CN105615763B - 一种三吸盘式清洁装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三吸盘式清洁装置，包括机身、真空泵、三个行走清洁机构、控制器电路和移动终端；机身包括底壳和顶盖，底壳与顶盖扣合形成内腔，顶盖的中部设有安装孔；行走清洁机构包括设置在内腔外的吸盘，以及设置在内腔内的电机、蜗轮、与蜗轮相啮合的蜗杆，电机的输出轴与蜗杆连接，蜗轮与吸盘连接；三个吸盘呈等边三角形分布，并在每一吸盘上安装有清洁布；真空泵通过安装孔安装在顶盖上且位于内腔内；控制器电路安装在内腔外，该控制器电路分别与真空泵以及各电机电连接；移动终端与控制器电路建立无线通信连接。本发明还公开了一种三吸盘式清洁装置的控制方法。本发明能够实现远程控制，且靠性高，清洁效率高。
Description
技术领域
本发明属于机器人智能控制技术，具体涉及一种三吸盘式清洁装置及其控制方法。
背景技术
随着网络时代的到来以及第四代通信技术的发展，各种智能移动终端相继问世，以Android 5.0平台为代表的智能手机正伴随着3G/4G技术开始获得人们的广泛接受。在这场移动设备的革命中，移动终端设备己经跨越了仅仅将通信作为唯一目标的模式，如今变成了具有广泛应用价值的计算、控制、管理的综合服务平台。将智能手机与控制系统相结合，使传统的PC机工作平台具备便携能力，为实现真正的移动通信提供了可能。Android手机可利用周围无线网络资源与行走载物装置进行交互并实施控制，不仅为现有智能控制系统提供了新的控制方法，也为实现机器与人的信息交换提供了新的交互手段。特别是在我国酝酿的物联网开发与应用的大潮中，这样一种新型的控制方法，将对人们的工作方式及生活方式，甚至对世界都将产生巨大的影响。
智能终端控制的三吸盘式清洁装置属于一种特殊的智能服务机器人，一般工作在非结构化的环境之中，作业对象是附着或者粘附在物体表面的污垢、污泥等有害、较难清洗的物质。
如公开号CN 103082934 A公开的一种基于足式爬壁的智能玻璃清洁机器人，它包括机器人主体、行走单元、四个吸附单元、驱动单元、机体控制单元、清洗单元、图像识别单元和无线控制单元。又如公开号CN 102961080 A公开的一种多功能玻璃清洁机器人及控制方法，它包括箱体、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，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。又如公开号CN203153652 U公开的一种高楼玻璃清洁机器人爬壁机构及PLC控制系统，它包括呈十字交叉连接的X轴滑台气缸和Y轴滑台气缸，X轴滑台气缸和Y轴滑台气缸两端设有Z轴气缸，其中X轴滑台气缸、Y轴滑台气缸和Z轴气缸分别连接节流阀，节流阀连接两位五通电磁阀，两位五通电磁阀连接两位三通电磁阀，两位五通电磁阀和两位三通电磁阀分别连接气源和气源处理装置，其中两位三通电磁阀连接真空发生器，真空发生器上安装有真空吸盘。又如公开号CN 104708630 A公开的外立面清洁机器人的控制系统，它包括中央控制器电路、驱动机构控制模块、测量单元控制模块、清洗单元控制模块、清洗距离调整控制模块、升降机构控制模块、编码器信号采集模块。
以上专利文献均存在以下缺点：
（1）可靠性低，上述专利文献中的吸附单元和清洁单元均是分开设计，在清洁装置工作时互相影响，降低了装置的可靠性。
（2）清洁效率低，上述专利文献均采用吸附后再清洁，使得该装置行进速度慢，增加了在移动和清洁过程的时间损耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种可远程控制，且靠性高，清洁效率高的三吸盘式清洁装置及其控制方法。
本发明所述的三吸盘式清洁装置，包括机身、真空泵、三个行走清洁机构、控制器电路和移动终端；
所述机身包括底壳和顶盖，所述底壳与顶盖扣合形成内腔，所述顶盖的中部设有用于安装真空泵的安装孔；
所述行走清洁机构包括设置在内腔外的吸盘，以及设置在内腔内的电机、蜗轮、与蜗轮相啮合的蜗杆，所述电机的输出轴与蜗杆连接，所述蜗轮与吸盘连接；
三个吸盘呈等边三角形分布，并在每一吸盘上安装有清洁布；
所述真空泵通过安装孔安装在顶盖上，各吸盘的内部能通过所述真空泵抽气形成负压区，使吸盘吸附在壁面上；
所述控制器电路安装在所述内腔外，该控制器电路分别与真空泵以及各电机电连接，所述控制器电路控制真空泵的启动与停止，以及各电机的转速和转向，使同一时刻仅一个吸盘吸附在壁面上，其余两个吸盘移动吸附在壁面上；
所述控制器电路控制各电机旋转，各电机分别经对应蜗轮、蜗杆减速后带动对应吸盘转动，使移动吸附在壁面上的两个吸盘以吸附在壁面上的吸盘为圆心转动， 以实现三吸盘式清洁装置的行走和清洁；
