CN104414573B - 擦窗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能机器人技术领域，具体地说，涉及一种擦窗装置。该装置包含吸附单元（1）、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）设置在擦窗装置（7）的底部，控制单元（5）与驱动单元（4）连接，驱动单元（4）连接至行走单元（2）并对行走单元（2）进行驱动。所述擦窗装置（7）还包括与控制单元（5）连接的速度传感单元（6），控制单元（5）根据速度传感单元（6）发出的速度值信号，控制驱动单元（4）驱动擦窗装置（7）停止行走或执行转向动作。本发明能够在擦窗过程中躲避窗框，还能够防止对窗框等障碍物的误判，并降低生产成本。

Description

擦窗装置

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，具体地说，涉及一种擦窗装置。

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。

为了解决上述问题，已经研发出了通过使用角加速度传感器来测量擦窗机器人行进中的角加速度的变化来判别玻璃边框的擦窗机器人。具体来说，扭动前进的擦窗机器人在机体转动的过程中有一个基本恒定的角速度ω₁，撞上玻璃边框后的角速度变为ω₂=0。因此，当撞上边框瞬间，角加速度值达到最大值。当角加速度传感器检测到的角加速度的绝对值α大于或等于擦窗机器人的控制单元中的内置阈值a₀时，即a≥a₀时，则判定撞上了边框，进而控制擦窗机器人停止行走或改变行走方向。但根据牛顿第二定律F=ma，物体的加速度直接受到该物体受力状况的影响，因而可能在极短时间内发生突变。例如，当擦窗机器人在作业过程中遇到粘附在玻璃上的诸如双面胶或口香糖等粘性较大的污垢的瞬间，原来的受力平衡被打破，污垢导致的较大的摩擦力会使角加速度发生突变，瞬间出现较大的极值a_t。于是，就存在着这样的情况：当a_t的绝对值大于内置阈值a₀时，控制单元也会做出撞上了边框的判定，导致对边框的误判，使得擦窗机器人无法继续向前作业。

另外，目前市场上可用于擦窗机器人的角加速度传感器品种有限且价格较高，这也导致了使用角加速度传感器的擦窗机器人的生产成本较高。

发明内容

针对现有技术的上述缺点，本发明期望提供一种擦窗装置，该擦窗装置不仅能够在擦窗过程中及时探测到窗框等障碍物并灵活地躲避，还能够防止对窗框等障碍物的误判，不会出现擦窗装置还没碰到窗框就停止工作或返回的现象，并降低了生产成本。

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：

本发明提供了一种擦窗装置，所述擦窗装置包含行走单元、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窗装置的底部，控制单元与驱动单元连接，驱动单元连接至行走单元并对行走单元进行驱动。所述擦窗装置还包括与所述控制单元连接的速度传感单元，控制单元根据速度传感单元发出的速度值信号，控制驱动单元驱动擦窗装置停止行走或执行转向动作。

根据本发明的一个实施例，当擦窗装置沿直线行进时，速度传感单元是线速度传感器，速度值信号表示擦窗装置的线速度值。

根据本发明的另一实施例，当行走单元是设置在擦窗装置底部的可旋转吸附转盘，擦窗装置通过交替旋转吸附转盘扭动行进时，速度传感单元是角速度传感器，速度值信号表示擦窗装置的角速度值。

在本发明的实施例中，当控制单元判断速度值信号小于或等于控制单元中内置的阈值时，控制驱动单元驱动擦窗装置停止行走或执行转向动作。

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

此外，清洁单元固设在支架上，固设在吸盘的中空区域内。

另外，吸附转盘通过连接件连接擦窗装置的机体。

此外，连接件是轴承，轴承的外圈与擦窗装置的机体固定连接，其内圈与吸附转盘固定连接。

另外，驱动单元通过传动机构连接吸附转盘。

此外，传动机构是传动齿轮或同步带。

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，擦窗过程中，不仅能够及时探测到窗框等障碍物并灵活地躲避，还能够防止对窗框等障碍物的误判，不会出现擦窗装置还没碰到窗框就停止工作或返回的现象。另外，本发明还降低了擦窗装置的生产成本。

