CN103505140B - 擦玻璃装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能机器人技术领域，具体地说，涉及一种擦玻璃装置，该装置包含行走单元、清洁单元、吸附单元、驱动单元和控制单元，行走单元和清洁单元设置在擦玻璃装置的底部，控制单元与驱动单元连接，所述擦玻璃装置还包括与控制单元连接的加速度传感单元，控制单元根据加速度传感单元发出的加速度信号值，控制驱动单元驱动擦玻璃装置停止行走或执行转向动作。本发明擦玻璃装置在擦拭玻璃过程中能够及时探测到窗框等障碍物并灵活地躲避，不会出现擦玻璃装置卡死在玻璃边框上的现象。

Description

擦玻璃装置

技术领域

本发明属于智能机器人技术领域，具体地说，涉及一种擦玻璃装置。

背景技术

一般现有的擦窗机器人对于有框玻璃边界的检测，大多是通过撞板和微动开关来判别，当擦窗机器人未到达玻璃边缘时，擦窗机器人正常行进：当擦窗机器人到达玻璃边框时，撞板被推动，同时触发微动开关，则认为擦窗机器人已到达玻璃边缘，擦窗机器人后退，以此来控制擦窗机器人的工作范围。但使用这种方法存在以下缺陷：由于撞板或微动开关容易卡死等原因导致没有信号或者擦窗机器人接收不到信号，可能会出现擦窗机器人卡死在玻璃边框上的现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，首先提供一种擦玻璃装置，可以在擦拭玻璃过程中能够及时探测到窗框等障碍物并灵活地躲避，不会出现擦玻璃装置卡死在玻璃边框上的现象。

本发明的所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种擦玻璃装置包含行走单元、清洁单元、驱动单元和控制单元，行走单元和清洁单元设置在擦玻璃装置的底部，控制单元与驱动单元连接；所述擦玻璃装置还包括与控制单元连接的加速度传感单元，控制单元根据加速度传感单元发出的加速度信号值，控制驱动单元驱动擦玻璃装置停止行走或执行转向动作。

行走单元可以采用以下两种选择：当所述行走单元为履带或轮子，擦玻璃装置滚动行进时，所述加速度传感单元为线加速度传感器。当所述行走单元为可旋转设置在擦玻璃装置底部的吸附转盘，所述擦玻璃装置通过交替旋转所述吸附转盘扭动行进时，所述加速度传感单元 为角加速度传感器。

进一步地，所述的吸附转盘包含支架和吸盘，所述吸盘为环形的软胶吸盘，所述支架上设有凹槽，所述软胶吸盘通过弹性垫圈嵌设在凹槽内定位。

所述清洁单元固设在支架上，或者所述清洁单元固设在所述吸盘的中空区域内。

所述吸附转盘通过连接件连接擦玻璃装置的机体。

进一步的，所述连接件为轴承，所述轴承包含内圈和外圈，所述内圈和外圈之间设有滚珠使得内圈可相对于外圈转动，所述外圈与擦玻璃装置的机体固定连接，所述内圈与吸附转盘固定连接。

所述驱动单元通过传动机构连接所述吸附转盘；所述传动机构为传动齿轮或同步带。

当控制单元判断所述加速度信号值大于或等于控制单元中内置的阈值，或者加速度信号值超出控制单元中内置的阈值信号范围时，控制驱动单元驱动擦玻璃装置停止行走或执行转向动作。

所述擦玻璃置是分体式的，包括驱动机和随动机，驱动机包括行走单元、驱动单元、加速度传感单元和控制单元，驱动机和随动机分别内置有第一、二磁铁，使两者能够相互吸附在玻璃的内、外两侧，在第一、二磁铁的吸力作用下，随动机与驱动机产生随动。

行走单元包括位于驱动机的左右两侧履带和履带轮，履带包括多个履带单元节；或者行走单元也可以只采用轮子。

所述擦玻璃装置也可以是单体式的，包括行走单元、驱动单元、传感单元和控制单元，行走单元可以是包括位于擦玻璃置的左右两侧履带和履带轮，履带包括多个履带单元节；或者行走单元也可以只采用轮子。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明智能水平高，擦拭玻璃过程中，能够及时探测到窗框等障碍物并灵活地躲避，而且减少擦玻璃装置与玻璃窗框的摩擦，不会出现擦玻璃装置卡死在玻璃边框上的现象，有利于擦玻璃装置的行走。

