CN104905728B - 摆动式自行走擦窗机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆动式自行走擦窗机器人及其控制方法，所述机器人包括行走电机和两个擦窗转盘，所述行走电机和电机驱动电路相连并通过蜗轮蜗杆机构带动擦窗转盘转动，其中，所述擦窗转盘设于真空吸盘上，所述真空吸盘和真空泵相连，所述真空吸盘和擦窗转盘处于同心位置，所述两个真空吸盘与真空泵之间连通形成真空气腔。本发明提供的摆动式自行走擦窗机器人，通过采用真空吸盘式吸附装置，同时将擦窗转盘当作行走机构完成摆动式行走动作，将吸附，行走及擦拭动作合一，可以最大地提高拭布与玻璃的相对运动，改善擦拭效果同时让擦窗机器人在结构上大大简化，消除擦痕，并有效将擦窗死区降至最低。

Description

摆动式自行走擦窗机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种机器人及其控制方法，尤其涉及一种摆动式自行走擦窗机器人及其控制方法。

背景技术

市场上目前已经有了多种类型的擦窗机，并采用数种不同的技术控制擦窗机的行走动作。目前现有的擦窗机器人行走动作采用的技术主要有:

手动式行走方式:一般采用内外式永久磁铁吸附方式，需要人工操作，对于厚玻璃或双层玻璃吸附力减弱，存在制约；

履带行走式:履带行走式一般采用真空吸附加履带形成行走装置，该机构可以实现自动行走动作，但机构复杂，存在擦窗死角或遗留履带行走擦痕；另外这种方式拭布与被擦平面相对运动少，影响擦拭效果。

机械腿方式:机械腿行走式一般采用真空吸盘式，也可以实现自动行走动作。但同样机构复杂，行走动作复杂等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种摆动式自行走擦窗机器人及其控制方法，能够大大改善擦拭效果，同时让擦窗机器人在结构上大大简化，消除擦痕，并有效将擦窗死区降至最低。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种摆动式自行走擦窗机器人，包括行走电机和两个擦窗转盘，所述行走电机和电机驱动电路相连并通过蜗轮蜗杆机构带动擦窗转盘转动，其中，所述擦窗转盘设于真空吸盘上，所述真空吸盘和真空泵相连，所述真空吸盘和擦窗转盘处于同心位置，所述两个真空吸盘与真空泵之间连通形成真空气腔。

上述的摆动式自行走擦窗机器人，其中，所述电机驱动电路的输入端和中央处理器的输出端相连，所述电机驱动电路的输出端和行走电机以及真空泵的电机相连；所述中央处理器的电源端通过电压转换电路和输入电源相连，所述中央处理器(通过SPI接口和运动检测电路相连获取擦窗转盘的运动状态轨迹。

上述的摆动式自行走擦窗机器人，其中，所述中央处理器通过遥控器收发电路和遥控接收器相连，所述遥控接收器为内外双向红外接收装置。

上述的摆动式自行走擦窗机器人，其中，所述电压转换电路的输出端通过充电控制电路和充电电池相连，所述充电电池和中央处理器、遥控接收器以及真空泵的电源端相连。

本发明为解决上述技术问题还提供一种上述摆动式自行走擦窗机器人的控制方法，包括如下步骤：a)控制两个行走电机同时逆时针/顺时针转动,并调整两个行走电机的快慢速度实现倾斜角度变化；b)控制两个行走电机采用相反转向以及交替快慢速度调整，实现反方向摆动；c)当调整正反方向摆动角度一致后，控制擦窗机器人沿水平方向或垂直方向的正反向行走；e)当调整正反向摆动角度不一致时，设置其中一侧的摆动角度为0，控制擦窗机器人沿该侧边界下移。

