CN109497883A - 一种对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明为一种对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人，该机器人包括一个嵌有永久磁铁的圆形主动面、一个嵌有永久磁铁的可控制形态且初始形态为与主动面相同大小的圆形的被动面和控制系统；所述的永久磁铁在两个面上均匀分布，使两个面通过磁力作用吸附在玻璃两侧；所述主动面为一个双车轮圆形车体；所述被动面包括圆形清洁面、四个不规则清洁面、推拉装置；所述的圆形清洁面为接触玻璃一侧的底面，四个不规则清洁面以圆形清洁面的圆心为中心两两对称分布，且对角对称的两个不规则清洁面分布在一个水平面内，而相邻两个不规则清洁面不在一个水平面内。该机器人能够对带有边框的玻璃进行无盲区清洁，能够解决边框和四角擦拭不到的问题。

Description

一种对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人

技术领域

本发明涉及磁吸附式单面擦窗机器人技术领域，尤其涉及一种对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人。

背景技术

在擦窗机器人擦窗过程中，往往需要对整块玻璃进行遍历。目前例如市场上的一些长方形磁吸附式的擦窗机器人，通常将长边作为正方向擦拭玻璃。因为对角线长总是大于长边的原因，在到达玻璃边框转向时机器人中心距离边框总是大于机器人长度的一半，即转向后短边无法在与玻璃边框接触。大多通过一系列复杂算法对擦窗机器人路径规划，以达到擦边或者擦角的目的。因为需要清洁整块玻璃，对于边角的处理是无可避免的。针对边角的擦拭往往需要一些复杂算法对其路径规划，不仅增加了编程的难度，而且对算法的要求很高。但即便这样也无法对边角完全遍历，满足不了用户对擦窗机器人完全能够清理边角的期待。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明拟解决的技术问题是，从而提供了一种对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人。该机器人能够对带有边框的玻璃进行无盲区清洁，能够解决边框和四角擦拭不到的问题。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人，其特征在于该机器人包括一个嵌有永久磁铁的圆形主动面、一个嵌有永久磁铁的可控制形态且初始形态为与主动面相同大小的圆形的被动面和控制系统；所述的永久磁铁在两个面上均匀分布，使两个面通过磁力作用吸附在玻璃两侧；所述主动面为一个双车轮圆形车体，两个车轮在一条直径上且对称分布在圆形主动面上，前进方向垂直于这条直径；

所述被动面包括圆形清洁面、四个不规则清洁面、推拉装置；所述的圆形清洁面为接触玻璃一侧的底面，四个不规则清洁面以圆形清洁面的圆心为中心两两对称分布，且对角对称的两个不规则清洁面分布在一个水平面内，而相邻两个不规则清洁面不在一个水平面内；

所述的推拉装置包括四个推拉杆、一个旋转轴和两个旋转盘，四个推拉杆一端分别与四个不规则清洁面相连接，位于对角上的两个不规则清洁面连接的两个推拉杆的另一端连接同一个旋转盘；所述旋转轴的一端连接被动面电机，另一端依次连接两个旋转盘；拉伸后四个不规则清洁面与圆形清洁面在正视图中能组成一个无缝隙平面，且拉伸后四个不规则清洁面与圆形清洁面在同一平面内；收缩后四个不规则清洁面收纳在圆形清洁面的后部，在正视图中呈圆形；

所述控制系统包括：位于主动面上的第一单片机、第一电机驱动模块、陀螺仪模块和第一微动模块；及位于被动面上的第二微动模块、第二电机驱动模块、蜂鸣器和第二单片机；

第一电机驱动模块、陀螺仪模块和第一微动模块均与第一单片机连接；所述的陀螺仪模块安装于机器人主动面的正中心，用于实时检测机器人所处的状态；所述的第一微动模块由四个微动按键组成，用于探测边框，并校正机器人位置，分别安装在机器人主动面的四个方位上，将两个车轮所在的直径作为中心线一，与它垂直的直径作为中心线二，四个微动按键分布于两条中心线的顶点上；所述第一电机驱动模块用于两个车轮上的电机；

