一种清洗机器人及用于清洗机器人的控制系统

技术领域

本发明一般地涉及清洗机器人控制技术领域。更具体地，本发明涉及一种清洗机器人及用于清洗机器人的控制系统。

背景技术

养猪场需要建设猪舍，猪舍是猪生活与生产活动的主要场所，并且猪舍环境的好坏直接影响到猪的健康和成长速度，比如当猪舍的环境较差时容易滋生大量的细菌和病毒，可能会导致猪的食欲下降等症状，使猪的生长速度降低，甚至出现生病和死亡的现象。尤其是处于哺乳期的猪，其抵抗力较差，因此生病率和死亡率会更高，为养殖场造成较大的经济损失。

为了保证猪舍环境的清洁，需要经常对猪舍进行清洗，目前清洗哺乳猪舍板方法是由工作人员使用高压水枪进行冲洗，或者由工作人员手动操作其它清洗设备进行清洗，而无论哪种清洗方法都需要人工参与，因此存在人力成本较高的问题。为解决该问题，可采用将清洗设备装配在机器人，由机器人带动清洗设备进行清洗，这种机器人一般被称为清洗机器人。但是猪舍内的结构比较复杂，有很多单元栏和倒立柱，清洗机器人在行进过程中会遇到较多的障碍，无法通过宽度较窄的路段。

综上所述可知，现有的清洗机器人存在不能在猪舍自由行进的问题。

发明内容

本发明提供一种清洗机器人及用于清洗机器人的控制系统，以至少解决上述清洗机器人不能在猪舍内自由行进的问题。

为解决上述问题，本发明一方面提供一种用于清洗机器人的控制系统，所述清洗机器人包括行进装置、伸展装置和喷洒装置，且所述喷洒装置装配在所述伸展装置上，所述控制系统包括：主控制器，用于发出控制清洗机器人的控制指令；行进驱动机构，与所述主控制器连接，用于根据所述主控制器的控制指令驱动所述行进装置；伸展驱动机构，与所述主控制器连接，用于根据所述主控制器的控制指令驱动所述伸展装置执行伸展动作；喷洒驱动结构，与所述主控制器连接，用于根据所述主控制器的控制指令，在所述伸展装置展开时控制所述喷洒装置执行喷洒动作。

根据本发明的一个实施例，所述行进装置包括左动力轮和右动力轮，所述行进装置包括动力轮，所述行进驱动机构包括动力电机，所述动力电机用于传动连接动力轮以驱动所述清洗机器人行进。

根据本发明的另一个实施例，所述动力轮包括左动力轮和右动力轮，所述动力电机包括左动力电机和右动力电机，所述左动力电机传动用于传动连接所述左动力轮，右动力电机用于传动连接所述右动力轮。

