升降伸缩式楼道清洁机器人结构及控制系统设计探析

2021-01-13刘铁燕

数字通信世界 2021年2期

刘铁燕

（国家广播电视总局机关服务局，北京 100866）

随着我国经济实力以及科学技术的不断提升，机械物理学、电子科学技术、计算机系统、数据信息传送感应技术，以及人工智能设备等相应的科学被不断研发和应用。建筑楼道以及地面的清洁机器人已经逐渐进入到人们的视野中，并且实际使用和操作，清洁机器人可以有效减少整体工作模式的劳动强度，节省人力资源以及提升清洁效率。

1 楼道清洁机器人工作原理

随着我国经济能力以及科学技术水平不断提升，建筑行业得到了快速发展，为此楼道清洁机器人设施已经成为现阶段人们生活与工作的重要组成部分。而现阶段大多数建筑为了不断提升楼道清洁效率和质量，相继使用升降伸缩式楼道清洁机器人。加上实际清洁过程中，升降伸缩式楼道清洁机器人可以有效、灵活的实现楼梯攀爬、楼梯整体清洁、横跨门槛等相对复杂的楼梯清洁工作。尤其是设备在实际操作和运转时，升降伸缩模式的整体设备结构，可以帮助机器人快速实现攀爬楼梯，而在平面，清洁机器人在升降伸缩式结构，可以随时调整机器人行驶状态。其中机器人三个横向的驱动零部件在其内部的实际作用条件下，可以帮助楼道清洁机器人的十字接触履带及时脱离地面，最终实现升降伸缩式楼道清洁机器人的各个方向运动。而设备清洁的区域则使用喷头喷水设置、强力清洁盘装置、吸水装置等，可以从根本上提高设备运行效率和质量。

2 清洁机器人结构方案设计

对于建筑高层楼道清洁机器人的内部结构来说，升降伸缩式清洁机器人主要由升降区域方案设计、伸缩区域方案设计以及清洁区域方案设计共同组成。其中机器人运动模式则主要由上下升降方面、左右伸缩方面以及清洁方面共同结合，有效完成和实现针对面以及楼梯的全面清洁。

2.1 升降伸缩模式方案设计

在高层建筑楼道清洁机器人功能设计和性能使用方面，其设备升降区域主要由几个方面共同运作。其中包含：内部结构支架固定的垂直导向轨道、设备内部电机零部件、运行齿轮以及配合齿轮运行的长距离轴向。而在清洁机器人想要开始运作，需要依靠结构润滑区域的滑条与垂直方向的引导方向轨道进行固定和连接。一旦清洁机器人开启，设备前面的4个光线电力导向传送感应设备检测到阻碍物或者楼梯时，那么内部系统结构中的单片零部件会针对电机工作状态进行有效控制，随即带动设备内部齿轮零部件进行快速旋转，与齿轮相互连接的长轴两侧端头以及垂直方向的引导轨进行完美咬合，最终充分引导和带动清洁机器人的主要结构体沿着已经设定好的运动和工作方向，进行一系列的升降动作[1]。

而清洁机器人伸缩区域在实际运转过程中，与升降区域运行模式相似，当清洁机器人主要结构体遇到需要上升区域时，其设备内部结构的单片控制区域会开启伸缩功能，此时上升区域的电机会切换至暂停模式，停止运转，当设备内部结构零部件带动齿轮沿着水平方向进行运动史，其方向引导轨道会开始工作，将设备运输，从而将清洁设备主要结构体的一部分优先传送至台阶区域，随后伸缩区域的电机转化运作状态，将其他区域全部传送至台阶位置上。此时楼道清洁机器人主要结构体会以楼梯台阶作为基础支撑，其设备主要升降零部件的电机重启，其设备内部结构的齿轮会由垂直方向引导轨道回收，其设备会根据伸缩区域的机械开展运作，随身的支架收回设备主要结构体的两侧，最终有效实现楼道清洁机器人的整体爬楼流程。