附图说明

图1为本发明擦玻璃装置扭动前进时未撞上边框示意图；

图2为本发明擦玻璃装置扭动前进时撞上边框示意图；

图3为本发明擦玻璃装置直线前进时未撞上边框示意图；

图4为本发明擦玻璃装置直线前进时撞上边框示意图；

图5为本发明擦玻璃装置控制示意图；

图6为本发明擦玻璃装置实施例一剖面结构示意图；

图7为本发明擦玻璃装置实施例一仰视结构示意图。

附图标记：

1.吸附单元 2.行走单元 3.清洁单元 4.驱动单元

5.控制单元 6.加速度传感单元 7.擦玻璃装置 8.玻璃边框

9.支架 10.吸盘 11.真空泵 12.抽气管

13传动齿轮 14.凹槽 15.弹性垫圈 16.机体

17.吸附转盘

具体实施方式

本发明擦玻璃装置包含行走单元2、清洁单元3、驱动单元4和控制单元5，行走单元2和清洁单元3设置在擦玻璃装置7的底部，控制单元5与驱动单元4连接。所述擦玻璃装置7还包括与控制单元5连接的加速度传感单元6，控制单元5根据加速度传感单元6发出的加速度信号值，控制驱动单元4驱动擦玻璃装置7停止行走或执行转向动作。当需擦竖直玻璃表面时，擦玻璃装置还包含吸附单元1，擦玻璃装置的机体通过吸附单元1吸附在玻璃表面。

擦玻璃装置7采用加速度传感单元6检测玻璃边框的方法，不会因为没有撞板信号等因素导致擦玻璃装置运动不正常，而是直接通过擦玻璃装置自身的速度变化来检测边框，避免出现擦玻璃装置卡死在玻璃边框上的现象，有利于擦玻璃装置工作。

实施例一

在本实施例中，行走单元2为吸附转盘17，擦玻璃装置7通过交替旋转吸附转盘实现扭动行进。擦玻璃装置7包括机体16，机体16上设有控制单元5、驱动单元4和清洁单元3。其中，吸附转盘通过连接件连接到机体16，该连接件可以是轴承或机体设置的旋转中心轴，使得吸附转盘以多种方式可旋转的设置在机体16的底部。如吸附转盘可以直接套设在其旋转中心轴上，该旋转中心轴固设在机体底部，带动吸附转盘相对于机体转动。吸附转盘做成“工”字形，套设在旋转中心轴上，同步带套设在吸附转盘的“工”型凹槽中，驱动单元4通过同步带驱动吸附转盘旋转，如吸附转盘还可以通过轴承连接到机体上。其中，轴承包含内圈和外圈，内圈和外圈之间设有滚珠使得内圈可相对于外圈转动。外圈与擦玻璃装置7的机体16固定连接，内圈与吸附转盘固定连接。

简单的吸附转盘仅具有吸盘10，吸盘10通过其旋转中心轴连接到机体16，该方案吸盘10的材质要求较高。真空泵11通过抽气管12与吸盘10相连，当真空泵11开始工作时，真空泵11在吸盘10内产生负压，吸盘10产生吸力，将擦玻璃装置7吸附在玻璃上。

如图6所示，本实施例中，吸附转盘17包含支架9和吸盘10，吸盘10通过抽气管12连接真空泵11。吸盘10为环形的软胶吸盘，吸盘10设置在支架9的底部。在支架9的底部设有环形的凹槽14，软胶吸盘通过弹性垫圈15嵌设在凹槽14内定位。吸盘10在工作时产生形变，弹性垫圈15可以吸收形变，使吸盘10更加贴合的吸附在玻璃上。清洁单元3固定在支架9或所述吸盘10的中空区域内，清洁单元3可为清洁抹布或百洁布等。下面详细描述本发明擦玻璃装置如何实现扭动行进。