根据本发明的又一个实施例，所述伸展装置包括多个伸展臂，所述伸展驱动机构包括多个推杆电机，各推杆电机用于传动连接相应的伸展臂，以驱动所述伸展臂伸展或收拢。

根据本发明的另一个实施例，所述主控制器还连接有碰撞检测装置，所述碰撞检测装置用于检测所述伸展装置是否发生碰撞。

根据本发明的又一个实施例，所述碰撞测试装置包括多个碰撞传感器，分别用于装配在相应的伸展臂上以检测各伸展臂是否发生碰撞。

根据本发明的另一个实施例，所述喷洒驱动机构包括旋转电机，所述旋转电机用于驱动所述喷洒装置往复运动以提高清洗效果。

根据本发明的又一个实施例，所述喷洒驱动机构还包括电磁阀，电磁阀设置在所述喷洒装置的管道上，用于控制所述喷洒装置的工作状态。

根据本发明的另一个实施例，所述主控制器还连接有测距装置，所述测距装置用于装配在所述清洗机器人上，以检测所述清洗机器与周围墙体之间的距离。

另一方面，本发明还提供一种清洗机器人，包括行进装置、伸展装置和喷洒装置，以及上述任一实施例所述的控制系统。

本发明所提供的技术方案，清洗机器人的喷洒装置设置在伸展装置上，主控制器能够通过伸展驱动机构控制伸展装置伸展和收拢：在清洗机器人在清洗时可以展开伸展装置，使喷洒装置移动到猪舍的待清洗部位；当经过宽度较窄的路径时，可将伸展装置收拢以减小清洗机器人的宽度，使清洗机器人能够顺利通行。总而言之，由于本发明提供的技术方案不仅能够控制清洗机器人清洗猪舍，还能够控制清洗机器人在猪舍内自由行进，因此可以提高对猪舍清洗的安全性和可靠性。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1为根据本发明实施例的一种清洗机器人的示意图；

图2为根据本发明实施例的一种控制系统的示意图；

图3为根据本发明实施例的一种伸展装置的示意图；

图4为根据本发明实施例的一种旋转电机与喷头传动连接的示意图；以及

图5为根据本发明实施例的一种喷头管道的示意图；

图1-图5中包括：第一曲线01、第二曲线02、第一伸展臂11、第二伸展臂12、第一喷头21、第二喷头22、喷头30、第一齿轮31、第二齿轮32、电磁阀40和管道41。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本领域技术人员应知，下面所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，图1示出的是一种清洗机器人，图2示出的是用于该清洗机器人的控制系统，该清洗机器人可以对猪舍进行清洗，也可以对羊舍、牛舍等其它养殖舍进行清洗，下面对该清洗机器人的结构和工作员进行说明。

如图1所示，清洗机器人包括控制系统、行进装置、伸展装置和喷洒装置，其中行进装置用于驱使清洗机器人移动，伸展装置的伸展方向为清洗机器人的左右方向，喷头装配在伸展装置上，伸展装置伸展时可以带动喷头运动，使喷头到达工作区域。控制系统包括主控制器、行进驱动机构、伸展驱动机构和喷洒驱动结构，主控制器与行进驱动机构、伸展驱动机构、喷洒驱动结构连接，如图2所示。主控制器作为整个清洗机器人的控制核心，可以采用单片机等逻辑控制器件实现；在主控制器上存储有计算机程序，主控制器能够根据该计算机程序向行进驱动机构、伸展驱动机构和喷洒驱动机构发送控制指令，以控制清扫机器人对猪舍进行清扫。清洗机器人的行进驱动机构传动连接行进装置，用于根据主控制器的控制指令驱动行进装置，使清洗机器人能够按照预设的路线行进；伸展驱动机构传动连接伸展装置，用于根据主控制器的控制指令控制伸展装置的伸展和收拢；喷洒驱动机构传动连接喷洒装置，用于根据主控制器的控制指令控制喷洒装置执行喷洒动作以清洗猪舍。

本实施例所提供的清洗机器人，其工作原理为：主控制器在接收到开始清洗的指令时，先进行系统自检，检查行进驱动机构、伸展驱动机构和喷洒机构是否存在异常；如果不存在异常，则通过行进驱动机构驱动行进装置，使清洗机器人按照预设的路线行进；在清洗机器人行进过程中，主控制器通过伸展驱动机构驱动伸展装置伸展，使喷洒装置位于猪舍待清洗部位的上方，然后通过喷洒驱动结构控制喷洒机构执行喷洒动作，以对猪舍进行清洗；当清洗机器人行进到单元栏位立柱等宽度较小的路段时，主控制器通过喷洒驱动结构控制喷洒装置停止执行喷洒动作，并通过伸展驱动机构驱动伸展装置收拢以减小清洗机器人的宽度，使伸展装置不会与路段两侧的立柱发生碰撞，保证清洗机器人能够顺利通过该路段；当清洗机器人通过该路段后，主控制器再通过伸展驱动机构驱动伸展装置展开，继续清洗猪舍。

