CN108371514A - 一种擦窗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种擦窗机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括壳体以及设于所述壳体顶部外侧的提手，所述壳体的底部内侧居中的设有安装架，所述安装架与所述壳体的底部形成空腔，所述安装架的顶部外侧设有真空泵，所述真空泵的吸气管贯穿所述安装架的顶部并伸入所述空腔，所述安装架的顶部内侧设有气压传感器，于所述安装架正下方的所述壳体的底部设有若干吸气孔，本发明采用行走轮替代传统的履带式移动结构，降低了生产成本，缩小了体积，减少其占用空间，并且在机器人的底部设置四个擦拭机构，能对玻璃同时进行前后和左右擦拭，擦拭范围广，且擦拭效率高。

Description

一种擦窗机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术设备领域，特别涉及一种擦窗机器人。

背景技术

随着城市人口的越来越集中，居民楼或办公楼都建的越来越高。通常大楼的层数都在数十层以上，周边都用玻璃窗围绕，使这些大楼看上去非常高大且有档次，但大楼外侧的玻璃窗的清洁是一个难题。这些高空玻璃窗的擦拭需要让清洁工进行高空作业，存在着很大的危险性，并且由于清洁工心里紧张会影响清洁的效率。因此，市面上出现了擦窗机器人，能自动对玻璃进行擦拭，有效的避免了清洁工高空作业存在的危险，提高了安全性且节省了人工。但由于目前的擦窗机器人一般都是履带式行走，成本较高，价格昂贵，且体积较大，需占用较大空间，因此机器人只有一块擦拭布，只能对玻璃进行前后擦拭，擦拭范围比较单一，效率比较低下。

发明内容

(一)解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明提供了一种擦窗机器人，采用行走轮替代传统的履带式移动结构，降低了生产成本，缩小了体积，减少其占用空间，并且在机器人的底部设置四个擦拭机构，能对玻璃同时进行前后和左右擦拭，擦拭范围广，且擦拭效率高。

(二)技术方案

一种擦窗机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括壳体以及设于所述壳体顶部外侧的提手，所述壳体的底部内侧居中的设有安装架，所述安装架与所述壳体的底部形成空腔，所述安装架的顶部外侧设有真空泵，所述真空泵的吸气管贯穿所述安装架的顶部并伸入所述空腔，所述安装架的顶部内侧设有气压传感器，于所述安装架正下方的所述壳体的底部设有若干吸气孔，所述吸气孔与所述空腔相连通，所述壳体的顶部内侧居中的设有第一旋转电机，所述第一旋转电机的底座固定于所述壳体的顶部内侧，所述第一旋转电机的第一旋转轴的端部连接十字连接件，所述十字连接件的轴部与所述第一旋转轴的端部固定相连，所述十字连接件的端部连接支撑架，所述支撑架的顶部外侧与所述十字连接件的端部固定相连，所述支撑架为下端开口结构，于所述支撑架的侧部底端设有水平相向的延伸块，所述壳体的底部设有第一开口，所述第一开口为环状结构，所述第一开口的宽度大于所述支撑架的宽度，所述支撑架的底部伸出于所述第一开口，所述支撑架的顶部内侧居中的设有第二旋转电机，所述第二旋转电机的底座固定于所述支撑架的顶部内侧，所述第二旋转电机的第二旋转轴伸出于所述支撑架的下端开口并连接一圆盘，所述第二旋转轴的端部固定于所述圆盘的中心，所述圆盘上套设海绵块，所述壳体的底部还设有第二开口，所述第二开口位于所述第一开口与所述吸气孔之间，所述第二开口内设有行走轮，所述行走轮的横截面积不超过所述第二开口的横截面积，所述行走轮伸出于所述第二开口，所述壳体的两侧设有若干散热孔，所述壳体的顶部内侧设有控制器，所述控制器位于所述第一旋转电机的一侧，所述壳体的顶部设有向下凹陷的电池仓，所述电池仓位于所述第一旋转电机的另一侧，所述电池仓内设有备用电池，所述电池仓的顶部设有电池盖，所述电池盖为拨动式电池盖，所述壳体的顶部外侧设有控制开关和指示灯，所述壳体的外侧设有电源线，所述气压传感器和所述控制开关连接所述控制器的输入端，所述控制器的输出端分别连接所述行走轮、所述真空泵、所述第一旋转电机、所述第二旋转电机和所述指示灯，所述机器人本体通过所述电源线连接外部电源，所述外部电源或所述备用电池为所述机器人本体提供工作电压。

