一種具有環(huán)境認(rèn)知功能的智能清潔機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有環(huán)境認(rèn)知功能的智能清潔機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上的清潔機(jī)器人的智能化程度普遍較低，而且功能比較單一。大部分清潔機(jī)器人都是根據(jù)一些簡單的輕觸開關(guān)檢測是否碰撞到障礙物，發(fā)生碰撞后稍微調(diào)整角度后重新前進(jìn)，如此循環(huán)地進(jìn)行清掃，這種隨機(jī)性的清潔方式大部分情況下會(huì)造成某些清潔區(qū)域會(huì)反復(fù)清掃，而一些衛(wèi)生死角則無法到達(dá)的狀況，并且在走動(dòng)人員較多的情況下效果會(huì)更加嚴(yán)重。對于一些清潔環(huán)境較為復(fù)雜的條件下，由于清潔機(jī)器人無法預(yù)知當(dāng)前環(huán)境情況，從而使得清潔的效果和效率都是不能讓人滿意的。這些實(shí)用性清潔機(jī)器人的功能擴(kuò)展空間是很大的，但目前往往都是局限在清掃這單一功能上。綜合上述目前清潔機(jī)器人的清潔效果差、功能單一以及價(jià)格昂貴的狀況，因此大部分的消費(fèi)者都不會(huì)選擇購買這類型的
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種具有環(huán)境認(rèn)知功能的智能清潔機(jī)器人。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。
[0005]—種具有環(huán)境認(rèn)知功能的智能清潔機(jī)器人，包括有上層模板、底層模板及充電座，所述上層模板包括有中央處理器模塊一及與中央處理器模塊一連接USB接口模塊、以太網(wǎng)口模塊、SD卡模塊、無線路由器模塊、攝像頭模塊、激光雷達(dá)模塊，所述下層模板包括有中心處理器模塊二及與中心處理器模塊二連接的電源模塊、按鍵模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)開關(guān)電路模塊、電機(jī)控制信號緩沖模塊、編碼器模塊、碰撞開關(guān)模塊、紅外線發(fā)射模塊及串口模塊，所述充電座包括有中心處理器芯片及LED燈模塊燈。
[0006]其中，所述中央處理器模塊一為Cortex AS處理器。
[0007]其中，所述中央處理器模塊二為STM32處理器。
[0008]其中，所述中心處理器芯片為STC89C51處理芯片。
[0009]其中，所述上層模板與所述下層模板之間通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
[0010]其中，所述一種具有環(huán)境認(rèn)知功能的智能清潔機(jī)器人設(shè)有手機(jī)連接、視頻監(jiān)控、手動(dòng)構(gòu)圖、自動(dòng)構(gòu)圖、自動(dòng)清掃、虛擬墻設(shè)置、自動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)回充電座功能。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明所述的一種具有環(huán)境認(rèn)知功能的智能清潔機(jī)器人，包括有上層模板、底層模板及充電座，所述上層模板包括有中央處理器模塊一及與中央處理器模塊一連接USB接口模塊、以太網(wǎng)口模塊、SD卡模塊、無線路由器模塊、攝像頭模塊、激光雷達(dá)模塊，所述下層模板包括有中心處理器模塊二及與中心處理器模塊二連接的電源模塊、按鍵模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)開關(guān)電路模塊、電機(jī)控制信號緩沖模塊、編碼器模塊、碰撞開關(guān)模塊、紅外線發(fā)射模塊及串口模塊，所述充電座包括有中心處理器芯片及LED燈模塊燈。
[0012](I)構(gòu)建環(huán)境地圖；目前市面上的清潔機(jī)器人由于缺少感知周圍環(huán)境的傳感器，因此只能通過反復(fù)隨機(jī)碰撞修正的方法來遍歷清掃，從而導(dǎo)致覆蓋不完全而且效率低的清潔效果；本發(fā)明利用了激光雷達(dá)傳感器，以及構(gòu)圖與定位的技術(shù)，可以將周圍的清潔環(huán)境以地圖的形式保存；完成地圖的構(gòu)建之后，智能機(jī)器人就可以根據(jù)獲得的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的操作，而不是盲目地隨機(jī)尋找路徑；用戶也可以在手機(jī)上查看地圖圖片，獲知當(dāng)前機(jī)器人所在的位置以及清掃的進(jìn)度，避免了過往中需要人手尋找機(jī)器人所在位置和檢查房間是否已經(jīng)清掃的繁瑣操作。