2.2 清洁区域方案设计

楼道清洁机器人运行目的和工作方向，主要为高层建筑物内部环境和楼道清洁作出基础保证，所以清洁机器人内部结构设计方向则是集中在清洁功能。而设备该区域主要由可旋转的扫帚、水平方向滚送刷子、电动吸尘设备、垃圾回收储存设备等共同组成。设备一旦开始日常清洁任务，那么清洁区域的电机会全面启动，进而带动清洁刷进行高速旋转，随即将垃圾全方位、多角度的进行清扫，随后利用设备底面板的吸尘功能将灰尘和脏物全面吸附，而当其设备运行运转过程中，清洁区域的叶轮会高速旋转，进而空气高速排出风机设备中，并且设备进行清洁状态后，其设备吸尘区域内部空间内会不断利用风力进行补充，进而与外界环境形成较大的压力差，进而相对比较细小的灰尘、泥土等相关物质会跟随空气统一被吸入吸尘区域，并且经过过滤器进行详细的筛选，最终致使灰尘和脏物全部收集和储存至垃圾桶。

3 楼道清洁机器人控制系统方案设计

3.1 硬件区域系统方案设计

由于高层建筑结构中，楼道清洁机器人需要同时满足高层楼梯爬楼、行驶、躲避障碍、清洁以及预防运行不当的跌落问题等多方面实际要求。所以设备需要根据运作方案以及使用需求，在设备基础内部结构中，设计具有反射功能的光线传送感应设备、电子信号罗盘感应设备、超声波传送感应设备等，从而有效保证设备使用寿命。除此之外，设备内部结构中的传送感应设备在STM32系统结构ARM单片的零部件有效控制下，采用多角度、全方位的传送感应设备将信息筛选、分析并且结合，有效完成清洁机器人的爬楼以及周边环境清洁实际功能。同时，楼道清洁机器人控制系统内部结构中，主要由主要控制设备、电动驱动设备、基础的传送感应设备以及电源供应设备等共同组成，为此需要设计人员从多个方面进行分别阐述[2]。

3.1.1 单片最小结构系统

在清洁机器人内部结构，单片最小运行系统需要依靠STM32系列实现基础操作，并且该系列所使用的零部件，以及单片设备需要在ARMCortex-M3基础系统内部核心要求上，安装微型核心控制设备，而此种控制设备以及系统自身具备一定数据计算能力，以及强大的系统中断相应功能。其中STM32核心系统结构中，不仅包括STM32系统的引导脚本结构图、JTAG系统的信息仿真能力、专业端口下载区域以及32.768K的晶体震动外部时钟设备。而单片最小结构系统中，JTAG仿真功能以及专业信息数据下载端口，有效为JLINK功能调整提供了较大的技术便利和功能效率。

3.1.2 电机区域设备

楼道清洁机器人在实际运转过程中，必须不断探测、收集以及技术分析，并且以此作为基础，控制机器人根据楼道实际环境，进行不断转变运行速度、行驶方向，同时想要机器人清洁时，针对污渍有效进行精准的位置确定，核心区域的电路板就必须使用直流电流，并且要求电机的实际运行功率大于电压基础要求。根据目前我国现有清洁机器人的线性运转模式来说，新型晶体结构管线、MOS管道放大设备需要共同运作，才能有效实现PWM设备的实际运转功率具有功能消耗低、运转效率高、设备体积较小、使用价格偏低、工作状态稳定以及有效解决设备静电等相关优势[3]。

3.1.3 电源区域模块

对于电源区域模块来说，清洁机器人整个控制系统需要相对运行安全、系统稳定、功率合理的电源以及系统管理等多方面进行共同协作。同时电源区域模块中，由于机器人系统在实际运转过程中，需要至少两个电源进行相互转化，从而为其内部结构的各个零部件提供日常需要电源能量，其中包含：机器人内部系统结构中CPU内部核心数字信息管理系统、系统虚拟电源压力、CPU系统结构中的I/O信息数据系统、设备总体电路的隔离性质电源、机器人内部系统中LCD驱动模式电源、设备系统LCD背光逆向转变电源等。

3.2 软件区域系统方案设计

高层建筑楼道清洁机器人在实际运行过程中，首先需要针对其自身电力初始化程序进行综合设定，并且以此作为基础，针对设备自身运行位置，以及机器人周边运行环境进行综合探测。随后机器人使用单片控制设备，致使清洁机器人开始运转并且进行垃圾和灰尘的全面清洁，在机器人进行前行和行使过程中，单片设备通过其设备内部结构中的光源单片开关区域、电力方向罗盘区域等相关零部件，针对其情节区域进行不断探测，并且将其探测结果不断显示在电子液晶屏幕中，以供技术人员进行后续检测和使用。