所述第二单片机分别与第二电机驱动模块、蜂鸣器和第二微动模块相连接，用于控制被动面对玻璃四角进行清洁；所述的第二微动模块也包括四个微动按键，在被动面上的安装位置相同于主动面上四个微动按键的安装位置；当将主动面和被动面放于玻璃两侧时，主动面和被动面上的第一微动模块和第二微动模块的对应的微动按键位置的连线关于玻璃垂直；所述第一单片机和所述第二单片机能够同时分别检测到关于玻璃垂直的被动面和主动面上相对的两个微动按键的电平变化。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明机器人将圆形主动面和初始状态为圆形的被动面通过磁力吸附置于带边框的玻璃上，由于机器人为圆形，围绕中心点旋转过程中，不受边框干扰导致在围绕中心点转向过程中机器人距离边框位置改变，不需要通过复杂的路径规划对边框清洁，而圆形状态不能清洁的角落通过控制被动面的形态转化达到清洁目的。通过主动面上陀螺仪模块实时检测机器人的位姿，并结合微动按键电平状态，判断机器人的位姿以及是否靠近边框，并根据四个微动按键电平的不同状态变化判断此时的状态，并结合第一单片机收到的陀螺仪模块实时采集的信息调节两个车轮进行运动状态的转变，当机器人两边都接触边框时，被动面上的第二单片机采集到相邻两个微动按键的电平变化，开始驱动被动面电机完成被动面圆形向正方形的转换，做到对四角的清洁，达到了清洁玻璃四个角落的目的。

该机器人结构简单并且控制简单，路径规划简单快捷，擦窗效率高，不需要通过芯片复杂的计算规划路径，不仅能够有效地清洁边角，确保对整块玻璃完全清洁。无需复杂的路径规划就做到了无盲区清洁。同时，用户可以根据蜂鸣器对故障进行判断，能够有效防止系统故障带来的机器人的错误动作，以及能够根据故障警报及时处理系统故障，保证安全稳定的清洁玻璃。

附图说明

图1是本发明对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人的主动面结构示意图；

图2是本发明对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人的被动面收缩的结构的正视示意图；

图3是本发明对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人的被动面拉伸的结构的正视示意图；

图4是本发明对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人的被动面收缩的结构的侧面剖视示意图；

图5是本发明对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人的被动面拉伸的结构的侧面剖视示意图；

图6是本发明的主动面上的控制原理框图；

图7是本发明的被动面上的控制原理框图；

图中，主动面1，被动面2、永久磁铁3、第一单片机4、第一电机驱动模块5、陀螺仪模块6、第一微动模块7、车轮8、圆形清洁面9、不规则清洁面10、推拉装置11、推拉杆12、第二微动模块13、第二电机驱动模块14、蜂鸣器15、第二单片机16、被动面电机17、旋转轴18、旋转盘19。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行相信阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人，该机器人包括一个嵌有永久磁铁的圆形主动面1、一个嵌有永久磁铁的可控制形态且初始形态为与主动面相同大小的圆形的被动面2和控制系统；所述的永久磁铁3在两个面上均匀分布，使两个面通过磁力作用吸附在玻璃两侧；所述主动面为一个双车轮圆形车体，两个车轮8在一条直径上且对称分布在圆形主动面上，前进方向垂直于这条直径；

所述被动面包括圆形清洁面9、四个不规则清洁面10、推拉装置11；所述的圆形清洁面为接触玻璃一侧的底面，所述的四个不规则清洁面10能与圆形清洁面9组成正方形，圆形清洁面为四个不规则清洁面拼接后的图形的内接圆，四个不规则清洁面10以圆形清洁面9的圆心为中心两两对称分布，且对角对称的两个不规则清洁面10分布在一个水平面内，而相邻两个不规则清洁面10不在一个水平面内，以避免干涉；所述的推拉装置11包括四个推拉杆12、一个旋转轴18和两个旋转盘19，四个推拉杆12一端分别与四个不规则清洁面10相连接，位于对角上的两个不规则清洁面10连接的两个推拉杆12的另一端连接同一个旋转盘19；所述旋转轴18的一端连接被动面电机17，另一端依次连接两个旋转盘19；在被动面电机17的驱动下，旋转轴18带动旋转盘19转动，进而带动相应的推拉杆12收缩或拉伸，拉伸后四个不规则清洁面10与圆形清洁面9在正视图中能组成正方形，收缩后四个不规则清洁面10收纳在圆形清洁面9的后部在正视图中呈圆形，旋转盘19连接推拉装置11通过推拉杆12伸开后使四个不规则清洁面10可以和圆形清洁面9组成正方形；

