Система автоматизированной уборки помещений

Полезная модель относится к робототехнике и может быть использовано для автоматизированной уборки мусора в жилых помещениях, а также в производственных помещениях, например, складских. Предпочтительнее ее использование в офисных, выставочных залах и т.п. Технической задачей полезной модели является расширение эксплуатационных качеств. Для решения поставленной задачи предлагается система автоматизированной уборки помещений, состоящая из видеокамер и робота-мусорщика, отличающаяся тем, что видеокамеры расположены в верхних углах помещения и через блок видеозахвата и первым приемопередатчиком радиоканалом связаны с вторым приемопередатчиком робота-мусорщика; робот-мусорщик содержит приемопередающую антенну, приемопередатчик, микропроцессор, аккумуляторные батареи, первый и второй драйверы, электродвигатели шасси, само шасси, электродвигатели захвата и сам механический захват и мусорный отсек со следующими соединениями: вход/выход приемопередающей антенны через приемопередатчик соединен с входом микропроцессора (МП), первый и второй выходы которого соединены с входами первого и второго драйвера соответственно, выход первого драйвера соединен с электродвигателями, выходы которых механически связаны с осями колес шасси, а выход второго драйвера соединены с электродвигателями захвата, выходы которых механически связаны с осями исполнительных механизмов механических захватов.

Полезная модель относится к робототехнике и может быть использовано для автоматизированной уборки мусора в жилых помещениях, а также в производственных помещениях, например, складских. Предпочтительнее ее использование в офисных, выставочных залах и т.п.

По результатам исследований крупнейших мировых производителей техники, сфера создания роботов развивается быстрыми темпами: продажи растут, спрос постоянно увеличивается, расширяется спектр их использования, возрастает объем заказа рынка. Специальная европейская Экономическая комиссия ООН и Международная федерация робототехники осенью 2005 года опубликовала доклад, согласно которому потребность в механических «помощниках» становится все более актуальной, - в области промышленного производства, домашнего хозяйства и услуг (таблица 1). Имеется прогноз, что в ближайшие годы резко возрастет количество роботов и в домашнем хозяйстве (стрижка газонов и чистка ковров).

В настоящее время в промышленности используется около 565 тысяч роботов, «роботов для дома» - 425 тысяч, ежегодно в эксплуатацию вводится порядка 1600 медицинских роботов, 3 тысячи роботов для проведения подводных работ.

Ожидается, что в последующие два-три года, количество, «роботов для дома» значительно возрастет. Компании, проводившие исследования, предсказывают, что домашний рынок робототехники может быть равен в размере автомобильному рынку. Аналитики считают, что к 2040 году, в большинстве домашних хозяйств появятся роботы, или, по крайней мере, будет рассматриваться идея их приобретения.

Столь значительное увеличение интереса компаний и частных покупателей к самоходным аппаратам объясняется резким удешевлением последних (к примеру, в период с 1990 г. до 1999 г. средняя цена роботов на рынке США снизилась на 40% [World Robotics 2000 / - United Nations / Economic Commission for Europe. The International Federation of Robotics 2000 / - P.352] и одновременно существенным расширением их функциональных возможностей (производительности, точности действий, гибкости и простоты настройки). Кроме того, промышленные корпорации в развитых странах стараются компенсировать рост зарплаты (примерно 1% в год) за счет полной автоматизации производственных линий, а массовый рынок пока восторженно принимает практически каждую интеллектуальную модель, что подталкивает разработчиков к ускоренному созданию новых устройств.

По мнению экспертов ВТ нынешний век будет являться веком бытовой робототехники, т.к. в большинстве промышленно-развитых странах, особенно в Японии, каждый год идет 5-6 и более кратное увеличение номенклатуры и числа бытовых роботов.

Общеизвестны полуавтоматические машины для уборки мусора, например, в аэропортах, которые при помощи круговых щеток проходят зону уборки, подметая и убирая в специальный отсек любой мусор.

Недостатком подобных машин является их громоздкость, а главное: требуется оператор - человек для обслуживания каждой машины.

Прототипом системы может быть робот Lukas, разработанный летом 2005 года в университете Högskolan i Halmstad (Швеция) в рамках проекта Mech-Weed «Строительство мобильного сельскохозяйственного робота, способного безошибочно идентифицировать сорняки и автоматически выдергивать их с корнем», спонсируемого Шведским сельскохозяйственным советом (Jordbruksverket) вместе Фондом фермеров и агротехнических исследований (Stiftelsen Lantbruksforskning).

Функционирует робот следующим образом. На днище машины установлена инфракрасная камера. Она охватывает изображения грядок. Последующая обработка этих снимков бортовым компьютером управляет колесами робота и инструментом для прополки. В пределах грядки «Лукас» отличает полезные растения от бесполезных и вредных при помощи другой камеры, цветные изображения с которой анализирует специальная программа: фиксирует размер, цвет и форму, сравнивает с образом из имеющейся базы.

