CN115349773A - 一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人及擦窗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人及擦窗方法，属于智能家居领域。解决传统跨步擦窗机器人支腿之间无法转动且利用气泵吸附只能实现吸附功能经济效益比差的问题。一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人包括转向机构、左支腿机构、右支腿机构和机体机构，左支腿机构和右支腿机构对称转动连接在转向机构的两侧，转向机构用于完成左支腿机构和右支腿机构的相对转动，机体机构数量为两个，左支腿机构和右支腿机构下端同一位置分别连接一个机体机构，两个机体机构配合用于完成擦窗机器人跨步、转向或越障并清洁玻璃。它主要用于自动擦窗。
Description
技术领域
本发明属于智能家居领域，特别是涉及一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人及擦窗方法。
背景技术
擦窗机器人作为一种安全的擦窗工具，在日常家居中得到广泛应用。
传统的擦窗机器人主体采用平板式构型，底部装有吸盘与抽气泵，可依靠吸盘吸附在玻璃上。吸盘周围装有喷水装置与抹布，可对玻璃进行清洁。机器人底部装有履带，依靠履带转动带动机器人移动。由于平板构型的限制，传统擦窗机器人仅可吸附在平整光滑的玻璃表面进行移动与清洁，无法吸附在弧形玻璃上，也无法跨越窗框等障碍。在完成一块玻璃的擦拭工作后，需人工调整，转移位置。此外，传统擦窗机器人的环境感知与路径规划能力不足，经常与窗框等障碍物相撞且无法解脱，并且易因靠近悬空边缘处而使吸盘漏气导致机器人吸力不足，无法继续工作。在应对形状不规则的玻璃时，传统擦窗机器人难以进行有效的路径规划，导致其行进路径无法覆盖整块玻璃。这些原因都会增加人为干预机器人工作的次数，增加用户的工作量，降低机器人的工作效率。
随着技术的发展，城市居民，尤其是清洁玻璃工作量大、风险高的高层居民，对智能化水平更高、越障与避障能力更强的擦窗机器人提出了迫切需求，且传统的擦窗机器人在进行跨步越障时，支腿之间不能相互转动，降低了机器人的机动性和适应能力，且利用气泵进行吸附的方式，不能带来更多的效果，经济效益比差。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人及擦窗方法,以解决传统跨步擦窗机器人支腿之间无法转动且利用气泵吸附只能实现吸附功能经济效益比差的问题。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人，包括转向机构、左支腿机构、右支腿机构和机体机构，所述左支腿机构和右支腿机构对称转动连接在转向机构的两侧，所述转向机构用于完成左支腿机构和右支腿机构的相对转动，所述机体机构数量为两个，所述左支腿机构和右支腿机构下端同一位置分别连接一个机体机构，两个机体机构配合用于完成擦窗机器人跨步、转向或越障并清洁玻璃；所述机体机构包括密封圈及毛刷、抽气风扇、行星齿轮机构和直流电机，所述行星齿轮机构包括中心齿轮、固定位置进行转动并与中心齿轮啮合的多个行星齿轮和能够与中心齿轮进行同心差速转动并与行星齿轮啮合的的外齿圈，所述直流电机的输出端与中心齿轮相连，所述中心齿轮与抽气风扇相连，所述密封圈及毛刷与外齿圈相连，所述直流电机带动抽气风扇转动使对应的机体机构吸附在玻璃上。
更进一步的，所述的转向机构包括第一连接座、第一舵机和足末端旋转连接座，所述第一舵机与足末端旋转连接座相连，所述第一舵机的上下两个输出端转子分别连接一个第一连接座。
更进一步的，所述的左支腿机构和右支腿机构结构相同，均包括足框架结构长杆、第一短杆、第二短杆、足框架动作长杆和第二舵机，所述足框架结构长杆和足框架动作长杆平行布置，所述足框架结构长杆的下端与第一短杆的上端相铰接，所述第二舵机的输出端转子与足框架动作长杆的下端连接，所述足框架结构长杆和足框架动作长杆的上端分别铰接在第二短杆的上下两端，所述第二短杆与对应侧的转向机构相连。
更进一步的，两个所述第一连接座对称连接在所述的左支腿机构中的第二短杆的上下两侧。
更进一步的，所述的右支腿机构的第二短杆与足末端旋转连接座相连。
更进一步的，两个所述的机体机构分别为主控机体和受控机体，二者均包括机体外壳、红外、超声波与碰撞传感器和水泵仓，所述中心齿轮、行星齿轮和外齿圈均转动连接在机体外壳内，所述水泵仓和直流电机均固定连接在机体外壳内，所述水泵仓的出水端在机器人吸附在玻璃上时朝向玻璃，所述红外、超声波与碰撞传感器设置在机体外壳外壁上，所述机体外壳内设有用于收集抽气风扇运转时收集废水和灰尘的盒体。
更进一步的，所述的主控机体还包括控制板。