所述控制系统包括：位于主动面上的第一单片机4、第一电机驱动模块5、陀螺仪模块6和第一微动模块7；及位于被动面上的第二微动模块13、第二电机驱动模块14、蜂鸣器15和第二单片机16；

第一电机驱动模块5、陀螺仪模块6和第一微动模块7均与第一单片机4连接；所述的陀螺仪模块6安装于机器人主动面的正中心，用于实时检测机器人所处的状态；所述的第一微动模块7由四个小体积的微动按键组成，用于探测边框，并校正机器人位置，分别安装在机器人主动面的四个方位上，将两个车轮8所在的直径作为中心线一，与它垂直的直径作为中心线二，四个微动按键分布于两条中心线的顶点上，这么分布才能在机器人正方向前进或者后退时机器人碰到边框时微动也接触边框；所述第一电机驱动模块5用于两个车轮上的电机；

所述第二单片机16分别与第二电机驱动模块14、蜂鸣器15和第二微动模块13相连接，用于控制被动面2对玻璃四角进行清洁；所述的第二微动模块13也包括四个微动按键，在被动面上2的安装位置相同于主动面1上四个微动按键的安装位置；因为嵌入主动面1和被动面2的永久磁铁位置相同，由于磁力的相互作用关系，当将主动面1和被动面2放于玻璃两侧时，主动面1和被动面2上的第一微动模块7和第二微动模块13的对应的微动按键位置的连线关于玻璃垂直；所述第一单片机4和所述第二单片机16能够同时分别检测到关于玻璃垂直的被动面1和主动面2上相对的两个微动按键的电平变化，即当机器人接触到边框时机器人主动面1上和被动面2上连线关于玻璃垂直的微动按键同时触发；当所述第一单片机4和第二单片机16分别检测到第一微动模块7和第二微动模块13相邻两个微动按键电平同时变化时，第二电机驱动模块14驱动被动面电机17工作，通过控制两个旋转盘19使四个推拉杆12伸缩以控制四个不规则清洁面10，当四个推拉杆12伸开时刚好将四个不规则清洁面19与圆形清洁面9拼接成一个正方形。此时可以进行盲区清洁，做到对整块玻璃无盲区清洁；所述的蜂鸣器15用于当被动面2错误动作时认为是系统故障，并报警。

进一步地，四个推拉杆在正视图中均匀分布在旋转盘面上，相互之间的夹角为90°。

进一步地，主动面上和被动面上相对的永久磁铁关于玻璃对称分布，避免了主动面和被动面由于干扰造成的移位，保证了主动面和被动面在玻璃两侧重合。

进一步地，四个不规则清洁面尺寸均相同，具有两个直角边和一个弧形边，两个直角边长度相等，弧形边的圆心及半径与圆形清洁面的圆心及半径相同。所述的被动面上的四个推拉杆能够将四个不规则清洁面与圆形清洁面拼接成一个正方形。尤其适用于带边框的矩形玻璃的擦拭。

本发明中四个不规则清洁面中对角的两个尺寸可以不一样，保证四个不规则清洁面拼接后正好与圆形清洁面在一个平面内，且相互之间无间隙，能用于多种类型边框玻璃的擦拭。

本发明对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人的工作原理及过程是：将机器人放置在玻璃上，被动面2位于带擦拭的玻璃一侧上，主动面1位于玻璃的另一侧，开启机器人，第一单片机4实时接收到陀螺仪模块6的数据，第一单片机4通过控制第一电机驱动模块5对机器人的两个车轮8进行相应的调节，保证运动状态与控制信息相同，使机器人沿着与左边框垂直方向运动。第一单片机4接收到微动模块7的微动按键电平变化信息时，说明第一微动模块7有微动按键被按下，表明机器人已经探测到边框。第一单片机4根据陀螺仪模块6检测到的位姿控制第一电机驱动模块5驱动控制两个车轮8保证机器人顺时针旋转90度，从行进方向与边框垂直变化到与边框平行，根据此时检测到的机器人的状态控制第一电机驱动模块5调节机器人两个车轮8完成相应的运动。贴着边框向着另一垂直的边框运动。第一单片机4检测到主动面1上第一微动模块7的微动按键电平变化的同时，第二单片机16能够检测到与主动面1上的第一微动模块关于玻璃垂直对应的被动面2上第二微动模块13的微动按键的电平变化。即当机器人接触到边框时机器人主动面1上和被动面2上连线关于玻璃垂直的第一微动模块7和第二微动模块13的微动按键同时触发。当主动面1上和被动面2上第一微动模块7和第二微动模块13的两个相邻的微动按键同时触发时，表示机器人已经到达玻璃角落，此时第一单片机4检测到第一微动模块7相邻微动按键的电平变化的同时，第二单片机16检测到与第一微动模块7关于玻璃垂直的第二微动模块13的相邻微动按键的电平的变化。第一单片机4和第二单片机16同时延时一段时间，保证在延时期间第二单片机16控制第二电机驱动模块14，使被动面电机17转动，所述被动面电机17安装于推拉装置中心，控制推拉装置11使四个推拉杆12伸缩，使四个不规则清洁面10与圆形清洁面9拼接成一个正方形的状态。当机器人完成四个边框和四角的清洁工作后，再根据既定的简单路径清洁其它空旷部分，完成整个玻璃的无盲区清洁工作。只有当机器人两边同时接触到边框时被动面2时变换成正方形状态，离开边框一段时间后被动面2恢复成圆形状态，若出现错误蜂鸣器15开始报警，保证了系统安全有效的工作。

