CN208910021U - 一种可灵活转向的擦窗机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可灵活转向的擦窗机器人，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，本实用新型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，同时在擦拭机构内设置角加速度传感器，当擦拭机构碰到玻璃边框时，角加速度传感器传输信号给控制器，控制器控制驱动器使驱动轮改变方向，从而改变机器人本体的行走方向，灵活地避开玻璃边框，不会出现卡死在玻璃边框上的现象。

Description

一种可灵活转向的擦窗机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术设备领域，特别涉及一种可灵活转向的擦窗机器人。

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。同时现有的擦窗机器人对于有框玻璃边界的检测，大都是通过撞板和微动开关来判别，当擦窗机器人未到达玻璃边框时，擦窗机器人正常行进，当擦窗机器人到达玻璃边框时，撞板被推动，触发微动开关，则认为擦窗机器人已到达玻璃边缘，擦窗机器人后退，以此来控制擦窗机器人的工作范围。但由于撞板或微动开关容易卡死等原因，稳定性和可靠性较差，会出现没有信号或者擦窗机器人接收不到信号的情况，从而导致擦窗机器人卡死在玻璃边框上的现象。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种可灵活转向的擦窗机器人，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，同时在擦拭机构内设置角加速度传感器，当擦拭机构碰到玻璃边框时，角加速度传感器传输信号给控制器，控制器控制驱动器使驱动轮改变方向，从而改变机器人本体的行走方向，灵活地避开玻璃边框，不会出现卡死在玻璃边框上的现象。

(二)技术方案

一种可灵活转向的擦窗机器人，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，所述壳体的底部设有开口，所述开口的数量为四个，所述开口位于所述吸气孔的外侧，所述开口为对称均匀分布，所述开口为圆形结构，所述开口内设有行走轮，所述行走轮的轮轴长度不超过所述开口的直径长度，所述行走轮伸出于所述开口，所述行走轮包括一个驱动轮和三个从动轮，所述壳体的顶部内侧设有驱动器，所述驱动器通过驱动杆与所述驱动轮相连接，所述驱动杆上设有联轴器，所述联轴器的端部与所述从动轮相连接，所述壳体的内部设有固定块，所述固定块的数量为四个，所述固定块位于所述开口的外侧，所述固定块为对称均匀分布，所述固定块的底部伸出于所述壳体的底部，所述壳体的底部与所述固定块的侧部相连接，所述固定块为中空结构，所述固定块的顶部内侧居中的设有旋转电机，所述旋转电机的底座固定于所述固定块的顶部内侧，所述旋转电机的旋转轴伸出于所述固定块的底部，所述旋转轴通过轴承与所述固定块的底部相连接，所述旋转轴的端部固定于一圆盘的中心，最外端的所述圆盘的侧部位于所述壳体的侧部外侧，所述圆盘上套设海绵块，所述圆盘内设有角加速度传感器，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驱动器的一侧，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控制器的一侧，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、所述角加速度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驱动器、所述真空泵、所述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，所述旋转电机选用RS-380SH型步进电机。

进一步的，所述角加速度传感器选用MEMS角加速度计。

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

本实用新型提供了一种可灵活转向的擦窗机器人，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，在机器人本体与玻璃之间形成吸附腔，使机器人本体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本体掉落的危险，提升了安全性和可靠性，并且在机器人本体的底部设置四个擦拭机构，在机器人本体行进过程中能对玻璃进行前后和左右擦拭，擦拭范围广，且擦拭效率高，同时旋转电机带动擦拭机构转动，进一步提高了擦拭效率，提升了擦拭效果，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，在擦拭机构内设置角加速度传感器，当擦拭机构碰到玻璃边框时，角加速度传感器传输信号给控制器，控制器控制驱动器使驱动轮改变方向，从而改变机器人本体的行走方向，灵活地避开玻璃边框，不会出现卡死在玻璃边框上的现象，在机器人本体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本体正常工作进行续电，避免了因非正常掉电而使机器人本体掉落的危险，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为本实用新型所涉及的一种可灵活转向的擦窗机器人的内部结构示意图。