进一步的，所述气压传感器选用数字大气压力传感器BMP085。

进一步的，所述海绵块由密胺泡棉材料制成。

进一步的，所述第一旋转电机和所述第二旋转电机均选用RS-380SH型步进电机。

进一步的，所述指示灯选用红绿双色指示灯。

进一步的，所述控制器选用16位单片机MC95S12DJ128。

进一步的，所述备用电池选用锂离子蓄电池。

(三)有益效果

本发明提供了一种擦窗机器人，采用行走轮替代传统的履带式移动结构，降低了生产成本，缩小了体积，减少其占用空间，真空泵产生吸附力，在机器人与玻璃之间形成吸附腔，使机器人能吸附于玻璃之上进行移动，气压传感器检测吸附腔内的气压数值，避免了因吸附力不够而使机器人掉落的危险，提升了安全性和可靠性，通过第一旋转电机和十字连接件在机器人的底部设置四个擦拭机构，能对玻璃同时进行前后和左右擦拭，擦拭范围广，且擦拭效率高，在第一旋转电机和十字连接件带动擦拭机构旋转擦拭的同时，第二旋转电机进一步带动擦拭机构自转擦拭，进一步提高了擦拭效率，提升了擦拭效果，在机器人表面设置电池仓和备用电池，在非正常掉电的情况下可由备用电池为机器人正常工作进行续电，避免了因非正常掉电而使机器人掉落的危险，进一步提升了安全性和可靠性，其结构简单，体积小巧，成本低廉，操作简单，系统功耗低，检测精度高，响应速度快，稳定性和可靠性好，具有良好的实用性和可扩展性。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种擦窗机器人的外部结构示意图。

图2为本发明所涉及的一种擦窗机器人的内部结构示意图。

图3为本发明所涉及的一种擦窗机器人的底部结构示意图。

图4为本发明所涉及的一种擦窗机器人的十字连接件的结构示意图。

图5为本发明所涉及的一种擦窗机器人的系统工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所涉及的实施例做进一步详细说明。

结合图1～图5，一种擦窗机器人，包括机器人本体，机器人本体包括壳体1以及设于壳体1顶部外侧的提手2，壳体1的底部内侧居中的设有安装架3，安装架3与壳体1的底部形成空腔，安装架3的顶部外侧设有真空泵4，真空泵4的吸气管5贯穿安装架3的顶部并伸入空腔，安装架3的顶部内侧设有气压传感器21，于安装架3正下方的壳体1的底部设有若干吸气孔6，吸气孔6与空腔相连通，壳体1的顶部内侧居中的设有第一旋转电机7，第一旋转电机7的底座固定于壳体1的顶部内侧，第一旋转电机7的第一旋转轴8的端部连接十字连接件9，十字连接件9的轴部与第一旋转轴8的端部固定相连，十字连接件9的端部连接支撑架10，支撑架10的顶部外侧与十字连接件9的端部固定相连，支撑架10为下端开口结构，于支撑架10的侧部底端设有水平相向的延伸块，壳体1的底部设有第一开口，第一开口为环状结构，第一开口的宽度大于支撑架10的宽度，支撑架10的底部伸出于第一开口，支撑架10的顶部内侧居中的设有第二旋转电机11，第二旋转电机11的底座固定于支撑架10的顶部内侧，第二旋转电机11的第二旋转轴12伸出于支撑架10的下端开口并连接一圆盘13，第二旋转轴12的端部固定于圆盘13的中心，圆盘13上套设海绵块，壳体1的底部还设有第二开口，第二开口位于第一开口与吸气孔6之间，第二开口内设有行走轮18，行走轮18的横截面积不超过第二开口的横截面积，行走轮18伸出于第二开口，壳体1的两侧设有若干散热孔14，壳体1的顶部内侧设有控制器15，控制器15位于第一旋转电机7的一侧，壳体1的顶部设有向下凹陷的电池仓16，电池仓16位于第一旋转电机7的另一侧，电池仓16内设有备用电池，电池仓16的顶部设有电池盖17，电池盖17为拨动式电池盖，壳体1的顶部外侧设有控制开关22和指示灯23，壳体1的外侧设有电源线24，气压传感器21和控制开关22连接控制器15的输入端，控制器15的输出端分别连接行走轮18、真空泵4、第一旋转电机7、第二旋转电机11和指示灯23，机器人本体通过电源线24连接外部电源，外部电源或备用电池为机器人本体提供工作电压。