综上所述，本申请所提供的清洗机器人，其喷洒装置装配在伸展装置上，一方面伸展装置能够将喷洒装置移动到待清洗区域的上方以对猪舍进行清洗，另一方面当经过宽度较小的路段时，可以将伸展装置收拢以减小清洗机器人的宽度，使清洗机器人能够在猪舍内自由行进，从而提高清洗机器人的安全性和可靠性。

上文对清洗机器人做了整体的介绍，下面结合具体应用场景对清扫机器人的行进装置和行进驱动机构进行详细描述。

在一个实施例中，行进装置包括动力轮，行进驱动机构包括动力电机，动力电机传动连接动力轮，主控制器与动力轮连接，通过控制动力电机驱动动力轮，使清洗机器人能够按照预设的路线行进，并在行进过程中对猪舍进行清洗。

进一步地，行进装置包括多个左车轮和多个右车轮，其中左车轮装配在清洗机器人底部的左侧，右车轮装配在清洗机器人底部的右侧，各车轮用于保持清洗机器人的机身平衡，以及驱动清洗机器人前进、后退和转向。在多个左车轮中有一个车轮为左侧主动轮，在多个右侧车轮中有一个车轮为右侧主动轮，并且左侧主动轮和右侧主动轮的位置相对。例如，当行进装置包括两个左车轮和两个右车轮时，如果清洗机器人采用的是前驱模式，则左前车轮为左侧主动轮、右前轮为右侧主动轮；如果清洗机器人采用的是后驱模式，则左后车轮为左侧主动轮、右后车轮为右侧主动轮。相应地，行进驱动机构包括左动力电机和右动力电机，其中左动力电机传动连接左侧主动轮；右动力电机传动连接右侧主动轮。

主动控制器通过左动力电机驱动左侧主动轮，通过右侧主动电机驱动右侧主动轮，通过左侧主动轮与右侧主动轮配合，驱使清洗机器人按照预设的路线行进。在清洗机器人行进过程中，如果需要让清洗机器人保持直线行驶，则主控制器通控制左侧主动轮和右侧主动轮的转速相同即可；如果要让清洗机器人向左侧转弯，则主控制器控制右侧主动轮的转速大于左侧主动轮的转速即可；如果需要让清洗机器人向右侧转弯，则主控制器控制左主动轮的转速大于右主动轮的转速即可。

在一个实施例中，伸展装置包括多个伸展臂，喷洒装置包括多个喷头，各喷头分别装配在相应的伸展臂上，跟随相应伸展臂的伸展而移动。伸展驱动机构包括多个推杆电机，各推杆电机分别传动连接相应的伸展臂；主控制器与各推杆电机连接，从而通过各推杆电机推动各伸展臂执行伸展动作，使各喷头能够为猪舍内相应的区域进行清洗。下面结合图3，对清洗机器人的伸展装置和伸展驱动机构进行详细的说明。可以理解的是图3中所示出的伸展装置是图1和图2中伸展装置的一种实现方式，因此关于图1和图2中对伸展装置和伸展驱动机构的描述内容，也同样适用于下文关于图3中伸展装置和伸展驱动机构的描述。

如图3所示，在一个应用场景中，清扫机器人的伸展装置包括第一伸展臂11和第二伸展臂12，喷洒装置包括第一喷头21和第二喷头22，其中第一喷头21装配在第一伸展臂11上，第二喷头22装配在第二伸展臂12上。伸展驱动机构包括第一推杆电机和第二推杆电机，其中第一推杆电机传动连接第一伸展臂11，用于驱动第一伸展臂11能够按照第一曲线01指示的方向运动，从而使第一伸展臂11能够向清洗机器人的左侧伸展和收拢，并在第一伸展臂11展开时第一喷头21能够清洗左侧的猪舍；第二推杆电机传动连接第二伸展臂12，用于驱动第二伸展臂12按照第二曲线02指示的方向运动，从而使第二伸展臂12能够向清洗机器人的右侧伸展和收拢，并在第二伸展臂12展开时第二喷头22能够清洗右侧的猪舍。本实施例的设置方式，第一伸展臂11和第二伸展臂12能够分别向清洗机器人的左右两侧伸展，并在第一伸展臂11和第二伸展臂12展开时可以使第一喷头21和第二喷头22分别移动到清洗机器人左右两侧猪舍的上方以清洗猪舍。