[0013](2)全覆蓋智能清掃；由于清潔機(jī)器人保存了整個(gè)清掃區(qū)域的地圖數(shù)據(jù)，所以在進(jìn)行清掃的過程中，可以根據(jù)地圖計(jì)算出最高效的清潔路徑進(jìn)行清掃，因此可以有效解決部分區(qū)域重復(fù)清掃而衛(wèi)生死角無法到達(dá)的問題；在進(jìn)行清掃的過程，若路徑上出現(xiàn)行走的人員阻擋，通過激光雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)避障，無需發(fā)生碰撞后才能檢測出障礙物，避免與行人碰撞時(shí)存在的安全隱患；發(fā)現(xiàn)障礙物后會(huì)重新計(jì)算路徑，并且保存行人所在區(qū)域?yàn)槲辞鍜?，便于后期對這個(gè)區(qū)域重新清掃；當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入死節(jié)點(diǎn)之后，能夠通過A*算法，尋找出最優(yōu)的逃離路徑至未清掃區(qū)域，繼續(xù)完成清潔，整個(gè)清潔過程無需人工協(xié)助。當(dāng)完成清掃操作后，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)返回起點(diǎn)。
[0014](3)手機(jī)遙控；利用手機(jī)客戶端上的軟件程序，用戶可以直接通過手機(jī)對機(jī)器人進(jìn)行操作，避免尋找遙控器的麻煩；在手機(jī)客戶端上除了可以對機(jī)器人進(jìn)行直走、轉(zhuǎn)彎等基本操作外，還可以查看整個(gè)地圖文件以及已經(jīng)清掃過的區(qū)域；若用戶需要機(jī)器人到達(dá)某個(gè)指定區(qū)域時(shí)，可以在手機(jī)上的地圖圖片上點(diǎn)取目標(biāo)點(diǎn)，清潔機(jī)器人收到目標(biāo)坐標(biāo)后開始進(jìn)行智能導(dǎo)航，尋找最優(yōu)路徑到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，這個(gè)功能可以使得用戶方便地控制機(jī)器人更有針對性地進(jìn)行清潔，不需要手動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人到不同地方。
[0015](4)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控；本發(fā)明上裝有攝像頭并且連接到服務(wù)器上，因此用戶可以通過手機(jī)終端通過網(wǎng)絡(luò)連接到機(jī)器人上，就可以接收到清潔機(jī)器人上的攝像頭傳輸過來的圖像數(shù)據(jù)，因此盡管沒人在家里的時(shí)候，也可以隨時(shí)掌握家里的情況，起到了實(shí)時(shí)監(jiān)控的作用。
[0016](5)自動(dòng)尋找并返回充電座；當(dāng)清潔機(jī)器人需要充電的時(shí)候，無需人為地為它插上電源，只需要啟動(dòng)相應(yīng)充電功能，機(jī)器人就可以自動(dòng)尋找紅外信號并返回充電座進(jìn)行充電；其最大的特點(diǎn)是機(jī)器人在紅外作用范圍外的時(shí)候，可以貼著墻壁一直尋找紅外信號，當(dāng)進(jìn)入紅外作用范圍內(nèi)的時(shí)候，才開始逐步向充電座靠近，直到準(zhǔn)確地連接起來之后，才會(huì)停止移動(dòng)并開始充電。
【附圖說明】
[0017]下面利用附圖來對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，但是附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。
[0018]圖1為本發(fā)明的底層模板結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明的電源14.4V轉(zhuǎn)12V電路圖；
圖3為本發(fā)明的電源14.4V轉(zhuǎn)5V電路圖；
圖4為本發(fā)明的電源5轉(zhuǎn)3.3V電路圖； 圖5為本發(fā)明的串口電平轉(zhuǎn)換電路圖；
圖6為本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖；
圖7為本發(fā)明的電機(jī)控制信號緩沖電路圖；
圖8為本發(fā)明的編碼器電路圖；
圖9為本發(fā)明的電機(jī)開關(guān)電路圖；
圖10為本發(fā)明的碰撞開關(guān)電路圖；
圖11為本發(fā)明的紅外發(fā)射電路圖；
圖12為本發(fā)明的紅外接收電路圖；
圖13為本發(fā)明的上層模板架構(gòu)圖；
