CN102961080B - 一种多功能玻璃清洁机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能玻璃清洁机器人及控制方法，包括箱体、吸附系统、行走转向系统、供水系统、清洗系统及自动控制系统，且吸附系统及供水系统装设于箱体内，行走转向系统及清洗系统装设于箱体的下部。吸附系统包括三相电机、气压腔、涵道及扇叶；行走转向系统包括四套轮式结构，每一轮式结构均包括直流电机、减速器、车轮及固定板；供水系统包括曲柄凸轮机构及依序连接的导气管、水箱及供水导管；清洗系统包括清洗电机、锥齿轮、玻璃刷、玻璃刮及玻璃布；自动控制系统包括中央控制器、红外线遥感器及报警装置。本发明结构简单，携带方便，成本低廉，清洗无死角，适合家庭、办公场所等玻璃的清洗需要，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种多功能玻璃清洁机器人及控制方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别涉及一种多功能玻璃清洁机器人及控制方法。

背景技术

清洁类机器人是国内外现有服务类机器人的主要应用领域，在高楼林立的今天，对玻璃清洗的需求，促进了该类机器人技术的快速发展和产品的更新换代。而对于室内玻璃的安全高效地清洁问题也日益为人们所关注。这样多功能玻璃清洁机器人就应运而生。

传统的玻璃清洁机器人基本上实现了自动和半自动控制方式，但其在各个方面仍然存在很多缺陷。如初期研究出来的产品大多有体型庞大、结构复杂、操作繁琐、稳定性差、安全系数低等缺点。如专利申请号为：CN201110436290.0、公开号为：CN102556196A、公开日为：2012-07-11所述的“一种磁吸附式爬壁机器人”利用双面磁力吸附方式，受工作空间和玻璃厚度的影响大，安全系数相对降低；专利申请号为：CN201120241153.7、公开号为：CN202156471U、公开日为：2012-03-07所述的“吸盘式气动爬壁机器人”，其操作繁琐，且协调性、稳定性差。专利号为：200810064947.3、授权公告号为CN 101317744B、授权公告日为2010年06月09日所述的“基于正负压原理的壁面清洗机器人”，它的污水收集装置带来了机械负重过大、安全性不高问题，而且存在死角问题使清洗效率不高。因此，如何克服这些缺点，开发稳定性好，安全系数高而轻巧、便捷、高效的玻璃清洗机器人，成为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种结构简单、吸附效果好、操作简便的多功能玻璃清洁机器人及控制方法。

本发明第一方面提供一种多功能玻璃清洁机器人，包括箱体、吸附系统、行走转向系统、供水系统、清洗系统及自动控制系统，所述吸附系统及所述供水系统装设于所述箱体内，所述行走转向系统及清洗系统装设于所述箱体的下部；其中：

所述吸附系统包括三相电机、气压腔、涵道及扇叶，所述涵道安装于所述箱体的上端面，所述三相电机安装于所述涵道的中心，所述扇叶固定于所述三相电机的转子上，所述气压腔安装于所述箱体的底部且与所述涵道的下端口相连；

所述行走转向系统包括四套分别安装于所述箱体外沿的轮式结构，每一所述轮式结构均包括直流电机、减速器、车轮及固定板，所述直流电机固定于所述箱体的边缘，所述减速器安装于所述箱体的右侧，且所述直流电机的输出轴连接于所述减速器，所述减速器的输出轴连接于车轮；

所述供水系统包括连接于所述减速器输出轴的曲柄凸轮机构及依序连接的导气管、水箱及供水导管，所述曲柄凸轮机构通过第一活塞与所述导气管的输入端连接，所述导气管的输出端与所述水箱的输入端连接，所述水箱的输出端通过第二活塞与所述供水导管的输入端连接，所述供水导管的输出端用于向所述清洗系统供水；

所述清洗系统包括清洗电机、锥齿轮、玻璃刷、玻璃刮及玻璃布，所述清洗电机安装于所述箱体上表面的前端，所述玻璃刷安装于所述箱体外部的两个

上角上，所述玻璃布固定于所述箱体下表面的前端且分布于所述玻璃刷的四周，所述玻璃刮固定于所述箱体的尾部，其中，所述清洗电机的输出轴连接所述锥齿轮，所述锥齿轮通过轴与所述玻璃刷连接；

所述自动控制系统包括中央控制器、红外线遥感器及报警装置，所述中央控制器用于控制所述行走转向系统，且所述中央控制器由充电电池进行供电，所述报警装置预设有报警阈值，当电量低于所述报警阈值时报警。