实施例

参阅图1-7所示，本实施例是一种针对带边框的矩形玻璃的擦玻璃机器人，该机器人包括主动面1、被动面2和永久磁铁3。由一个嵌有永久磁铁3的圆形主动面1和一个嵌有永久磁铁3的可控制形态且初始形态为圆形的被动面2组成。所述的永久磁铁3将两个面通过磁力吸附在玻璃两侧，通过磁力主动面带动被动面控制机器人的运动。所述的圆形主动面为一个双车轮圆形车体，两个车轮在一条直径上且对称分布在圆形主动面1上，前进方向垂直于这条直径。主动面负责控制机器人的移动。第一单片机4、第一电机驱动模块5、陀螺仪6模块和第一微动模块7位于主动面1上，第一单片机4用于对机器人的运动状态进行检测和控制。所述第一单片机4所选择的芯片型号为STM32F103ZET6，分别与第一电机驱动模块5、陀螺仪模块6和第一微动模块7相连接。其中所述第一电机驱动模块5选择电机驱动芯片型号为A4950ELJTR-T，控制两个车轮8上的电机，驱动两个车轮8来控制机器人运动；所述的陀螺仪模块6选择芯片为MPU6050，安装于机器人机体正中心，用于实时检测机器人所处的状态；所述的第一微动模块7由四个小体积的微动按键组成，用于探测边框，并校正机器人位置，分别安装在机器人主动面1的四个方位上，将两个车轮8所在的直径作为中心线一，与它垂直的直径作为中心线二，四个微动按键分布于两条中心线的顶点上。

所述的初始形态为圆形的被动面2由圆形清洁面9、四个不规则清洁面10、推拉装置11、旋转盘18组成。所述的圆形清洁面9为接触玻璃一侧的底面。四个不规则清洁面10对角的两个对称分布，且对角对称的两个不规则清洁面10分布在一个水平面内，而相邻两个不规则清洁面10不在一个水平面内避免干涉。所述的推拉装置11包括四个推拉杆12、一个旋转轴18和两个旋转盘19，四个推拉杆12分别与四个不规则清洁面10相连接。被动面电机17通过旋转轴18和旋转盘19相连，旋转盘18连接推拉杆，四个推拉杆12推动四个不规则清洁面10伸开后可以和圆形清洁面9组成正方形。第二微动模块13、第二电机驱动模块14、蜂鸣器15和第二单片机16位于被动面2上，第二单片机16用于控制对玻璃四角进行清洁。所述第二单片机16所选择的芯片型号为STM32F103ZET6，分别与第二电机驱动模块14、蜂鸣器15和第二微动模块13相连接，其中，所述第二电机驱动模块14选择的电机驱动芯片型号为A4950ELJTR-T，所驱动的被动面电机17通过控制四个推拉杆12伸缩以控制四个不规则清洁面10，当四个推拉杆12伸开时刚好将四个不规则清洁面10与圆形清洁面9拼接成一个正方形。所述的蜂鸣器15用于当系统没有按照预想的方式工作则认为系统故障，并报警。所述的第二微动模块13也包括四个微动按键，在被动面2上的安装位置相同于主动面1上第一微动模块7的四个微动按键的安装位置。嵌入主动面1和被动面2的永久磁铁3位置对应相同，由于磁力的相互作用关系，当将主动面1和被动面2放置于玻璃两侧时，主动面1上第一微动模块7的四个微动按键和被动面2上第二微动模块13的四个微动按键的安装位置在空间上相同，且被动面上的微动按键和相应主动面上的微动按键的连线关于玻璃垂直。