在擦玻璃装置的机体16底部两侧A端和A’端设置一对可旋转吸附转盘17，每一吸附转盘17包括支架9和吸盘10，。吸盘10设置在吸附转盘17的底部，控制单元5通过驱动单元4分别与两个吸附转盘17相连，控制单元5分别控制动力在两个吸附转盘17上输出的大小和方向，驱动一对吸附转盘17以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止，使两者交替成为高速端或低速端，形成转速差，使得擦玻璃装置7通过交替旋转A端和A’端的吸附转盘17，实现擦玻璃装置 7的扭动行走。

一般来说，驱动单元4为电机，但本发明并不以此为限。电机输出端与减速机构相连，电机输出的动力通过减速机构减速后传递给支架9。减速机构的末级齿轮驱动传动齿轮13，传动齿轮13通过轴承连接在擦玻璃装置7的机体16内，传动齿轮13与支架9固定连接。

具体地说，擦玻璃装置工作过程如下：

步骤1：将擦玻璃装置放置到玻璃表面，按下按钮启动，真空泵11开始工作，分别位于A端和A’端吸附转盘17上的吸盘10同时吸附在玻璃表面上，两者吸力的大小和吸附的方式始终相同。

步骤2：控制单元5分别控制动力在A端和A’端的一对吸附转盘17上输出的大小和方向，驱动一对吸附转盘17轮流以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止，使两者交替成为高速端或低速端，使两者之间形成转速差。

具体来说，转速差为控制单元5控制驱动单元分别输出动力给吸附转盘17，转速差为一端的吸附转盘17相对于玻璃表面转动，另一端的吸附转盘17相对于玻璃表面静止而形成；或者，转速差为一端的吸附转盘17相对于玻璃表面高速转动，另一端的吸附转盘17相对于玻璃表面低速转动而形成。

步骤3：控制单元5控制使A端的转速低于A’端的转速，机体16在A’端吸附转盘17的带动下绕A端向前发生扭转；

步骤4：机体16绕A端旋转到一定角度时，比如此角度可为10°-30°之间的任意角度，控制单元5控制A’端的转速低于A端的转速，机体16在A端吸附转盘17的带动下绕A’端向前发生扭转；

步骤5：如步骤3和步骤4所述，A端和A’端的驱动单元4交替进行运转速差控制，实现擦玻璃装置在玻璃表面上的行走。综上所述，如此交替控制A端和A’端的转速，使两者交替成为高速端或低速端，形成转速差，从而使机体16转速高的一端以转速低的一端为中心发生扭转，并实现擦玻璃装置的行走。

在本实施例中，加速度传感单元6为角加速度传感器，适用于扭动行走的擦玻璃装置7，扭动行走的擦玻璃装置7不会直线行走。

如图1所示，擦玻璃装置7运行时，在其每扭动一步期间，若擦玻璃装置7没有撞上边框，理想情况下，擦玻璃装置匀速转动，则角加速度传感器测得加速度值为0。或者擦玻璃装置正常扭动时，其转速变化小，角加速度值处于较小的数值范围。

如图2所示，若擦玻璃装置7在扭动的过程中，擦玻璃装置撞上边框，擦玻璃装置扭动的角速度发生突变，角加速度传感器发出信号给控制单元5，控制单元5确认擦玻璃装置7已到达边框，控制单元5控制驱动单元4驱动行走单元2停止行走或执行转向动作，如转动或后退，从而避让玻璃边框。

具体来说，扭动前进的擦玻璃装置在机体转动的过程中有一个角速度ω1，擦玻璃装置撞上玻璃边框后，角速度变为ω2=0，根据角加速度的公式α=Δω/Δt=(ω2-ω1)/Δt，其中Δt为预设值，根据该公式计算出的α取绝对值得到加速度数值。由于撞上边框瞬间，角加速度数值较大，当大于或等于控制单元中的内置阈值α0时，即α≥α0，则判定撞上了边框。

除设置加速度阈值外，也可以设置一个加速度阈值范围[-α1,α1]。擦玻璃装置正常扭动行走时，角速度ω1基本保持不变，其角加速度α在数值0附近波动。当撞上边框或其它障碍物时，角速度很快减小为0，则其角加速度α发生突变。对应地，当α﹤-α1或α﹥α1时，控制单元则判断撞上边框或其它障碍物，控制擦玻璃装置停止行走或改变行走方向。

