CN106073622A - 一种新型玻璃清洁智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃清洁智能机器人，包括移动机构、感知系统、控制系统和清洁系统等等。移动机构包括丝杠滑轨，直线轴承，水电同步带输送，精密电机驱动系统，等；感知系统包括自动行程感应开关，监测感应传感器等；控制系统包括与U能动控制卡芯片及其智能无线远程控制系统，可搭载工业相机进行实时监测，通过手机APP实现操作，打造智能玻璃及幕墙清洁的目的；系统包括自动喷水系统，毛滚清洁，橡胶条刮擦，储水槽等，可扩展其他智能模块。本发明的目的是提供一种智能玻璃清洁机器人，实现了无人情况下的自主工作方式，很大程度地提高了产品的自动化水平。

Description

一种新型玻璃清洁智能机器人

技术领域

本发明涉及一键玻璃清洁，用手机遥控家庭、商场、酒店、学校、医院、银行等大厦的智能家居玻璃清洁技术领域，尤其是涉及玻璃清洁过程中全自动清洁的多工序一体化的智能玻璃清洁机器人，通过扩展模块，构建完整的智能化家居清洁生态系统。

背景技术

根据中科院的研究分析，个人/家居务机器人发展的三大趋势是与人合作、以手机作为处理核心以及可以接通云服务的机器人。玻璃清洁机器人市场具有巨大的潜力，增长势头强劲。2013年家庭清洁机器人市场规模大于12亿美元，过去三年复合增长率达21.8％。清洁机器人对传统清洁设备的替代率不断提高，2013年占清洁设备市场18.1％。

互换性、接口协议、核心控制系统运算能力等方面。在设计制造技术方面，国外发达国家系统级设计能力、产品设计、材料与工艺技术、系统集成水平关键零部件和模块化功能部件研发能力与我国存在较大差距。

国外发达国家机器人在战略规划、研发平台、人才培养、标准制订、市场培育、国际合作、财税金融政策扶持等创新体系建设的许多环节上明显超前，处于快速成长阶段。

目前我国发展较快、对清洁机器人发展影响较大的关键技术是：传感技术、智能控制技术、路径规划技术、清洁技术、电源技术等。随着近年来计算机技术、人工智能技术、传感技术以及移动机器人技术的迅速发展，清洁机 器人控制系统的研究和开发已具备了坚实的基础和良好的发展前景。清洁机器人的控制与工作环境往往是不确定的或多变的，因此必须兼顾安全可靠性、抗干扰性以及清洁度。用传感器探测环境、分析信号，以及通过适当的建模方法来理解环境，具有特别重要的意义。近年来对智能机器人的研究表明，对于工作在复杂非结构环境中的自主式移动机器人，要进一步提高其自动化程度，主要依靠模式识别及障碍物识别、实时数据传输及适当人工智能方法，还需要进一步开发全局模型，从而为机器人获取全局信息。

智能玻璃清洁机器人是一个巨大的市场，随着经济水平和技术的提高，玻璃清洁机器人将会替代更多的传统型清洁设备，针对当前市场，我们应运而生，大力开发物美价廉的机器人，使机器人走入千家万户，为智能生活贡献绵薄之力。

发明内容

擦玻璃难，擦幕墙玻璃更难，是每个人都会遇到的生活小问题，我们就是解决所有擦玻璃难的小问题。以玻璃清洁为中心，创建可视化智能清洁机器人，贴近于生活，服务于生活，使我们的生活更加智能化，便捷化。小问题，大市场，玻璃清洁智能机器人替代人工，告别人力擦窗时代。有玻璃的地方，就有玻璃清洁需求，节水节能，绿色环保，安全高效，每个城市都有上亿元市场份额。