更进一步的，所述的机体机构还包括电池仓，第一舵机、第二舵机、控制板、红外、超声波与碰撞传感器、水泵仓和直流电机均通过电池仓供电，所述控制板采集红外、超声波与碰撞传感器的信号控制直流电机、第一舵机和第二舵机动作。
更进一步的，所述的第二舵机连接在对应位置的机体外壳远离工作平面一侧，所述第一短杆通过短杆连接座连接在对应位置的机体外壳远离工作平面一侧。
根据本发明的另一个方面，提供一种使用上述擦窗机器人的擦窗方法，它包括以下步骤：
S1、将两侧密封圈及毛刷均贴合在需要擦拭的玻璃上然后通过电池仓供电，两个直流电机运转通过中心齿轮带动抽气风扇转动，抽气风扇转动时形成风压，配合密封圈及毛刷贴合在玻璃上形成负压腔将机器人吸附在玻璃上；
S2、红外、超声波与碰撞传感器感知路径传递给控制板分析规划路径；
S3、主控机体和受控机体根据路径进行跨步、转向或越障动作，动作的过程中通过密封圈及毛刷完成对玻璃的清洗；
S4、主控机体和受控机体相互靠拢；
S5、控制板根据红外、超声波记录的行走路径与初始规划路径进行比对判断是否清洁完毕，完毕停止，不完毕返回S3继续清洁。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过主控机体、受控机体、左支腿机构和右支腿机构的配合，实现跨步越障，灵活适应擦玻璃的场景；
2、能够利用转向机构实现左支腿机构和右支腿机构的相对转动，增加适用场景；
3、能够利用提供负压的抽气风扇实现吸附的同时，完成对废液和灰尘的回收处理，经济效益比高；
4、利用密封圈及毛刷实现行进中的密封和清洁玻璃，经济效益比高。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人的结构示意图；
图2为本发明所述的转向机构的结构示意图；
图3为本发明所述的转向机构的拆分结构示意图；
图4为本发明所述的一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人的局部结构示意图；
图5为本发明所述的机体机构的第一视角结构示意图；
图6为本发明所述的机体机构的透视结构示意图；
图7为本发明所述的一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人的使用流程图。
合页1；第一连接座2；足框架结构长杆I3；短杆连接座I4；主控机体5；第一舵机6；足末端旋转连接座7；第一短杆I8；足框架动作长杆I9；第二舵机I10；第二连接座I11；控制板12；第一机体外壳13；密封圈及毛刷14；抽气风扇15；行星齿轮机构16；电池仓17；红外；超声波与碰撞传感器18；水泵仓19；直流电机20；足框架结构长杆II21；短杆连接座II22；第一短杆II23；第二舵机II24；第二连接座II25；足框架动作长杆II26；受控机体27；第二机体外壳28；第二短杆I29；第二短杆II30。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参见附图说明本实施方式，根据本发明的一个方面，提供一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人，包括转向机构、左支腿机构、右支腿机构和机体机构，所述左支腿机构和右支腿机构对称转动连接在转向机构的两侧，所述转向机构用于完成左支腿机构和右支腿机构的相对转动，所述机体机构数量为两个，所述左支腿机构和右支腿机构下端同一位置分别连接一个机体机构，两个机体机构配合用于完成擦窗机器人跨步、转向或越障并清洁玻璃；所述机体机构包括密封圈及毛刷14、抽气风扇15、行星齿轮机构16和直流电机20，所述行星齿轮机构16包括中心齿轮、固定位置进行转动并与中心齿轮啮合的多个行星齿轮和能够与中心齿轮进行同心差速转动并与行星齿轮啮合的的外齿圈，所述直流电机20的输出端与中心齿轮相连，所述中心齿轮与抽气风扇15相连，所述密封圈及毛刷14与外齿圈相连，所述直流电机20带动抽气风扇15转动使对应的机体机构吸附在玻璃上。
在本实施例中，所述的转向机构包括第一连接座2、第一舵机6和足末端旋转连接座7，所述第一舵机6与足末端旋转连接座7相连，所述第一舵机6的上下两个输出端转子分别连接一个第一连接座2，第一舵机6能够带动第一连接座2和足末端旋转连接座7进行相对转动，完成机器人的转向工作。