所述移动终端与控制器电路建立无线通信连接，所述移动终端用于向控制器电路发送控制指令，以实现对三吸盘式清洁装置的远程控制。
所述控制器电路包括：
传感器模块，其包括三轴陀螺仪和电流检测传感器，所述三轴陀螺仪用于检测机身与水平面的夹角，所述电流检测传感器用于检测壁面的边缘；
电机驱动模块，用于驱动电机工作，该电机驱动模块与各电机连接；
微控制器，用于接收和处理传感器模块所采集的数据以及移动终端所发送的控制指令，控制真空泵的启动与停止以及电机的转速和转向，该微控制器分别与传感器模块、真空泵和电机驱动模块连接；
蓝牙通信模块，用于与移动终端建立蓝牙连接，该蓝牙通信模块与微控制器电连接；
显示模块，用于调试阶段实时显示三轴陀螺仪所检测的机身与水平面的夹角，该显示模块与微控制器电连接；
按键模块，其包括电源键、复位键、吸附键、自动模式键，该按键模块与微控制器电连接，用于向微控制器发送控制指令；
电源模块，用于对各个模块进行供电。
还包括消声保护罩，该消声保护罩设在真空泵上，减少噪声。
所述移动终端上设有：
用于发送停止指令的停止按键，
用于发送启动指令的启动按键；
用于发送手动向下指令的手动向下按键；
用于发送手动向上指令的手动向上按键；
用于发送手动向左指令的手动向左按键；
用于发送手动向右指令的手动向右按键；
以及进入自动模式指令的自动模式按键。
本发明所述的一种三吸盘式清洁装置的控制方法，采用本发明所述的三吸盘式清洁装置，三个吸盘分别为吸盘a、吸盘b和吸盘c，且吸盘a、吸盘b和吸盘c按照顺时针方向依次设置，将三吸盘式清洁装置放置在壁面上，当吸盘a的中心与吸盘b的中心的连线与水平面平行时，所述三轴陀螺仪所检测到机身与水平面的夹角θ为0度；包括以下步骤：
A、向上清洁的运动步态
a1、微控制器控制吸盘b产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b的对应电机顺时针转动的同时带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ正60度，移动吸附的吸盘a、吸盘c所对应的电机同时也顺时针转动起辅助作用；
a2、微控制器控制吸盘a产生负压吸附在壁面上，吸盘a的对应电机逆时针转动的同时带动机身顺时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为负60度，移动吸附的吸盘b、吸盘c所对应的电机逆时针转动起辅助作用；
B、向下清洁的运动步态
b1、微控制器控制吸盘b产生负压吸附在壁面上，吸盘b的对应电机逆时针转动的同时带动机身顺时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为负60度，移动吸附的吸盘a、吸盘b所对应的电机逆时针转动起辅助作用；
b2、微控制器控制吸盘a产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a的对应电机顺时针转动的同时带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为正60度，移动吸附的吸盘b、吸盘c所对应的电机同时也顺时针转动起辅助作用；
C、右移动清洁的运动步态
c1、微控制器控制吸盘a产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a的对应电机逆时针转动带动机身顺时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为负60度，移动吸附的吸盘b、吸盘c所对应的电机逆时针转动起辅助作用；微控制器控制吸盘b产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b的对应电机顺转动带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为0度， 吸盘a、吸盘c所对应的电机顺时针转动起辅助作用；此时机身相对于初始状态向右平移了一个吸盘的距离；再重复执行一次上面的控制过程，此时机身相对于初始状态向右平移了一个机身的距离；