传统的玻璃清洁工具和方法，吊篮人工抹布擦，单面擦，双面擦，玻璃刮，万向擦窗器，依来洁磁力玻璃器，科沃斯擦窗机器人等等工具，要么工具成本低，操作安全系数低，费事，费时，费力，清洁不干净，要么工具成本高，充电频率高，玻璃清洁时间长，维修困难，需要专人监护以防掉落砸伤等等弊端。我们的玻璃清洁智能机器人，颠覆以上传统擦玻璃工具和方 法，清洁无死角，更干净，效率是其他传统工具的100倍以上，是智能清洁机器人的20倍以上，更安全更便捷，可扩展智能装备，可实现工程保洁，维修报修，安防维护，智能保姆，购物消费等高频物业生态系统平台建设服务。

发明内容

智能玻璃清洁机器人内容及涉及的关键技术：1.路径规划技术包括(1)基于模型的路径规划(2)基于传感器信息的路径规划(3)基于行为的移动机器人路径规划，主要解决方案为通过磁条或激光定位进行路径的规划和修正，保证机器人运动路径和方向的正确性。

2.传感器技术主要解决方法有(1)Kalman滤波法(2)统计决策法(3)模糊逻辑法(4)Bayes估计法(5)D-S推理法。

3.清洁技术主要有(1)传统真空吸尘器，此种真空吸尘器是在机体内部有高速旋转的风扇作用下形成真空而出现从外到内部强大的气流，由吸口将灰尘吸入内部的滤尘袋中。(2)气流滤尘器，这种吸尘器是利用附壁效应产生低压涡流气体，最终将灰尘阻隔在吸尘器内部的涡流腔里。(3)静电吸尘器，这种吸尘器利用含有粉尘颗粒的气体，通过高压电场时，产生气体离子，带电尘粒则沉积于阳极板上，而得到净化的气体排出防尘器外。

4.控制技术核心控制器采用intel公司运动控制卡，它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在线系统可编程Flash存储器。使用该运动控制卡高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在线系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得AT89S52为 众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

5.电源技术解决方案是由于智能清洁机器人是以自主方式工作的，因而所用的电源不是一般拖线方式，而是采用随身携带的蓄电池(3A/20hour)这样不但可实现无人控制，而且工作时较灵活一次充电可以连续工作几个小时。

6.抗干扰技术解决方案是由于三对超声波传感探头之间的安装距离比较近，因而存在相互干扰的问题为了解决这一问题，在设计中引进了循环扫描的方式既循环地对每组探头施加发射和接收，当一组工作时，其余两组停止循环周期由路选信号来控制，只有15ms(即在15ms的时间里完成一次对三组探头的扫描)，因而在实际应用中很可靠。

7.人工智能技术主要解决方案是智能包含感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；通过手机APP远程控制机器人操作，云计算、大数据的二次开发实现了人机交互智能控制。

8.传感器技术解决方案是传感器使用超声波传感器，它由发射探头发出信号碰到目标后会产生反射，再由接受探头接受反射回的信号，根据接受与发射间所需时间以及声速，确定发射探头与目标的距离。它既能探测到障碍物的存在，还能测出距离，而且不受光线变化的影响等等。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明是一种玻璃清洁智能化系统，包括机器人总体设计方案为了适用于各种室内外场所玻璃清洁服务机器人窗户，提高自主移动机器人控制系统的性能，选用高性能微处理器作为移动机器人的控制中心，并在嵌入式Linux系统自动化与仪表计算机应用系统下实现机器人的控制。系统引入了多种环境感知器件，采用模糊逻辑实现准确的运动路线控制。该自主服务机器人由中央控制器、感知子系统、驱动子系统、电源系统组成。在移动机器人 设计过程中，采用模块设计，不同功能结构分别进行设计，各模块之间连接采用最优链接方式。

