CN103505143A - 擦玻璃机器人及其行走方法 - Google Patents

Abstract

一种擦玻璃机器人及其行走方法，该擦玻璃机器人包括机体（1），机体上设有控制单元、驱动单元和清洁单元（9）；控制单元与驱动单元相连；还包括可旋转设置在机体底部两侧A端和A’端的一对吸附转盘（300），吸附转盘通过抽气管与真空泵相连，控制单元分别通过驱动单元与一对吸附转盘相连，分别控制动力在两个吸附转盘上输出的大小和方向，驱动一对吸附转盘以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止，两者交替成为高速端和低速端、或者是高速端和静止端，形成转速差，实现机器人的行走。本发明在单机状态吸附在玻璃表面上作业，对工作环境要求更低，能够在任何厚度的玻璃上进行清洁作业，其结构简单，成本低，灵敏度高，行走自如且清洁效率高。

Description

擦玻璃机器人及其行走方法

技术领域

本发明涉及一种擦玻璃机器人及其行走方法，属于家用小电器制造技术领域。

背景技术

现有的玻璃清洁机器人已经发展为在通过自动移动的同时，模拟人工擦拭玻璃表面的动作，通过被相互吸附的磁铁压紧的抹布擦拭清洁玻璃的正反两个平面，起到清洁玻璃的效果。目前市面上玻璃清洁机器人都是通过主动机、从动机相互吸附，使机器在玻璃两侧夹紧，并利用夹在机器和玻璃中间的抹布清洁玻璃表面。这种设计虽然能够同时清洁玻璃的正反两个平面，但是对磁铁的要求比较高，并且对机器的工作环境有限制，如果玻璃一边有障碍物，主动机和从动机就很容易错位导致跌落。而且这种结构对玻璃的厚度也有一定的要求，当玻璃的厚度超过一定范围时，该机器就无法使用了。同时，使用机器时，需要双手操作，同时将主动机和从动机放置在玻璃的正反两侧，使用起来不太方便，特别是在高空环境下作业，人为双手操作，不方便也更不安全。

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，提供一种擦玻璃机器人及其行走方法，本发明结构简单，成本低，灵敏度高，可控性强，行走自如且清洁效率高。

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：

一种擦玻璃机器人，包括机体，机体上设有控制单元、驱动单元和清洁单元，所述机体通过吸附单元吸附在玻璃表面，所述控制单元与驱动单元相连；所述擦玻璃机器人还包括可旋转设置在机体底部两侧A端和A’端的一对吸附转盘，所述吸附转盘通过抽气管与真空泵相连，所述控制单元通过驱动单元分别与一对所述吸附转盘相连，控制单元分别控制动力在一对吸附转盘上输出的大小和方向，驱动一对所述吸附转盘以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止，A端和A’端的一对吸附转盘交替成为高速端和低速端、或者是高速端和静止端，两者形成转速差，实现擦玻璃机器人的行走。

为了及时有效地进行转换，所述A端和A’端的一对吸附转盘分别于各自的驱动单元相连，所述的驱动单元分别具有两个电路为其供电，包括高压电路和低压电路，所述控制单元通过控制在两个电路之间的切换实现控制驱动单元的高速运转和低速运转。

进一步地，所述控制单元内设有PWM控制器，所述PWM控制器通过调节其占空比实现驱动单元的高速运转和低速运转。

为了便于连接，所述吸附转盘通过轴承与机体相连。

根据需要，所述驱动单元包括电机，其输出端与减速机构相连，所述电机输出的动力通过减速机构减速后传递给吸附转盘。

所述减速机构的末级齿轮驱动传动齿轮，所述传动齿轮通过轴承连接在机体内，所述传动齿轮与所述吸附转盘固定连接。

所述的吸附转盘包括支架和吸盘，为了增加吸附效果，所述的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。

所述的清洁单元固定在所述吸盘的中空区域内。

本发明还提供一种上述擦玻璃机器人的行走方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：将擦玻璃机器人放置到玻璃表面，真空泵开始工作，A端和A’端吸附转盘上的吸盘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：控制单元分别控制动力在A端和A’端的一对吸附转盘上输出的大小和方向，驱动所述一对吸附转盘以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止，使两者之间形成转速差；

步骤3：控制单元控制使A端的吸附转盘转速低于A’端的转速，机体在A’端吸附转盘的带动下绕A端旋转；

步骤4：机体绕A端旋转到一定角度时，控制单元控制A’端的吸附转盘转速低于A端的转速，机体在A端吸附转盘的带动下绕A’端旋转；

步骤5：如步骤3和步骤4所述，A端和A’端的驱动单元交替进行运转速差控制，使两者交替成为高速端和低速端、或者是高速端和静止端，实现擦玻璃机器人在玻璃表面上的行走。