c2、但三吸盘式清洁装置完成上述动作后，同时又向上平移了一段距离，为了弥补这段距离，微控制器控制吸盘a产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a的对应电机顺时针转动带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为正10度，吸盘b、吸盘c所对应的电机顺时针转动起辅助作用，微控制器控制吸盘b产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b的对应电机逆时针转动带动机身顺时针旋转，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为0度，吸盘a、吸盘c所对应的电机逆时针转动起辅助作用；完成上述所有动作后，机身相对于初始状态刚好向右平移了一个机身的距离；
D、左移动清洁的运动步态
d1、微控制器控制吸盘b产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b的对应电机顺转动带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为正60度， 吸盘a、吸盘c所对应的电机顺时针转动起辅助作用；微控制器控制吸盘a产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a的对应电机逆时针转动带动机身顺时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为0度，移动吸附的吸盘b、吸盘c所对应的电机逆时针转动起辅助作用；此时机身相对于初始状态向左平移了一个吸盘的距离；再重复执行一次上面的控制过程，此时机身相对于初始状态向左平移了一个机身的距离；
d2、但三吸盘式清洁装置完成上述动作后，同时又向上平移了一段距离，为了弥补这段距离，微控制器控制吸盘b产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b的对应电机逆时针转动带动机身顺时针旋转，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为负10度，吸盘a、吸盘c所对应的电机逆时针转动起辅助作用；微控制器控制吸盘a产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a的对应电机顺时针转动带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为0度，吸盘b、吸盘c所对应的电机顺时针转动起辅助作用；完成上述所有动作后，机身相对于初始状态刚好向左平移了一个机身的距离。
在自动控制模式下：三吸盘式清洁装置首先执行向上清洁的运动步态；当传感器模块检测到壁面的边缘时，执行一个右移动清洁的运动步态，使三吸盘式清洁装置向右移动一个机身的距离；然后执行向下清洁的运动步态；当传感器模块检测到壁面的边缘时，执行一个右移动清洁的运动步态，使三吸盘式清洁装置向右移动一个机身的距离；如此循环，直至清洁完成。
本发明具有以下优点：
（1）采用三吸盘轮流工作的创新方式，可靠性高。本发明采用三吸盘轮流吸附的工作方式（即其中的一个吸盘吸附，剩余两个吸盘处于移动吸附状态），相较于传统玻璃表面清洁装置一般采取吸盘真空吸附的同时又使吸盘移动的方式，避免了在移动过程中可能因为控制不当，造成吸附过大而使玻璃表面清洁装置难以移动或者吸附过小而使吸盘容易漏气导致压力不够而使玻璃表面清洁装置脱落的弊端。
（2）移动终端控制的三吸盘式玻璃清洁装置运动灵活，有效消除了清洁死角。通过三个吸盘轮流吸附的方式来达到稳定吸附的目的。同时在吸盘背后装有电机，使吸盘相对于机身可转动，处于非吸附状态的两个吸盘相对于玻璃高速转动（与玻璃之间产生相对滑动），在转动的同时改变机身的位置，再利用三轴陀螺仪来检测旋转的角度，反馈给微控制器用于控制旋转的角度，达到移动整个机身的目的。该种吸附和移动的配合方式，使得装置运动灵活，从而能够有效地清洁传统清洁装置不能清洗的死角。
（3）采用三个吸盘，增大了清洁的面积，从而提高了清洁的速度。同时三吸盘轮流工作，使得该装置运动灵活，行进速度快，减小了消耗在移动过程的时间损耗。
（4）该装置以电能作为动力源，既能以手动按键方式实现玻璃表面的清洁也可以通过无线遥控方式完成清洁工作。
（5）装置上安装的传感器可以实现对壁面（比如玻璃）的边缘进行检测，避免装置到边缘后脱落的弊端，确保了整个装置的安全性。
附图说明
图1为三吸盘式清洁装置的爆炸图；
图2为本发明的原理框图；
图3为步态规划结构图；
图4为自动清洁模式下的路径规划图；
图5为总体软件控制流程图；
图6为移动终端控制模式流程图；
图7为自动控制模式流程图；
图8为手动向上控制流程图；
图9为手动向右控制流程图；
