一种清洁机器人的制作方法

1.本发明涉及清洁设备技术领域，具体来说，涉及一种清洁机器人。


背景技术：

2.随着科技的进步，自动化设备的应用越来越广泛，为了让人们节省维护居家的清洁环境的时间与体力，目前市面上出现自动清扫地面的清洁机器人，此种清洁机器人可以在屋内或室外自动行走，并在行走的过程中利用清洁机器人底部的清洁刷(包括边刷及滚刷)集中灰尘与垃圾后，再将灰尘与垃圾吸入清洁机器人的集尘盒中，以达到自动清扫地面的目的。
3.传统产品给清洁机器人的刷毛放水部分普遍使用电磁阀控制开关，在刷盘上方打孔使水顺刷盘流下的方式，这种方案在刷盘转动时水受离心力作用会甩到清洁设备外侧，造成更大面积的漏水或者污染，因为这样的问题需要在刷盘外侧包一圈挡水刷毛。在机器停止工作或者需要临时抬起清洁装备时(比如通过不能清洁的区域)水会从刷盘继续滴下造成该区域的污染。
4.同时，传统清洁机器人具有结构复杂，制造成本高，设备维护困难等问题。
5.针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种清洁机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种清洁机器人，包括本体、车身、清洁模组，所述本体、车身、清洁模组通过分体式连接，所述车身内部设置车身电机，所述车身电机(10)与车身框架连接；
9.所述本体顶部安装激光传感器且下方安装激光雷达或3d相机，所述本体中间安装有储水桶，所述储水桶上方有多个穿板接头且安装有风机；
10.所述车身具有横梁与纵梁，所述横梁与纵梁相接，所述车身上设置小段横梁，用于清洁模组的限位；
11.所述清洁模组安装有传动轴且传动轴上具有滚刷，所述传动轴一侧设置垃圾斗，所述垃圾斗与传动轴之间安装柔性挡板，所述传动轴上方设置垃圾导向板，所述清洁模组设置有电动推杆，所述电动推杆驱动清洁模组上抬或下放，所述清洁模组连接吸扒，所述吸扒附带胶条；
12.进一步地，所述滚刷上方设置有滚刷驱动电机，所述滚刷驱动电机固定在清洁模组框架的安装座上且安装座左右滑动，用以调节同步带松紧。
13.进一步地，所述车身下方设置动力轮，所述动力轮安装于安装横梁上。
14.进一步地，所述动力轮前方设置从动轮，所述从动轮采用双排轮结构。
15.进一步地，所述动力轮下方一侧安装有三通或四通管，所述三通或四通管的另一侧接通风机排风管。
16.进一步地，所述传动轴两侧依次安装传动轴固定挡板，轴承，同步轮，锁定螺丝和传动轴，所述传动轴固定挡板使用螺丝与清洁模组框架连接。
17.进一步地，所述清洁模组安装有固定梁，用于固定电动推杆的推杆电机及过滤系统。
18.进一步地，所述垃圾斗由两个铝槽组成，所述铝槽底部打孔用于排水。
19.进一步地，所述储水桶桶内安装有污水泵、进水管、电路电子设备，所述污水泵通过水冷散热，所述进水管为软管，所述电路电子设备采用柔性材料制成。
20.进一步地，所述传动轴外侧安装有传动轴固定挡板。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.(1)传统的清洁机器人结构复杂，制造成本高，设备维护困难，该发明将清洁机器人整体进行了设计，使得机器人部件大量减少，生产、装配、维护更加容易。
23.(2)该发明没有采用清洁机器人普遍采用的刷盘设计，使用滚刷设计可以更加灵活的根据场景调节清洁效果，更容易调整清洁宽度，同时更加节能。
24.(3)该发明将清洁机器人按照功能模块拆分成了车身、清洁模组、运动本体三大模块，使得未来产品使用中可以分开运输，降低对车辆容积和车型要求，研发时可以分布设计和迭代而不互相影响，装配时可以根据工厂能力分开生产加工。
25.(4)传统产品普遍使用滚塑，即塑胶工艺，该工艺生产过程中非常不环保，模具修改成本高，成品良品率低于70％。本研究中大量使用金属加工工艺，使用标准材料进行焊接或锁定，生产工艺得到极大简化，解决了环保问题同时降低了研发迭代成本。
26.(5)传统近似产品中普遍采用刷盘前置，驱动轮中置，吸扒后置的结构，其设计思路是防止轮子在清洁后的地面留下痕迹，但由此造成了清洁设备转弯半径大、转动阻力大、洗地过程中漏水。本研究用将清洁模组全部前置，从根本上解决了这些问题，基于本机器人较好的清洁效果轮子不会在地面留下压痕。