上述的摆动式自行走擦窗机器人的控制方法，其中，所述步骤a)中擦窗机器人还内置陀螺仪及加速度计检测倾斜角变化，使得擦窗机器人到达指定倾斜角时自动停止。

上述的摆动式自行走擦窗机器人的控制方法，其中，所述真空泵的电机为直流有刷电机，所述电机驱动电路通过调整PWM占空比来调节真空泵吸力。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的摆动式自行走擦窗机器人及其控制方法，通过采用真空吸盘式吸附装置，同时将擦窗转盘当作行走机构完成摆动式行走动作，将吸附，行走及擦拭动作合一，可以最大地提高拭布与玻璃的相对运动，改善擦拭效果同时让擦窗机器人在结构上大大简化，消除擦痕，并有效将擦窗死区降至最低。

附图说明

图1为本发明摆动式自行走擦窗机器人正面结构示意图；

图2为本发明摆动式自行走擦窗机器人反面结构示意图；

图3为本发明摆动式自行走擦窗机器人的控制电路方框示意图；

图4为本发明摆动式自行走擦窗机器人摆动式正向行走示意图；

图5为本发明摆动式自行走擦窗机器人摆动式反向行走示意图；

图6为本发明摆动式自行走擦窗机器人右边界摆动式下移示意图；

图7为本发明摆动式自行走擦窗机器人左边界摆动式下移示意图。

图中：

1 擦窗转盘 2 行走电机 3 真空气腔

4 真空吸盘 5 真空泵 6 蜗轮蜗杆驱动机构

7 遥控接收器 8 安全绳 9 充电电池

10 电机驱动电路 11 中央处理器 12 充电控制电路

13 运动检测电路 14 遥控器收发电路 15 电压转换电路

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明摆动式自行走擦窗机器人正面结构示意图；图2为本发明摆动式自行走擦窗机器人反面结构示意图。

请参见图1，本发明提供的摆动式自行走擦窗机器人，包括行走电机2和两个擦窗转盘1，所述行走电机2和电机驱动电路10相连并通过蜗轮蜗杆机构6带动擦窗转盘1转动，其中，所述擦窗转盘1设于真空吸盘4上，所述真空吸盘4和真空泵5相连，所述真空吸盘4和擦窗转盘1处于同心位置，所述两个真空吸盘4与真空泵5之间连通形成真空气腔3。

本发明提供的摆动式自行走擦窗机器人，如图3所示，其中，所述电机驱动电路10的输入端和中央处理器11的输出端相连，所述电机驱动电路10的输出端和行走电机2以及真空泵5的电机相连；所述中央处理器11的电源端通过电压转换电路15和输入电源相连，所述中央处理器11通过SPI接口和运动检测电路13相连获取擦窗转盘1的运动状态轨迹。所述中央处理器11通过遥控器收发电路14和遥控接收器7相连，所述遥控接收器7为内外双向红外接收装置。所述电压转换电路15的输出端通过充电控制电路12和充电电池9相连，所述充电电池9和中央处理器11、遥控接收器7以及真空泵5的电源端相连。

本发明提供的摆动式自行走擦窗机器人，各主要部件的功能如下：

两个擦窗转盘:行走电机2直接通过蜗轮蜗杆机构6驱动擦窗转盘1转动，同时完成转动擦拭及摆动行走动作；相对于履带式擦窗机器人，大大增加了擦拭相对运动。擦窗转盘上可以套装可更换的清洁布。

两个行走电机:行走电机2通过涡轮蜗杆机构6带动擦窗转盘1转动，完成擦拭及行走动作；行走电机2类型为直流有刷电机。

真空气腔:位置处于两个真空吸盘4与真空泵5之间联通的空间，并与其他位置相对隔离。真空泵5转动后形成从真空吸盘4至真空泵飞轮的气流并形成真空气腔与外界的负压，从而形成吸盘效应。

真空吸盘：真空吸盘4完成吸附动作，真空吸盘4位置与擦窗转盘1处于同心位置，通过擦拭清洁布与被擦平面形成吸附效应。吸力大小可以调整，可以同时保证吸附可靠性与行走平滑性以及清洁效果。