在本实施例中，所述左支腿机构包括足框架结构长杆I3、第一短杆I8、足框架动作长杆I9、第二舵机I10和第二短杆I29，所述足框架结构长杆I3和足框架动作长杆I9平行布置，所述足框架结构长杆I3的下端与第一短杆I8的上端通过合页1相铰接，所述第二舵机I10的输出端转子与足框架动作长杆I9的下端连接，所述足框架结构长杆I3和足框架动作长杆I9分别通过合页1铰接在第二短杆I29的上下两端，两个所述第一连接座(2)对称连接在所述第二短杆I29的上下两侧；所述右支腿机构包括足框架结构长杆II21、第一短杆II23、第二舵机II24、足框架动作长杆II26和第二短杆II30，所述足框架结构长杆II21和足框架动作长杆II26平行布置，所述足框架结构长杆II21的下端与第一短杆II23的上端通过合页1相铰接，所述第二舵机II24的输出端转子与足框架动作长杆II26的下端连接，所述足框架结构长杆II21和足框架动作长杆II26的上端分别通过合页1铰接在第二短杆II30的上下两端，所述第二短杆II30与足末端旋转连接座7相连。
在本实施例中，两个所述的机体机构分别为主控机体5和受控机体27，二者均包括机体外壳、红外、超声波与碰撞传感器18和水泵仓19，所述中心齿轮、行星齿轮和外齿圈均转动连接在机体外壳内，所述水泵仓19和直流电机20均固定连接在机体外壳内，所述水泵仓19的出水端在机器人吸附在玻璃上时朝向玻璃，所述红外、超声波与碰撞传感器18设置在机体外壳外壁上，所述机体外壳内设有用于收集抽气风扇15运转时收集废水和灰尘的盒体。
在本实施例中，所述的主控机体5还包括控制板12。
在本实施例中，所述的机体机构还包括电池仓17，第一舵机6、第二舵机、控制板12、红外、超声波与碰撞传感器18、水泵仓19和直流电机20均通过电池仓17供电，所述控制板12采集红外、超声波与碰撞传感器18的信号控制直流电机20、第一舵机6和第二舵机动作。
在本实施例中，所述的第二舵机I10连接在第一机体外壳13远离工作平面一侧，所述的第二舵机II24连接在第二机体外壳28远离工作平面一侧，所述第一短杆I8通过短杆连接座I4连接在主控机体5远离工作平面一侧，所述第二舵机I10连接在主控机体5，所述第一短杆II23通过短杆连接座II22连接在对应位置的机体外壳远离工作平面一侧，所述工作平面是指与玻璃接触的一侧。
根据本发明的另一个方面，提供一种使用上述擦窗机器人的擦窗方法包括以下步骤：
S1、首先将机器人提起，将两侧密封圈及毛刷14均贴合在需要擦拭的玻璃上然后通过电池仓17进行供电，两个直流电机20同步运转通过中心齿轮带动相应的抽气风扇15转动，抽气风扇15转动时形成风压，配合密封圈及毛刷14贴合在玻璃上形成负压腔将机器人吸附在玻璃上；
S2、红外、超声波与碰撞传感器18感知路径传递给控制板12分析规划路径；
S3、主控机体5和受控机体根据路径进行跨步、转向或越障动作，动作的过程中通过密封圈及毛刷14完成对玻璃的清洗；跨步时，主控机体保持吸附状态，受控机体的直流电机20停止运转解除吸附状态,第二舵机II24运转使第一短杆II23和足框架动作长杆II26之间的角度变大从而将受控机体提起远离玻璃表面，而后第二舵机I10运转使得第一短杆I8和足框架动作长杆I9之间的夹角变大，从而实现跨步动作，当受控机体的密封圈及毛刷14接触玻璃时，受控机体的直流电机20重新运转，使得受控机体吸附在玻璃上，主控机体对应的直流电机20停止运转，第二舵机I10反向运转使得主控机体远离玻璃表面，第二舵机II24反向运转，第一短杆II23和足框架动作长杆II26夹角变小，完成主控机体和受控机体的靠拢，使得主控机体再次靠近玻璃表面，完成跨步动作；第一舵机6运转并配合主控机体和被控机体对玻璃表面的吸附或松开，能够完成左支腿结构和右支腿机构的相对转动；在反复跨步中，配合越障和转向，完成对机器人在玻璃上的移动，在移动过程中，相应的直流电机20运转会带动相应中心齿轮转动，中心齿轮转动会通过行星齿轮带动相应的密封圈及毛刷14进行转动，从而对玻璃进行清洗，清洗过程中水泵仓19向外进行喷水，转动的抽气风扇15在抽气的同时会将灰尘和污水吸附到相应机体的盒体内进行收集，完成对玻璃的清洁；
S4、清洁完毕后主控机体和受控机体相互靠拢；
S5、控制板12根据红外、超声波记录的行走路径与初始规划路径进行比对判断是否清洁完毕，完毕停止，不完毕返回S3继续清洁。
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。
Claims (10)
1.一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人，其特征在于：包括转向机构、左支腿机构、右支腿机构和机体机构，所述左支腿机构和右支腿机构对称转动连接在转向机构的两侧，所述转向机构用于完成左支腿机构和右支腿机构的相对转动，所述机体机构数量为两个，所述左支腿机构和右支腿机构下端同一位置分别连接一个机体机构，两个机体机构配合用于完成擦窗机器人跨步、转向或越障并清洁玻璃；所述机体机构包括密封圈及毛刷(14)、抽气风扇(15)、行星齿轮机构(16)和直流电机(20)，所述行星齿轮机构(16)包括中心齿轮、固定位置进行转动并与中心齿轮啮合的多个行星齿轮和能够与中心齿轮进行同心差速转动并与行星齿轮啮合的的外齿圈，所述直流电机(20)的输出端与中心齿轮相连，所述中心齿轮与抽气风扇(15)相连，所述密封圈及毛刷(14)与外齿圈相连，所述直流电机(20)带动抽气风扇(15)转动使对应的机体机构吸附在玻璃上。
