CN112056982B - 一种小型家用擦窗装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型家用擦窗装置及其控制方法，包括机器本体和机械臂，机器本体内置有用于驱动机械臂运动的控制单元，机器本体包括清洁面，机器本体的侧边还安装有若干个机械臂，机械臂包括依次连接的第一调节机构、第一连接件、第二调节机构、第二连接件、第三调节机构和第三连接件，第一调节机构还与机器主体连接，第一调节机构用于调节第一连接件绕第一调节机构的输出端的竖直方向转动角度，第二调节机构用于调节所述第二连接件绕第二调节机构的输出端水平方向转动角度，第三调节机构用于调节所述第三连接件绕第三调节机构的输出端的竖直方向转动角度。本装置能跨区域清洁玻璃，清洁范围更加广泛，不受工作环境的局限，清洁效率更高。

Description

一种小型家用擦窗装置及其控制方法

技术领域

本发明属于智能家居服务技术领域，具体属于一种小型家用擦窗装置及其控制方法。

背景技术

随着我国城镇化的发展，高层建筑越来越多，而家庭高层建筑窗户的人员清洁存在极大的安全隐患，清洁问题急需得到解决。现有擦窗机器人凭借自身底部的真空泵或者风机装置，牢牢地吸附在玻璃上，然后借助一定的人工智能，自动探测窗户的边角距离、规划擦窗路径。现有擦窗机器人一般会利用自身吸附在玻璃上的力度来带动机身底部的抹布擦掉玻璃上的脏污。但是现有擦窗机器人不能跨区域清洁，需要使用者在机器旁边辅助使用，清洁效率低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种小型家用擦窗装置，解决目前擦窗机器人只能满足单块玻璃的清洁，不能完成跨区域玻璃清洁的功能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种小型家用擦窗装置，包括机器本体和机械臂，所述机器本体内设置有用于驱动机械臂运动的控制单元，所述机器本体包括用于接触玻璃的清洁面，所述机器本体的侧边还安装有若干个机械臂，所述机械臂包括依次连接的第一调节机构、第一连接件、第二调节机构、第二连接件、第三调节机构和第三连接件，所述第一调节机构还与机器主体连接，所述第一调节机构用于调节第一连接件绕第一调节机构的输出端的竖直方向转动角度，所述第二调节机构用于调节所述第二连接件绕第二调节机构的输出端的水平方向转动角度，所述第三调节机构用于调节所述第三连接件绕第三调节机构的输出端的竖直方向转动角度。

进一步的，所述第一调节机构、第二调节机构和第三调节机构均采用串口舵机，所述第一连接件、第二连接件和第三连接件均采用U型连接件，当前级U型连接件的U型开口端连接上一级串口舵机的输出端，当前级U型连接件的未开口端连接下一级串口舵机的舵机连接件，所述第一连接件的长度小于第二连接件的长度和第三连接件的长度。

进一步的，所述机器本体的侧边设置有若干个障碍物感应器，所述障碍物感应器用于测量机器本体与障碍物的距离并将测量信号传输至控制单元。

进一步的，所述第三连接件上还连接有真空吸盘，所述真空吸盘通过管路与机器本体内设置的真空发生器连接。

进一步的，所述清洁面上可拆卸连接有玻璃清洁布。

进一步的，所述机器本体的清洁面上还开设有第一开孔，所述第一开孔中嵌合有用于监测玻璃清洁布湿度的湿度传感器。

进一步的，所述机器本体还包括与清洁面平行设置的操作面，所述操作面上设置有LED灯，所述LED灯与所述控制单元电性连接，所述控制单元还用于根据接收的湿度传感器的监测信号调节LED灯的颜色和闪烁间隔。

