CN102138760A - 基于mems加速度计的玻窗清洁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MEMS加速度计的玻窗清洁装置，其特征在于：由控制设备和执行设备组成，控制设备包括MEMS加速度计、微控制器以及无线发射模块，执行设备包括无线接收模块、单片机、第一电机驱动控制器、第二电机驱动控制器、真空泵驱动器以及四轮车架，在四轮车架上固定有第一电机、第二电机、吸盘以及清洁布条。其显著效果是：将MEMS传感器应用在了智能家居领域，制作出一种微型玻璃清洁装置，采用无线控制和真空吸附技术，不仅大大的减小了家居清洁的劳力和清洁较高玻窗带来的危险，而且操作简单、使用方便。

Description

基于MEMS加速度计的玻窗清洁装置

技术领域

本发明涉及到机械电子以及无线控制领域，具体地说，是一种基于MEMS加速度计的玻窗清洁装置。

背景技术

高大建筑物的玻璃清洗是一项繁重而危险的劳动，人工进行高层建筑物的清洗不仅费用高，效率低，而且十分危险。因此具有一定灵活性、可替代人工完成高层建筑清洗任务的玻窗清洁装置将引起人们广泛关注。

现有MEMS加速度计技术发展比较成熟，所谓MEMS即微机电系统，是利用微米级立体结构实现感应和执行功能的一项关键技术。随着技术和经济的发展，MEMS加速度计的应用也越来越广泛，但是将其应用于无线控制的智能家居中还比较少见，MEMS加速度计应用于玻窗、地板的清洁将是一种集成创新。

发明内容

本发明的目的是针对玻璃壁面作业的特殊状况，研制一种结构简单、重量轻、体积小的能够在竖直玻璃壁面上自由移动的玻窗清洁装置。

为达到上述目的，本发明采用如下方案：

一种基于MEMS加速度计的玻窗清洁装置，其关键在于：由控制设备和执行设备组成，所述控制设备包括MEMS加速度计、微控制器以及无线发射模块，所述MEMS加速度计利用重力感应采集加速度值并将获得的加速度值传送到所述微控制器中，该微控制器将接收到的加速度值进行运算处理并生成控制信号，通过所述无线发射模块将该控制信号发送到执行设备；

所述执行设备包括无线接收模块、单片机、第一电机驱动控制器、第二电机驱动控制器以及真空泵驱动器，其中：

无线接收模块：用于接收控制设备中发出的控制信号；

单片机：将无线接收模块接收到的控制信号进行运算处理，生成第一电机控制信号、第二电机控制信号以及真空泵控制信号；

第一电机驱动控制器：其输出端连接有第一电机，所述第一电机驱动控制器用于接收单片机发出的第一电机控制信号并控制第一电机工作；

第二电机驱动控制器：其输出端连接有第二电机，所述第二电机驱动控制器用于接收单片机发出的第二电机控制信号并控制第二电机工作；

真空泵驱动器：其输出端连接有真空泵，所述真空泵驱动器用于接收单片机发出的真空泵控制信号并控制真空泵工作；

所述执行设备还包括一个四轮车架，所述第一电机和第二电机均固定在该四轮车架上，在四轮车架的底盘上还安装有吸盘，所述吸盘的吸气口通过管道与真空泵连接，该真空泵安装在四轮车架上。

所述四轮车架的底盘为一个工形连接件，该工形连接件第一横梁的水平方向上固定所述第一电机和第二电机，在第一电机的输出轴上套装第一驱动轮，在第二电机的输出轴上套装第二驱动轮，所述工形连接件第二横梁的两端分别安装第一从动轮和第二从动轮，所述第一驱动轮与第一从动轮位于该工形连接件的左边并通过第一传送带连接，所述第二驱动轮与第二从动轮位于该工形连接件的右边并通过第二传送带连接，所述吸盘固定在该工形连接件的下表壁上且吸盘的吸气口穿过该工形连接件，在该工形连接件的上表壁上固定所述真空泵。