附图说明

图1为本发明擦窗装置扭动前进时未撞上边框示意图；

图2为本发明擦窗装置扭动前进时撞上边框示意图；

图3为本发明擦窗装置直线前进时未撞上边框示意图；

图4为本发明擦窗装置直线前进时撞上边框示意图；

图5为本发明擦窗装置控制示意图；

图6为本发明擦窗装置实施例的剖面结构示意图；

图7为本发明擦窗装置实施例的仰视结构示意图。

附图标记：

具体实施方式

本发明的擦窗装置7包含行走单元2、清洁单元3、驱动单元4和控制单元5。如图5和图6所示，行走单元2和清洁单元3设置在擦窗装置7的底部，控制单元5与驱动单元4连接。所述擦窗装置7还包括与控制单元5连接的速度传感单元6，控制单元5根据速度传感单元6发出的速度值信号，控制驱动单元4驱动擦窗装置7停止行走或执行转向动作。当需要擦竖直或倾斜玻璃表面时，擦窗装置7还包含吸附单元1，擦窗装置7的机体16通过吸附单元1吸附在玻璃表面。

实施例1

如图6和图7所示，在实施例1中，行走单元2是吸附转盘17，擦窗装置7通过交替旋转吸附转盘实现扭动行进。擦窗装置7的机体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，使得可以通过多种方式将吸附转盘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，该旋转中心轴固设于机体底部，带动吸附转盘相对于机体转动。吸附转盘例如做成“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。轴承的外圈与擦窗装置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，将擦窗装置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。下面详细描述本实施例的擦窗装置7如何实现扭动行进。

在擦窗装置7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。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，使得擦窗装置7通过交替扭转A端和A’端，实现擦窗装置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通过轴承连接在擦窗装置7的机体16内，传动齿轮13与支架9固定连接。

具体地说，擦窗装置7工作过程如下：

步骤1：将擦窗装置7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分别控制在A端和A’端的一对吸附转盘17上输出的动力的大小和方向，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，可以通过如下方式形成转速差：控制单元5控制驱动单元分别输出动力给吸附转盘17，使得一端的吸附转盘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；或者使得一端的吸附转盘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。

步骤3：例如当控制单元5控制使A端的转速低于A’端的转速的情况下，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进行控制使得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’端的交替向前发生扭转，实现擦窗装置7在玻璃表面上的扭动行走。

综上所述，交替控制A端和A’端的吸附转盘17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向前扭转，从而实现擦窗装置的行走。

在本实施例中的速度传感单元6是诸如陀螺仪等角速度传感器。

如图1所示，擦窗装置7运行时，在其每扭动一步期间，若擦窗装置7没有撞上边框，在理想情况下，擦窗装置匀速转动，则角速度传感器测得速度值为ω₁。

如图2所示，若擦窗装置7在扭动的过程中撞上窗户边框，擦窗装置7扭动的角速度在短时间内变为0。因此，可以在控制单元中预先设定内置阈值ω₀=0或者接近于0的值，角速度传感器将感测到的实时角速度ω的速度值信号发送给控制单元5，当ω≤ω₀时，控制单元5据此判定擦窗装置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或后退等动作，从而避让玻璃边框。

当擦窗装置7在扭动的过程中遇到诸如口香糖、双面胶等粘性较大的污垢时，在最初相遇的瞬间，由于上述污垢对擦窗装置7的摩擦力产生了与扭转前进方向相反的角加速度a_t，使得擦窗装置7的角速度从ω₁降低。然而，由于擦窗装置7向前扭转的惯性以及驱动单元4的持续驱动，擦窗装置7经过短时间的减速行进后清除了上述污垢或者从上述污垢上扫过，角速度就恢复至初始的角速度ω₁。在此过程中，擦窗装置7的实时角速度ω并不会像撞上窗框时那样变为0（即，ω≤ω₀），因此控制单元5不会得到ω≤ω₀的信号，因而不会做出擦窗装置7已到达边框的误判。