27.(6)传统清洁产品中采用刷盘方案的只有单独洗地功能，使用双滚刷方案的有具备清扫功能的设备，本研究中利用单个电机，根据详细测算仿真和验证，利用了电机、刷毛、水的特性使用单滚刷实现了清扫清洗一体的设计，该设计减少了设备部件的同时，降低的设备的故障率减少了耗材使用。
28.(7)传统产品中极少使用的滚刷方案是双滚刷，利用双滚刷相反方向运动将垃圾夹起，该方案需要两个滚刷、两套电机及传动系统。本系统使用的单滚刷除了虽然数量更少，但是由于转速更高所以清洁能力更强，在易损地面上对地面保护更好，同时在控制系统上设计了与机器人通向和反向的两种旋转方式，来适应不同的清洁要求。
29.(8)传统产品一个机器人只能完成固定的清洁工作，本发明涉及清洁模组，基于模块化设计的清洁模组可以根据应用场景灵活切换为不同功能的模块，比如清扫、清洗、打磨、抛光、洁净、地毯养护等。
30.(9)传统产品在清洁给刷毛放水部分普遍使用电磁阀控制开关，在刷盘上方打孔使水顺刷盘流下的方式，这种方案在刷盘转动时水受离心力作用会甩到清洁设备外侧，造成更大面积的漏水或者污染，因为这样的问题需要在刷盘外侧包一圈挡水刷毛。在机器停止工作或者需要临时抬起清洁装备时(比如通过不能清洁的区域)水会从刷盘继续滴下造成该区域的污染。本方案使用的滚刷方案旋转方向从于刷盘方向不同，水飞溅的方向变成
前后方向，而前后方向都是清洁机器人通过区域所以可以自动清洁干净。在放水部分本研究没有采用点次方控制自然流水的方式，而是采用了控制电机工作，利用压力使清水雾化的方式，该设计可以更加节水，更加均匀，在需要临时停止工作时不会造成二次污染。在结构上减少了电磁阀的应用减少了部件、布线，降低了制造和使用成本。
31.(10)传统机器人产品有出现过水循环系统，水过滤系统安装在无水箱内部，这种设计的问题是过滤器更换不方便；滤芯使用情况不易观察；过滤器需要额外打孔才能将水送出水箱，增加漏水风险；过滤芯在无水箱内有更多卫生死角，难以清洁，滋生细菌后清洁机器人所到之处会二次污染。本研究将过滤系统外置，方便观察更换滤芯，且其安装位置不存在易损部件不会因为设备漏水造成机器人损坏。
32.(11)清洁机器人的污水箱在工作过程中积累大量的垃圾和污垢，传统产品要每天清洁机器人内部，才能保证内部干净，进而保证无水箱水不会发臭，延长设备使用寿命，本设计解决了污水桶自动清洁的问题。
33.(12)传统产品为了使污水桶的污水排干净普遍采用污水桶接近底部位置打孔或预留管道，在机器人长期运动场景下，这些部位易出现劳损和破坏进而造成漏水损坏机器人。本研究中使用了特殊的水泵结构，使得污水桶内水泵更加节能，且可以粉碎大块垃圾以保证机器人系统可以长时间运行。
34.(13)传统产品的清洁模组多采用多连杆方式或者多个单独连杆进行控制，结构上较为复杂，不方便调整。本发明中之只采用了一个连杆运动将两套模组同时控制，结构更加简单更加可靠。
35.(14)传统产品的连杆部分普遍是刚性链接，当清洁模组碰到地面隆起区域时可能造成机构损坏，部分产品使用弹簧来保证对地压力。本研究中使用了柔性链接方式，在清洁地面不平整或有上下坡的情况下清洁模组既可以紧贴地面保证清洁效果，又能够适应地面进行抬起，相比使用弹簧产生对地压力的方案，本方案更加简单且下压力更均衡。
36.(15)传统产品的清洁模组的前方有承重轮结构，如果机器人出现前方悬空情况则可能会造成前轮卡住甚至机器人跌落的风险，即使有防跌落传感器也有传感器失灵或无法检测的情况，仍然有向前倾倒的风险。本发明清洁模组是有限位的悬臂梁结构，当清洁模组全部悬空的情况下仍然没有前倾的风险。
37.(16)传统产品吸水风机仅用于吸水没有其他用途，本发明中除了将风机用于吸水，还利用风机排除的风吹干了清洁过的地面，使地面快速干燥防止地滑给人造成安全隐患，同时引了分管给驱动电机帮助驱动电机散热，延长驱动电机使用寿命。
38.(17)传统产品一般是在底部安装2d激光用于避障，中间安装2d或3d激光用于机器人位置判断，随着3d激光国产化多数厂家都选用的3d激光方案作为导航避障方案。本发明中使用了1个2d激光进行导航，另外安装3d相机或2d激光用于避障，发挥了2d激光的优势，在成本上更低，可靠性更高。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获
得其他的附图。