控制设备握于人手上，该设备基于MEMS加速度计的原理，通过加速度计实现对人手姿态的测量，测得的加速度值通过微控制器进行运算处理得到方向控制信号，通过无线传输模块发送到执行设备中；

执行设备安放于玻窗或地板上，无线接收模块接收控制设备发送的控制信号，真空泵主要用于抽取吸盘中的空气，使吸盘内的压强始终小于外界大气压强，在吸盘内形成真空负压，实现将四轮车架与玻璃壁面的紧密吸附，防止滑落。

由两个电机驱动左右两排轮胎，通过接收到的控制信号对电机控制，实现两排轮胎的同向同速、同向差速、异向同速、异向差速的控制，从而实现四轮车架的上下左右转弯等简单动作的执行，达到按人的意愿以一定的轨迹进行清洁的目的。

所述工形连接件第一横梁和第二横梁的底面上固定有清洁布条，该清洁布条一面为具有静电吸附作用的纤维面料，另一面为纤维细绵。

清洁布条双面采用了不同的材质面料，具有各自不同的特点和用途。布条一面采用具有静电吸附作用的纤维面料，能很好的吸附灰尘、毛发等杂质。另一面使用了纤维细绵，具有良好的吸水效果。

所述微控制器生成的控制信号包括向前移动信号、向后移动信号、向左移动信号、向右移动信号以及原地自动清洁信号。

通过MEMS加速度计感应到的加速度值产生前后左右四个方向的移动控制信号，如果某处的玻璃特别脏，则将加速度计保持水平，实现原地强化清洁的目的。

所述四轮车架上还安装有过滤器，该过滤器的进气口与所述吸盘的吸气口连接，该过滤器的出气口与所述真空泵连接。

由于家居生活中，玻窗上的主要污染物为粉尘，为防止粉尘过多进入真空泵，对真空泵造成损害，在吸盘与真空泵的连接管道中间，我们接入一个过滤器，以防止粉尘进入真空泵。

所述吸盘的盘口处采用聚氨酯材料并设置成圆盘状。

聚氨酯材料跟玻璃的摩擦系数大，可提供足够的摩擦力，同时将吸盘设置为圆盘状，增加受力面积，有效防止四轮车架从玻窗上滑落下来。

本发明的显著效果是：将MEMS传感器应用在了智能家居领域，制作出一种微型玻璃清洁装置，采用无线控制和真空吸附技术，不仅大大的减小了家居清洁的劳力和清洁较高玻窗带来的危险，而且操作简单、使用方便。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图；

图2是图1中执行设备2的机械结构示意图；

图3是图2中四轮车架26底盘的结构示意图；

图4是图2中吸盘27的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1，图2所示，一种基于MEMS加速度计的玻窗清洁装置，由控制设备1和执行设备2组成，所述控制设备1包括MEMS加速度计11、微控制器12以及无线发射模块13，其中MEMS加速度计11采用美新半导体公司生产二轴数字加速度计MXC6202，该传感器是一个I²C器件，通过SDA和SCL两根线与微控制器12通信，微控制器12选用型号为ATMEGA16L，无线发射模块13采用nRF24L01无线发射模块，功耗低，传输速率快，通过SPI接口与微控制器12通信，无线传输理论距离可达30-60米。MEMS加速度计11利用重力感应采集加速度值并将获得的加速度值传送到所述微控制器12中，该微控制器12将接收到的加速度值进行运算处理并生成控制信号，由于人手握持控制设备的倾斜姿势不同，控制信号包括向前移动信号、向后移动信号、向左移动信号、向右移动信号以及原地自动清洁信号，最后通过所述无线发射模块13将该控制信号发送到执行设备2；