进一步地，所述导气管的输入端与所述第一活塞之间设有两个单向导通阀门。

优选地，所述供水导管的输出端连接有雾化器，用于向待清洗部位提供水雾。

优选地，还包括设于所述机器人本体上的安全绳。

本发明第二方面提供一种多功能玻璃清洁机器人的控制方法，以上述机器人为控制基体，具体包括如下步骤：

所述吸附系统通过三相电机的转动提供动力，使扇叶高速旋转，进而将气压腔中的气体不断排出，从而产生气压差，该气压差在玻璃表面所产生的压力与静摩擦系数结合形成静摩擦力与机器人的载重平衡，扇叶的高速旋转与正负气压差有机结合共同作用于机器人本体上，使得机器人本体吸附于玻璃上；

当机器人行走时，中央控制器通过二极管的单向导通作用控制直流电机的转向，从而控制机器人本体的行走方向；

所述供水系统中，由减速器带动曲柄凸轮机构运动产生气压，通过单向导通阀门控制水箱中的水间断性的经供水导管向玻璃布供水，且通过雾化器向清洗部位提供水雾；

当机器人前进时，玻璃刷及玻璃布对整块玻璃进行清洗，并由玻璃刮进行

干燥。

进一步地，通过中央控制器可控制机器人的一侧车轮正转，另一侧车轮反转，从而形成摩擦旋转力矩，进而驱动机器人转向。

本发明提供的所述多功能玻璃清洁机器人及控制方法，通过利用三相电机的转动提供动力使扇叶高速旋转，使气压腔与外界产生气压差，进而产生足够大的摩擦力来克服自身重力，实现了机器人的单面强压吸附；通过利用二极管的单向导通作用可实现机器人的前进、后退及转向，灵活方便；所述供水系统中通过单向导通阀门控制水箱中的水间断性的经供水导管向玻璃布供水，且通过雾化器向清洗部位提供水雾，能起到湿润玻璃却又不因积水过多而至打滑的现象，节约资源；采用玻璃布进行擦洗，具有良好的擦洗效果，且因玻璃布具有一定的吸水效果，能对污水进行处理，而避免了由不必要的污水收集装置而带来的负重麻烦，并且自带的玻璃刮能对玻璃进行干净的清洗和污水处理，使玻璃始终保持洁净干爽；玻璃刷设于箱体外部的两个上角上，能够清洗到车轮以外的玻璃，很好地克服了传统玻璃清洁机械的死角问题；安装于所述机器人本体上的安全绳增强了安全性，可阻止意外事故带来的伤害。本发明具有体型小巧、重量轻、清洁高效的特点，适合应用于家庭、办公场所与学生宿舍等玻璃的清洗。

附图说明

图1为本发明提出的一种多功能玻璃清洁机器人的立体示意图；

图2为图1的仰视图；

图3为图1中吸附系统的正面结构示意图；

图4为图1中吸附系统的反面结构示意图；

图5为图1行走转向系统中减速器的内部结构示意图；

图6为图1中供水系统的结构示意图；

图7为图1中清洗系统的结构示意图；

图8为图1清洗系统中玻璃刷的结构示意图。

附图标号说明

1-玻璃刷，2-玻璃布，3-轴，4-直流电机，5-箱体，6A与6B-锥齿轮，8-玻璃刮，10-涵道，11-三相电机，12-扇叶，14-减速器，17-气压腔，19-第一活塞，21A与21B-单向导通阀门，22-导气管，23-清洗电机，26-供水导管，28-第二活塞，33-车轮，34-固定板，37-曲柄凸轮机构，38-水箱，39-行走转向系统，40-吸附系统，41-供水系统，42-清洗系统。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：

请参照图1至图8，为本发明提供的提供一种多功能玻璃清洁机器人，包括箱体5、吸附系统40、行走转向系统39、供水系统41、清洗系统42及自动控制系统(未图示)，所述吸附系统40及所述供水系统41装设于所述箱体5内，所述行走转向系统39及清洗系统42装设于所述箱体5的下部。

所述自动控制系统包括中央控制器、红外线遥感器及报警装置，所述中央控制器用于控制所述行走转向系统39，且所述中央控制器由充电电池进行供电，所述报警装置预设有报警阈值，当电量低于所述报警阈值时报警。

请参照图1、图2、图3及图4，所述吸附系统40包括三相电机11、气压腔17、涵道10及扇叶12，所述涵道10安装于所述箱体5的上端面，所述三相

电机11安装于所述涵道10的中心，所述扇叶12固定于所述三相电机11的转子上，所述气压腔17安装于所述箱体5的底部且与所述涵道10的下端口相连。通过三相电机11的转动，提供不同的动力，使扇叶12高速旋转，进而将气压腔17中的气体不断排出，从而产生气压差，该气压差在玻璃表面所产生的压力与静摩擦系数结合而形成静摩擦力与机器人载重平衡。