将电源线24接入外部电源，按下控制开关22，使机器人本体处于工作状态。采用一键式控制，简化了操作，使用非常方便。通过提手2将机器人本体按压于待擦拭的玻璃19上面，机器人本体的壳体1底部与玻璃19之间形成吸附腔20，真空泵4工作，对吸附腔20进行吸气，气压传感器21检测吸附腔20内的气压值。气压传感器21选用数字大气压力传感器BMP085，是一款高精度、超低功耗的大气压力传感器，性能卓越，气压的分辨率可以达到0.03hPa，并且耗电极低，只有3uA，采用强大的8pin陶瓷无引线芯片承载超薄封装，可以通过I2C总线直接与控制器15相连，简化了电路结构，降低了系统功耗。壳体1顶部的指示灯23指示气压传感器21的气压检测数值，指示灯23选用红绿双色指示灯，当吸附腔20内的气压值低于安全吸附值时指示灯23亮红色，当吸附腔20内的气压值满足安全吸附值时指示灯23亮绿色。当指示灯23为绿色时，真空泵4暂停工作，此时机器人本体可吸附于玻璃19上面。

控制器15驱动底部的行走轮18运动，使机器人本体可吸附于玻璃19之上进行移动。采用行走轮替代传统的履带式移动结构，降低了生产成本，缩小了体积，减少其占用空间。

机器人本体在玻璃19上移动的同时，第一旋转电机7工作，第一旋转轴8转动，带动十字连接件9旋转，使得与十字连接件9的端部固定相连的支撑架10旋转，支撑架10可沿着环状的第一开口旋转，从而带动支撑架内的第二旋转电机11及与第二旋转轴12端部相连接的圆盘13旋转，圆盘13上套设海绵块，海绵块对玻璃进行擦拭，从而实现了机器人本体边移动边对前后左右的玻璃进行擦拭，擦拭范围广，且擦拭效率高，同时第二旋转电机11带动第二旋转轴12及端部相连的圆盘13进行自转，进一步提高了擦拭效率，提升了擦拭效果。第一旋转电机7和第二旋转电机11均选用RS-380SH型步进电机，可非常方便的设定电机的步进频率，从而调节旋转轴的旋转速率。海绵块由密胺泡棉材料制成，采用物理去污的机理，倚靠材料内的毛细管开孔结构，在擦拭过程中自动吸附玻璃表面的污渍，完全不需要依赖任何化学洗涤剂去帮助，环保性能好，并且材料不溶于水中，放在水中挤压时，吸附在材料上的污渍会自然的脱落在水中，因此可以重复使用。

海绵块套设于圆盘13上，支撑架10底部的延伸块对海绵块具有限位作用，防止海绵块脱落。

为了保证吸附腔20内足够的负压值，机器人本体需带电工作，工作的时候通过电源线24连接外部电源。为了避免非正常掉电而使机器人本体掉落的意外情况，在壳体1的顶部设置电池仓16，电池仓16内放置备用电池，仅在非正常掉电的突发情况下做备用电量使用。备用电池选用锂离子蓄电池，具有反复充放电次数高，使用寿命长，且转化效率高的特点，体现了节能环保的设计理念。电池仓16的顶部设置电池盖17，电池盖17拨动式电池盖，可将其非常方便的卸下。

控制器15的输入端连接气压传感器21和控制开关22，控制器15的输出端输出控制信号分别控制行走轮18、真空泵4、第一旋转电机7、第二旋转电机11和指示灯23工作。控制器15选用16位单片机MC95S12DJ128，其内置128KB的Flash、8KB的RAM和2KB的EEPROM，具有5V输入和驱动能力，CPU工作频率可达到50MHz，29路独立的数字I/O接口，20路带中断和唤醒功能的数字I/O接口，2个8通道的10位A/D转换器，具有8通道的输入捕捉/输出比较，还具有8个可编程PWM通道，具有2个串行异步通信接口SCI，2个同步串行外设接口SPI，I2C总线和CAN功能模块等，满足设计要求。