硬件模块设计方案：1.运动控制卡具有高性能、低功耗、接口丰富和体积小等优良特性，适合服务机器人系统使用。红外模块选用DC12V红遥控收发器，当按动红外发射器，有信号输入时，输出口输出常开口接入的电压。该发射器性能稳定，使用简单。电机驱动采用L298N芯片，具有体积小、操作电压范围大、抗干扰能力强、配备了散热片、输出电流大等性能，并且可以同时驱动两台电机。可通过改变PWM波形的占空比控制电机转速，还可控制电机转向。光电编码器的输出是两路相位不同的脉冲信号，据此可判断电机的转动方向。在测距范围、精度及功耗方面符合要求。2.机械结构设计机器人由2台电动机、减速箱、驱动器和光电编码器组成。两台电机分别驱动滑轮轮为机器人提供动力，驱动器对电机的转速和转向进行控制，并通过光电编码器对电机的转速和位置的反馈进行不断地调整，它们共同组成一个闭环系统。基于机器人尺寸、重量和功耗等各方面的考虑，机器人采用双电机的差动驱动式。电机为恒定励磁磁通的空心杯直流减速电机。电机部分还包括减速齿轮箱，用来降低输出的转速，同时增大输出力矩。

我们研发的控制系统采用CPU控制卡运算方案，他是机器人的核心部分，该控制系统包括CPU运动控制卡，I/O模块，通讯总线模块，滤波器，电子变压器，伺服驱动模块，传感器模块等等组成，以提高机器人运动插补运算和坐标变换的运算速度。采用数字伺服驱动单元，运动精度大大提高，进一步改善了机器人动态特性。支持离线编程技术，技术人员可通过离线编程软件设置参数，优化机器人运动程序。控制器内部结构相对集成化，这种集成方式具有结构简单、整机价格便宜、易维护保养等特点。

可实现远程人机交互：传统机器人和工人的工作区域都会被严格的分开，随着互联网技术的应用，新一代机器人将会和人一起协同工作，通过手机APP远程控制机器人操作。远程无线接口通讯模块实现了人机交互远程控制。

1)电源供给单元

变压器向电源分配单元输入220V交流电，通过该单元的系统电源分配功能对控制箱内部各工作板卡输出110V交流电及±12V、+24V直流电。

2)安全保护回路 由变压器直接向急停单元供电，并接入内部各控制板卡形成保护回路，对整个系统进行电路保护。

3)伺服放大器

不仅提供伺服电机驱动和抱闸电源，并且与绝对值编码器实现实时数据转换，与主控机间采用光纤传输数据，进行实时信号循环反馈。

4)输入/输出模块

标配为ModuleA/B，另外也可通过在扩展槽安装Profibus板、过程控制板与PLC及外围设备进行通讯。

5)主控单元

整个控制系统的中枢部分，包括主板、CPU、FROM/SRAM组件及伺服卡，负责控制器内部及外围设备的信号处理和交换。

6)急停电路板

用来对紧急停止系统、伺服放大器的电磁接触器以及预备充电进行控制。

该产品特殊的生产工艺不仅解决了原材料从进厂到生产加工安装的制造的全过程零污染，降耗减排，改善人们工作环境和生态保护，不但降低了日益严重的环境污染，而且有效地减少常规能源的使用量，降低了能耗。该项 目属于国家战略性发展大力发展的新兴行业。

本发明的有益效果为：1.轻便小巧：轻松打扫其他玻璃清洁机器人清理不到的死角，使玻璃清洁玻璃无死角可以达到95％以上一尘不染。

2.路径规划技术应用使自动清洁机器人在180天的操作运行中，这个机器人成功地实现170天无故障地运转。与此同时，无须人为地进行精度校正。

3.玻璃清洁速度。单位面积的清扫时间，据统计以每平米玻璃计算，只需一键启动5分钟即可清洁干净。

4.低噪音：小于50分贝，清洁玻璃的过程免受噪音之苦，符合相关法律法规规定的噪音值。

5.玻璃清洁度经过长期的测试，可同时清洁玻璃内外两侧玻璃，效率使其他玻璃清洁机器人的50倍以上。

6.多房间清扫以及无限制区域功能。一般客户都有多个窗户，机器人清洁时可以有计划的覆盖到全部的房间，同时如果有一些窗户不希望被清洁，可以方便的对某些窗户进行限制。

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明玻璃清洁智能机器人的结构示意图。

附图标记说明：图1为本发明硬件结构示意。

附图标记说明：1为底面横梁，2为固定滑座，3为顶部护罩，5为控制芯片和驱动系统以及各种扩展模块，6为橡胶刮条，7为毛辊，8为进排水管道及电路管道，9为污水收集槽，10为玻璃。