图中，1.消声保护罩，2.真空泵，3.顶盖，3a.安装孔，4a.蜗轮，4b.蜗杆，5.底壳，6.电机，7.吸盘，8.传感器模块，9. 按键模块，10.电源模块， 11.微控制器，12. 显示模块，13. 蓝牙通信模块，14. 移动终端，15. 电机驱动模块，16.吸盘a，17.吸盘b，18. 吸盘c。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的三吸盘式清洁装置，包括机身、真空泵2、三个行走清洁机构、控制器电路、移动终端14和消声保护罩1。机身包括底壳5和顶盖3，底壳5与顶盖3扣合形成内腔，顶盖3的中部设有用于安装真空泵2的安装孔3a。行走清洁机构包括设置在内腔外的吸盘7，以及设置在内腔内的电机6、蜗轮4a、与蜗轮4a相啮合的蜗杆4b，电机6的输出轴与蜗杆4b连接，蜗轮4a与吸盘7连接。三个吸盘7呈等边三角形分布，并在每一吸盘7上安装有清洁布。真空泵2通过安装孔3a安装在顶盖3上，各吸盘7的内部能通过真空泵2抽气形成负压区，使吸盘7吸附在壁面上。控制器电路安装在内腔外，该控制器电路分别与真空泵2以及各电机6电连接，控制器电路控制真空泵2的启动与停止，以及各电机6的转速和转向，使同一时刻仅一个吸盘7吸附在壁面上，其余两个吸盘移动吸附在壁面上。控制器电路控制各电机6旋转，各电机6分别经对应蜗轮4a、蜗杆4b减速后带动对应吸盘7转动，使移动吸附在壁面上的两个吸盘7以吸附在壁面上的吸盘7为圆心转动， 以实现三吸盘式清洁装置的行走和清洁。移动终端14与控制器电路建立无线通信连接，移动终端14用于向控制器电路发送控制指令，以实现对三吸盘式清洁装置的远程控制。消声保护罩1罩设在真空泵2上，以减少工作时所产生的噪音。
如图2所示，所述控制器电路包括传感器模块8、电机驱动模块15、微控制器11 （其型号为：STM32F407VET6）、蓝牙通信模块13、显示模块12、按键模块9和电源模块10。
传感器模块8其包括三轴陀螺仪（型号为MPU-6050）和电流检测传感器，所述三轴陀螺仪用于检测机身与水平面的夹角。所述电流检测传感器用于检测壁面的边缘；电流检测传感器是通过对装置遇到玻璃边缘时电机电流的变化来检测玻璃的边缘。
电机驱动模块15，用于驱动电机6工作，该电机驱动模块15与各电机6连接；微控制器11利用PWM波控制电机驱动模块15，使电机6转动带动吸盘7转动实现清洁功能。
微控制器11，用于接收和处理传感器模块8所采集的数据以及移动终端14所发送的控制指令，控制真空泵2的启动与停止以及电机6的转速和转向，该微控制器11分别与传感器模块8、真空泵2和电机驱动模块15连接。
蓝牙通信模块13，用于与移动终端14建立蓝牙连接，该蓝牙通信模块13与微控制器11电连接；移动终端14（比如：Android手机）设有七个按键，当蓝牙通信模块13接收到移动终端14所发送的按键信息时，蓝牙通信模块13将按键信息传给微控制器11。
显示模块12为一个四位3461AS数码管，用于调试阶段实时显示三轴陀螺仪所检测的机身与水平面的夹角，该显示模块12与微控制器11电连接。
按键模块9包括电源键、复位键、吸附键、自动模式键，该按键模块9与微控制器11电连接，用于向微控制器11发送控制指令。
电源模块10用于对各个模块进行供电。
本发明中移动终端14控制的三吸盘式清洁装置的行走路径规划算法：三吸盘式清洁装置在玻璃表面工作，需要实现吸附、移动和清洁三个方面的功能。本发明采用多个吸盘7（比如：真空吸附盘）轮流吸附和旋转移动的工作方式，通过多个真空吸附盘轮流吸附和旋转实现玻璃表面清洁装置的吸附和移动功能，通过两个移动吸附的吸盘7的高速旋转完成对壁面（比如：玻璃表面）的清洁功能。具体实现方式如下：
（1）吸附功能：采用负压吸附技术，利用真空原理，通过真空泵2使吸盘7腔内产生空气负压，从而使三吸盘式清洁装置贴附在壁面上。负压吸附方式不受壁面材料限制，适用于玻璃、瓷砖和大理石等壁面。采用多吸盘轮流吸附结构形式，提高了吸附结构的可靠性。
（2）移动功能： 三吸盘式清洁装置的移动功能由三个吸盘7和三个行走清洁机构构成，每个行走清洁机构的电机6均安装于对应吸盘7上，使其可围绕吸盘7相对转动，同时电机6和机身连接，实现电机6和机身的同步转动。
启动后，其中吸盘7紧紧吸附于壁面上，不产生相对滑动，另外两个吸盘7处于移动吸附状态。当移动时，由吸盘7背后的电机6围绕已紧紧吸附壁面上的吸盘7转动，使移动吸附的两个吸盘7相对于壁面产生滑动，带动机身转动。三个吸盘7轮流吸附，依次重复进行以上动作，实现了三吸盘式清洁装置的移动。
三吸盘式清洁装置智能调节吸附的力度，突破了污渍的限制，自动适应一定范围的粗糙度。当遇到较大的污渍阻碍三吸盘式清洁装置移动的时候，吸盘7上方的传感器模块8将信息进行传递，然后通过微控制器11智能控制，提高电机6的输出转矩，使三吸盘式清洁装置能够有效地清洁污渍。
