了压缩空气。

仿生锥直型喷嘴3内部的非光滑仿生凹槽14在接入段均匀分布，喷嘴内部射流由于反向旋转的流向涡和仿生沟槽顶部间的相互作用生成了小的二次涡，正是由于仿生沟槽的存在制约了流向涡展向的运动，进而使得壁面猝发变弱，最终致使壁面的摩阻力降低，从而提高喷嘴出口的打击力，使得污染物得到有效的清洁。

仿生锥直型喷嘴3将仿生学中的表面非光滑减阻技术应用到喷嘴内部，提高仿真锥直型喷嘴水射流的打击力，能够高效的去除表面污染物。仿生锥直型喷嘴内部的仿生凹槽14的排布方式影响喷嘴出口水射流的打击力的大小。本发明中的仿真锥直型喷嘴内部的仿生凹槽采用均匀排布的方式。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。