真空泵电机：真空泵电机运行后在真空气腔形成负压从而产生吸盘吸力，通过电机扭矩调整调整真空吸盘吸力，使得机器人吸附可靠性与行走擦拭效果之间达到平衡

涡轮蜗杆机构:行走电机2与擦窗转盘1之间的减速装置，采用涡轮蜗杆及行星齿轮机构。

遥控接收器：采用内外双向红外接收装置，保证擦窗机器人可以工作在被擦平面的内外两面，正常接收到遥控信号。

安全绳:安全绳8为本发明装置擦窗机器人的二级防护装置。在主电源停电，且可充电电池放电完毕时进一步防止装置脱落。

充电电池:主要用来给主控电路，遥控器收发单元，真空泵供电，保证即使主控电源断电或主控电源插头脱落情况下，真空泵仍然能够工作，且能继续接受遥控器控制。

本发明提供的摆动式自行走擦窗机器人，电路控制单元的各主要模块的功能如下：

电机驱动电路10:该电路单元控制两个行走电机及真空泵电机，电机采用直流有刷电机，控制单元可以有效调节电机运转速度，运转方向及电机输出扭矩。

中央处理器11:中央处理器CPU单元为本发明装置的核心单元，负责周边电气单元的控制，智能动作，传感检测信号处理等。

充电控制电路12:用于控制内置可充电电池的充电控制，电源智能切换，充电电流调节等。主要是在主电源断电或电源插头脱落的情况下，充电控制电路12继续让充电电池9给真空泵电机，主控单元，遥控单元供电，保证擦窗机器人能够在一段时间内(15分钟以上)仍然能够有效吸附并且接受遥控操作，防止脱落。充电控制电路12自动脱开行走电机电源，进一步延长有效供电时间。

运动检测电路13：用于检测擦窗机器人装置的运动状态机轨迹。包括斜角度检测，边缘检测，路径检测等。

遥控器收发电路14：用于处理遥控信号的接受和发送处理。支持红外及无线(433MHZ或蓝牙)类型的遥控器，可以有效对应贴膜玻璃，毛玻璃等对遥控信号的制约。

电压转换电路15：用于将输入的220V交流电压信号变换为一系列电路单元的工作电压。包括12V 5V 3.3V等。

本发明提供的摆动式自行走擦窗机器人，可以方便地控制擦窗机器人正向及反向行走方式，通过调整吸盘的同向转动及转送快慢调节，完成擦窗机器人的摆动式行走，同时通过转动吸盘形成与被擦玻璃的相对运动完成擦拭动作。具体控制过程如下：

行走动作:第一步，两个行走电机2同时逆时针/顺时针转动(俯视),并调整两个行走电机2的快慢速度实现角度变化。擦窗机器人同时检测内置陀螺仪及加速度计的数据变化，检测倾斜角变化，使得擦窗机器人到达指定倾斜角时自动停止。第二步:两个行走电机2采用相反转向以及交替快慢速度调整，实现反方向摆动。第三步:当控制正反方向摆动角度一致时，擦窗机器人可以实现水平方向或垂直方向的正反向行走，如图4、图5所示。当控制正反向摆动角度不一致时(左摆动角度或右摆动角度设置为0)，可以实现擦窗机器人左边界或右边界的摆动式下移，如图6、图7所示。

行走电机转向与转速比例计算如下：两个行走电机2的快慢速比例调整需要考虑消除扭转应力，同时吸盘摩擦系数，擦拭速度，打滑防止等因素确定。在实际调试过程中，优选采用以下公式达到最佳平衡效果：

Ratio＝(L/R)²。

真空泵吸力调整：本发明擦窗机器人真空泵电机采用直流有刷电机，在实际使用过程中，必须调整好吸盘吸力可靠性，行走平滑性及擦拭效果之间的平衡。本装置通过PWM占空比从而(脉宽调整)调整直流电机的有效驱动电流从而达到调整吸力的效果。

