一种多功能清污机器人

1.本实用新型属于环卫设备技术领域，具体涉及一种多功能清污机器人。


背景技术：

2.随着环境污染日益严重，存在于废弃沙滩和城市管网中的垃圾也越来越多，政府及企业需要投入大量人力物力去清理垃圾，而人工清理效果并不显著。城市管网在洪涝或大雨过后，地面会出现大量的淤泥，目前普遍采用人工或者推土机进行清淤工作。废弃海滩具有大量的淤泥和块状垃圾，人工清理十分困难。清洁机器人可以很好的替代人工进行垃圾清理，但是现有的清洁机器人大多数都存在功能单一的缺陷，例如只能抓取垃圾或清扫地面。
3.申请号为201520241007.2的中国专利公开了一种多功能智能垃圾处理机器人，该机器人通过六自由度机械手臂夹取块状固体垃圾，适用于常规环境的垃圾清洁，无法适用于例如城市管网、废弃海滩这种具有淤泥的环境，无法清理淤泥。
4.因此，本技术设计了一种多功能清污机器人，既能清理块状垃圾又能清理淤泥，尤其适用于城市管网和废弃海滩等环境。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种多功能清污机器人。
6.本实用新型解决所述技术问题所采用的技术方案是：
7.一种多功能清污机器人，包括底盘、机械臂、主控模块、超声波测距模块和摄像头模块；其特征在于，该机器人还包括清淤组件，清淤组件包括铲斗、集污箱、吸污泵和绞龙；铲斗转动安装在底盘底部的前端，铲斗内转动安装有绞龙；铲斗通过吸污管与集污箱连接，集污箱位于底盘底部的后端，集污箱内设置有吸污泵。
8.该机器人还包括蓝牙通信模块，蓝牙通信模块能与移动终端内置的蓝牙模块配对连接，移动终端上安装有机器人控制小程序。
9.所述蓝牙通信模块的信号收发通信电路包括二极管d1、电阻r1、电阻r2、电解电容c1、电解电容c2、电容c3、电容c4和ic1a集成电路芯片；电阻r1的一端以及二极管d1的正极均与直流电源vcc相连，二极管d1的负极以及电阻r2、电解电容c1和电容c3的一端均与1c1a集成电路芯片的vin引脚相连，1c1a集成电路芯片的gnd引脚、电解电容c1的另一端以及电容c3的另一端接地；电阻r1以及电阻r2的另一端均与1c1a集成电路芯片的ce引脚相连；电容c4以及电解电容c2的一端均与1c1a集成电路芯片的vout引脚相连，1c1a集成电路芯片的vout引脚同时与电压输入端相连；1c1a集成电路芯片的引脚nc、电容c4的另一端以及电解电容c2的另一端均接地。
10.所述电阻r1的阻值为1kω，电阻r2的阻值为220kω；电解电容c1和c2的容量均为1μf、电容c3和c4的容量均为10μf。
11.所述机械臂包括基座转台、一号电机、下部支撑臂、二号电机、上部支撑臂和夹取组件；夹取组件包括三号电机、连接板、四号电机、左夹取机构和右夹取机构；左夹取机构和右夹取机构的结构相同，均包括齿轮、连杆和拾取爪；
12.基座转台转动安装在底盘上，基座转台上固定有支座，一号电机固定在支座的一侧；下部支撑臂下端的一侧与一号电机的输出轴连接，另一侧与支座的另一侧转动连接；二号电机固定在下部支撑臂上端的一侧，上部支撑臂下端的一侧与二号电机的输出轴连接，另一侧与下部支撑臂上端的另一侧转动连接；三号电机通过电机固定座安装在上部支撑臂的上端，连接板的一端与电机固定座连接；左夹取机构和右夹取机构与连接板的两侧连接，四号电机安装在连接板上，四号电机的输出轴穿透连接板与其中一个夹取机构的齿轮连接；齿轮具有伸出杆，伸出杆的末端与拾取爪的一端铰接；连杆的一端与连接板的另一端铰接，连杆的另一端与拾取爪的中部铰接；齿轮的转动中心与伸出杆和拾取爪的铰接点之间的部分、伸出杆和拾取爪的铰接点与连杆和拾取爪的铰接点之间的部分、连杆两个铰接点之间的部分、连杆和连接板的铰接点与齿轮的转动中心之间的部分共同构成曲柄摇杆结构；左、右两个夹取机构的两个齿轮相互啮合。
