CN105919502A - 一种平行四边形擦玻璃装置及其行走方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于家电机器人技术领域，公开了一种平行四边形擦玻璃装置及其行走方法，该方法采用的擦玻璃装置，包括机体，机体上设有控制单元、驱动单元、吸附转盘5和清洁单元11，所述控制单元通过驱动单元与四个吸附转盘相连，所述机体通过底面可旋转的四个吸附转盘5吸附在玻璃表面，所述吸附转盘5通过气管与离心风机相连；其中，吸附转盘通过与蜗轮连接进而与带有蜗杆的电机轴形成蜗轮蜗杆副的传动机构。本发明结构简单，成本低，灵敏度高，可控性强，行走自如且清洁效率高。

Description

一种平行四边形擦玻璃装置及其行走方法

技术领域

本发明属于家电机器人技术领域，尤其涉及一种平行四边形擦玻璃装置及其行走方法。

背景技术

在日常生活中，对于人手臂范围内的小块玻璃，人们一般用手持抹布进行清洁擦洗。而人手臂范围以外的大块玻璃以及玻璃的外侧面，则通常使用手持伸缩杆式擦玻璃器进行擦洗。然而，用伸缩杆式玻璃器清洁玻璃时，手臂容易疲劳。针对上述问题，出现一种擦玻璃装置，当需要清洁玻璃时，由外接电源来供电的擦玻璃装置通过吸盘吸附在玻璃上，并将擦玻璃装置的操作部分放置在待擦拭玻璃的表面进行工作，从而减轻人们的劳动负担。

市面上现有的单面擦窗装置存在一个缺陷，它们大多是轮式或履带式的行走方式，这样的移动方式不能很好的模拟人手臂擦玻璃时的动作，并且车轮

走过的地方容易留下痕迹，玻璃不容易擦干净。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种平行四边形擦玻璃装置及其行走方法，本发明原理简单，成本低，灵敏度高，可控性强，行走自如且清洁效率高。

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：

一种平行四边形擦玻璃装置，包括机体，机体上设有控制单元、驱动单元、吸附转盘5和清洁单元11，所述控制单元通过驱动单元与四个吸附转盘相连，所述机体通过底面可旋转的四个吸附转盘5吸附在玻璃表面，所述吸附转盘5通过气管与离心风机相连；其中，吸附转盘通过与蜗轮连接进而与带有蜗杆的电机轴形成蜗轮蜗杆副的传动机构。

一种平行四边形擦玻璃装置，所述的驱动单元分别为四个驱动电路，四个驱动电路分别与控制四个吸附转盘的电机相连；所述驱动单元包括电机，其电机输出端为与蜗杆一体的轴。

一种平行四边形擦玻璃装置，所述的吸附转盘5通过气管与离心风机相连，是指离心风机10通过抽气管9与负压腔体4连接然后再与吸盘5相连。

一种平行四边形擦玻璃装置，所述的控制单元内设有PWM 控制器，所述PWM 控制器具有调节其占空比实现驱动单元高速运转和低速运转的按键，使四个转盘中的两个成为低速端，另外两个成为高速端，两者形成转速差值。

一种平行四边形擦玻璃装置，所述的吸附转盘是带有支架的转盘，所述支架上套有软套，软套的材料为布料，起到密封和防止划伤玻璃的作用，同时也能清洁玻璃。

一种平行四边形擦玻璃的行走方法，采用平行四边形擦玻璃装置行走，其步骤如下：

步骤1 ：将擦玻璃机器人放置到玻璃表面，当离心风机10开始工作时，离心风机10在吸盘5内产生负压，吸盘5产生吸力，四个吸附转盘同时吸附在玻璃表面上；

步骤2 ：控制单元分别控制四个吸附转盘5上输出动力的大小和方向，驱动所述四个吸附转盘以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止，使四个转盘交替成为高速端和低速端，或者是高速端和静止端，使两者之间形成转速差；

步骤3 ：控制单元控制使A 端的吸附转盘转速低于A’端的转速，机体在A’端吸附转盘的带动下绕A 端旋转；

步骤4 ：机体绕A 端旋转到一个锐角度时，控制单元控制A’端的吸附转盘转速低于A端的转速，机体在A 端吸附转盘的带动下绕A’端旋转；

步骤5 ：如步骤3和步骤4所述，A端和A’端的驱动单元交替进行转速差控制，使两者交替成为高速端和低速端、或者是高速端和静止端，实现擦玻璃机器人在玻璃表面上的行走；