请参照图1、图2及图5，所述行走转向系统39包括四套分别安装于所述箱体5外沿的轮式结构，每一所述轮式结构均包括直流电机4、减速器14、车轮33及固定板34，所述直流电机4固定于所述箱体5的边缘，所述减速器14安装于所述箱体5的右侧，且所述直流电机4的输出轴连接于所述减速器14，所述减速器14的输出轴连接于车轮33。四个所述轮式结构相对涵道10呈中心对称，且每一所述轮式结构由相同型号的直流电机4及传动比相同的减速器14构成；减速器14的传动比为机器人的最大静摩擦力矩与电机的额定输出转矩之比，且实际的传动比要大于该值。驱动与转向控制通过红外线遥感器和中央控制器实现，中央控制器受红外线遥感器控制。

请参照图1、图2及图6，所述供水系统41包括连接于所述减速器14输出轴的曲柄凸轮机构37及依序连接的导气管22、水箱38及供水导管26，所述曲柄凸轮机构37通过第一活塞19与所述导气管22的输入端连接，所述导气管22的输出端与所述水箱38的输入端连接，所述水箱38的输出端通过第二活塞28与所述供水导管26的输入端连接，所述供水导管26的输出端用于向所述清洗系统42供水；且所述导气管22的输入端与所述第一活塞19之间设有两个单向导通阀门；所述供水导管26的输出端连接有雾化器(未图示)，用于向待清洗部位提供水雾。

请参照图1、图2、图7及图8，所述清洗系统42包括清洗电机23、锥齿

轮(6A、6B)、玻璃刷1、玻璃刮8及玻璃布2，所述清洗电机23安装于所述箱体5上表面的前端，所述玻璃刷1安装于所述箱体5外部的两个上角上，所述玻璃布2固定于所述箱体5下表面的前端且分布于所述玻璃刷1的四周，所述玻璃刮8固定与所述箱体5的尾部，其中，所述清洗电机23的输出轴连接所述锥齿轮6B，所述锥齿轮6B通过轴3与所述玻璃刷1连接。

所述多功能玻璃清洁机器人本体上还设有安全绳(未图示)，用以保障作业安全。

工作时，请参照图1至图8，本实施例利用伯努利原理，通过三相电机11的转动提供动力，使扇叶12高速旋转，进而将气压腔17中的气体不断排出，从而产生气压差，该气压差在玻璃表面所产生的压力与静摩擦系数结合形成静摩擦力与机器人的载重平衡，扇叶12的高速旋转与正负气压差有机结合共同作用于机器人本体上，使得机器人本体吸附于玻璃上。

当机器人直线行走时，中央控制器通过二极管的单向导通作用，使机器人与四个车轮33相连的直流电机4与直流电源连接，直流电机4正转，驱动机器人正向行走；反转时，改变二极管的导通支路，即可改变直流电机4输入电流的方向，从而使直流电机4反转，机器人反向行走；机器人转向时，中央控制器控制一侧车轮33的直流电机4通正向电流，另一侧直流电机4通反向电流，使机器人的一侧车轮33正转，另一侧车轮33反转，产生正向摩擦力，两摩擦力相对质心形成一摩擦旋转力矩，进而驱动机器人转向。减速器14带动曲柄凸轮机构37运动，进而使第一活塞19向后移动，单向导通阀21A开通，单向导通阀21B关闭，气流从外界进入第一活塞19中的导气管22中，在远休止区域，单向导通阀21A与21B均关闭；回程时，第一活塞19向前移动，单向导通阀21A关闭，单向导通阀21B开通，气流从第一活塞19内的导气管22经单向导通阀21B进入水箱38中，进而产生气压，推动水箱38中的水间断性的经第二活塞28与供水导管26向玻璃布2供水，且通过雾化器向清洗部位提供水雾；当曲柄凸轮机构37回到近休止区域时，单向导通阀21A与21B均关闭，水箱38停止供水，依次循环。

当机器人前进时，启动清洗电机23，通过锥齿轮6A换向后，带动玻璃刷1旋转，对整块玻璃进行较大强度的清洗，其刷下的污物和水渍由玻璃布2擦拭，与此同时，当机器人前进时，玻璃刷1及玻璃留下的水迹由安装在机器人后面的玻璃刮8进行进一步擦拭，从而确保玻璃清洗后光亮干爽；且玻璃布2具有一定收集污水功能，能对污水进行收集，并由玻璃刮8进行干燥。