所述步骤2中的转速差为控制单元控制驱动单元分别输出动力给所述吸附转盘，一端吸附转盘相对于玻璃表面转动，另一端吸附转盘相对于玻璃表面静止而形成的。

所述步骤2中的转速差为一端吸附转盘相对于玻璃表面高速转动，一个吸附转盘相对于玻璃表面低速转动而形成的。

所述的步骤4中的一定角度为10°－30°度。

综上所述，本发明结构简单，成本低，灵敏度高，可控性强，行走自如且清洁效率高。

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为本发明擦玻璃机器人的剖面结构示意图；

图2为本发明擦玻璃机器人的俯视结构示意图；

图3为本发明擦玻璃机器人的仰视结构示意图；

图4为本发明擦玻璃机器人的工作状态示意图。

具体实施方式

图1、图2和图3分别为本发明擦玻璃机器人的剖面结构示意图、俯视结构示意图和仰视结构示意图。如图1至图3所示，本发明提供一种擦玻璃机器人，该擦玻璃机器人包括机体1，机体1上设有控制单元、驱动单元和清洁单元9，还包括可旋转设置在机体1底部两侧A端和A’端的一对吸附转盘300。每一个吸附转盘300都是由支架3和吸盘21组成的。实际上，吸附转盘300应当至少包含吸盘，较简单的，吸附转盘本身也可以仅由吸盘构成，通过其旋转中心轴与机体相连接，但对吸盘的材质要求较高。机体1通过吸附转盘300中的吸盘21吸附在玻璃B表面，吸盘21通过抽气管23与真空泵25相连。如图2所示，真空泵25通过抽气管23与吸盘21相连，当真空泵25开始工作时，真空泵25在吸盘21内产生负压，吸盘21产生吸力，将擦玻璃机器人吸附在玻璃B上。控制单元与驱动单元相连，将控制指令传递给驱动单元。吸盘21分别设置在吸附转盘300的底部，控制单元通过驱动单元分别与两个吸附转盘300相连，控制单元分别控制动力在一对吸附转盘300上输出的大小和方向，驱动一对吸附转盘300轮流以垂直于玻璃B表面的竖直轴为中心旋转或静止，使两者交替成为高速端和低速端、或者是高速端和静止端，形成转速差，实现擦玻璃机器人的行走。

如上所述，本发明通过驱动单元的高速和低速旋转，带动吸附转盘高速旋转和低速旋转或静止。下面通过多种方式实现控制一个吸附转盘高速旋转，另一个吸附转盘低速旋转或静止。如实现方式一：A端和A’端的一对吸附转盘300的驱动单元分别具有两个电压电路，包括高压电路和低压电路，控制单元通过控制在两个电路之间的切换实现控制驱动单元的高速运转和低速运转。当A端驱动单元连接高压电路时，驱动单元的输入电压高，转速快，而A’端连接低压电路，驱动单元输入电压低，转速慢；反之，当A’端驱动单元连接高压电路时，驱动单元的输入电压高，转速快，而A’端连接低压电路，驱动单元的输入电压低，转速慢。由高压电路和低压电路这两个电路为吸附转盘300的驱动单元供电，能够及时有效地进行转换吸附转盘300以垂直于玻璃B表面的竖直轴为中心旋转或静止。如实现方式二：所述控制单元内设有脉宽调制控制器（简称PWM控制器），PWM控制器通过调节其占空比实现驱动单元的高速运转和低速运转。通过增加或减小占空比，使得驱动单元的输入电压或电流对应增加或减小。如PWM控制器增大A端输入电压的占空比，驱动单元的输入电压高，转速快，而减小A’端输入电压的占空比，驱动单元输入电压低，转速慢；反之，当增大A’端输入电压的占空比，驱动单元的输入电压高，转速快，而减小A端输入电压的占空比，驱动单元的输入电压低，转速慢。具体的PWM控制器可通过单片机来实现，本发明在此不再详细说明。

为了便于连接，所述吸附转盘300通过轴承与机体1相连。轴承在驱动单元的驱动下，带动吸附转盘300相对于机体1转动。

一般来说，驱动单元为电机4，但本发明并不以此为限。电机4输出端与减速机构相连，电机4输出的动力通过减速机构减速后传递给吸附转盘300。减速机构的末级齿轮驱动传动齿轮41，传动齿轮41通过轴承连接在机体1内，传动齿轮41与吸附转盘300固定连接。电机4还可以通过其它传动机构，如同步带，驱动吸附转盘300旋转。