机器人本体工作过程中会产生热量，壳体1两侧的散热孔14能将热量及时散发出去，保证了机器人本体处于高效的工作状态。同时散热孔14用于真空泵4排放掉吸入的气体。

本发明提供了一种擦窗机器人，采用行走轮替代传统的履带式移动结构，降低了生产成本，缩小了体积，减少其占用空间，真空泵产生吸附力，在机器人与玻璃之间形成吸附腔，使机器人能吸附于玻璃之上进行移动，气压传感器检测吸附腔内的气压数值，避免了因吸附力不够而使机器人掉落的危险，提升了安全性和可靠性，通过第一旋转电机和十字连接件在机器人的底部设置四个擦拭机构，能对玻璃同时进行前后和左右擦拭，擦拭范围广，且擦拭效率高，在第一旋转电机和十字连接件带动擦拭机构旋转擦拭的同时，第二旋转电机进一步带动擦拭机构自转擦拭，进一步提高了擦拭效率，提升了擦拭效果，在机器人表面设置电池仓和备用电池，在非正常掉电的情况下可由备用电池为机器人正常工作进行续电，避免了因非正常掉电而使机器人掉落的危险，进一步提升了安全性和可靠性，其结构简单，体积小巧，成本低廉，操作简单，系统功耗低，检测精度高，响应速度快，稳定性和可靠性好，具有良好的实用性和可扩展性。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (7)

1.一种擦窗机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括壳体以及设于所述壳体顶部外侧的提手，其特征在于：所述壳体的底部内侧居中的设有安装架，所述安装架与所述壳体的底部形成空腔，所述安装架的顶部外侧设有真空泵，所述真空泵的吸气管贯穿所述安装架的顶部并伸入所述空腔，所述安装架的顶部内侧设有气压传感器，于所述安装架正下方的所述壳体的底部设有若干吸气孔，所述吸气孔与所述空腔相连通，所述壳体的顶部内侧居中的设有第一旋转电机，所述第一旋转电机的底座固定于所述壳体的顶部内侧，所述第一旋转电机的第一旋转轴的端部连接十字连接件，所述十字连接件的轴部与所述第一旋转轴的端部固定相连，所述十字连接件的端部连接支撑架，所述支撑架的顶部外侧与所述十字连接件的端部固定相连，所述支撑架为下端开口结构，于所述支撑架的侧部底端设有水平相向的延伸块，所述壳体的底部设有第一开口，所述第一开口为环状结构，所述第一开口的宽度大于所述支撑架的宽度，所述支撑架的底部伸出于所述第一开口，所述支撑架的顶部内侧居中的设有第二旋转电机，所述第二旋转电机的底座固定于所述支撑架的顶部内侧，所述第二旋转电机的第二旋转轴伸出于所述支撑架的下端开口并连接一圆盘，所述第二旋转轴的端部固定于所述圆盘的中心，所述圆盘上套设海绵块，所述壳体的底部还设有第二开口，所述第二开口位于所述第一开口与所述吸气孔之间，所述第二开口内设有行走轮，所述行走轮的横截面积不超过所述第二开口的横截面积，所述行走轮伸出于所述第二开口，所述壳体的两侧设有若干散热孔，所述壳体的顶部内侧设有控制器，所述控制器位于所述第一旋转电机的一侧，所述壳体的顶部设有向下凹陷的电池仓，所述电池仓位于所述第一旋转电机的另一侧，所述电池仓内设有备用电池，所述电池仓的顶部设有电池盖，所述电池盖为拨动式电池盖，所述壳体的顶部外侧设有控制开关和指示灯，所述壳体的外侧设有电源线，所述气压传感器和所述控制开关连接所述控制器的输入端，所述控制器的输出端分别连接所述行走轮、所述真空泵、所述第一旋转电机、所述第二旋转电机和所述指示灯，所述机器人本体通过所述电源线连接外部电源，所述外部电源或所述备用电池为所述机器人本体提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的一种擦窗机器人，其特征在于：所述气压传感器选用数字大气压力传感器BMP085。

3.根据权利要求1所述的一种擦窗机器人，其特征在于：所述海绵块由密胺泡棉材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种擦窗机器人，其特征在于：所述第一旋转电机和所述第二旋转电机均选用RS-380SH型步进电机。

5.根据权利要求1所述的一种擦窗机器人，其特征在于：所述指示灯选用红绿双色指示灯。

6.根据权利要求1所述的一种擦窗机器人，其特征在于：所述控制器选用16位单片机MC95S12DJ128。

7.根据权利要求1所述的一种擦窗机器人，其特征在于：所述备用电池选用锂离子蓄电池。