执行设备2包括无线接收模块21、单片机22、第一电机驱动控制器23、第二电机驱动控制器24以及真空泵驱动器25，其中：

无线接收模块21：采用nRF24L01无线发射模块，与无线发射模块13无线通信，用于接收控制设备1中发出的控制信号；

单片机22：型号为ATMEGA16L，将无线接收模块21接收到的控制信号进行运算处理，生成第一电机控制信号、第二电机控制信号以及真空泵控制信号；

第一电机驱动控制器23：其输出端连接有第一电机231，所述第一电机驱动控制器23用于接收单片机22发出的第一电机控制信号并控制第一电机231工作；

第二电机驱动控制器24：其输出端连接有第二电机241，所述第二电机驱动控制器24用于接收单片机22发出的第二电机控制信号并控制第二电机241工作,第一电机驱动控制23和第二电机驱动控制器24的电路结构相同，均采用电机驱动芯片L298。

真空泵驱动器25：其输出端连接有真空泵251，所述真空泵驱动器25用于接收单片机22发出的真空泵控制信号并控制真空泵251工作；

所述执行设备2还包括一个四轮车架26，所述第一电机231和第二电机241均固定在该四轮车架26上并实现四轮车架26的自由移动，在四轮车架26的底盘上还安装有吸盘27，该吸盘27的吸气口通过管道与真空泵251连接，通过真空泵251抽取吸盘27中的空气实现四轮车架26与玻璃壁面的吸附。

所述四轮车架26的底盘为一个工形连接件，该工形连接件第一横梁的水平方向上固定所述第一电机231和第二电机251，在第一电机231的输出轴上套装第一驱动轮，在第二电机241的输出轴上套装第二驱动轮，所述工形连接件第二横梁的两端分别安装第一从动轮和第二从动轮，所述第一驱动轮与第一从动轮位于该工形连接件的左边并通过第一传送带连接，所述第二驱动轮与第二从动轮位于该工形连接件的右边并通过第二传送带连接，所述吸盘27固定在该工形连接件的下表壁上且吸盘27的吸气口穿过该工形连接件，在该工形连接件的上表壁上固定所述真空泵251，吸盘27与真空泵251之间还连接有过滤器29。

执行设备2安放于玻窗或地板上，无线接收模块21接收控制设备1发送的控制信号，真空泵251主要用于抽取吸盘27中的空气，使吸盘27内的压强始终小于外界大气压强，在吸盘27内形成真空负压，实现四轮车架26与玻璃壁面的紧密吸附，防止滑落。

由两个电机驱动左右两排轮胎，通过接收到的控制信号对电机控制，实现两排轮胎的同向同速、同向差速、异向同速、异向差速的控制，从而实现四轮车架26的上下左右转弯等简单动作的执行，达到按人的意愿以一定的轨迹进行清洁的目的。

如图3所示，所述工形连接件第一横梁和第二横梁的底面上固定有清洁布条28，该清洁布条28一面为具有静电吸附作用的纤维面料，另一面为纤维细绵。

清洁布条28双面采用了不同的材质面料，具有各自不同的特点和用途。布条一面采用具有静电吸附作用的纤维面料，能很好的吸附灰尘、毛发等杂质，另一面使用了纤维细绵，具有良好的吸水效果，清洁布条28和工形连接件之间可以通过粘贴扣固定在一起。

如图4所示，所述吸盘27的盘口处采用聚氨酯材料并设置成圆盘状，聚氨酯材料跟玻璃的摩擦系数大，可提供足够的摩擦力，同时将吸盘27设置为圆盘状，增加受力面积，有效防止四轮车架26从玻窗上滑落下来。

本发明的工作原理是：通过真空泵251抽气，使聚氨酯吸盘27吸附在玻璃壁面上，为四轮车架26的滑动提供足够的摩擦力，同时防止四轮车架26从玻窗上滑落下来；

利用加速度计实现对人手姿态的测量，测得的加速度值通过微控制器12进行运算处理得到方向控制信号，通过无线控制四轮车架26自由移动；

在四轮车架26上固定清洁布条，在四轮车架26的移动过程中，通过清洁布条吸附灰尘、毛发等杂质，同时具有良好的吸水效果。

Claims (6)