Недостатками прототипа являются:

- узкая специализация;

- ограниченный период использования, т.к. в раннем возрасте (молодые побеги, всходы) многие культуры и сорняки очень похожи друг на друга, например, морковь, кинза, аптечная ромашка и только через 2-3 недели можно отличить, а пропалывать нужно всегда;

- использование инфракрасного диапазона не совсем убедительно, т.к. в зависимости от окружающей температуры будет изменяться получаемая картинка и не всегда в пользу культурных растений.

Технической задачей полезной модели является расширение эксплуатационных качеств.

Для решения поставленной задачи предлагается система автоматизированной уборки помещений, состоящая из видеокамер и робота-мусорщика, отличающаяся тем, что видеокамеры расположены в верхних углах помещения и через блок видеозахвата и первым приемопередатчиком радиоканалом связаны с вторым приемопередатчиком робота-мусорщика; робот-мусорщик содержит приемопередающую антенну, приемопередатчик, микропроцессор, аккумуляторные батареи, первый и второй драйверы, электродвигатели шасси, само шасси, электродвигатели захвата и сам механический захват и мусорный отсек со следующими соединениями: вход/выход приемопередающей антенны через приемопередатчик соединен с входом микропроцессора (МП), первый и второй выходы которого соединены с входами первого и второго драйвера соответственно, выход первого драйвера соединен с электродвигателями, выходы которых механически связаны с осями колес шасси, а выход второго драйвера соединены с электродвигателями захвата, выходы которых механически связаны с осями исполнительных механизмов механических захватов; блок видеозахвата включает в себя плату видеозахвата, микропроцессор (МП) и приемопередатчик, причем плата видеозахвата связана с видеокамерами каналами последовательного кода; видеокамеры расположены стационарно и их секторы обзора в сумме перекрывают всю поверхность контролируемого пола, а число видеокамер выбирается из условия полного обзора поверхности пола; конструктивно мусоросборщик представляет собой металлический короб, поставленный на колесное шасси с индивидуальным электроприводом каждого колеса с питанием от аккумуляторной батареи; сам короб имеет два отделения: одно для мусора, а во втором размещены приемопередатчик, микропроцессор, аккумуляторные батареи, сервисное оборудование, сверху короба размещена антенна приемопередатчика; в нижней части короба расположен выдвижной механический захват для уборки обнаруженного мусора.

На фиг.1 показана структурная схема системы, на которой изображено: 1-4 - видеокамеры, 5 - блок захвата, 6 - первый микропроцессор (МП), 7, 8 - первый и второй приемопередатчики соответственно, 9 - второй МП, 10 - первый драйвер, 11 - двигатель шасси, 12 - аккумуляторные батареи, 13 - второй драйвер, 14 - самоходная шасси, 15 - двигатели захвата, 16 - механический захват, 17 - мусорный отсек, 18 - блок видеозахвата, 19 - робот-мусорщик.

Система автоматизированной уборки помещений, содержит: видеокамеры 1-4, расположенные в верхних углах помещения, блок видеозахвата 18, радиоканал, две приемопередающие антенны, приемопередатчики 7, 8, микропроцессоры 6, 9, аккумуляторные батареи 12, первый и второй драйверы 10, 13, двигатели шасси 11, само шасси 14, механический захват 16 и мусорный отсек 17 со следующими соединениями: вход/выход приемопередающей антенны через приемопередатчик 8 соединен с входом микропроцессора (МП) 9, первый и второй выходы которого соединены с входами первого и второго драйвера 10 и 13 соответственно, выход первого драйвера 10 соединен с электродвигателями 11, выходы которых механически связаны с осями колес шасси 14, а выходы второго драйвера 13 соединены с электродвигателями захвата 15, выходы которых механически связаны с осями исполнительных механизмов механических захватов 16.

Указанные узлы и блоки могут быть выполнены на следующих ЭРЭ и ИМС. Видеокамеры 1-4, например, 9420 Н цветная видеокамера, http://www.ewlon.ru/products.php?gid=20. количество которых определяется размерами помещения и углом обзора конкретной модели видеокамеры. Плата цифровой обработки, например, EW1004C, 25 к/сек, http://www.ewlon.ru/products.php?gid=19, МП6, например, Pentium IV, 3000 MHz, 50 Gb, RAM 512 Mb, Ethernet 100 MB, Windows 2000. Двигатели 11 и 15, например, электродвигатели стеклоочистителя СЛ136-Э.31.5205, 33.5205, 39.5205 - http://avtocom.com/catalog/item/17.3730.htm, аккумулятор, например, 6 МТС-9, http://www.orenbat.ru/list.phtml?sec=a 6mts9.html. ПМ9, например, АТ89С2051, www.atmel.ru, драйверы 10 и 13, например, на ИМС JR2130, см. E-mail: ic@averon.ru, приемопередатчики 7 и 8 типа FM RTFQ1 и FM RRFQ1-XXX Telecontrolli, http://www.telecintrolli.com/eng/default-wproducts.html.