（3）清洗功能：三吸盘式清洁装置的底壳5上装有三个吸盘7，每个吸盘7上套有清洁布。当吸盘7相对于壁面滑动时，清洁布就可以擦除壁面上的污渍。三吸盘式清洁装置清洗壁面时，电机6在电机驱动模块15的控制下自动实现无级调速，带动移动吸附的两个吸盘7以一定速度匀速旋转，通过吸盘7上清洁布与壁面之间的摩擦达到清洗壁面的目的。
三吸盘式清洁装置要求在壁面上工作时实现吸盘7的自动轮流吸附和旋转的功能，并能通过移动终端14对其进行顺时针、逆时针转动的控制，在感测到障碍时可以自动减速，且具有悬空感应探测功能。
清洁步态规划如图3所示，实线状态以A为旋转点，以B、C为清洁点，顺时针旋转120°后得到虚线状态。自动控制模式下的清洁路径规划如图4所示。
本发明中移动终端控制的三吸盘式清洁装置的软件控制方法：
该软件系统设计采用模块化设计方法，根据系统功能的需求，本系统软件部分包括自动控制模式、Android手机端控制模式等。Android手机端控制模块：Android手机端通过蓝牙与三吸盘式清洁装置连接，用户通过Android手机端控发送各项操作指令。三吸盘式清洁装置接收到控制指令后，执行真空泵2的开启和电机6旋转等动作。自动控制模式：传感器采集数据后，根据系统设定的清洁路线，自动控制清洁装置运行、停止、方向转动、清洁操作等。
如图5所示，为本发明中总体软件控制流程图，系统首先初始化，开启三吸盘式清洁装置，判断该清洁装置是否正常运作，若是，根据Android手机发送的控制指令执行相应动作，若否，停止工作。
移动终端（比如：Android手机端）控制模式：移动终端14设有七个按键，分别为用于发送停止指令的停止按键；用于发送启动指令的启动按键；用于发送手动向下指令的手动向下按键；用于发送手动向上指令的手动向上按键；用于发送手动向左指令的手动向左按键；用于发送手动向右指令的手动向右按键；以及进入自动模式指令的自动模式按键。将三吸盘式清洁装置放置于待清洁区域，当按下机身上的吸附按键，真空泵2开始工作，产生负压使三吸盘式清洁装置的其中一个吸盘7吸附在壁面上，Android手机端控制模式软件控制流程图如图6所示。
本发明所述的一种三吸盘式清洁装置的控制方法，采用本发明所述的三吸盘式清洁装置，三个吸盘7分别为吸盘a16、吸盘b17和吸盘c18，且吸盘a16、吸盘b17和吸盘c18按照顺时针方向依次设置，将三吸盘式清洁装置放置在壁面上，当吸盘a16的中心与吸盘b17的中心的连线与水平面平行时，所述三轴陀螺仪所检测到机身与水平面的夹角θ为0度；包括以下步骤：
A、向上清洁的运动步态
如图8所示，a1、微控制器11控制吸盘b17产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b17的对应电机6顺时针转动的同时带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ正60度，移动吸附的吸盘a16、吸盘c18所对应的电机6同时也顺时针转动起辅助作用。
a2、微控制器11控制吸盘a16产生负压吸附在壁面上，吸盘a16的对应电机6逆时针转动的同时带动机身顺时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为负60度，移动吸附的吸盘b17、吸盘c18所对应的电机6逆时针转动起辅助作用。
B、向下清洁的运动步态
b1、微控制器11控制吸盘b17产生负压吸附在壁面上，吸盘b17的对应电机6逆时针转动的同时带动机身顺时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为负60度，移动吸附的吸盘a16、吸盘b17所对应的电机6逆时针转动起辅助作用。
b2、微控制器11控制吸盘a16产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a16的对应电机6顺时针转动的同时带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为正60度，移动吸附的吸盘b17、吸盘c18所对应的电机6同时也顺时针转动起辅助作用。
C、右移动清洁的运动步态
如图9所示，c1、微控制器11控制吸盘a16产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a16的对应电机6逆时针转动带动机身顺时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为负60度，移动吸附的吸盘b17、吸盘c18所对应的电机6逆时针转动起辅助作用；微控制器11控制吸盘b17产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b17的对应电机6顺转动带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为0度， 吸盘a16、吸盘c18所对应的电机6顺时针转动起辅助作用；此时机身相对于初始状态向右平移了一个吸盘7的距离；再重复执行一次上面的控制过程，此时机身相对于初始状态向右平移了一个机身的距离。