如图3所示，本实施例所述的吸盘21为环形的软胶吸盘，吸盘21设置在支架3的底部。在支架3的底部设有环形的凹槽31，软胶吸盘通过弹性垫圈33嵌设在凹槽31内定位。吸盘21在工作时产生形变，弹性垫圈33可以吸收形变，使吸盘21吸附在玻璃上。清洁单元9设置在吸附转盘上，如固设在支架上或固定在所述吸盘21的中空区域内。清洁单元9可为清洁抹布、刷毛或百洁布等。图4为本发明擦玻璃机器人的工作状态示意图。如图4并结合图1至图3所示，本发明擦玻璃机器人的行走方法包括如下步骤：

步骤1：将擦玻璃机器人放置到玻璃B表面，真空泵25开始工作，A端和A’端吸附转盘300上的吸盘21同时吸附在玻璃B表面上。

步骤2：控制单元分别控制动力在A端和A’端的一对吸附转盘300上输出的大小和方向，驱动一对所述吸附转盘300轮流以垂直于玻璃B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，转速差为控制单元控制驱动单元分别输出动力给所述吸附转盘300，一端吸附转盘300相对于玻璃B表面转动，另一端吸附转盘300相对于玻璃B表面静止而形成的；或者，转速差为一端吸附转盘300相对于玻璃B表面高速转动，一个吸附转盘300相对于玻璃B表面低速转动而形成的。

步骤3：控制单元控制使A端的转速低于A’端的转速，机体1在A’端吸附转盘300的带动下绕A端旋转；

步骤4：机体1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，控制单元控制A’端的转速低于A端的转速，机体1在A端吸附转盘300的带动下绕A’端旋转；

步骤5：如步骤3和步骤4所述，A端和A’端的驱动单元交替进行运转速差控制，实现擦玻璃机器人在玻璃表面上的直线行走。

以下通过不同的实施例，对本发明所提供的擦玻璃机器人的行走方式进行具体的描述：

实施例一

首先，将机器人放置在玻璃B上，按下电源按钮，真空泵25开始工作，分别位于A端和A’端的吸附转盘300中的吸盘21同时吸附在玻璃B上，较佳的，A端和A’端的吸盘同时连接一个真空泵，两者吸力的大小和吸附的方式始终相同，另外，A端和A’端的吸盘也可以分别连接真空泵；

其次，控制单元控制使A端吸附转盘的转速为零，而A’端吸附转盘仍然高速旋转，此时，机体1在A’端吸附转盘高速旋转的带动下，以A端为中心A’端向前发生扭转；

再次，当机体1绕A端扭转到一定角度时，比如25°，控制单元控制A’端的转速为零，而A端变为高速旋转，此时，机体1则在A端吸附转盘300的高速旋转带动下，A端以A’端为中心向前发生扭转；

最后，当机体1绕A’端扭转到一定角度时，比如25°，控制单元又回复到初始动作时的状态，控制使A端的吸附转盘转速为零，而A’端吸附转盘仍然高速旋转，此时，机体1又会在A’端高速旋转的带动下，A’端以A端为中心向前发生扭转。

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1转速高的一端以转速低的一端为中心发生扭转，并实现机器人的行走。

实施例二

首先，将机器人放置在玻璃B上，真空泵25启动开始工作，分别位于A端和A’端的一对吸附转盘300中的吸盘21同时吸附在玻璃B上，较佳的，A端和A’端的吸盘同时连接一个真空泵，两者吸力的大小和吸附的方式始终相同。

其次，控制单元控制使A端的吸附转盘低速运转，而A’端吸附转盘高速旋转，此时，机体1在A’端吸附转盘高速旋转的带动下，A’端以A端为中心向前发生扭转；

再次，当机体1绕A端扭转到一定角度时，比如30°，控制单元控制A’端吸附转盘低速运转，而A端吸附转盘变为高速旋转，此时，机体1则在A端吸附转盘300的高速旋转带动下，A端以A’端为中心向前发生扭转；

最后，当机体1绕A端扭转到一定角度时，比如30°，控制单元又回复到初始动作时的状态，控制使A端吸附转盘低速运转，而A’端吸附转盘高速旋转，此时，机体1又会在A’端高速旋转的带动下，A’端以A端为中心向前发生扭转。

综上所述，如此交替控制A端和A’端吸附转盘的转速，使两者交替成为高速端或低速端，形成转速差，从而使机体1转速高的一端以转速低的一端为中心发生扭转，并实现机器人的行走。

需要说明的是，本发明并不拘泥于吸附转盘的实际高速或低速、以及转动或静止，而需考虑吸附转盘与玻璃表面之间的摩擦力。如A端吸附转盘为高速端，驱动单元的驱动力大使得吸附转盘的旋转速度较大，能克服吸盘与玻璃之间的静摩擦力，使得吸盘与玻璃之间的滑动摩擦力推动机体绕低速端旋转，而A’端吸附转盘为低速端时，吸附转盘对应静止或低速旋转，与玻璃表面之间的摩擦力较小，使其刚好为机体的旋转中心。