所述步骤2中的转速差为控制单元控制驱动单元分别输出动力给所述吸附转盘，一端吸附转盘相对于玻璃表面转动，另一端吸附转盘相对于玻璃表面静止而形成的；

所述步骤2中的转速差为一端吸附转盘相对于玻璃表面高速转动，一个吸附转盘相对于玻璃表面低速转动而形成的；

所述的步骤4中的一个锐角度为10°－ 30°度。

综上所述，本发明结构简单，成本低，灵敏度高，可控性强，行走自如且清洁效率高。

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为平行四边形擦玻璃装置四个“足”结构之一的爆炸结构示意图。

图2为平行四边形擦玻璃装置四个连接梁之一的爆炸结构示意图。

图3为平行四边形擦玻璃装置的仰视结构示意图。

图4（1）为平行四边形擦玻璃装置的工作状态位置1示意图。

图4（2）为平行四边形擦玻璃装置的工作状态位置2示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图详细叙述本发明。实施例是以本发明所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本发明申请的权利要求保护范围不限于所述实施例的描述范围。

图1、图2和图3分别为本发明平行四边形擦玻璃装置“足”结构爆炸示意图、连接梁爆炸结构示意图和仰视结构示意图。如图1至图3所示，本发明提供一种平行四边形擦玻璃装置，也为擦玻璃机器人，该擦玻璃机器人包括控制单元、驱动单元和清洁单元11，还包括可旋转设置在“足”结构底部A 端和A’端的吸附转盘5。实际上，吸附转盘5应当至少包含吸盘，较简单的，吸附转盘本身也可以仅由吸盘构成，通过其与机体相连接。机体通过吸附转盘5吸附在玻璃表面，吸盘5通过其上面的气孔与负压腔体4相连。如图2所示，离心风机10通过抽气管9与负压腔体4连接然后再与吸盘5相连，当离心风机10开始工作时，离心风机10在吸盘5内产生负压，吸盘5产生吸力，将擦玻璃机器人吸附在玻璃上。控制单元与驱动单元相连，将控制指令传递给驱动单元。控制单元通过驱动单元分别与四个吸附转盘5相连，控制单元分别控制动力在四个吸附转盘5上输出的大小和方向，驱动四个吸附转盘5轮流以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止，使四个转盘交替成为高速端和低速端、或者是高速端和静止端，形成转速差，实现擦玻璃机器人的行走。

如上所述，本发明通过驱动单元的高速和低速旋转，带动吸附转盘高速旋转和低速旋转或静止。下面通过多种方式实现控制其中两个吸附转盘高速旋转，另外两个吸附转盘低速旋转或静止。如实现方式一：A 端和A’端的四个吸附转盘5的驱动单元分别具有四个电压电路，包括高压电路和低压电路，控制单元通过控制在两个电路之间的切换实现控制驱动单元的高速运转和低速运转。当A端两个驱动单元连接高压电路时，驱动单元的输入电压高，转速快，而A’端两个驱动单元连接低压电路，驱动单元输入电压低，转速慢；反之，当A’端驱动单元连接高压电路时，驱动单元的输入电压高，转速快，而A’端连接低压电路，驱动单元的输入电压低，转速慢。由高压电路和低压电路这两个电路为吸附转盘5的驱动单元供电，能够及时有效地进行转换吸附转盘5以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止。如实现方式二：所述控制单元内设有脉宽调制控制器（简称PWM 控制器），PWM 控制器通过调节其占空比实现驱动单元的高速运转和低速运转。通过增加或减小占空比，使得驱动单元的输入电压或电流对应增加或减小。如PWM 控制器增大A端输入电压的占空比，驱动单元的输入电压高，转速快，而减小A’端输入电压的占空比，驱动单元输入电压低，转速慢；反之，当增大A’端输入电压的占空比，驱动单元的输入电压高，转速快，而减小A端输入电压的占空比，驱动单元的输入电压低，转速慢。具体的PWM 控制器可通过单片机来实现，本发明在此不再详细说明。

为了便于连接，所述吸附转盘5通过螺钉与蜗轮2相连。电机3在驱动单元的驱动下，带动吸附转盘5相对于机体转动。

一般来说，驱动单元为电机3，但本发明并不以此为限。电机3输出端为蜗杆轴，电机3输出的动力通过蜗轮蜗杆机构减速后传递给吸附转盘5。减速机构的蜗轮2通过螺钉与吸附转盘5相连。电机3还可以通过其它传动机构，如同步带，驱动吸附转盘5旋转。