c2、但三吸盘式清洁装置完成上述动作后，同时又向上平移了一段距离，为了弥补这段距离。微控制器11控制吸盘a16产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a16的对应电机6顺时针转动带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为正10度，吸盘b17、吸盘c18所对应的电机6顺时针转动起辅助作用，微控制器11控制吸盘b17产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b17的对应电机6逆时针转动带动机身顺时针旋转，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为0度，吸盘a16、吸盘c18所对应的电机6逆时针转动起辅助作用；完成上述所有动作后，机身相对于初始状态刚好向右平移了一个机身的距离。
D、左移动清洁的运动步态
d1、微控制器11控制吸盘b17产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b17的对应电机6顺转动带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为正60度，吸盘a16、吸盘c18所对应的电机6顺时针转动起辅助作用；微控制器11控制吸盘a16产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a16的对应电机6逆时针转动带动机身顺时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为0度，移动吸附的吸盘b17、吸盘c18所对应的电机6逆时针转动起辅助作用；此时机身相对于初始状态向左平移了一个吸盘7的距离；再重复执行一次上面的控制过程，此时机身相对于初始状态向左平移了一个机身的距离。
d2、但三吸盘式清洁装置完成上述动作后，同时又向上平移了一段距离，为了弥补这段距离；微控制器11控制吸盘b17产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b17的对应电机6逆时针转动带动机身顺时针旋转，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为负10度，吸盘a16、吸盘c18所对应的电机6逆时针转动起辅助作用；微控制器11控制吸盘a16产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a16的对应电机6顺时针转动带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为0度，吸盘b17、吸盘c18所对应的电机6顺时针转动起辅助作用。完成上述所有动作后，机身相对于初始状态刚好向左平移了一个机身的距离。
如图7所示，Android手机端的自动模式按键可以使装置进入自动清洁模式，即按照规定的路径完成清洁任务。自动清洁模式：将三吸盘式清洁装置放于待清洁的壁面上，按下三吸盘式清洁装置的机身上的吸附按键，真空泵2开始工作，吸盘a16产生负压吸附在壁面上。再按下机身或者Android手机端的自动模式按键即可使三吸盘式清洁装置进入自动清洁模式。
自动清洁模式下的路径规划如图4所示。将清洁装置放置在起始点，三吸盘式清洁装置首先向上清洁，即重复执行向上清洁的运动步态，直到电流检测传感器检测到壁面的边缘时，三吸盘式清洁装置向右移动一个机身的距离，即执行一个右移动清洁的运动步态；上一动作完成后清洁装置向下清洁，即重复执行向下清洁的运动步态，直到电流检测传感器检测到壁面的边缘时，三吸盘式清洁装置向右移动一个机身的距离，即执行一个右移动清洁的运动步态；以上动作完成后，三吸盘式清洁装置再次向上清洁，如此循环，直至清洁完成。
Claims (6)
1.一种三吸盘式清洁装置，其特征在于：包括机身、真空泵（2）、三个行走清洁机构、控制器电路和移动终端（14）；
所述机身包括底壳（5）和顶盖（3），所述底壳（5）与顶盖（3）扣合形成内腔，所述顶盖（3）的中部设有用于安装真空泵（2）的安装孔（3a）；