1.一种基于MEMS加速度计的玻窗清洁装置，其特征在于：由控制设备（1）和执行设备（2）组成，所述控制设备（1）包括MEMS加速度计（11）、微控制器（12）以及无线发射模块（13），所述MEMS加速度计（11）利用重力感应采集加速度值并将获得的加速度值传送到所述微控制器（12）中，该微控制器（12）将接收到的加速度值进行运算处理并生成控制信号，通过所述无线发射模块（13）将该控制信号发送到执行设备（2）；

所述执行设备（2）包括无线接收模块（21）、单片机（22）、第一电机驱动控制器（23）、第二电机驱动控制器（24）以及真空泵驱动器（25），其中：

无线接收模块（21）：用于接收控制设备（1）中发出的控制信号；

单片机（22）：将无线接收模块（21）接收到的控制信号进行运算处理，生成第一电机控制信号、第二电机控制信号以及真空泵控制信号；

第一电机驱动控制器（23）：其输出端连接有第一电机（231），所述第一电机驱动控制器（23）用于接收单片机（22）发出的第一电机控制信号并控制第一电机（231）工作；

第二电机驱动控制器（24）：其输出端连接有第二电机（241），所述第二电机驱动控制器（24）用于接收单片机（22）发出的第二电机控制信号并控制第二电机（241）工作；

真空泵驱动器（25）：其输出端连接有真空泵（251），所述真空泵驱动器（25）用于接收单片机（22）发出的真空泵控制信号并控制真空泵（251）工作；

所述执行设备（2）还包括一个四轮车架（26），所述第一电机（231）和第二电机（241）均固定在该四轮车架（26）上，在四轮车架（26）的底盘上还安装有吸盘（27），所述吸盘（27）的吸气口通过管道与真空泵（251）连接，该真空泵（251）安装在四轮车架（26）上。

2.根据权利要求1所述的基于MEMS加速度计的玻窗清洁装置，其特征在于：所述四轮车架（26）的底盘为一个工形连接件，该工形连接件第一横梁的水平方向上固定所述第一电机（231）和第二电机（241），在第一电机（231）的输出轴上套装第一驱动轮，在第二电机（241）的输出轴上套装第二驱动轮，所述工形连接件第二横梁的两端分别安装第一从动轮和第二从动轮，所述第一驱动轮与第一从动轮位于该工形连接件的左边并通过第一传送带连接，所述第二驱动轮与第二从动轮位于该工形连接件的右边并通过第二传送带连接，所述吸盘（27）固定在该工形连接件的下表壁上且吸盘（27）的吸气口穿过该工形连接件，在该工形连接件的上表壁上固定所述真空泵（251）。

3.根据权利要求2所述的基于MEMS加速度计的玻窗清洁装置，其特征在于：所述工形连接件第一横梁和第二横梁的底面上固定有清洁布条（28），该清洁布条（28）一面为具有静电吸附作用的纤维面料，另一面为纤维细绵。

4.根据权利要求1所述的基于MEMS加速度计的玻窗清洁装置，其特征在于：所述微控制器（12）生成的控制信号包括向前移动信号、向后移动信号、向左移动信号、向右移动信号以及原地自动清洁信号。

5.根据权利要求1所述的基于MEMS加速度计的玻窗清洁装置，其特征在于：所述四轮车架（26）上还安装有过滤器（29），该过滤器（29）的进气口与所述吸盘（27）的吸气口连接，该过滤器（29）的出气口与所述真空泵（251）连接。

6.根据权利要求1所述的基于MEMS加速度计的玻窗清洁装置，其特征在于：所述吸盘（27）的盘口处采用聚氨酯材料并设置成圆盘状。

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