综上所述，本发明的优点在于：

1)、可根据机器人和边框的位置关系，控制被动面上圆形和正方形形态的切换，达到清洁边角的目的。相比于其它擦玻璃产品，清洁能力更强，保证了擦窗机器人的清洁能力。

2)、不需要复杂的芯片计算，增加路径规划算法的复杂程度就能够完全遍历整块玻璃。并且能够做到无盲区清洁。释放了单片机的时间，更方便信息的实时采集和实时操作。

3)、该机器人具有故障报警功能，确保了机器人对边角的正确清洁操作。

4)、该机器人通过主动面和被动面上微动按键关于玻璃对称的安装位置，和同样的触发方式，做到机器人主动面和被动面对玻璃清洁的协作。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人，其特征在于该机器人包括一个嵌有永久磁铁的圆形主动面、一个嵌有永久磁铁的可控制形态且初始形态为与主动面相同大小的圆形的被动面和控制系统；所述的永久磁铁在两个面上均匀分布，使两个面通过磁力作用吸附在玻璃两侧；所述主动面为一个双车轮圆形车体，两个车轮在一条直径上且对称分布在圆形主动面上，前进方向垂直于这条直径；

所述被动面包括圆形清洁面、四个不规则清洁面、推拉装置；所述的圆形清洁面为接触玻璃一侧的底面，四个不规则清洁面以圆形清洁面的圆心为中心两两对称分布，且对角对称的两个不规则清洁面分布在一个水平面内，而相邻两个不规则清洁面不在一个水平面内；

所述的推拉装置包括四个推拉杆、一个旋转轴和两个旋转盘，四个推拉杆一端分别与四个不规则清洁面相连接，位于对角上的两个不规则清洁面连接的两个推拉杆的另一端连接同一个旋转盘；所述旋转轴的一端连接被动面电机，另一端依次连接两个旋转盘；拉伸后四个不规则清洁面与圆形清洁面在正视图中能组成一个无缝隙平面，且拉伸后四个不规则清洁面与圆形清洁面在同一平面内；收缩后四个不规则清洁面收纳在圆形清洁面的后部，在正视图中呈圆形；

所述控制系统包括：位于主动面上的第一单片机、第一电机驱动模块、陀螺仪模块和第一微动模块；及位于被动面上的第二微动模块、第二电机驱动模块、蜂鸣器和第二单片机；

第一电机驱动模块、陀螺仪模块和第一微动模块均与第一单片机连接；所述的陀螺仪模块安装于机器人主动面的正中心，用于实时检测机器人所处的状态；所述的第一微动模块由四个微动按键组成，用于探测边框，并校正机器人位置，分别安装在机器人主动面的四个方位上，将两个车轮所在的直径作为中心线一，与它垂直的直径作为中心线二，四个微动按键分布于两条中心线的顶点上；所述第一电机驱动模块用于两个车轮上的电机；

所述第二单片机分别与第二电机驱动模块、蜂鸣器和第二微动模块相连接，用于控制被动面对玻璃四角进行清洁；所述的第二微动模块也包括四个微动按键，在被动面上的安装位置相同于主动面上四个微动按键的安装位置；当将主动面和被动面放于玻璃两侧时，主动面和被动面上的第一微动模块和第二微动模块的对应的微动按键位置的连线关于玻璃垂直；所述第一单片机和所述第二单片机能够同时分别检测到关于玻璃垂直的被动面和主动面上相对的两个微动按键的电平变化。

2.根据权利要求1所述的对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人，其特征在于，四个推拉杆在正视图中均匀分布在旋转盘面上，相互之间的夹角为90°。

3.根据权利要求1所述的对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人，其特征在于，主动面上和被动面上相对的永久磁铁关于玻璃对称分布。

4.根据权利要求1所述的对带边框玻璃进行无盲区清洁的擦窗机器人，其特征在于，四个不规则清洁面尺寸均相同，具有两个直角边和一个弧形边，两个直角边长度相等，弧形边的圆心及半径与圆形清洁面的圆心及半径相同，被动面上的四个推拉杆能够将四个不规则清洁面与圆形清洁面拼接成一个正方形。