图2为本实用新型所涉及的一种可灵活转向的擦窗机器人的外部结构示意图。

图3为本实用新型所涉及的一种可灵活转向的擦窗机器人的底部结构示意图。

图4为本实用新型所涉及的一种可灵活转向的擦窗机器人的系统工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型所涉及的实施例做进一步详细说明。

结合图1～图4，一种可灵活转向的擦窗机器人，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4，安装架3的顶部外侧设有真空泵5，真空泵5的吸气管6贯穿安装架3的顶部并伸入空腔4，安装架3的顶部内侧设有气压传感器24，于安装架3正下方的壳体1的底部设有若干吸气孔7，吸气孔7与空腔4相连通，壳体1的底部设有开口8，开口8的数量为四个，开口8位于吸气孔7的外侧，开口8为对称均匀分布，开口8为圆形结构，开口8内设有行走轮，行走轮的轮轴长度不超过开口8的直径长度，行走轮伸出于开口8，行走轮包括一个驱动轮9和三个从动轮10，壳体1的顶部内侧设有驱动器11，驱动器11通过驱动杆12与驱动轮9相连接，驱动杆12上设有联轴器13，联轴器13的端部与从动轮10相连接，壳体1的内部设有固定块14，固定块14的数量为四个，固定块14位于开口8的外侧，固定块14为对称均匀分布，固定块14的底部伸出于壳体1的底部，壳体1的底部与固定块14的侧部相连接，固定块14为中空结构，固定块14的顶部内侧居中的设有旋转电机15，旋转电机15的底座固定于固定块14的顶部内侧，旋转电机15的旋转轴16伸出于固定块14的底部，旋转轴16通过轴承17与固定块14的底部相连接，旋转轴16的端部固定于一圆盘18的中心，最外端的圆盘18的侧部位于壳体1的侧部外侧，圆盘18上套设海绵块，圆盘18内设有角加速度传感器19，壳体1的两侧设有若干散热孔23，壳体1的顶部内侧设有控制器20，控制器20位于驱动器11的一侧，壳体1的顶部设有向下凹陷的电池仓21，电池仓21位于控制器20的一侧，电池仓21内设有备用电池，电池仓21的顶部设有电池盖22，电池盖22为拨动式电池盖，壳体1的顶部外侧设有控制开关27和指示灯28，壳体1的外侧设有电源线29，气压传感器24、角加速度传感器19和控制开关27连接控制器20的输入端，控制器20的输出端分别连接驱动器11、真空泵5、旋转电机15和指示灯28，机器人本体通过电源线29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29接入外部电源，按下控制开关27，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26上面，机器人本体的壳体1底部与玻璃26之间形成吸附腔25，真空泵5工作，对吸附腔25进行吸气，气压传感器24检测吸附腔25内的气压值。气压传感器24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20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28指示气压传感器24的气压检测数值，指示灯28选用红绿双色指示灯，当吸附腔25内的气压值低于安全吸附值时指示灯28亮红色，当吸附腔25内的气压值满足安全吸附值时指示灯28亮绿色。当指示灯28为绿色时，真空泵5暂停工作，此时机器人本体可吸附于玻璃26上面。

机器人本体通过壳体1底部的行走轮运动，使机器人本体可吸附于玻璃26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。行走轮的其中一个为驱动轮9，由驱动器11通过驱动杆12进行驱动，驱动杆12上设有联轴器13，驱动杆12通过联轴器13带动从动轮10一起运动。

机器人本体在玻璃26上移动的同时，圆盘18上的海绵块对玻璃26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。同时旋转电机15带动圆盘18及海绵块旋转，进一步提高了擦拭效率，提升了擦拭效果。旋转电机15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18上，固定块14的底部对海绵块具有限位作用，防止海绵块脱落。

