CN106264301A - 机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人包含一本体、至少一行走元件、一吸盘及一泵模块。至少一行走元件设置于本体，且用以使机器人在板件的表面上移动。吸盘及泵模块设置于本体。吸盘能够相对于本体移动，而且机器人运作时，使本体、吸盘及板件形成一密闭空间，并且利用泵模块使密闭空间形成负压。以此，当该至少一行走元件走在障碍物上时，吸盘相对于本体移动而能够紧密地密接在板件上，能够保持板件、本体及吸盘所界定的密闭空间的密闭性，因而避免该密闭空间漏气。

Description

机器人

技术领域

本发明关于一种机器人，尤其关于一种能够清洁一板件表面的清洁机。

背景技术

已知住家门窗的清洁方式以开窗或拆窗清洗，而大楼门窗则由清洁公司以悬吊机架设于大楼外，利用电机控制该悬吊机架升降，以毛刷或水柱清洗大楼外部门窗。然而，悬吊机架常因重心不稳而易受风吹摇摆动。为了避免对门窗的过度用力刷洗，导致人员发生滑倒或清洗器具掉落砸伤人等危险意外，故仅对能门窗略为冲水以至于无法将门窗完全清洗干净。

图1显示已知技术的吸附机器人的示意图。图1为中国的授权公告号CN203662679U的技术。如图1所示，吸附机器人A包括机器人本体100，机器人本体100上设有吸附单元200、行走单元300、作业单元400和控制单元500，吸附单元200主要包括吸盘和与其相连的抽风机，行走单元300设置于吸附单元200的吸盘所界定的空间外，抽风机抽走吸盘内的空气使其内部形成负压，从而使吸盘吸附在待作业表面上，在控制单元的控制下，吸附机器人A通过行走单元在待作业表面上行走作业，作业单元400上有清洁布，用以擦拭作业表面。所述抽风机的电流输入端设有电流感测器600，所述控制单元接收电流感测器检测到的电流信息，判断吸盘处于真空状态或漏气状态。

图2显示另一已知技术的机器人的示意图。图2已知技术的机器人B大致相同于图1已知技术的机器人A，差异点在于行走单元300设置于吸附单元200的吸盘所界定的空间内。更具体而言，在吸附单元200的每一框边的底面上，粘贴有擦拭用的清洁布271，而行走单元300设于框内，行走单元300行走时清洁布能够擦拭窗的表面。

然而，依据前述已知技术，在行走单元300走在障碍物上时，机器人A及B会整个翘起或被掀起，而造成密闭空间的漏气，使得机器人A及B无法被吸附于操作表面上。另外，由于行走单元与作业单元的作用力比例不当时，机器人容易打滑无法前进，或作业单元作用力太小而擦不干净。

发明内容

本发明目的在于提供一种机器人，适于在一板件的表面上移动，其包含一本体、至少一行走元件、一吸盘及一泵模块。至少一行走元件设置于本体，且用以使机器人在板件的表面上移动。吸盘设置于本体。泵模块设置于本体。吸盘能够相对于本体移动，而且机器人运作时，使本体、吸盘及板件形成一密闭空间，并且利用泵模块使密闭空间形成负压。

于一实施例中，吸盘所界定的空间的第一区域的面积大于本体所界定的空间的第二区域的面积。

于一实施例中，密闭空间的负压所造成的作用力，实质上依据第二区域的面积；以及第一区域的面积中第二区域的面积以外的剩余区域的面积间的比例，分配在该至少一行走元件；以及吸盘上。于本实施例中，可以通过设计吸盘上的面积比例，即是行走单元作用力与作业单元作用力的比例，可以克服制造公差或障碍物产生作用力分配不当，导致机器人动作不良。

于一实施例中，吸盘上设有多个贯穿孔，该些枢接轴插入于该些贯穿孔内，以使吸盘能够沿该些枢接轴的长轴移动地固定在本体上。

于一实施例中，枢接轴的长度大于界定贯穿孔的吸盘部分的厚度。

于一实施例中，该些枢接轴的长轴大致平行吸盘的底表面的法线，使得吸盘能够沿吸盘的底表面的法线的方向移动。

于一实施例中，机器人为一清洁机。较佳的情况是，机器人更包含一清洁布，贴附于吸盘的底表面。

于一实施例中，机器人更包含至少一弹性元件，设置于吸盘及本体之间，用以通过该些弹性元件的弹性力使吸盘保持密接于板件的表面。较佳的情况是吸盘所界定的空间的第一区域的面积大致等于本体所界定的空间的第二区域的面积。