13.所述摄像头模块包括三号舵机、四号舵机、opencv摄像头、一号摄像头支撑架、二号摄像头支撑架和数据存储集成板；三号舵机安装在底盘上，一号摄像头支撑架固定在三号舵机的输出轴上，四号舵机安装在一号摄像头支撑架上，二号摄像头支撑架固定在四号舵机的输出轴上，opencv摄像头安装在四号舵机的输出轴上。
14.所述主控模块采用stm32f103rct6芯片。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
16.1.本机器人既能通过铲斗清理淤泥，又能通过机械臂拾取块状垃圾，克服了现有清洁机器人功能单一的缺陷，尤其适用于城市管网和废弃海滩等环境。
17.2.机器人通过蓝牙通信模块与移动终端进行双端通信，移动终端上安装机器人控制小程序，通过小程序控制机器人完成相关动作；同时通过蓝牙通信模块将采集的视频实时传输至移动终端，方便工作人员通过移动终端观察环境和清理过程。
18.3.红外线避障装置容易受到环境以及空气湿度影响而导致测距和避障不准确，本实用新型通过超声波测距模块可以有效实现机器人的避障，使得机器人更加适用于城市管网和废弃海滩等复杂环境。
附图说明
19.图1是本实用新型在一个视角下的整体结构示意图；
20.图2是本实用新型的底盘的底部结构示意图；
21.图3是本实用新型在另一个视角下的整体结构示意图；
22.图4是本实用新型的机械臂的结构示意图；
23.图5是本实用新型的夹取组件的结构示意图；
24.图6是本实用新型的蓝牙通信模块的信号收发通信电路图；
25.其中，1、底盘；2、机械臂；3、蓝牙通信模块；4、主控模块；5、超声波测距模块；6、摄像头模块；7、清淤组件；
26.101、步进电机；102、驱动轮；103、从动轮；104、蓄电池；201、基座转台；202、一号电
机；203、下部支撑臂；204、二号电机；205、上部支撑臂；206、三号电机；207、连接板；208、四号电机；209、齿轮；210、连杆；211、拾取爪；212、支座；213、电机固定座；209-1、伸出杆；501、二号舵机；601、三号舵机；602、四号舵机；603、opencv摄像头；604、一号摄像头支撑架；605、二号摄像头支撑架；701、铲斗；702、集污箱；703、吸污泵；704、绞龙；705、铲斗臂。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚完整地描述，但并不以此限定本技术的保护范围。
28.本实用新型提供了一种多功能清污机器人(简称机器人，参见图1-6)，包括底盘1、机械臂2、主控模块4、超声波测距模块5、摄像头模块6和清淤组件7；所述清淤组件7包括铲斗701、集污箱702、吸污泵703、绞龙704和一号舵机(图中未画出)；
29.所述机械臂2安装在底盘1上，用于清理块状垃圾；集污箱702安装在底盘1底部的后端；底盘1底部的前端安装有两个一号舵机，每个一号舵机的输出轴上固定有铲斗臂705，两个铲斗臂705的末端与铲斗701的两侧转动连接，铲斗701位于底盘1的前端，用于铲除淤泥；铲斗701同时通过吸污管与集污箱702连接，集污箱702内设置有吸污泵703；铲斗701内转动安装有呈螺旋结构的绞龙704，通过吸污泵703将淤泥吸入集污箱702内，在吸污泵703工作过程中绞龙704随着淤泥进入铲斗701而转动，进而加速清淤的速度；集污箱702采用q345d制成，可以保障稳定性和防水性；
30.主控模块4、超声波测距模块5和摄像头模块6均安装在底盘1上，超声波测距模块5、摄像头模块6、一号舵机和吸污泵703均与主控模块4连接，主控模块4作为机器人完成相关动作的控制中心。
31.所述机械臂2包括基座转台201、一号电机202、下部支撑臂203、二号电机204、上部支撑臂205和夹取组件；夹取组件包括三号电机206、连接板207、四号电机208、左夹取机构和右夹取机构，左夹取机构和右夹取机构的结构相同，均包括齿轮209、连杆210和拾取爪211；