由于最外端的圆盘18的侧部位于壳体1的侧部外侧，因此圆盘18先到达玻璃边框。圆盘18内的角加速度传感器19检测圆盘转动时的角角速度，角加速度传感器19选用MEMS角加速度计，具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、灵敏度高、可靠性高等优点。当圆盘18碰到玻璃边框时，其旋转的角加速度减小，即角加速度传感器19的检测值发生突变，角角速度传感器19将检测信号传输给控制器20进行处理，控制器20控制驱动器11使驱动轮9改变方向，驱动器11通过联轴器13使从动轮10一起改变方向，从而实现了机器人本体的灵活转向，避开玻璃边框不会出现卡死在玻璃边框上的现象。

为了保证吸附腔25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29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21，电池仓21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21的顶部设置电池盖22，电池盖22拨动式电池盖，可将其非常方便的卸下。

控制器20的输入端连接气压传感器24、角加速度传感器19和控制开关27，控制器20的输出端输出控制信号分别控制驱动器11、真空泵5、旋转电机15和指示灯28工作。控制器20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23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23用于真空泵5排放掉吸入的气体。

本实用新型提供了一种可灵活转向的擦窗机器人，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，在机器人本体与玻璃之间形成吸附腔，使机器人本体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本体掉落的危险，提升了安全性和可靠性，并且在机器人本体的底部设置四个擦拭机构，在机器人本体行进过程中能对玻璃进行前后和左右擦拭，擦拭范围广，且擦拭效率高，同时旋转电机带动擦拭机构转动，进一步提高了擦拭效率，提升了擦拭效果，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，在擦拭机构内设置角加速度传感器，当擦拭机构碰到玻璃边框时，角加速度传感器传输信号给控制器，控制器控制驱动器使驱动轮改变方向，从而改变机器人本体的行走方向，灵活地避开玻璃边框，不会出现卡死在玻璃边框上的现象，在机器人本体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本体正常工作进行续电，避免了因非正常掉电而使机器人本体掉落的危险，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实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (8)

1.一种可灵活转向的擦窗机器人，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，所述壳体的底部设有开口，所述开口的数量为四个，所述开口位于所述吸气孔的外侧，所述开口为对称均匀分布，所述开口为圆形结构，所述开口内设有行走轮，所述行走轮的轮轴长度不超过所述开口的直径长度，所述行走轮伸出于所述开口，所述行走轮包括一个驱动轮和三个从动轮，所述壳体的顶部内侧设有驱动器，所述驱动器通过驱动杆与所述驱动轮相连接，所述驱动杆上设有联轴器，所述联轴器的端部与所述从动轮相连接，所述壳体的内部设有固定块，所述固定块的数量为四个，所述固定块位于所述开口的外侧，所述固定块为对称均匀分布，所述固定块的底部伸出于所述壳体的底部，所述壳体的底部与所述固定块的侧部相连接，所述固定块为中空结构，所述固定块的顶部内侧居中的设有旋转电机，所述旋转电机的底座固定于所述固定块的顶部内侧，所述旋转电机的旋转轴伸出于所述固定块的底部，所述旋转轴通过轴承与所述固定块的底部相连接，所述旋转轴的端部固定于一圆盘的中心，最外端的所述圆盘的侧部位于所述壳体的侧部外侧，所述圆盘上套设海绵块，所述圆盘内设有角加速度传感器，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驱动器的一侧，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控制器的一侧，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、所述角加速度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驱动器、所述真空泵、所述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所述的一种可灵活转向的擦窗机器人，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所述的一种可灵活转向的擦窗机器人，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所述的一种可灵活转向的擦窗机器人，其特征在于：所述旋转电机选用RS-380SH型步进电机。

5.根据权利要求1所述的一种可灵活转向的擦窗机器人，其特征在于：所述角加速度传感器选用MEMS角加速度计。

6.根据权利要求1所述的一种可灵活转向的擦窗机器人，其特征在于：所述指示灯选用红绿双色指示灯。

7.根据权利要求1所述的一种可灵活转向的擦窗机器人，其特征在于：所述控制器选用16位单片机MC95S12DJ128。

8.根据权利要求1所述的一种可灵活转向的擦窗机器人，其特征在于：所述备用电池选用锂离子蓄电池。