在另一个实施例中，第一伸展臂11和第二伸展臂12装配在清洗机器人的顶部，当第一伸展臂11和第二伸展臂12伸展时，主控制器通过第一推杆电机驱动第一伸展臂11向清洗机器人的左侧水平运动，通过第二推杆电机驱动第二伸展臂12向清洗机器人的右侧水平运动，从而使第一伸展臂11上的第一喷头21和第二伸展臂12上的第二喷头22分别运动到猪舍相应区域的上方，以为清洗机器人左侧和右侧的猪舍进行清洗。

上述各实施例所提供的清洗机器人，其第一伸展臂11和第二伸展臂12均是长度为固定值的杆状结构，在其它实施方式中，第一伸展臂11和第二伸展臂12均可采用长度可调节的伸缩结构，如伸缩杆或者多关节伸缩臂。以图3示出的结构为例，当需要清洗时，可以先将第一伸展臂11和第二伸展臂12伸展到与水平面平行的位置，然后控制第一伸展臂11和第二伸展臂12再次伸展以增加其长度，从而增加第一喷头21和第二喷头22的清洗面积；当停止清洗时，可以先将第一伸展臂11和第二伸展臂12收缩以减小其长度，然后将第一伸展臂11和第二伸展臂12收拢至清洗机器人的两侧。本实施例的设置方式，可以在第一伸展臂11和第二伸展臂12伸展和收拢时减小其长度，以防止其在伸展和收拢过程中与清洗两侧的物体发生碰撞，从而提高清洗机器人的安全性。

在一个实施例，清洗机器人的伸展装置上设置有碰撞检测装置，主控制器与该碰撞检测装置连接，可以根据碰撞检测装置检测到的数据判断伸展装置是否发生碰撞，并在发生碰撞时控制清洗机器人停止控制，以防止对清洗机器人的伸展装置造成损坏。

以图3示出的结构为例，清扫机器人的伸展装置包括第一伸展臂11和第二伸展臂12，相应地，碰撞检测装置包括第一碰撞传感器和第二碰撞传感器，其中第一碰撞传感器装配第一伸展臂11上，第二碰撞传感器装配在第二伸展臂12上。主控制器与第一碰撞传感器、第二碰撞传感器连接，根据第一碰撞传感器检测到的数据判断第一伸展臂11是否发生碰撞，根据第二碰撞传感器检测到的数据判断第二伸展臂12是否发生碰撞。本实施例的设置方式，在第一伸展臂11和第二伸展臂12伸展或收拢的过程中，如果与猪栏或者其他物体发生碰撞时，主控制器能够检测到相应的碰撞信号并控制第一伸展臂11和第二伸展臂12停止伸缩；同理，在清洗机器人的行进过程中，如果第一伸展臂11或第二伸展臂12与立柱等物体发生碰撞，主控制器也能够检测到相应的碰撞信号并控制清洗机器人停止行进，从而防止因碰撞而对第一伸展臂11和第二伸展臂12造成损坏。

在一个应用场景中，喷洒驱动机构包括旋转电机，旋转电机与喷洒装置传动连接，用于驱动喷洒装置往复运动，从而提高对猪舍的清洗效果。下面以图4示出的第一喷头21与第一伸展臂11之间的装配方式为例。可以理解的是图4中所示出的喷洒装置是图1和图2中喷洒装置的一种实现方式，因此关于图1和图2中对喷洒装置和喷洒驱动机构的描述内容，也同样适用于下文关于图4中喷洒装置和喷洒驱动机构的描述。