32.基座转台201安装在底盘1上，基座转台201通过电动机(图中未画出)实现转动，进而带动机械臂2在水平面内作360
°
旋转运动；基座转台201上固定有支座212，一号电机202固定在支座212的一侧；下部支撑臂203下端的一侧与一号电机202的输出轴连接，另一侧与支座212的另一侧转动连接，通过一号电机202实现下部支撑臂203相对于基座转台201的转动；二号电机204固定在下部支撑臂203上端的一侧，上部支撑臂205下端的一侧与二号电机204的输出轴连接，另一侧与下部支撑臂203上端的另一侧转动连接，通过二号电机204实现上部支撑臂205相对于下部支撑臂203的转动；
33.三号电机206通过电机固定座213安装在上部支撑臂205的上端，连接板207的一端通过螺栓与电机固定座213连接；左夹取机构和右夹取机构与连接板207的两侧连接，四号电机208安装在连接板207上，四号电机208的输出轴穿透连接板207与其中一个夹取机构的齿轮209连接，通过四号电机208实现齿轮209相对于连接板207的转动；齿轮209具有伸出杆209-1，伸出杆209-1的末端与拾取爪211的一端铰接；连杆210的一端与连接板207的另一端铰接，连杆210的另一端与拾取爪211的中部铰接；齿轮209的转动中心与伸出杆209-1和拾取爪211的铰接点之间的部分、伸出杆209-1和拾取爪211的铰接点与连杆210和拾取爪211
的铰接点之间的部分、连杆210两个铰接点之间的部分、连杆210和连接板207的铰接点与齿轮209的转动中心之间的部分共同构成曲柄摇杆结构，通过曲柄摇杆结构实现拾取爪211的转动；左、右两个夹取机构的两个齿轮209相互啮合，四号电机208工作带动两个夹取机构的齿轮209转动，在两个曲柄摇杆结构的作用下实现两个夹取机构的拾取爪211的开合；一号电机202、二号电机204、三号电机206和四号电机208均与主控模块4连接。
34.所述底盘1连接有两个驱动轮组和两个从动轮103，以实现机器人的行走；驱动轮组包括步进电机101和驱动轮102，通过步进电机101实现驱动轮102的转动，步进电机101与主控模块4连接；底盘1的底部安装有蓄电池104，为各个用电元件供电。
35.所述超声波测距模块5通过二号舵机501安装在底盘1前端，二号舵机501与主控模块4连接，通过二号舵机501实现超声波测距模块5在水平方向上的转动；超声波测距模块5用于测量机器人与周围物体之间的距离，有利于机器人避障；在超声波测距模块5的安装板上还安装有led灯502，led灯502与蓄电池104连接，保证机器人能更好适应阴暗的环境。
36.所述摄像头模块6包括三号舵机601、四号舵机602、opencv摄像头603、一号摄像头支撑架604、二号摄像头支撑架605和数据存储集成板(图中未画出)；三号舵机601安装在底盘1上，一号摄像头支撑架604固定在三号舵机601的输出轴上，四号舵机602安装在一号摄像头支撑架604上，二号摄像头支撑架605固定在四号舵机602的输出轴上，opencv摄像头603安装在四号舵机602的输出轴上，通过三号舵机601实现opencv摄像头603在水平面上的旋转运动，即opencv摄像头603的左、右转动；通过四号舵机602实现opencv摄像头603在竖直面上的旋转运动，即opencv摄像头603的俯、仰运动；三号舵机601和四号舵机602均与主控模块4连接；数据存储集成板上设有数据存储模块，数据存储集成板分别与蓝牙通信模块3和opencv摄像头603连接，进行图像信息传输，数据存储集成板内部搭载了flash闪存结构，可以容纳大约52mb的内存；opencv摄像头603的型号为ov7725，opencv摄像头603的外壳采用弧面设计，有利于扩大opencv摄像头603的视野。