所述行走清洁机构包括设置在内腔外的吸盘（7），以及设置在内腔内的电机（6）、蜗轮（4a）、与蜗轮（4a）相啮合的蜗杆（4b），所述电机（6）的输出轴与蜗杆（4b）连接，所述蜗轮（4a）与吸盘（7）连接；
三个吸盘（7）呈等边三角形分布，并在每一吸盘（7）上安装有清洁布；
所述真空泵（2）通过安装孔（3a）安装在顶盖（3）上，各吸盘（7）的内部能通过所述真空泵（2）抽气形成负压区，使吸盘（7）吸附在壁面上；
所述控制器电路安装在所述内腔外，该控制器电路分别与真空泵（2）以及各电机（6）电连接，所述控制器电路控制真空泵（2）的启动与停止，以及各电机（6）的转速和转向，使同一时刻仅一个吸盘（7）吸附在壁面上，其余两个吸盘移动吸附在壁面上；
所述控制器电路控制各电机（6）旋转，各电机（6）分别经对应蜗轮（4a）、蜗杆（4b）减速后带动对应吸盘（7）转动，使移动吸附在壁面上的两个吸盘（7）以吸附在壁面上的吸盘（7）为圆心转动， 以实现三吸盘式清洁装置的行走和清洁；
所述移动终端（14）与控制器电路建立无线通信连接，所述移动终端（14）用于向控制器电路发送控制指令，以实现对三吸盘式清洁装置的远程控制。
2.根据权利要求1所述的三吸盘式清洁装置，其特征在于： 所述控制器电路包括：
传感器模块（8），其包括三轴陀螺仪和电流检测传感器，所述三轴陀螺仪用于检测机身与水平面的夹角，所述电流检测传感器用于检测壁面的边缘；
电机驱动模块（15），用于驱动电机（6）工作，该电机驱动模块（15）与各电机（6）连接；
微控制器（11），用于接收和处理传感器模块（8）所采集的数据以及移动终端（14）所发送的控制指令，控制真空泵（2）的启动与停止，以及电机（6）的转速和转向，该微控制器（11）分别与传感器模块（8）、真空泵（2）和电机驱动模块（15）连接；
蓝牙通信模块（13），用于与移动终端（14）建立蓝牙连接，该蓝牙通信模块（13）与微控制器（11）电连接；
显示模块（12），用于调试阶段实时显示三轴陀螺仪所检测的机身与水平面的夹角，该显示模块（12）与微控制器（11）电连接；
按键模块（9），其包括电源键、复位键、吸附键、自动模式键，该按键模块（9）与微控制器（11）电连接，用于向微控制器（11）发送控制指令；
电源模块（10），用于对各个模块进行供电。
3.根据权利要求2所述的三吸盘式清洁装置，其特征在于：还包括消声保护罩（1），该消声保护罩（1）设在真空泵（2）上。
4.根据权利要求2或3所述的三吸盘式清洁装置，其特征在于：所述移动终端（14）上设有：
用于发送停止指令的停止按键；
用于发送启动指令的启动按键；
用于发送手动向下指令的手动向下按键；
用于发送手动向上指令的手动向上按键；
用于发送手动向左指令的手动向左按键；
用于发送手动向右指令的手动向右按键；
以及进入自动模式指令的自动模式按键。
5.一种三吸盘式清洁装置的控制方法，其特征在于，采用如权利要求2至4任一所述的三吸盘式清洁装置，三个吸盘（7）分别为吸盘a（16）、吸盘b（17）和吸盘c（18），且吸盘a（16）、吸盘b（17）和吸盘c（18）按照顺时针方向依次设置，将三吸盘式清洁装置放置在壁面上，当吸盘a（16）的中心与吸盘b（17）的中心的连线与水平面平行时，所述三轴陀螺仪所检测到机身与水平面的夹角θ为0度；包括以下步骤：
A、向上清洁的运动步态
a1、微控制器（11）控制吸盘b（17）产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b（17）的对应电机（6）顺时针转动的同时带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ正60度，移动吸附的吸盘a（16）、吸盘c（18）所对应的电机（6）同时也顺时针转动起辅助作用；
a2、微控制器（11）控制吸盘a（16）产生负压吸附在壁面上，吸盘a（16）的对应电机（6）逆时针转动的同时带动机身顺时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为负60度，移动吸附的吸盘b（17）、吸盘c（18）所对应的电机（6）逆时针转动起辅助作用；
B、向下清洁的运动步态
b1、微控制器（11）控制吸盘b（17）产生负压吸附在壁面上，吸盘b（17）的对应电机（6）逆时针转动的同时带动机身顺时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为负60度，移动吸附的吸盘a（16）、吸盘b（17）所对应的电机（6）逆时针转动起辅助作用；