实施例二

在本实施例中，行走单元2为履带或轮子，擦玻璃装置7滚动行进，加速度传感单元6为线加速度传感器，适用于直线滚动行走的擦玻璃装置7，直线行走的擦玻璃装置7不会扭动行走。

如图3所示，当擦玻璃装置7正常运行时，擦玻璃装置7的机身速度没变化或变化很小，线加速度传感器测得加速度值为0或处于很小的数值范围；如图4所示，当擦玻璃装置7碰上玻璃边框8时，机身速度发生变化，线加速度传感器测得加速度信号值并发送给控制单元5，当控制单元5判断加速度信号值大于或等于控制单元5中内置的阈值时，或者加速度超于阈值信号范围时，控制单元5确认擦玻璃装置7已到达边框，控制单元5控制驱动单元4驱动行走单元2后退或停止行走，从而避免碰撞玻璃边框。

在本实施例中，所述擦玻璃置7可以是分体式，包括驱动机和随动机，驱动机包括行走单元、驱动单元、线速度传感单元和控制单元，驱动机和随动机分别内置有第一、二磁铁，使两者能够相互吸附在玻璃的内、外两侧，在第一、二磁铁的吸力作用下，随动机与驱动机产生随动。行走单元包括位于驱动机的左右两侧履带和履带轮，履带包括多个履带单元节；或者行走单元也可以只采用轮子。

所述擦玻璃装置也可以是单体式，包括行走单元、驱动单元、传感单元和控制单元，行走单元可以是包括位于擦玻璃置的左右两侧履带和履带轮，履带包括多个履带单元节；或者行走单元也可以只采用轮子。

Claims (9)

1.一种擦玻璃装置，包含行走单元(2)、清洁单元(3)、驱动单元(4)和控制单元(5)，行走单元(2)和清洁单元(3)设置在擦玻璃装置(7)的底部，控制单元(5)与驱动单元(4)连接，其特征在于：所述擦玻璃装置(7)还包括与控制单元(5)连接的加速度传感单元(6)，控制单元(5)根据加速度传感单元(6)发出的加速度信号值：当控制单元(5)判断所述加速度信号值大于或等于控制单元中内置的阈值，或者加速度信号值超出控制单元中内置的阈值信号范围时，控制驱动单元(4)驱动擦玻璃装置(7)停止行走或执行转向动作。

2.如权利要求1所述的擦玻璃装置，其特征在于：当所述行走单元(2)为履带或轮子，擦玻璃装置(7)滚动行进时，所述加速度传感单元(6)为线加速度传感器。

3.如权利要求1所述的擦玻璃装置，其特征在于：当所述行走单元(2)为可旋转设置在擦玻璃装置(7)底部的吸附转盘，所述擦玻璃装置(7)通过交替旋转所述吸附转盘扭动行进时，所述加速度传感单元(6)为角加速度传感器。

4.如权利要求3所述的擦玻璃装置，其特征在于：所述的吸附转盘包含支架和吸盘，所述吸盘为环形的软胶吸盘，所述支架上设有凹槽，所述软胶吸盘通过弹性垫圈嵌设在凹槽内定位。

5.如权利要求4所述的擦玻璃装置，其特征在于：所述清洁单元(3)固设在支架上，或者所述清洁单元(3)固设在所述吸盘的中空区域内。

6.如权利要求3所述的擦玻璃装置，其特征在于：所述吸附转盘通过连接件连接擦玻璃装置(7)的机体(16)。

7.如权利要求6所述的擦玻璃装置，其特征在于：所述连接件为轴承，所述轴承包含内圈和外圈，所述内圈和外圈之间设有滚珠使得内圈可相对于外圈转动，所述外圈与擦玻璃装置的机体固定连接，所述内圈与吸附转盘固定连接。

8.如权利要求3所述的擦玻璃装置，其特征在于：所述驱动单元(4)通过传动机构连接所述吸附转盘。

9.如权利要求8所述的擦玻璃装置，其特征在于：所述传动机构为传动齿轮或同步带。