40.图1是本发明一种清洁机器人结构示意图；
41.图2是本发明一种清洁机器人结构示意图；
42.图3是本发明一种清洁机器人结构示意图；
43.图4是本发明一种清洁机器人的清扫模组结构示意图；
44.图5是本发明一种清洁机器人的车身结构示意图；
45.图6是本发明一种清洁机器人的本体结构示意图；
46.图7是本发明一种清洁机器人的清扫模组不同部件结构示意图；
47.图8是本发明一种清洁机器人的清扫模组不同部件结构示意图；
48.图9是本发明一种清洁机器人的清扫模组不同部件结构示意图；
49.图10是本发明一种清洁机器人的清扫模组不同部件结构示意图；
50.图11是本发明一种清洁机器人的储水桶顶部部件结构示意图；
51.图12是本发明一种清洁机器人的清扫模组不同部件结构示意图；
52.图13是本发明一种清洁机器人的清扫模组不同部件结构示意图。
53.图中：1.本体，2.车身，3.清洁模组，4.储水桶，5.穿板接头，6.风机，7.横梁，8.纵梁，9.小段横梁,10.车身电机,11.动力轮，12.安装横梁，13.传动轴，14.传动轴固定挡板，15.轴承，16.同步轮，17.锁定螺丝，18.滚刷驱动电机，19.垃圾斗，20.柔性挡板，21.垃圾导向板，22.滚刷，23.过滤系统，24.电动推杆，25.吸扒，26.从动轮，27.水位传感器，28.水泵出水管，29.清水进管，30.污水进水管。
具体实施方式
54.下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述：
55.如图1
‑
13所示，一种清洁机器人，包括本体1、车身2、清洁模组3，所述本体1、车身2、清洁模组3通过分体式连接，所述车身2内部设置车身电机10，所述车身电机(10)与车身框架连接；
56.清洁机器人的三个模组，分别为本体1、车身2、清洁模组3，模组使用三个标准间链接，通过结构进行安装和限位。
57.所述本体1顶部安装激光传感器且下方安装激光雷达或3d相机，所述本体1中间安装有储水桶4，所述储水桶4上方有多个穿板接头5且安装有风机6；
58.储水桶4内部分别为水位传感器27、水泵出水管28、清水进管29、污水进水管30，所述清水进管29清水进水口下面设置注水阀，当水位超过阀门时会自动切断进水通路，防止水过多溢出；水位传感器检测水位高低，防止注水过多溢出，注水过少烧毁污水电机或无法执行清洁任务。
59.如下方采用激光雷达，该雷达与地面如果产生一个夹角(如20度)，可利用该角度进行低矮障碍物检测、防跌落检测，避免机器人盲区。
60.本体1中间为储水桶4，该水桶初期工作时装清水，开始工作后抽进污水，利用污水循环泵泵给前方过滤系统，重新使用。
61.储水桶4上方留有多个穿板接头，用于接入风机进风口，进水口和出水口。
62.所述车身2具有横梁7与纵梁8，所述横梁7与纵梁8相接，所述车身2上设置小段横
梁9，用于清洁模组3的限位；小段横梁9加强固定车身。
63.在机器人下纵梁贯穿车身，下横梁与下纵梁对接，这样完整贯穿式的纵梁在机器人承重方向上使横梁与纵梁连接处受力较少或不受力，从而提高车身刚性，车身框架的垂直柱都落在纵梁上，没有利用螺栓强度和连接块摩擦力承重，从而保证车身强度，车身各柱与上层纵梁连接，将车身中间的向下的力转换为对上纵梁的压缩力，本设计使用的铝合金材料具有较好的机械强度和较高的屈服强度，所以进而提高了车身刚性，清洁机器人上方小段横梁9突出于其他结构部分，用于给清洁模组做限位，动力轮安装横梁由一根加强横梁横向贯穿，中间无接缝或连接点使动力轮支撑部分充分发挥强度优势。
64.所述清洁模组3安装有传动轴13且传动轴13上具有滚刷22，所述传动轴13一侧设置垃圾斗19，所述垃圾斗19与传动轴13之间安装柔性挡板20，当滚刷22逆时针旋转工作模式时辅助垃圾向垃圾斗内运动，同时柔性材料避免与地面的刚性碰撞，当滚刷22顺时针旋转时，通过弧形柔性材料制造的垃圾导向板，将垃圾顺时针抛入垃圾斗内。根据流体力学中流速与腔体关系流速垃圾进入柔性材料时受空气动力影响向上运动，随着滚刷与垃圾导向板宽度加大速度逐渐降低，直到进入垃圾斗内。
65.所述传动轴13上方设置垃圾导向板21，所述清洁模组3设置有电动推杆24，所述电动推杆24驱动清洁模组上抬或下放。