综上所述，本发明提供的摆动式自行走擦窗机器人及其控制方法，通过采用真空吸盘式吸附装置，同时将擦窗转盘1当作行走机构完成摆动式行走动作，将吸附，行走及擦拭动作合一，可以最大地提高拭布与玻璃的相对运动，改善擦拭效果同时让擦窗机器人在结构上大大简化，消除擦痕，并有效将擦窗死区降至最低。具体优点如下：1)通过将真空吸盘4转动同时完成吸附，摆动式行走及擦拭动作，不依赖与内外式永磁吸附机构，提高了灵活性，并消除了后玻璃或双层玻璃的限制；不但能够达到各方向行走，转向，摩擦擦拭的效果，并可大大简化机构，有效降低擦拭死区。2)通过调整两个真空吸盘4转向，以及精确计算转动速度比例关系，从而消除中间扭转应力，达到擦窗机器人平滑摆动行进效果。3)通过调整真空泵电机扭矩，调整真空气腔3的负压值，进而调整真空吸盘的吸力，从而使得吸附可靠性与行走平滑性及擦拭效果之间达到最佳平衡。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种摆动式自行走擦窗机器人的控制方法，所述擦窗机器人包括行走电机(2)和两个擦窗转盘(1)，所述行走电机(2)和电机驱动电路(10)相连并通过蜗轮蜗杆机构(6)带动擦窗转盘(1)转动，其特征在于，所述擦窗转盘(1)设于真空吸盘(4)上，所述真空吸盘(4)和真空泵(5)相连，所述真空吸盘(4)和擦窗转盘(1)处于同心位置，所述两个真空吸盘(4)与真空泵(5)之间连通形成真空气腔(3)，所述控制方法包括如下步骤：

a)控制两个行走电机(2)同时逆时针/顺时针转动,并调整两个行走电机(2)的快慢速度实现倾斜角度变化；

b)控制两个行走电机(2)采用相反转向以及交替快慢速度调整，实现反方向摆动；

c)当调整正反方向摆动角度一致后，控制擦窗机器人沿水平方向或垂直方向的正反向行走；

e)当调整正反向摆动角度不一致时，设置其中一侧的摆动角度为0，控制擦窗机器人沿该侧边界下移。

2.如权利要求1所述的摆动式自行走擦窗机器人的控制方法，其特征在于，所述电机驱动电路(10)的输入端和中央处理器(11)的输出端相连，所述电机驱动电路(10)的输出端和行走电机(2)以及真空泵(5)的电机相连；所述中央处理器(11)的电源端通过电压转换电路(15)和输入电源相连，所述中央处理器(11)通过SPI接口和运动检测电路(13)相连获取擦窗转盘(1)的运动状态轨迹。

3.如权利要求2所述的摆动式自行走擦窗机器人的控制方法，其特征在于，所述中央处理器(11)通过遥控器收发电路(14)和遥控接收器(7)相连，所述遥控接收器(7)为内外双向红外接收装置。

4.如权利要求3所述的摆动式自行走擦窗机器人的控制方法，其特征在于，所述电压转换电路(15)的输出端通过充电控制电路(12)和充电电池(9)相连，所述充电电池(9)和中央处理器(11)、遥控接收器(7)以及真空泵(5)的电源端相连。

5.如权利要求1所述的摆动式自行走擦窗机器人的控制方法，其特征在于，所述步骤a)中擦窗机器人还内置陀螺仪及加速度计检测倾斜角变化，使得擦窗机器人到达指定倾斜角时自动停止。

6.如权利要求1所述的摆动式自行走擦窗机器人的控制方法，其特征在于，所述真空泵(5)的电机为直流有刷电机，所述电机驱动电路(10)通过调整PWM占空比来调节真空泵(5)吸力。