因此，本发明所提供的这种擦玻璃机器人，无需主动机和从动机的相互吸附，能够在只有单机的情况下固定在玻璃表面上进行工作。同时，本发明所提供的这种擦玻璃机器人对工作环境的要求更低，能够在任何厚度的玻璃上进行清洁作业，其结构简单，成本低，灵敏度高，仅仅通过对设置在机体底部的吸附转盘的转速高低的交替控制，通过转速差使机体扭动，进而实现机器人的自如行走，该擦玻璃机器人可控性强且清洁效率高。

Claims (12)

1.一种擦玻璃机器人，包括机体（1），机体（1）上设有控制单元、驱动单元和清洁单元（9）；所述控制单元与驱动单元相连；其特征在于：所述擦玻璃机器人还包括可旋转设置在机体（1）底部两侧A端和A’端的一对吸附转盘（300），所述吸附转盘通过抽气管与真空泵相连，所述控制单元分别通过驱动单元与一对所述吸附转盘（300）相连，控制单元分别控制动力在两个吸附转盘（300）上输出的大小和方向，驱动一对所述吸附转盘（300）以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止，A端和A’端的一对吸附转盘交替成为高速端和低速端、或者是高速端和静止端，两者形成转速差，实现擦玻璃机器人的行走。

2.如权利要求1所述的擦玻璃机器人，其特征在于：一对所述吸附转盘（300）分别与各自的驱动单元相连，所述的驱动单元分别具有两个电路为其供电，包括高压电路和低压电路，所述控制单元通过控制在两个电路之间的切换实现控制驱动单元的高速运转和低速运转。

3.如权利要求1所述的擦玻璃机器人，其特征在于：所述控制单元内设有PWM控制器，所述PWM控制器通过调节其占空比实现驱动单元的高速运转和低速运转。

4.如权利要求1所述的擦玻璃机器人，其特征在于，所述吸附转盘（300）通过轴承与机体（1）相连。

5.如权利要求1所述的擦玻璃机器人，其特征在于：所述驱动单元包括电机（4），其输出端与减速机构相连，所述电机（4）输出的动力通过减速机构减速后传递给吸附转盘（300）。

6.如权利要求5所述的擦玻璃机器人，其特征在于，所述减速机构的末级齿轮驱动传动齿轮（41），所述传动齿轮（41）通过轴承连接在机体（1）内，所述传动齿轮（41）与所述吸附转盘（300）固定连接。

7.如权利要求1所述的擦玻璃机器人，其特征在于：所述的吸附转盘（300）包括支架（3）和吸盘（21），所述吸盘为环形的软胶吸盘，所述支架上设有凹槽（31），所述软胶吸盘通过弹性垫圈（33）嵌设在凹槽（31）内定位。

8.如权利要求7所述的擦玻璃机器人，其特征在于：所述的清洁单元（9）固定在所述吸盘（21）的中空区域内。

9.一种如权利要求1所述的擦玻璃机器人的行走方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：将擦玻璃机器人放置到玻璃表面，真空泵（25）开始工作，A端和A’端吸附转盘（300）上的吸盘（21）同时吸附在玻璃表面上；

步骤2：控制单元分别控制动力在A端和A’端的两个吸附转盘（300）上输出的大小和方向，驱动所述一对吸附转盘（300）以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止，使两者之间形成转速差；

步骤3：控制单元控制使A端的转速低于A’端的转速，机体（1）在A’端吸附转盘（300）的带动下绕A端旋转；

步骤4：机体（1）绕A端旋转到一定角度时，控制单元控制A’端的转速低于A端的转速，机体（1）在A端吸附转盘（300）的带动下绕A’端旋转；

步骤5：如步骤3和步骤4所述，A端和A’端的驱动单元交替进行运转速差控制，使两者交替成为高速端和低速端、或者是高速端和静止端，实现擦玻璃机器人在玻璃表面上的行走。

10.如权利要求9所述的擦玻璃机器人的行走方法，其特征在于，所述步骤2中的转速差为控制单元控制驱动单元分别输出动力给所述吸附转盘（300），一端吸附转盘（300）相对于玻璃表面转动，另一端吸附转盘（300）相对于玻璃表面静止而形成的。

11.如权利要求9所述的擦玻璃机器人的行走方法，其特征在于：所述步骤2中的转速差为一端吸附转盘（300）的电机（4）相对于玻璃表面高速转动，一个吸附转盘（300）相对于玻璃表面低速转动而形成的。

12.如权利要求9所述的擦玻璃机器人的行走方法，其特征在于，所述的步骤4中的一定角度为10°－30°。

Images