66.电动推杆24与清洁模组3的框架使用柔性链接模式，不限于钢丝、一或多级链条结构，此设计可以让清洁模组始终受重力作用对地面产生一定压力，起到清洁效果，此外当地面出现上坡、下坡、起伏路况时冲击不会直接冲击到车体。
67.清洁模组3作为刚性结构，重心在一个固定位置，其重心位置随清洁模组3抬起的高度进行变化，其轨迹为以铰链为圆心，以铰链到重心位置为半径。其方向为垂直向下。忽略垃圾的重量其重量为一个常量，重量除以9.8n/kg为重力的大小。其在清洁状态时角度接近水平，随着上抬向下的力被铰链到清洁模组中间的链接结构所分担，向下的重力逐渐减小。可简化为清洁模组抬起角度为θ，则清洁模组向下的重力分量为cos(θ)。所以该结构的特点是从水平启动需要的力越大，随着模组抬起越来越省力。电动推杆的拉力推杆两端所受拉力，电动推杆与清洁模组受重力方向顺时针旋转力方向的角度越小力越有效的作用在清洁模组上。推杆下部与清洁模组上的连接点在结构上可以水平方向在模组上移动选择更好的位置，其作用点距离铰链(转动中心)越远则力臂越大，杠杆越省力。设铰链到推杆链接点距离为k，推杆安装与水平角度为α，则推杆向上拉力为cos(90
‑
α)，使k*cos(90
‑
α)小于推杆有效拉力，则推杆可以拉起清洁模组，根据不同电机和减速器的的特性进行选择。
68.所述清洁模组3连接吸扒25，所述吸扒25附带胶条；吸扒25通过一个金属结构与清洁模组3主体框架进行链接，吸扒25所带的胶条随着使用时间延长会发生磨损需要拆卸维护，拆卸时可以松开左边的快拆螺丝将吸扒整体拆下。安装胶条后或调整清洁模组3角度、高度或者前后位置后，通过调整清洁吸扒25与清洁模组3中间的连接件位置来调节吸扒25对地的压力。
69.根据上述内容，所述滚刷22上方设置有滚刷驱11动电机，所述滚刷驱动电机固定在清洁模组3框架的安装座上且安装座滑动，用以调节同步带松紧。
70.根据上述内容，所述车身2下方设置动力轮11，所述动力轮11安装于安装横梁12上。两个动力轮11的距离比车体更宽越宽越好，接近或超过车体外侧，在保证车体强度的同
时增加了动力轮11轮距，使得机器人在转向时获得更大的力臂，在左右轮计算差速里程时获得更好的航向角精度。
71.根据上述内容，所述动力轮11前方设置从动轮26，所述从动轮26采用双排轮结构。从动轮26采用双排轮结构，双排轮比单排轮在转向时可以利用差速运动从而减少摩擦力。本机器人设计的使用场景中可能存在排水沟或电梯夹缝，双排轮可有效避免机器人从动轮26卡在这些障碍位置无法脱困。
72.从动轮26的结构设置也可根据使用场所的地面环境选择一组或多组单轮或双轮结构，多种选择供用户参考。
73.根据上述内容，所述动力轮11下方一侧安装有三通或四通管，所述三通或四通管的另一侧接通风机排风管。此处结构另一头连接风机排风管，可利用风机散风吹干地面并辅助动力电机进行散热。
74.根据上述内容，所述传动轴13两侧依次安装传动轴固定挡板14，轴承15，同步轮16，锁定螺丝17和传动轴13，所述传动轴固定挡板14使用螺丝与清洁模组3框架连接。
75.根据上述内容，所述清洁模组3安装有固定梁7，用于固定电动推杆24的推杆电机及过滤系统。
76.根据上述内容，所述垃圾斗19由两个铝槽成，所述铝槽底部打孔用于排水。
77.垃圾斗可不采用铝槽而改用一体挤出式成型工艺或者塑胶工艺可以降低量产成本。
78.根据上述内容，所述储水桶4桶内安装有污水泵、进水管、电路电子设备，所述污水泵通过水冷散热，所述进水管为软管，所述电路电子设备采用柔性材料制成。储水桶4桶内安装污水泵，污水泵通过水冷散热，所以无需额外风道设计噪音小，能耗低。桶内进水管使用较细直径的软管，可以增加水的压力，在注水时软件在桶内随机摆动，可以有效的清洁桶壁。
79.本体1内安装了一块材料用于安装电路电子设备。该材料使用弹簧等柔性连接方式，避免了车体震动对电子器件的损伤。其安装高度与水桶底边形成了高度差。在设计上实现了水电分离，有效的避免了因漏水造成的设备损坏，减少安全隐患。
80.根据上述内容，所述传动轴13外侧安装有传动轴固定挡板23。
81.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限定本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。