于一实施例中，机器人的本体更界定出一容置空间，该容置空间连通于该密闭空间，而且机器人更包含一气压感测器，设于该容置空间内用以感测该密闭空间的气压。

于一实施例中，机器人更包含至少一边缘感测器，设于本体的侧边或底面，用以感测板件的边缘。

依据本发明一实施例，由于吸盘设置成能够相对本体移动，因此当该至少一行走元件走在障碍物上时，吸盘相对于本体移动而能够紧密地密接在板件上，能够保持板件、本体及吸盘所界定的密闭空间的密闭性，因而避免该密闭空间漏气。

附图说明

图1显示已知技术的吸附机器人的示意图。

图2显示另一已知技术的机器人的示意图。

图3A显示本发明一实施例的清洁机的俯视图。

图3B显示本发明一实施例的清洁机的仰视图。

图3C显示本发明一实施例的清洁机的左视图。

图3D显示本发明一实施例的清洁机的前视图。

图4A为本发明一实施例的清洁机的功能方块图。

图4B为本发明一实施例的清洁机的功能方块图。

图5显示本发明另一实施例的清洁机的前视图。

图6显示本发明另一实施例的清洁机的前视图。

附图标号

100 机器人本体

10a 清洁机

111 行走元件

112 行走元件

120 驱动模块

130 泵模块

140 控制系统

160 本体

162 容置空间

170 吸盘

171 清洁布

172 枢接轴

173 弹性元件

190 电源模块

200 吸附单元

271 清洁布

300 行走单元

400 作业单元

410 处理单元

420 感测单元

421 边缘感测器

423 模拟数字转换器

424 数字感测器

425 数字输入

430 气压感测器

441 遥控接收器

442 控发射器

500 控制单元

600 电流感测器

具体实施方式

本发明关于一种机器人其适于在一板件的表面上移动，且其可以为一玩具、一遥控车子、一清洁机或一窗户清洗机等。以下将以清洁机或窗户清洗机作为例示加以说明，然而本发明不限定于清洁机或窗户清洗机。

图3A显示本发明一实施例的清洁机的俯视图。图3B显示本发明一实施例的清洁机的仰视图。图3C显示本发明一实施例的清洁机的左视图。图3D显示本发明一实施例的清洁机的前视图。

如图3A～图3D所示，清洁机10a适于附着于一板件(未图示)上并于板件上移动，用以清洁板件的表面上的微粒。板件可以为例如一直立窗。清洁机10a包含有一行走元件111及112、一本体160、一吸盘170及一泵模块130(请参见图4)。如图3B及图3C所示，本体160及吸盘170共同界定出一空间，泵模块130连通于该空间。进行操作时，清洁机10a被置于板件上，泵模块130抽走板件、本体160及吸盘170所界定的密闭空间内的空气，并使其内部形成负压，从而使清洁机10a吸附在板件的表面上。行走元件111及112可以为带轮、滚轮等能够产生移动或滑动元件。并且再驱动行走元件111及112后，以使清洁机10a能够在板件的表面上移动。

如图3C所示，吸盘170设置成能够相对本体160移动。再请参照图3A，更具体而言，吸盘170上设有多个贯穿孔，多个枢接轴172插入于该些贯穿孔内，枢接轴172的长度大于界定贯穿孔的吸盘170部分的厚度，以使吸盘170能够沿该些枢接轴172的长轴移动，藉以将吸盘170通过多个枢接轴172而能够相对移动地固定在本体160上。较佳的情况是，该些枢接轴172的长轴大致平行吸盘170的底表面的法线，使得吸盘170能够沿吸盘170的底表面的法线的方向移动，亦即该些枢接轴172的长轴大致平行板件表面的法线，使得吸盘170能够沿板件表面的法线的方向移动。

于已知技术中，行走单元300没有弹性，而且需要靠吸附单元200的吸盘的弹性，使密闭空间产生密闭性。然而，依靠吸盘的弹性来产生密闭性的缺点在于，当行走单元300遇到障碍物时，因行走单元300没有弹性，而造成整个机器人A或B跷起，使得密闭空间漏气。