圖14為本發(fā)明的功能結(jié)構(gòu)圖；
圖15為本發(fā)明的與手機(jī)通信原理流程圖；
圖16為本發(fā)明的判斷NAT類型原理圖；
圖17為本發(fā)明的STUN原理圖；
圖18為本發(fā)明的發(fā)送圖像原理圖；
圖19為本發(fā)明的手機(jī)APP接收圖像原理圖；
圖20為本發(fā)明的充電座結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體的實(shí)施方式來對本發(fā)明進(jìn)行說明。
[0020]如圖1-20所示，一種具有環(huán)境認(rèn)知功能的智能清潔機(jī)器人，包括有上層模板、底層模板及充電座，所述上層模板包括有中央處理器模塊一及與中央處理器模塊一連接USB接口模塊、以太網(wǎng)口模塊、SD卡模塊、無線路由器模塊、攝像頭模塊、激光雷達(dá)模塊，所述下層模板包括有中心處理器模塊二及與中心處理器模塊二連接的電源模塊、按鍵模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)開關(guān)電路模塊、電機(jī)控制信號緩沖模塊、編碼器模塊、碰撞開關(guān)模塊、紅外線發(fā)射模塊及串口模塊，所述充電座包括有中心處理器芯片及LED燈模塊燈。
[0021]進(jìn)一步的，所述中央處理器模塊一為Cortex AS處理器。
[0022]進(jìn)一步的，所述中央處理器模塊二為STM32處理器。
[0023]進(jìn)一步的，所述中心處理器芯片為STC89C51處理芯片。
[0024]進(jìn)一步的，所述上層模板與所述下層模板之間通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
[0025]更進(jìn)一步的，所述一種具有環(huán)境認(rèn)知功能的智能清潔機(jī)器人設(shè)有手機(jī)連接、視頻監(jiān)控、手動(dòng)構(gòu)圖、自動(dòng)構(gòu)圖、自動(dòng)清掃、虛擬墻設(shè)置、自動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)回充電座功能。
[0026]需更進(jìn)一步的解釋，如圖1所示，本發(fā)明底層控制板包括STM32中央處理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)控制信號緩沖模塊、編碼器模塊、電機(jī)開關(guān)電路模塊、碰撞開關(guān)模塊、紅外線模塊、串口模塊等；其中，串口模塊用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明底層模板與上層模板之間的通信；通信的主要數(shù)據(jù)包括串口調(diào)試數(shù)據(jù)和上層模板的控制信息等，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用于控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)快慢和方向；電機(jī)控制信號緩沖模塊用于連接STM32和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片之間，避免電機(jī)的反饋電壓帶給STM32影響；編碼器模塊用于獲取電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，計(jì)算車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度；電機(jī)開關(guān)模塊用于控制本發(fā)明上的掃地電機(jī)、抽風(fēng)電機(jī)等；碰撞開關(guān)模塊用于檢測本發(fā)明是否發(fā)生碰撞；紅外模塊用于接收充電座發(fā)給機(jī)器人底層模板的信號，用于控制機(jī)器人返回充電座；電源模塊用于提供各種電機(jī)和底層模板的電源。
[0027]如圖2所示，14.4V轉(zhuǎn)12V電路采用LM2575-12芯片。
[0028]如圖3所示，14.4V轉(zhuǎn)5V電路采用LM2375-5芯片。
[0029]如圖4所示，5轉(zhuǎn)3.3V電路采用AMSl 17-3.3芯片。
[0030]如圖6所示，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用TB6612FNG芯片。
[0031]如圖7所示，電機(jī)控制信號緩沖模塊采用74HC12?芯片。
[0032]如圖13所示，本發(fā)明上層板包括了 Cotex_A8中央處理器模塊、USB接口模塊、以太網(wǎng)口模塊、SD卡模塊、無線路由器模塊、攝像頭模塊、激光雷達(dá)模塊等；其中USB接口模塊用連接攝像頭模塊和激光雷達(dá)