另外，当使用角速度传感器作为擦窗装置7中的速度传感单元6时，由于市场上的角速度传感器的品种较多且价格较低，所以能够降低擦窗装置7的生产成本。

实施例2

实施例2与实施例1的主要不同之处在于：行走单元2是履带或轮子，擦窗装置7沿直线前进，速度传感单元6是线速度传感器。

如图3所示，当擦窗装置7正常运行时，擦窗装置7的机身线速度没变化或变化很小，线速度传感器测得速度值为v₁；如图4所示，当擦窗装置7碰上窗户边框8时，擦窗装置7行进的线速度在短时间内变为0。因此，可以在控制单元中预先设定内置阈值v₀=0或者接近于0的较小值，线速度传感器将感测到的实时线速度v的速度值信号发送给控制单元5，当v≤v₀时，控制单元5据此判定擦窗装置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或后退等动作，从而避让玻璃边框。

同样地，当擦窗装置7在直线行进的过程中遇到诸如口香糖、双面胶等粘性较大的污垢时，在最初相遇的瞬间，由于上述污垢对擦窗装置7的摩擦力产生了与前进方向相反的线加速度a_t，使得擦窗装置7的线速度从v₁降低。然而，由于擦窗装置7向前行进的惯性以及驱动单元4的持续驱动，擦窗装置7经过短时间的减速行进后清除了上述污垢或者从上述污垢上扫过，线速度就恢复至初始的线速度v₁。在此过程中，擦窗装置7的实时线速度v并不会像撞上窗框时那样变为0（即，v≤v₀），因此控制单元5不会得到v≤v₀的信号，因而不会做出擦窗装置7已到达边框的误判。

另外，当使用线速度传感器作为擦窗装置7中的速度传感单元6时，由于市场上的线速度传感器的品种较多且价格较低，所以能够降低擦窗装置7的生产成本。

在本实施例中，所述擦窗置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、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采用轮子。

所述擦窗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窗装置的左右两侧的履带和履带轮，履带包括多个履带单元节；或者行走单元也可以采用轮子。

Claims (10)

1.一种擦窗装置(7)，包含吸附单元(1)、行走单元(2)、清洁单元(3)、驱动单元(4)和控制单元(5)，所述行走单元(2)和所述清洁单元(3)设置在所述擦窗装置(7)的底部，所述控制单元(5)与所述驱动单元(4)连接，所述驱动单元(4)与所述行走单元(2)连接并对所述行走单元(2)进行驱动，其特征在于：

所述擦窗装置(7)还包括与所述控制单元(5)连接的速度传感单元(6)，所述控制单元(5)根据所述速度传感单元(6)发出的速度值信号，控制所述驱动单元(4)驱动所述擦窗装置(7)停止行走或执行转向动作。

2.如权利要求1所述的擦窗装置(7)，其特征在于：当所述擦窗装置(7)沿直线行进时，所述速度传感单元(6)是线速度传感器，所述速度值信号表示所述擦窗装置(7)的线速度值。

3.如权利要求1所述的擦窗装置(7)，其特征在于：当所述行走单元(2)是设置在擦窗装置(7)底部的可旋转吸附转盘，所述擦窗装置(7)通过交替旋转所述吸附转盘扭动行进时，所述速度传感单元(6)是角速度传感器，所述速度值信号表示所述擦窗装置(7)的角速度值。

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

7.如权利要求6所述的擦窗装置(7)，其特征在于：所述连接件是轴承，轴承的外圈与擦窗装置的机体固定连接，其内圈与吸附转盘固定连接。

8.如权利要求3所述的擦窗装置(7)，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所述的擦窗装置(7)，其特征在于：所述传动机构是传动齿轮或同步带。

10.如权利要求2或3所述的擦窗装置(7)，其特征在于：当所述控制单元(5)判断所述速度值信号小于或等于所述控制单元(5)中内置的阈值时，控制所述驱动单元(4)驱动所述擦窗装置(7)停止行走或执行转向动作。