相对于已知技术，依据本实施例，由于吸盘170设置成能够相对本体160移动，因此当行走元件111及112走在障碍物上时，吸盘170相对于本体160移动而能够紧密地密接在板件上，能够保持板件、本体160及吸盘170所界定的密闭空间的密闭性，因而避免该密闭空间漏气。或者，当吸盘170压在障碍物上时，清洁机10a本体还能够相对吸盘170移动，而不会跷起，使得该密闭空间的负压还能够对本体160施加作用力。

如图3B及图3C所示，于一实施例中，行走元件111及112设于该密闭空间的外部。而且，吸盘170所界定的空间的第一区域Aa的面积大于本体160所界定的空间的第二区域Aw的面积，而且第一区域Aa的面积减去第二区域Aw的面积等于剩余区域Ac的面积。其中，剩余区域Ac为第一区域Aa中的第二区域Aw以外的区域。由于第一区域Aa及第二区域Aw是连通的，而且第一区域Aa是由吸盘170所界定的空间；第二区域Aw是由本体160所界定，因此整个密闭空间的负压所造成的作用力，大致上会依据第二区域Aw的面积以及剩余区域Ac的面积的比例，分配在行走元件111及112；以及吸盘170上。

相对于已知技术，因为密闭空间是一整体的无法区分，密闭空间的负压所造成的对行走单元300的作用力和对吸附单元200的吸盘的作用力，很难分配清楚。其所造成的结果，大致有以下几种。如果对行走单元300的作用力大，则对吸附单元200的吸盘的作用力小，而造成清洁不干净的问题。如果对行走单元300的作用力再更加大，则对吸附单元200的吸盘的作用力再更减小，而会有无法再使机器人A或B被吸附在垂直表面上，机器人A或B会掉落。若再遇到障碍物时整个机器人A或B会掀起来，并且造成密闭空间漏气而使机器人A或B掉落。如果对行走单元300的作用力小，则对吸附单元200的吸盘的作用力大，造成行走单元300打滑，使得机器人A或B无法行走的问题。更具体而言，当密闭空间的负压所造成的作用力的80％作用在吸附单元200的吸盘上时，则行走单元300会打滑，机器人A或B无法行走。

依据图1及图2已知技术，是利用吸盘所界定出的密闭空间的负压，而将机器人A或B吸附于作业表面上，因此已知技术的机器人A或B的行走单元300；及吸附单元200的吸盘是一整体的且无法切割，无法分配负压的作用力施加的位置。当行走单元300走在障碍物时，机器人A及B会整个翘起或被掀起，而造成密闭空间的漏气，使得机器人A及B无法被吸附于操作表面上。

相对于此，依据本实施例的设计的结构，由于对行走元件111及112的作用力大致上由第二区域Aw所造成的负压，而对吸盘170的作用力大致上由剩余区域Ac所造成的负压。因此，能够将对行走元件111及112的作用力；及吸盘170的作用力保持在固定值，当行走元件111及112走在障碍物时，还是有一预定的力量作用在吸盘170上，能够避免密闭空间漏气，使得清洁机10a通过该预定的力量而被吸附在操作表面上。

于一实施例中，吸盘170还可以包含有一清洁布171贴附于吸盘170的底表面，清洁布171具有弹性，当密闭空间产生负压，而大气压大产生一作用力，作用于清洁机10a上，将清洁机10a压在板件上，通过清洁布171的弹性维持密闭空间的密闭性。

再请参照图3A，于一实施例中，清洁机10a更包含有多个边缘感测器180，分别突出于本体160的四个侧边。当行走至窗户的边缘时，边缘感测器180抵住窗户的边缘后会往内缩，此时控制系统140(如后述)会感测到边缘感测器180传来的信号，而立即停止清洁机10a继续向前移动，而转向或向后退移动。请参照图5(如后述)，于一实施例中，清洁机10a的边缘感测器181亦可以设置于本体160的底面，在操作状态时，边缘感测器181缩入于本体160的底面内，并抵住于窗户表面，当到达窗户边缘时，由于已无法再抵住于表面上，边缘感测器181会突出，并传送信号给控制系统140，立即停止清洁机10a继续向前移动，而转向或向后退移动。