进一步的，所述清洁面上还开设有第二开孔，所述第二开孔中嵌合有用于监测机器本体对玻璃施压情况的压力传感器。

进一步的，所述操作面上还设置有电源，所述电源采用24V直流电源。

本发明还提供一种小型家用擦窗装置的控制方法，具体包括以下步骤：第一调节机构将第一连接件、第二调节机构、第二连接件、第三调节机构和第三连接件连接在机器本体上，第三连接件在玻璃的表面进行移动或固定在玻璃表面，当机器本体遇到障碍物时，控制单元对第一调节机构、第二调节机构和第三调节机构发出驱动指令，第一调节机构和第三调节机构分别驱动第一连接件和第二连接件远离玻璃表面运动并将机器本体抬至高于障碍物高度的位置，第二调节机构驱动第二连接件推动机器本体前进跨过或避开障碍物。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供一种小型家用擦窗装置，去除厚重外壳，减少内部多余零件，只保留主要功能零件，在机器本体内设置驱动机械臂的控制单元，简化擦窗机器人的结构，压缩其空间，来实现减小擦窗机器人的体积，使其占用空间较小，同时也降低了其价格，成本更低，而且控制单元控制第一连接件绕第一调节机构输出端上下转动的角度，第三连接件绕第三调节机构输出端上下转动的角度，将机器本体抬离玻璃表面，机器本体远离玻璃表面，然后控制单元调节第二连接件绕第二调节结构输出端前后转动角度实现机器本体的位移及跨越障碍物，实现擦窗机器人跨区域清洁玻璃，解决目前擦窗机器人局限于一块玻璃的清洁，清洁完一块玻璃需要人工进行更换，步骤繁琐，操作不便的问题，本发明清洁玻璃的范围更加广泛，不受工作环境的局限，清洁效率更高。

进一步的，本发明的第一连接件的长度小于第二连接件的长度和第三连接件的长度，能够保证连接的强度，保护串口舵机安全稳定运行。

进一步的，本发明的第三连接件上连接有真空吸盘，利用仿生学原理通过机械臂在障碍物之间跨越，通过真空吸盘将机械臂的一端固定在玻璃上，增加整体结构的稳定性。

进一步的，本发明的清洁面上可拆卸连接有玻璃清洁布，当玻璃清洁布污染严重时，将玻璃清洁布进行更换即可，本发明的清洁性能能够得到保证，清洁效果能够得到保障。

更进一步的，本发明的清洁面上开设有第一开孔，第一开孔上嵌合有湿度传感器，通过湿度传感器监测玻璃清洁布的湿度，用户能够根据湿度传感器判断玻璃清洁布的湿度情况，用户能准确的知道何时更换，确保玻璃清洁布的清洁效果和清洁效率。

更进一步的，本发明的操作面上设置有LED灯，通过控制单元接收到湿度传感器的信号和真空发生器的工作信号，控制单元向LED灯发出对应的指令，LED灯执行对应的指令，用户能够根据LED灯进行判断玻璃清洁布是否需要增加湿度，用户观察更加简洁明了方便，提升用户使用的便捷性，用户能够根据LED灯指示使玻璃清洁布能够保持在一定的湿度范围内，使本发明的清洁效率更高，清洁效果能够保持最佳状态。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2为本发明结构的爆炸图；

图3为本发明机械臂的结构示意图；

图4为本发明机械臂的转动示意图；

图5为本发明在障碍物附近的示意图；

图6为本发明的红外传感器的感应流程图；

图7为本发明的湿度传感器的工作流程图；

图8为本发明的原理框图；

图9为本发明在一片玻璃区域的工作路径图；

附图中：1-电源，2-单片机，3-机械臂，31-第一调节机构，32-第一连接件，33-第二调节机构，34-第二连接件，35-第三调节机构，36-第三连接件，4-真空吸盘，5-湿度传感器，6-压力传感器，7-红外传感器，8-电容，9-真空发生器，10-开关，11-LED灯，12-清洁面，13-操作面，14-障碍物。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，本发明提供一种小型家用擦窗装置，包括机器本体和机械臂3，所述机械本体包括清洁面12和操作面13，清洁面12和操作面13固定连接，所述清洁面12上可拆卸连接有清洁装置，操作面13上安装有开关10，通过开关10启动或关闭本发明工作，清洁面12和操作面13之间安装有控制单元，即单片机2，本实施例中采用的单片机型号为STM32F767IGT6，控制单元用于驱动机械臂3运动，所述机械臂3安装在清洁面12和操作面13的夹层之间，在本实施例中，机械臂3包括第一调节机构31、第一连接件32、第二调节机构33、第二连接件34、第三调节机构35和第三连接件36，第一调节机构31、第一连接件32、第二调节机构33、第二连接件34、第三调节机构35和第三连接件36依次连接，其中第一调节机构31可调节第一连接件32绕第一调节机构31的输出端的竖直方向转动角度，本实施例中第一连接件32绕第一调节机构31的输出端的竖直方向为第一连接件32绕第一调节机构的输出端上下转动角度，即第一连接件32远离玻璃方向移动，第二调节机构33可调节第二连接件34绕第二调节机构33的输出端的水平方向转动角度，本实施例中第二连接件34绕第二调节机构33的输出端的水平方向转动角度为第二连接件34绕第二调节机构33的输出端前后转动的角度，即第二连接件34带动机器本体在玻璃的表面水平移动，第三调节机构35可调节第三连接件36绕第三调节机构35的输出端的竖直方向转动角度，本实施例中第三连接件36绕第三调节机构35的输出端的竖直方向转动角度为第三连接件绕第三调节机构35的输出端上下转动的角度，即第三连接件远离玻璃的方向运动。