37.所述主控模块4采用stm32f103rct6芯片，stm32f103rct6芯片内嵌的flash容量和引脚数分别为256k字节和144个引脚，故stm32f103rct6芯片在硬件资源上的优势很明显，更适用于功能较多的装置；stm32f103rct6芯片使用cortex-m3内核，只需改变软件部分文件的配置即可实现各个模块相同的功能。
38.该机器人还包括蓝牙通信模块3，蓝牙通信模块3采用hc-05芯片，蓝牙通信模块3能与移动终端内置的蓝牙模块进行连接；移动终端上安装有机器人控制小程序，在移动终端的机器人控制小程序上操作即可控制机器人完成相应动作；蓝牙通信模块3具有指示灯，当指示灯处于红灯闪烁状态时，表示未连接移动终端；若移动终端搜索到该蓝牙模块并与之配对后成功连接，指示灯会由红灯闪烁状态转为绿灯常亮状态；蓝牙通信模块与移动终端内置的蓝牙模块配对连接完成以后可当作固定波特率的串口使用，通过蓝牙通信模块3使得机器人能执行移动终端发出的控制命令；蓝牙模块通过天线进行双端通信，双端通信的波特率为38400bit/s，数据位为8位，停止位为1位，无校验位，无流控制。
39.如图6所示，蓝牙通信模块3的信号收发通信电路包括二极管d1、电阻r1、电阻r2、电解电容c1、电解电容c2、电容c3、电容c4和ic1a集成电路芯片；电阻r1的一端以及二极管d1的正极均与直流电源vcc相连，二极管d1的负极以及电阻r2、电解电容c1和电容c3的一端均与1c1a集成电路芯片的vin引脚相连，1c1a集成电路芯片的gnd引脚、电解电容c1的另一
端以及电容c3的另一端接地；电阻r1以及电阻r2的另一端均与1c1a集成电路芯片的ce引脚相连；电容c4以及电解电容c2的一端均与1c1a集成电路芯片的vout引脚相连，1c1a集成电路芯片的vout引脚同时与电压输入端相连；1c1a集成电路芯片的引脚nc、电容c4的另一端以及电解电容c2的另一端均接地；电阻r1的阻值为1kω，电阻r2的阻值为220kω；电解电容c1和c2的容量均为1μf、电容c3和c4的容量均为10μf。
40.本实用新型的工作原理和工作流程是：
41.主控模块4控制步进电机101转动，使机器人行走；在机器人行走过程中，主控模块4控制二号舵机501转动带动超声波测距模块5在水平面内转动，超声波测距模块5实时测量机器人与周围物体之间的距离，有利于机器人避障；三号舵机601和四号舵机602转动使得opencv摄像头603进行左右转动以及俯、仰运动，opencv摄像头603实时采集环境视频，并通过蓝牙通信模块3将视频传输至移动终端上，方便工作人员观察清理过程和环境状况；主控模块4对视频进行处理，若识别到淤泥，则控制一号舵机转动，将铲斗701转动到地面上，启动吸污泵703将淤泥吸入集污箱702内，在吸污泵703工作过程中绞龙704随着淤泥进入铲斗701而转动，进而加速清淤的速度；淤泥清理完毕后主控模块4控制一号舵机反向转动，将铲斗701向上转动，避免与地面干涉；若识别到块状垃圾，则主控模块4一号电机202、二号电机204、三号电机206和四号电机208转动，将两个拾取爪211调整至合适的位置并控制两个拾取爪211拾取块状垃圾。
42.该机器人还可以将蓝牙通信模块3与移动终端的蓝牙模块进行配对连接，当指示灯处于红灯闪烁状态时，表示未连接移动终端；若移动终端搜索到该蓝牙模块并与之配对后成功连接，指示灯会由红灯闪烁状态转为绿灯常亮状态；移动终端上安装有机器人控制小程序，在移动终端的机器人控制小程序上操作即可控制机器人完成上述动作。
43.淤泥和块状垃圾的识别采用现有技术实现，移动终端上的机器人控制小程序也是采用现有技术实现，在此不再赘述。
44.本实用新型未述及之处适用于现有技术。