b2、微控制器（11）控制吸盘a（16）产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a（16）的对应电机（6）顺时针转动的同时带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为正60度，移动吸附的吸盘b（17）、吸盘c（18）所对应的电机（6）同时也顺时针转动起辅助作用；
C、右移动清洁的运动步态
c1、微控制器（11）控制吸盘a（16）产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a（16）的对应电机（6）逆时针转动带动机身顺时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为负60度，移动吸附的吸盘b（17）、吸盘c（18）所对应的电机（6）逆时针转动起辅助作用；微控制器（11）控制吸盘b（17）产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b（17）的对应电机（6）顺转动带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为0度， 吸盘a（16）、吸盘c（18）所对应的电机（6）顺时针转动起辅助作用；此时机身相对于初始状态向右平移了一个吸盘（7）的距离；再重复执行一次上面的控制过程，此时机身相对于初始状态向右平移了一个机身的距离；
c2、微控制器（11）控制吸盘a（16）产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a（16）的对应电机（6）顺时针转动带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为正10度，吸盘b（17）、吸盘c（18）所对应的电机（6）顺时针转动起辅助作用，微控制器（11）控制吸盘b（17）产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b（17）的对应电机（6）逆时针转动带动机身顺时针旋转，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为0度，吸盘a（16）、吸盘c（18）所对应的电机（6）逆时针转动起辅助作用；
D、左移动清洁的运动步态
d1、微控制器（11）控制吸盘b（17）产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b（17）的对应电机（6）顺转动带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为正60度， 吸盘a（16）、吸盘c（18）所对应的电机（6）顺时针转动起辅助作用；微控制器（11）控制吸盘a（16）产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a（16）的对应电机（6）逆时针转动带动机身顺时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为0度，移动吸附的吸盘b（17）、吸盘c（18）所对应的电机（6）逆时针转动起辅助作用；此时机身相对于初始状态向左平移了一个吸盘（7）的距离；再重复执行一次上面的控制过程，此时机身相对于初始状态向左平移了一个机身的距离；
d2、微控制器（11）控制吸盘b（17）产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘b（17）的对应电机（6）逆时针转动带动机身顺时针旋转，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为负10度，吸盘a（16）、吸盘c（18）所对应的电机（6）逆时针转动起辅助作用；微控制器（11）控制吸盘a（16）产生负压吸附在壁面上，并且控制吸盘a（16）的对应电机（6）顺时针转动带动机身逆时针转动，直到三轴陀螺仪检测到机身与水平面的夹角θ为0度，吸盘b（17）、吸盘c（18）所对应的电机（6）顺时针转动起辅助作用。
6.根据权利要求5所述的三吸盘式清洁装置的控制方法，其特征在于：在自动控制模式下：三吸盘式清洁装置首先执行向上清洁的运动步态；当传感器模块（8）检测到壁面的边缘时，执行一个右移动清洁的运动步态，使三吸盘式清洁装置向右移动一个机身的距离；然后执行向下清洁的运动步态；当传感器模块（8）检测到壁面的边缘时，执行一个右移动清洁的运动步态，使三吸盘式清洁装置向右移动一个机身的距离；如此循环，直至清洁完成。
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