具体的，如图3和图4所示，机器本体的四角处均设置有机械臂3，第一调节机构31、第二调节机构33和第三调节机构35均为串口舵机，第一连接件32、第二连接件34和第三连接件36均为U型连接件，优选的，第一连接件32为短U型连接件，所述第二连接件34和第三连接件36均为长U型连接件，第一串口舵机的舵机连接件固定安装在机器本体的清洁面12和操作面13之间的夹层中，第一串口舵机的输出端连接短U型连接件的U型开口端，所述U型连接件的U型底部端面固定安装在第二串口舵机的舵机连接件上，所述第二串口舵机的输出端连接有第一长U型连接件的U型开口端，所述第一长U型连接件的U型底部端面固定安装在第三串口舵机的舵机连接件上，所述第三串口舵机的输出端连接第二长U型连接件的U型开口端，控制单元控制第一串口舵机调节短U型连接件的上下转动角度和第三串口舵机调节第二长U型连接件的上下转动角度，使机器本体向远离玻璃的方向移动，然后控制单元在控制第二串口舵机调节第一长U型连接件的前后转动角度，实现机器本体的移动。

在本实施例中，如图5所示，清洁面12和操作面13之间的夹层上设置有若干个障碍物感应器，具体的，机器本体的四边均设置有障碍物感应器，优选的，障碍物感应器为红外传感器7，红外传感器7与控制单元电性连接，红外传感器7用于测量机器本体与障碍物(窗框)的距离，具体的，如图6所示，机器启动后，红外传感器7将检测到的信号传输至控制单元中，控制单元根据红外传感器7的检测信号对机械臂3发出指令，机械臂3进行调节位置，从而避开障碍物14或者跨越障碍物14，机械臂3调整完毕后，红外传感器7继续检测机器本体与障碍物14的距离，并将检测信号传输至控制单元中，机器本体在进行移动，控制单元则不再调节机械臂3。

在本实施例中，第二长U型连接件的U型底部端面上连接有真空吸盘4，真空吸盘4通过管路与设置在清洁面12和操作面13之间夹层内的真空发生器9连接，机器启动后，真空发生器9将真空吸盘4内的空气排空，真空吸盘4吸附在玻璃上，当机器本体需要移动时，真空发生器9将其中两个真空吸盘4充气，使其中两个真空吸盘4远离玻璃表面，另外两个真空吸盘4仍吸附于玻璃表面，连接吸附在玻璃表面真空吸盘的机械臂3进行移动，具体的，两个第二串口舵机均调整第一长U型连接件前后转动，实现机器本体的位移，两个真空吸盘4到达位移位置后，吸附于玻璃表面，另外两个真空吸盘4充气，位移至位移点，然后吸附于玻璃表面，至此机器本体完成玻璃表面的位移过程。

使用本发明时：

如图9所示，首先，本发明清洁一块玻璃区域，通过程序对擦窗机器人的行走路径进行设定，初始状态下将擦窗机器人放置在X位置，此时A和B两处的红外传感器7同时触发感知初始位置，启动机器后，机器人按照Z字形在玻璃表面移动清洁玻璃，直到移动到Y位置时，B和C两处的红外传感器7同时触发感知目标位置并感应周围障碍物14，同时做出跨越障碍物14动作，移动到下一个玻璃；具体的，本发明跨越障碍物14的具体过程如下：

(在清理完一块玻璃区域后，初始状态下，本实施例中的四个真空吸盘4全部吸附于玻璃表面)

当机器本体上的红外传感器7检测到障碍物14时，控制单元控制机械臂3进行运动，在本实施例中，接近障碍物3的两个真空吸盘4分别为第一真空吸盘和第二真空吸盘，远离障碍物的两个真空吸盘为第三真空吸盘和第四真空吸盘，控制单元控制第一串口舵机和第三串口舵机分别调节短U型连接件和第二长U型连接件，机器本体向远离玻璃方向移动，机器本体超出障碍物14高度后停止，第二真空吸盘、第三真空吸盘和第四真空吸盘充气，上述三个真空吸盘4离开玻璃表面，连接第一真空吸盘的第一机械臂开始移动，具体的，第一机械臂的第二串口舵机调节第一长U型连接件的前后角度，机器本体跨过障碍物14后，第三真空吸盘或第四真空吸盘重新排气吸附与玻璃表面，第一真空吸盘充气离开玻璃表面，通过第三真空吸盘或第四真空吸盘的机械臂3将本发明的整体移动至新的玻璃区域，然后所有的真空吸盘重新吸附在玻璃表面，完成擦窗机器人的障碍物跨越。