Система работает следующим образом. Видеокамеры 1-4 получают видеоизображение чистой поверхности пола, который нужно убирать от различного мусора: листки бумаги, окурки, пустые пачки из-под сигарет и пр. Каждая камера передает видеоизображение только своего участка, а все вместе - целую картину помещения, т.е. всего пола (напольной поверхности) со всеми особенностями: выбоины, оттенки света, рисунок линолеума и т.д. Все изображение через плату видеозахвата 5 передается в цифровом коде в первый МП6, где и запоминается, а через приемопередатчики 7 и 8 по радиоканалу поступает во второй МП9, где также запоминается. Система готова к работе. При появлении постороннего предмета картина поверхности этого участка пола меняется, видеокамеры 1-4 через блок захвата 5 и приемопередатчик 6 по радиоканалу передают в МП9 робота-мусорщика 19 это измененное изображение, и это изменение фиксируется в МП9 (путем сравнения с первоначальной «картинкой»), который определяет координаты измененного участка и дает команду на движение шасси 14. Робот-мусорщик 19 подъезжает к месту, где находится зафиксированный предмет, классифицируемый как мусор, останавливается над ним, МП9 выдает команду на его захват через драйвер 13 и электродвигатели 15 механическому захвату 16, который захватывает этот мусор и помещает его в мусорный отсек 17. Если же обнаруженный мусор находится в труднодоступном месте, например впритык к стене или в углу, то робот-мусорщик 19 останавливается около этого мусора и другим механическим захватом 16, приспособленным для подобной операции, поднимает его и отправляет его также в мусорный отсек 17.

Это рассмотрен пример, когда в помещении никого нет (людей), например в перерыв или после работы. Когда в помещении находятся сотрудники или посетители, то или робот-мусорщик 19 выключают либо он автоматически переходит в следующий режим: при обнаружении постороннего предмета-человека, он идентифицирует его как мусор и т.к. человек долго не может находится без движения, то МП9 определяет скорость изменения положения человека и при ее наличии робот-мусорщик 19 не выезжает на это место.

Предусмотрен и третий режим работы, это охранный режим. После окончания работы в офисе, складе, музее и пр., если система обнаруживает изменение рисунка пола, а также наличие движения, то МП9 через приемопередатчик 8 по радиоканалу выдает сигнал тревоги на центральный пульт охранной сигнализации (на чертеже условно не показан).

Питание робота-мусорщика 19 происходит от аккумуляторных батарей 12 (соединения с потребителями условно не показаны), которые по мере надобности подзаряжаются.

Дополнительно используется для передачи информации о местонахождении мобильного робота и возможностью управления его передвижением от центрального компьютера.

1. Система автоматизированной уборки помещений, состоящая из видеокамер и робота-мусорщика, отличающаяся тем, что видеокамеры расположены в верхних углах помещения и через блок видеозахвата и первый приемопередатчик радиоканалом связаны с вторым приемопередатчиком робота-мусорщика.

2. Система автоматизированной уборки помещений по п.1, отличающаяся тем, что робот-мусорщик содержит приемопередающую антенну, приемопередатчик, микропроцессор, аккумуляторные батареи, первый и второй драйверы, электродвигатели шасси, само шасси, электродвигатели захвата и сам механический захват и мусорный отсек со следующими соединениями: вход/выход приемо-передающей антенны через приемопередатчик соединен с входом микропроцессора (МП), первый и второй выходы которого соединены с входами первого и второго драйвера соответственно, выход первого драйвера соединен с электродвигателями, выходы которых механически связаны с осями колес шасси, а выход второго драйвера соединены с электродвигателями захвата, выходы которых механически связаны с осями исполнительных механизмов механических захватов.

3. Система автоматизированной уборки помещений по п.1, отличающаяся тем, что блок видеозахвата включает в себя плату видеозахвата, микропроцессор (МП) и приемопередатчик, причем плата видеозахвата связана с видеокамерами каналами последовательного кода.

4. Система автоматизированной уборки помещений по п.1, отличающаяся тем, что видеокамеры расположены стационарно и их секторы обзора в сумме перекрывают всю поверхность контролируемого пола, а число видеокамер выбирается из условия полного обзора поверхности пола.

5. Система автоматизированной уборки помещений по п.1, отличающаяся тем, что конструктивно мусоросборщик представляет собой металлический короб, поставленный на колесное шасси с индивидуальным электроприводом каждого колеса с питанием от аккумуляторной батареи.

6. Система автоматизированной уборки помещений по пп.1 и 4, отличающаяся тем, что сам короб имеет два отделения: одно для мусора, а во втором размещены приемопередатчик, микропроцессор, аккумуляторные батареи, сервисное оборудование, сверху короба размещена антенна приемопередатчика.

7. Система автоматизированной уборки помещений по пп.1 и 4, отличающаяся тем, что в нижней части короба расположен выдвижной механический захват для уборки обнаруженного мусора.