图4A为本发明一实施例的清洁机的功能方块图。请参照图4A，于本实施例中清洁机10a更包含一驱动模块120及一控制系统140及一电源模块190。电源模块190电连接于泵模块130、驱动模块120及控制系统140，用以提供一电源给泵模块130、驱动模块120及控制系统140。于一实施例中，电源模块190可以包含一电池模块且更包含有电量感测模块(未图示)，当清洁机10a的电量不足时，电量感测模块会提出警告声或警告灯等，此时使用者于被通知警告后可以从板件上取下清洁机10a。于一实施例中，清洁机10a可以包含一电源线用以电连接一插座，于此实施例中一般供电由电源线提供，当断电时电源模块190可以做为备用的电源，并且同时发出警告声或警告灯等。控制系统140耦接于泵模块130及驱动模块120，驱动模块120接收控制系统140的控制信号来驱动行走元件111及112转动，以使转动中的行走元件111或行走元件112产生一位移。

图4B为本发明一实施例的清洁机的功能方块图。请参照图4B，控制系统140包括一处理单元410及一感测单元420。处理单元410控制驱动模块120分别驱动行走元件111及112。处理单元410控制泵模块130，藉以控制密闭空间的负压。

于一实施例中，控制系统140还可更包括一遥控接收器441。遥控接收器441接收一摇控发射器442的一遥控信号Sw，以使控制系统140依据遥控信号Sw控制清洁机10a的行走路径。遥控接收器441与遥控发射器442的信号传输方式例如为红外线传输或无线传输，其中无线传输例如为ZigBee、蓝牙(bluetooth)、RFIO、Wi-Fi等。

清洁机10a的遥控功能例如包括系统重置(system reset)、自动归复、完整启动(start)、就地启动以及手动模式，以下将对上述功能做进一步的描述。自动归复表示清洁机10a在完成清洁后会自动移往方便使用者取下的位置，其例如为板件的中下位置。完整启动表示当清洁机10a行进至板件顶端后，会自顶端开始由左至右(或由右至左)，再由上而下执行清洁动作。就地启动则表示清洁机会就原地由左至右(或由右至左)，再由上而下执行清洁动作。手动模式则包括控制清洁机的原地清洁或控制清洁机10a上下左右移动的功能。

于一实施例中，清洁机10a具有检测门窗边缘的功能。如图4B所示，感测单元420可以包含有一边缘感测器421及一模拟数字转换器423。模拟数字转换器423耦接于边缘感测器421及处理单元410间，通过利用边缘感测器421能够检测到板件的边缘或板件上的一异物。边缘感测器421可为模拟型感测器，且例如为可为红外线、镭射、超音波等距离感测器。另外，边缘感测器亦可例如是极限开关或一近接开关。控制系统140可经由模拟数字转换器423读取边缘感测器421的感测值，并据以判断清洁机与板件边缘的距离。详细而言，若板件为无门窗框的玻璃，且当感测值低于一低门槛值时，则表示目前未接收到玻璃的反射感测值，亦即，清洁机10a目前已接近玻璃边缘。另一方面，若板件为边缘具有门窗框的玻璃，且当感测值高于高门槛值设定值时，则表示清洁机10a目前已接近门窗框，故会接收到强度较高的反射感测值。

另外于一实施例中，感测单元420可以包含有一数字感测器424及一数字输入425。数字感测器424则是以机构触动到门窗边缘的方法感测门窗框架，且数字感测器424例如为极限开关或近接开关。数字输入425可为按钮输入或数字感测器424的输入。

此外，于一实施例中，亦可以不通过使吸盘170所界定的空间的第一区域Aa的面积大于本体160所界定的空间的第二区域Aw的面积，来达到分配密闭空间的负压的作用力的目的。图5显示本发明另一实施例的清洁机的前视图。如图5所示，吸盘170所界定的空间的区域；及本体160所界定的空间的区域，两者的面积Aa大致相同。并且，于吸盘170及本体160间再设置至少一弹性元件173，通过该些弹性元件173的弹性力使吸盘170保持密接于板件的表面上。依据本实施例的设计的结构，当行走元件111及112走在障碍物时，该些弹性元件173的弹性力会作用在吸盘170上，能够避免密闭空间漏气，使得清洁机10a通过负压的作用力及该些弹性元件173的弹性力的总合，而被吸附在操作表面上。