2.根据权利要求1所述的一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人，其特征在于：所述的转向机构包括第一连接座(2)、第一舵机(6)和足末端旋转连接座(7)，所述第一舵机(6)与足末端旋转连接座(7)相连，所述第一舵机(6)的上下两个输出端转子分别连接一个第一连接座(2)。
3.根据权利要求1所述的一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人，其特征在于：所述的左支腿机构和右支腿机构结构相同，均包括足框架结构长杆、第一短杆、第二短杆、足框架动作长杆和第二舵机，所述足框架结构长杆和足框架动作长杆平行布置，所述足框架结构长杆的下端与第一短杆的上端相铰接，所述第二舵机的输出端转子与足框架动作长杆的下端连接，所述足框架结构长杆和足框架动作长杆的上端分别铰接在第二短杆的上下两端，所述第二短杆与对应侧的转向机构相连。
4.根据权利要求3所述的一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人，其特征在于：两个所述第一连接座(2)对称连接在所述的左支腿机构中的第二短杆的上下两侧。
5.根据权利要求3所述的一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人，其特征在于：所述的右支腿机构的第二短杆与足末端旋转连接座(7)相连。
6.根据权利要求1所述的一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人，其特征在于：两个所述的机体机构分别为主控机体(5)和受控机体(27)，二者均包括机体外壳、红外、超声波与碰撞传感器(18)和水泵仓(19)，所述中心齿轮、行星齿轮和外齿圈均转动连接在机体外壳内，所述水泵仓(19)和直流电机(20)均固定连接在机体外壳内，所述水泵仓(19)的出水端在机器人吸附在玻璃上时朝向玻璃，所述红外、超声波与碰撞传感器(18)设置在机体外壳外壁上，所述机体外壳内设有用于收集抽气风扇(15)运转时收集废水和灰尘的盒体。
7.根据权利要求6所述的一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人，其特征在于：所述的主控机体(5)还包括控制板(12)。
8.根据权利要求7所述的一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人，其特征在于：所述的机体机构还包括电池仓(17)，第一舵机(6)、第二舵机、控制板(12)、红外、超声波与碰撞传感器(18)、水泵仓(19)和直流电机(20)均通过电池仓(17)供电，所述控制板(12)采集红外、超声波与碰撞传感器(18)的信号控制直流电机(20)、第一舵机(6)和第二舵机动作。
9.根据权利要求8所述的一种尺蠖仿生越障智能擦窗机器人，其特征在于：所述的第二舵机连接在对应位置的机体外壳远离工作平面一侧，所述第一短杆通过短杆连接座连接在对应位置的机体外壳远离工作平面一侧。
10.一种使用权利要求1-9中任一项所述的擦窗机器人的擦窗方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将两侧密封圈及毛刷(14)均贴合在需要擦拭的玻璃上然后通过电池仓(17)供电，两个直流电机(20)运转通过中心齿轮带动抽气风扇(15)转动，抽气风扇(15)转动时形成风压，配合密封圈及毛刷(14)贴合在玻璃上形成负压腔将机器人吸附在玻璃上；
S2、红外、超声波与碰撞传感器(18)感知路径传递给控制板(12)分析规划路径；
S3、主控机体(5)和受控机体(27)根据路径进行跨步、转向或越障动作，动作的过程中通过密封圈及毛刷(14)完成对玻璃的清洗；
S4、主控机体(5)和受控机体(27)相互靠拢；
S5、控制板(12)根据红外、超声波记录的行走路径与初始规划路径进行比对判断是否清洁完毕，完毕停止，不完毕返回S3继续清洁。
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2022
- 2022-07-13 CN CN202210821249.3A patent/CN115349773B/zh active Active
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