如图4所示，第一喷头21上装配有第一齿轮31，第一伸展臂11上装配有第二齿轮32；由于本实施例中喷洒装置包括第一喷头21和第二喷头22，因此喷洒驱动机构包括第一旋转电机和第二旋转电机，其中第一旋转电机与第二齿轮32传动连接，第一齿轮31和第二齿轮32咬合，从而实现第一旋转电机与第一喷头21之间的传动连接。主控制器与第一旋转电机连接，能够控制第一旋转电机的正转和反转，进而驱动第一喷头31运动。本实施例的设置方式，主控制器能够通过控制第一旋转电机周期性地正转和反转，使第一喷头21能够周期性地往复运动以对清洗机器人左侧的猪舍进行反复清洗。同理，第二旋转电机与第二喷头22通过相同的方式传动连接，能够控制第二喷头22周期性地往复运动，以对清洗机器人右侧的猪舍进行反复清洗，从而提高对猪舍的清洗效果。

图5示出的是一种喷洒驱动机构的示意图，可以理解的是，图5中所示出的喷洒装置是图1和图2中喷洒驱动机构的一种实现方式，因此关于图1和图2中对喷洒驱动机构的描述内容，也同样适用于下文关于图5中喷洒驱动机构的描述。

如图5所示，在一个应用场景中，喷洒驱动机构包括电磁阀40，电磁阀40设置在喷头30的管道41上。主控制器与电磁阀40连接，用于控制电磁阀40的开启和关闭，以控制喷头30的工作状态：当开始清洗猪舍时，控制电磁阀40打开，使喷头30进入工作状态；当停止清洗猪舍时，控制电磁阀40关闭，使喷头30退出工作状态。

下面对清洗机器人进行进一步的说明。

在一个应用场景中，清洗机器人上设置有测距装置，主控制器与该测距装置连接，可以根据测距装置检测到的数据得到清洗机器人与周围墙体之间的距离，并能够根据清洗机器人与墙体之间的距离判断是否会发生碰撞，如果会则通过行进驱动机构控制行进装置，使清洗机器人停止行进。上述判断清洗机器人是否会与墙体发生碰撞的方法为：根据测距装置检测到的数据得到清洗机器人与周围各墙体之间的距离，然后判断清洗机器人与周围各墙体之间的距离是否小于设定距离；如果清洗机器人与某个方向墙体之间的距离小于设定距离，则判断为清洗机器人存在与该方向上的墙体发生碰撞的风险。

进一步地，在一个应用场景中，清洗机器人上的测距装置包括第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，其中第一激光测距传感器装配在清洗机器人的左侧，第二激光测距传感器装配在清洗机器人的右侧。主控制器与第一激光测距传感器、第二激光测距传感器连接，能够通过第一激光测距传感器检测到的数据得到清洗机器人与左侧墙体之间的距离，通过第二激光测距传感器检测到的数据得到清洗机器人与右侧墙体之间的距离。本实施例的设置方式，能够检测清洗机器人与其左侧墙体和右侧墙体之间的距离，从而防止清洗机器人在行进过程中由于跑偏而与左侧墙体或右侧墙体发生碰撞，提高清洗机器人的安全性。

综上所述，本申请所提供的技术方案中喷洒装置装配在伸展装置上，伸展装置展开时控制喷洒装置执行喷洒动作，并在经过宽度较小的路段时可以将伸展装置收拢以减小清洗机器人的宽度，从而使清洗机器人能够在猪舍内自由行进，提高清洗机器人的安全性和可靠性。在一个实现方式中，清洗机器人的行进装置包括左动力轮和右动力轮，用于驱动清洗机器人按照预设路线行进。在另一个实现方式中，喷洒驱动结构包括旋转电机，旋转电机能够驱动喷洒装置往复运动，提高对猪舍的清洗效果。

在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，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，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”或“逆时针”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本发明的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本发明方案的限制。

另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明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”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体地限定。

虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求保护范围内的模块组成、等同或替代方案。