本发明提供的所述多功能玻璃清洁机器人及控制方法，通过利用三相电机11的转动提供动力使扇叶12高速旋转，使气压腔17与外界产生气压差，进而产生足够大的摩擦力来克服自身重力，实现了机器人的单面强压吸附；通过利用二极管的单向导通作用可实现机器人的前进、后退及转向，灵活方便；所述供水系统41中通过单向导通阀门控制水箱38中的水间断性的经供水导管26向玻璃布2供水，且通过雾化器向清洗部位提供水雾，能起到湿润玻璃却又不因积水过多而至打滑的现象，节约资源；采用玻璃布2进行擦洗，具有良好的擦洗效果，且因玻璃布2具有一定的吸水效果，能对污水进行处理，而避免了由不必要的污水收集装置而带来的负重麻烦，并且自带的玻璃刮8能对玻璃进行干净的清洗和污水处理，使玻璃始终保持洁净干爽；玻璃刷1设于箱体5外部的两个上角上，能够清洗到车轮33以外的玻璃，很好地克服了传统玻璃清洁机械的死角问题；安装于所述机器人本体上的安全绳增强了安全性，可阻止意外事故带来的伤害。本发明具有体型小巧、重量轻、清洁高效的特点，适合应用于家庭、办公场所与学生宿舍等玻璃的清洗。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多功能玻璃清洁机器人，其特征在于，包括箱体、吸附系统、行走转向系统、供水系统、清洗系统及自动控制系统，所述吸附系统及所述供水系统装设于所述箱体内，所述行走转向系统及清洗系统装设于所述箱体的下部；其中：

所述吸附系统包括三相电机、气压腔、涵道及扇叶，所述涵道安装于所述箱体的上端面，所述三相电机安装于所述涵道的中心，所述扇叶固定于所述三相电机的转子上，所述气压腔安装于所述箱体的底部且与所述涵道的下端口相连；所述行走转向系统包括四套分别安装于所述箱体外沿的轮式结构，每一所述轮式结构均包括直流电机、减速器、车轮及固定板，所述直流电机固定于所述箱体的边缘，所述减速器安装于所述箱体的右侧，且所述直流电机的输出轴连接于所述减速器，所述减速器的输出轴连接于车轮；所述供水系统包括连接于所述减速器输出轴的曲柄凸轮机构及依序连接的导气管、水箱及供水导管，所述曲柄凸轮机构通过第一活塞与所述导气管的输入端连接，所述导气管的输出端与所述水箱的输入端连接，所述水箱的输出端通过第二活塞与所述供水导管的输入端连接，所述供水导管的输出端用于向所述清洗系统供水；所述清洗系统包括清洗电机、锥齿轮、玻璃刷、玻璃刮及玻璃布，所述清洗电机安装于所述箱体上表面的前端，所述玻璃刷安装于所述箱体外部的两个上角上，所述玻璃布固定于所述箱体下表面的前端且分布于所述玻璃刷的四周，所述玻璃刮固定于所述箱体的尾部，其中，所述清洗电机的输出轴连接所述锥齿轮，所述锥齿轮通过轴与所述玻璃刷连接；所述自动控制系统包括中央控制器、红外线遥感器及报警装置，所述中央控制器用于控制所述行走转向系统，且所述中央控制器由充电电池进行供电，所述报警装置预设有报警阈值，当电量低于所述报警阈值时报警。

2.根据权利要求1所述的多功能玻璃清洁机器人，其特征在于，所述导气管的输入端与所述第一活塞之间设有两个单向导通阀门。

3.根据权利要求1所述的多功能玻璃清洁机器人，其特征在于，所述供水导管的输出端连接有雾化器，用于向待清洗部位提供水雾。

4.根据权利要求1所述的多功能玻璃清洁机器人，其特征在于，还包括设于所述机器人本体上的安全绳。

5.一种多功能玻璃清洁机器人的控制方法，以权利要求1至权利要求4所述的机器人为控制基体，其特征在于，具体包括如下步骤：

所述吸附系统通过三相电机的转动提供动力，使扇叶高速旋转，进而将气压腔中的气体不断排出，从而产生气压差，该气压差在玻璃表面所产生的压力与静摩擦系数结合形成静摩擦力与机器人的载重平衡，扇叶的高速旋转与正负气压差有机结合共同作用于机器人本体上，使得机器人本体吸附于玻璃上；当机器人行走时，中央控制器通过二极管的单向导通作用控制直流电机的转向，从而控制机器人本体的行走方向；所述供水系统中，由减速器带动曲柄凸轮机构运动产生气压，通过单向导通阀门控制水箱中的水间断性的经供水导管向玻璃布供水，且通过雾化器向清洗部位提供水雾；当机器人前进时，玻璃刷及玻璃布对整块玻璃进行清洗，并由玻璃刮进行干燥。

6.根据权利要求5所述的多功能玻璃清洁机器人的控制方法，其特征在于，通过中央控制器控制机器人的一侧车轮正转，另一侧车轮反转，从而形成摩擦旋转力矩，进而驱动机器人转向。