如图3所示，本实施例所述的吸盘5为环形的吸盘，吸盘5设置在机体的底部。吸盘5在工作时产生微小形变，使吸盘5吸附在玻璃上。有软套设置在吸附转盘上。软套可为清洁抹布或百洁布等。图4为本发明擦玻璃机器人的工作状态示意图。如图4并结合图1至图3所示，本发明擦玻璃机器人的行走方法包括如下步骤：

步骤1 ：将擦玻璃机器人放置到玻璃表面，离心风机7开始工作，A端和A’端四个吸盘5同时吸附在玻璃表面上。

步骤2 ：控制单元分别控制动力在A端和A’端的四个吸附转盘5上输出的大小和方向，驱动四个所述吸附转盘5轮流以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止，使四个中两个成为高速端，其余两个成为低速端，使两者之间形成转速差。

具体来说，转速差为控制单元控制驱动单元分别输出动力给所述吸附转盘5，其中一端两个吸附转盘5相对于玻璃表面转动，另一端两个吸附转盘5相对于玻璃表面静止而形成的；或者，转速差为其中一端两个吸附转盘5相对于玻璃表面高速转动，另一端两个吸附转盘5相对于玻璃表面低速转动而形成的。

步骤3 ：控制单元控制使A端的转速低于A’端的转速，机体在A’端吸附转盘5的带动下绕A端旋转；

步骤4 ：机体绕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，控制单元控制A’端的转速低于A端的转速，机体在A端吸附转盘5的带动下绕A’端旋转；

步骤5 ：如步骤3和步骤4所述，A端和A’端的驱动单元交替进行运转速差控制，实现擦玻璃机器人在玻璃表面上的直线行走。

以下通过不同的实施例，对本发明所提供的擦玻璃机器人的行走方式进行具体的描述：

实施例一

首先，将机器人放置在玻璃上，按下电源按钮，离心风机7开始工作，分别位于A端和A’端的四个吸盘5同时吸附在玻璃上，较佳的，A端和A’端的吸盘同时连接一个离心风机，两者吸力的大小和吸附的方式始终相同，另外，A端和A’端的吸盘也可以分别连接离心风机；

其次，控制单元控制使A端吸附转盘的转速为零，而A’端吸附转盘仍然高速旋转，此时，机体在A’端吸附转盘高速旋转的带动下，以A端为中心A’端向前发生扭转；

再次，当机体绕A端扭转到一定角度时，比如10°，控制单元控制A’端的转速为零，而A端变为高速旋转，此时，机体则在A端吸附转盘5的高速旋转带动下，A端以A’端为中心向前发生扭转；

最后，当机体绕A’端扭转到一定角度时，比如10°，控制单元又回复到初始动作时的状态，控制使A端的吸附转盘转速为零，而A’端吸附转盘仍然高速旋转，此时，机体又会在A’端高速旋转的带动下，A’端以A端为中心向前发生扭转。

综上所述，如此交替控制A端和A’端的转速，使两者交替成为高速端或低速端，形成转速差，从而使机体转速高的一端以转速低的一端为中心发生扭转，并实现机器人的行走。

实施例二

首先，将机器人放置在玻璃上，离心风机7启动开始工作，分别位于A端和A’端的四个吸盘5同时吸附在玻璃 ，较佳的，A端和A’端的吸盘同时连接一个离心风机，两者吸力的大小和吸附的方式始终相同。

其次，控制单元控制使A端的吸附转盘低速运转，而A’端吸附转盘高速旋转，此时，机体在A’端吸附转盘高速旋转的带动下，A’端以A端为中心向前发生扭转；

再次，当机体绕A端扭转到一定角度时，比如30°，控制单元控制A’端吸附转盘低速运转，而A端吸附转盘变为高速旋转，此时，机体则在A端吸附转盘5的高速旋转带动下，A端以A’端为中心向前发生扭转；

最后，当机体绕A’端扭转到一定角度时，比如30°，控制单元又回复到初始动作时的状态，控制使A端吸附转盘低速运转，而A’端吸附转盘高速旋转，此时，机体又会在A’端高速旋转的带动下，A’端以A端为中心向前发生扭转。