图6显示本发明另一实施例的清洁机的前视图。如图6所示，本体160更界定有一容置空间162，容置空间162连通于前述本体160及吸盘170所界定的密闭空间。如图6以及图4B所示，控制系统140更包括一气压感测器430。气压感测器430定时或不定时地感测前述本体160及吸盘170所界定的密闭空间的压力，并传送信号至控制系统140，以监控气压感测器430所感测到前述密闭空间的压力，当前述密闭空间的压力减少于一预设值；或者以一预定速度减小时，控制系统140立即立即停止清洁机10a继续向前移动，并且回复至原先的位置；或者转向或向后退移动，直到前述密闭空间的压力回到正常的状态下即可。

于一实施例中，气压感测器430可以为一压电转换器，其包含压电材料能够产生压电效应，亦即当施加压力时于其表面产生一电压，由产生的电压所呈现的晶体特性，来决定压力的大小。于一实施例中，气压感测器430可以为压力传感器，其是一种硅芯片表面的压电电阻电桥。该芯片的背面被钻孔，从而与芯片内部形成了压力隔膜，该隔膜的厚度将决定其压力范围。当压力作用于这一芯片上时，该隔膜将变形，从而使得电桥的电阻值根据其压力所占的比例来改变。

依据已知技术，在抽风机的电流输入端设有电流感测器600，由于主要是感测抽风机的电流输入端的电流，在利用电流的变化判断出漏气时所花费的时间，会晚于开始漏气的时间，当漏气量大时会造成机器人反应来不及而从窗户掉落。相较于已知技术，于本实施例中，由于能够立即地检测到前述密闭空间的压力，并且即时地修正行进方向，而能够避免机器人从窗户落下。

依据本发明一实施例，由于吸盘170设置成能够相对本体160移动，因此当行走元件111及112走在障碍物上时，吸盘170相对于本体160移动而能够紧密地密接在板件上，能够保持板件、本体160及吸盘170所界定的密闭空间的密闭性，因而避免该密闭空间漏气。于一实施例中，更进一步使吸盘170所界定的空间的第一区域Aa的面积大于本体160所界定的空间的第二区域Aw的面积，藉以依据第二区域Aw的面积以及剩余区域Ac的面积的比例，分配负压对行走元件111及112的作用力；以及对吸盘170的作用力。于一实施例中，是于吸盘170及本体160间再设置至少一弹性元件173，依据本实施例的设计的结构，当行走元件111及112走在障碍物时，该些弹性元件173的弹性力会作用在吸盘170上，能够避免密闭空间漏气，使得清洁机10a通过负压的作用力及该些弹性元件173的弹性力的总合，而被吸附在操作表面上。

Claims (11)

1.一种机器人，适于在一板件的表面上移动，其特征在于，所述机器人包含：

一本体；

至少一行走元件，设置于所述本体，且用以使所述机器人在所述板件的表面上移动；

一吸盘，设置于所述本体；以及

一泵模块，设置于所述本体，

其中，所述吸盘能够相对于所述本体移动，而且所述机器人运作时，使所述本体、所述吸盘及所述板件形成一密闭空间，并且利用所述泵模块使所述密闭空间形成负压，而且

所述吸盘所界定的空间的第一区域的面积大于所述本体所界定的空间的第二区域的面积。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述密闭空间的负压所造成的作用力，实质上依据所述第二区域的面积；以及所述第一区域的面积中所述第二区域的面积以外的剩余区域的面积间的比例，分配在所述至少一行走元件；以及所述吸盘上。

3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包含多个枢接轴，

其中所述吸盘上设有多个贯穿孔，所述枢接轴插入于所述贯穿孔内，以使所述吸盘能够沿所述枢接轴的长轴移动地固定在所述本体上。

4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述枢接轴的长度大于界定所述贯穿孔的所述吸盘部分的厚度。

5.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述些枢接轴的长轴大致平行所述吸盘的底表面的法线，使得所述吸盘能够沿所述吸盘的底表面的法线的方向移动。

6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人为一清洁机。

7.根据权利要求6所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包含一清洁布，贴附于所述吸盘的底表面。

8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包含：

至少一弹性元件，设置于所述吸盘及所述本体之间，用以通过所述弹性元件的弹性力使所述吸盘保持密接于所述板件的表面。

9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述吸盘所界定的空间的第一区域的面积大致等于所述本体所界定的空间的第二区域的面积。

10.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述本体更界定出一容置空间，所述容置空间连通于所述密闭空间，而且

所述机器人更包含一气压感测器，设于所述容置空间内用以感测所述密闭空间的气压。

11.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包含至少一边缘感测器，设于所述本体的侧边或底面，用以感测所述板件的边缘。