当机器本体上的红外传感器7检测到障碍物14时，控制单元控制机械臂3进行运动，在本实施例的另一实施例中，接近障碍物14的两个真空吸盘4分别为第一真空吸盘和第二真空吸盘，远离障碍物14的两个真空吸盘4为第三真空吸盘和第四真空吸盘，控制单元控制第一串口舵机和第三串口舵机分别调节短U型连接件和第二长U型连接件，机器本体向远离玻璃方向移动，机器本体超出障碍物高度后停止，第三真空吸盘和第四真空吸盘充气离开玻璃表面，第一真空吸盘和第二真空吸盘仍然吸附于玻璃表面，连接第三真空吸盘的第三机械臂和连接第四真空吸盘的第四机械臂运动，第三机械臂的第二串口舵机调节第一长U型连接件的位置，第四机械臂的第二串口舵机调节第一长U型连接件的位置，第三真空吸盘和第四真空吸盘向第一真空吸盘和第二真空吸盘的位置移动，完成移动的第三真空吸盘和第四真空吸盘重新吸附于玻璃表面，然后第一真空吸盘和第二真空吸盘充气，离开玻璃表面，第三机械臂的第二串口舵机调节第一长U型连接件的位置，第四机械臂的第二串口舵机调节第一长U型连接件的位置，第三机械臂和第四机械臂推动机器本体向障碍物方向移动，第三机械臂的第二串口舵机和第一长U型连接件以及第四机械臂的第二串口舵机和第一长U型连接件处于一条直线时，第一真空吸盘和第二真空吸盘重新吸附于玻璃表面，第三机械臂和第四机械臂重复向第一机械臂和第二机械臂移动的动作，直到本发明的擦窗机器人完全移动到另一块玻璃区域停止。

在本实施例的优选实施例中，机器本体的清洁面12上可拆卸连接有玻璃清洁布，优选的，玻璃清洁布通过魔术贴连接在机器本体的清洁面12上；所述机器本体的清洁面12上开设有第一开孔，所述第一开孔中嵌合有湿度传感器5，所述湿度传感器5用于监测玻璃清洁布的湿度，优选的，在机器本体的操作面上安装有LED灯11，所述LED灯11与控制单元电性连接，控制单元根据接收的湿度传感器5的监测信号调节LED灯11的颜色和闪烁间隔。

具体的，如图7所示，当启动本发明工作时，真空发生器9正常工作，LED灯11绿灯慢闪烁，将真空吸盘4吸附于玻璃表面(当真空发生器4不能正常工作时，本装置不能吸附于玻璃表面，进行检修即可)，用户对玻璃清洁布加湿的同时湿度传感器5检测玻璃清洁布的湿度，湿度传感器5将检测信号传输至控制单元，当湿度过低时，控制单元控制LED灯11为红灯闪烁，继续给玻璃清洁布加湿，当湿度正常时，LED灯11保持绿灯慢闪烁不变，本装置正常工作，本装置工作完成后，通过机器本体操作面13上的开关10关闭，LED灯11的绿灯常亮三秒后熄灭，本装置结束工作。

优选的，所述机器本体的清洁面12上还开设有第二开孔，所述第二开孔中嵌合有用于监测机器本体对玻璃施压情况的压力传感器6。

优选的，本装置的操作面上还设置有电源1，优选为24V直流电源，本装置的操作面13上还设置有电容8，所述电容8通过变压器与电源1串联。

具体的，如图8所示，24V直流电源为机械臂3、控制单元、LED灯11提供电源，其中，电源11上串联有电容8，在开启电容8后，输出功率由电池和电容8共同承担，提高本装置的续航能力；控制单元接JATG下载接口，接收其他软件编写的机械臂运动程序或其他程序，而且控制单元也通过接收压力传感器6和红外传感器7的信号从而对机械臂3发出对应的运动指令，同时，控制单元也接收湿度传感器5的信号从而对LED灯11的颜色和闪烁间隔进行调整。