具体实施方式

如附图所示，玻璃清洁智能机器人包括移动机构、感知系统、控制系统 和清洁系统等

底面横梁1和两侧固定滑块2连接，两侧立柱通过上下固定滑块2固定，保证清洁移动的稳定性和可调性，活动滑块4通过丝杠进行上下移动，实现往复清洁性，进排水管道及电路管道经过活动滑块4和上下固定滑块2往复运动，实现水路电路通畅性，清洁装置固定在活动滑块4上，主要有橡胶刮条6和毛辊7以及污水收集槽9，污水收集槽9上面可加载扩展模块，实现全自动无人化清洁。

本发明的工作过程如下：根据客户玻璃尺寸定制玻璃清洁智能机器人实现私人定制化，针对不同玻璃户型的提供不同的解决方案。只需一键即可完成玻璃的自动化清洁工作，可设置清洁时间，频率，周期，智能化需求等等。开机后设置好各种参数后，玻璃清洁机器人会根据设定时间进行玻璃自动化清洁，自动打开电磁阀对玻璃进行喷水，待玻璃湿润后，往复多次对玻璃进行先擦后刮等地毯式清洁，擦刮配合进行达到玻璃上下限位时通过开关实现自动转向反向清洁，直到多次清洁检测玻璃干净后自动复位，同理同时对玻璃外侧进行自动化清洁，实现玻璃清洁的一个周期，等待下次信号启动进行再次清洁循环。可选配其他功能模块，实现通过玻璃进行智能化家居工程生态系统建设。

该玻璃清洁智能机器人，有效的解决了擦玻璃的难题，简单便捷，安全系数高，清洁不干净，电池寿命等难题，以及清洁效率的高效快速等等常见的问题。

以上所述的实施案例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计理念精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种玻璃清洁智能机器人，其特征在于：包括底面横梁(1)，所述底面横梁(1)内两端设置有进排水管道及电路管道(8)，所述进排水管道及电路管道(8)将污水排出窗外，为清洁机构供应清水以及电路的走线布局。所述底面横梁(1)内设置有开关和传感器等。所述底面横梁(1)两侧护罩内设置有固定滑座(2)，所述固定滑座(2)上装有进排水管道及电路管道(8)，所述滑道和直线轴承(2)连接装有活动滑块(4)，所述活动滑块(4)上边装置有橡胶刮条清洁系统(6)，所述橡胶刮条清洁系统(6)下面装有自动喷水的毛辊(7)，所述自动喷水的毛辊(7)下面装有污水收集槽(9)，所述污水收集槽(9)贴在玻璃及幕墙的表面(10)。

2.根据权利要求1所述的玻璃清洁智能机器人，其特征在于：所述底面横梁(1)两端装有固定滑座(2)，且装有密封器件。水路电路经过固定滑座(2)转向进行传输，底面横梁(1)中装有行程开关和传感器检测位置和报警。

3.根据权利要求1所述的玻璃及幕墙清洁智能机器人，其特征在于：所述活动滑块(4)上面装有清洁系统，所述清洁系统上部为橡胶刮条(6)，中部为毛辊清洁(7)，所述毛辊清洁(7)圆周均布长毛刷和喷水孔，实现高压雾化或淋化喷水，所述清洁系统底部装有污水收集槽(9)，所述污水收集槽(9)内有浮漂和感应开关进行污水自动排放。所述污水收集槽(9)上面装有工业相机对外部环境进行检测。

4.根据权利要求1所述的玻璃清洁智能机器人，其特征在于：所述顶部固定滑座(2)装在顶部护罩(3)里面，所述顶部护罩(3)内装有核心控制芯片和驱动系统以及各种扩展模块(5)。

5.根据权利要求1所述的玻璃清洁智能机器人，其特征在于：进排水管道及电路管道(8)装在活动滑座(4)上，其中水电路为环绕活动滑座(4)旋转往复运动。