综上所述，如此交替控制A端和A’端吸附转盘的转速，使两者交替成为高速端或低速端，形成转速差，从而使机体转速高的一端以转速低的一端为中心发生扭转，并实现机器人的行走。

需要说明的是，本发明并不拘泥于吸附转盘的实际高速或低速、以及转动或静止，而需考虑吸附转盘与玻璃表面之间的摩擦力。如A端吸附转盘为高速端，驱动单元的驱动力大使得吸附转盘的旋转速度较大，能克服吸盘与玻璃之间的静摩擦力，使得吸盘与玻璃之间的滑动摩擦力推动机体绕低速端旋转，而A’端吸附转盘为低速端时，吸附转盘对应静止或低速旋转，与玻璃表面之间的摩擦力较小，使其刚好为机体的旋转中心。

因此，本发明所提供的这种擦玻璃机器人，无需主动机和从动机的相互吸附，能够在只有单机的情况下固定在玻璃表面上进行工作。同时，本发明所提供的这种擦玻璃机器人对工作环境的要求更低，能够在任何厚度的玻璃上进行清洁作业，其结构简单，成本低，灵敏度高，仅仅通过对设置在机体底部的吸附转盘的转速高低的交替控制，通过转速差使机体扭动，进而实现机器人的自如行走，该擦玻璃机器人可控性强且清洁效率高。

Claims (6)

1.一种平行四边形擦玻璃装置，其特征是：包括机体，机体上设有控制单元、驱动单元、吸附转盘5和清洁单元11，所述控制单元通过驱动单元与四个吸附转盘相连，所述机体通过底面可旋转的四个吸附转盘5吸附在玻璃表面，所述吸附转盘5通过气管与离心风机相连；其中，吸附转盘通过与蜗轮连接进而与带有蜗杆的电机轴形成蜗轮蜗杆副的传动机构。

2.一种平行四边形擦玻璃装置，其特征是：所述的驱动单元分别为四个驱动电路，四个驱动电路分别与控制四个吸附转盘的电机相连；所述驱动单元包括电机，其电机输出端为与蜗杆一体的轴。

3.一种平行四边形擦玻璃装置，其特征是：所述的吸附转盘5通过气管与离心风机相连，是指离心风机10通过抽气管9与负压腔体4连接然后再与吸盘5相连。

4.一种平行四边形擦玻璃装置，所述的控制单元内设有PWM 控制器，所述PWM 控制器具有调节其占空比实现驱动单元高速运转和低速运转的按键，使四个转盘中的两个成为低速端，另外两个成为高速端，两者形成转速差值。

5.一种平行四边形擦玻璃装置，其特征是：所述的吸附转盘是带有支架的转盘，所述支架上套有软套，软套的材料为布料，起到密封和防止划伤玻璃的作用，同时也能清洁玻璃。

6.一种平行四边形擦玻璃的行走方法，其特征是：采用平行四边形擦玻璃装置行走，其步骤如下：

步骤1 ：将擦玻璃机器人放置到玻璃表面，当离心风机10开始工作时，离心风机10在吸盘5内产生负压，吸盘5产生吸力，四个吸附转盘同时吸附在玻璃表面上；

步骤2 ：控制单元分别控制四个吸附转盘5上输出动力的大小和方向，驱动所述四个吸附转盘以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止，使四个转盘交替成为高速端和低速端，或者是高速端和静止端，使两者之间形成转速差；

步骤3 ：控制单元控制使A 端的吸附转盘转速低于A’端的转速，机体在A’端吸附转盘的带动下绕A 端旋转；

步骤4 ：机体绕A 端旋转到一个锐角度时，控制单元控制A’端的吸附转盘转速低于A端的转速，机体在A 端吸附转盘的带动下绕A’端旋转；

步骤5 ：如步骤3和步骤4所述，A端和A’端的驱动单元交替进行转速差控制，使两者交替成为高速端和低速端、或者是高速端和静止端，实现擦玻璃机器人在玻璃表面上的行走；

所述步骤2中的转速差为控制单元控制驱动单元分别输出动力给所述吸附转盘，一端吸附转盘相对于玻璃表面转动，另一端吸附转盘相对于玻璃表面静止而形成的；步骤2中的转速差为一端吸附转盘相对于玻璃表面高速转动，一个吸附转盘相对于玻璃表面低速转动而形成的；所述的步骤4中的一个锐角度为10°－ 30°度。