在本实施例的某一实施例中，为了更好地服务于人们的生产和生活，本装置将仿生运动方式改为轮式的运动方式。与仿生擦窗机器人相比，虽然本装置改为轮式运动后，不能在玻璃之间跨越，但还能保持湿度传感和压力传感的功能，而且轮式擦窗机器人更有利于大多用户的使用习惯，与仿生擦窗机器人相比，它可以尽可能地减小擦窗机器人在运动过程中由于机械臂的运动而产生的震动，展示出其相对于仿生运动方式的优越性。

改为轮式运动，本装置的机器本体的四个角不在安装机械臂，而且由于考虑到擦窗机器人需要进行转弯、容易脱落的问题，我们在设计的擦窗机器人的四个角上每个角安装一个转动轮，并且安装一个控制板，然后我们利用相应的软件为擦窗机器人编写直走、左转、右转的动作组，并且下载到转动轮的控制板中，人们就可以通过遥控器控制擦窗机器人的运动，这样就可以保证转弯动作的顺利进行，并且解决了因擦窗机器人的震动而引起的在作业时脱落的问题，该轮式擦窗机器人采用现有技术中较为成熟的风机吸附玻璃即可。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种小型家用擦窗装置，其特征在于，包括机器本体和机械臂（3），所述机器本体内设置有用于驱动机械臂（3）运动的控制单元，所述机器本体包括用于接触玻璃的清洁面（12），所述机器本体的侧边还安装有若干个机械臂（3），所述机械臂（3）包括依次连接的第一调节机构（31）、第一连接件（32）、第二调节机构（33）、第二连接件（34）、第三调节机构（35）和第三连接件（36），所述第一调节机构（31）还与机器主体连接，所述第一调节机构（31）用于调节第一连接件（32）绕第一调节机构（31）的输出端的竖直方向转动角度，所述第二调节机构（33）用于调节所述第二连接件（34）绕第二调节机构（33）的输出端的水平方向转动角度，所述第三调节机构（35）用于调节所述第三连接件（36）绕第三调节机构（35）的输出端的竖直方向转动角度；

所述第一调节机构（31）、第二调节机构（33）和第三调节机构（35）均采用串口舵机，所述第一连接件（32）、第二连接件（34）和第三连接件（35）均采用U型连接件，当前级U型连接件的U型开口端连接上一级串口舵机的输出端，当前级U型连接件的未开口端连接下一级串口舵机的舵机连接件，所述第一连接件（32）的长度小于第二连接件（34）的长度和第三连接件（36）的长度；

所述清洁面（12）上可拆卸连接有玻璃清洁布；所述机器本体的清洁面（12）上还开设有第一开孔，所述第一开孔中嵌合有用于监测玻璃清洁布湿度的湿度传感器（5）；

所述机器本体还包括与清洁面（12）平行设置的操作面（13），所述操作面（13）上设置有LED灯（11），所述LED灯（11）与所述控制单元电性连接，所述控制单元还用于根据接收的湿度传感器（5）的监测信号调节LED灯（11）的颜色和闪烁间隔；

所述清洁面（12）上还开设有第二开孔，所述第二开孔中嵌合有用于监测机器本体对玻璃施压情况的压力传感器（6）。

2.根据权利要求1所述的一种小型家用擦窗装置，其特征在于，所述机器本体的侧边设置有若干个障碍物感应器，所述障碍物感应器用于测量机器本体与障碍物的距离并将测量信号传输至控制单元。

3.根据权利要求1所述的一种小型家用擦窗装置，其特征在于，所述第三连接件上还连接有真空吸盘（4），所述真空吸盘（4）通过管路与机器本体内设置的真空发生器（9）连接。

4.根据权利要求1所述的一种小型家用擦窗装置，其特征在于，所述操作面（13）上还设置有电源（1），所述电源（1）采用24V直流电源。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种小型家用擦窗装置的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：第一调节机构（31）将第一连接件（32）、第二调节机构（33）、第二连接件（34）、第三调节机构（35）和第三连接件（36）连接在机器本体上，第三连接件（36）在玻璃的表面进行移动或固定在玻璃表面，当机器本体遇到障碍物（14）时，控制单元对第一调节机构（31）、第二调节机构（33）和第三调节机构（35）发出驱动指令，第一调节机构（31）和第三调节机构（35）分别驱动第一连接件（32）和第三连接件（36）远离玻璃表面运动并将机器本体抬至高于障碍物（14）高度的位置，第二调节机构（33）驱动第二连接件（34）推动机器本体前进跨过或避开障碍物（14）。