專利名稱：一種多功能玻璃清潔機器人及控制方法
技術領域：
本發明涉及機器人領域，特別涉及一種多功能玻璃清潔機器人及控制方法。
背景技術：
清潔類機器人是國內外現有服務類機器人的主要應用領域，在高樓林立的今天，對玻璃清洗的需求，促進了該類機器人技術的快速發展和產品的更新換代。而對于室內玻璃的安全高效地清潔問題也日益為人們所關注。這樣多功能玻璃清潔機器人就應運而生。傳統的玻璃清潔機器人基本上實現了自動和半自動控制方式，但其在各個方面仍然存在很多缺陷。如初期研究出來的產品大多有體型龐大、結構復雜、操作繁瑣、穩定性差、 安全系數低等缺點。如專利申請號為CN201110436290. O、公開號為CN102556196A
公開日為2012-07-11所述的“一種磁吸附式爬壁機器人”利用雙面磁力吸附方式，受工作空間和玻璃厚度的影響大，安全系數相對降低；專利申請號為CN201120241153. 7、公開號為CN202156471U
公開日為2012-03-07所述的“吸盤式氣動爬壁機器人”，其操作繁瑣，且協調性、穩定性差。專利號為200810064947. 3、授權公告號為CN 101317744 B、授權公告日為2010年06月09日所述的“基于正負壓原理的壁面清洗機器人”，它的污水收集裝置帶來了機械負重過大、安全性不高問題，而且存在死角問題使清洗效率不高。因此，如何克服這些缺點，開發穩定性好，安全系數高而輕巧、便捷、高效的玻璃清洗機器人，成為目前迫切需要解決的問題。

發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明旨在提供一種結構簡單、吸附效果好、操作簡便的多功能玻璃清潔機器人及控制方法。本發明第一方面提供一種多功能玻璃清潔機器人，包括箱體、吸附系統、行走轉向系統、供水系統、清洗系統及自動控制系統，所述吸附系統及所述供水系統裝設于所述箱體內，所述行走轉向系統及清洗系統裝設于所述箱體的下部；其中
所述吸附系統包括三相電機、氣壓腔、涵道及扇葉，所述涵道安裝于所述箱體的上端面，所述三相電機安裝于所述涵道的中心，所述扇葉固定于所述三相電機的轉子上，所述氣壓腔安裝于所述箱體的底部且與所述涵道的下端口相連；
所述行走轉向系統包括四套分別安裝于所述箱體外沿的輪式結構，每一所述輪式結構均包括直流電機、減速器、車輪及固定板，所述直流電機固定于所述箱體的邊緣，所述減速器安裝于所述箱體的右側，且所述直流電機的輸出軸連接于所述減速器，所述減速器的輸出軸連接于車輪；
所述供水系統包括連接于所述減速器輸出軸的曲柄凸輪機構及依序連接的導氣管、水箱及供水導管，所述曲柄凸輪機構通過第一活塞與所述導氣管的輸入端連接，所述導氣管的輸出端與所述水箱的輸入端連接，所述水箱的輸出端通過第二活塞與所述供水導管的輸入端連接，所述供水導管的輸出端用于向所述清洗系統供水；所述清洗系統包括清洗電機、錐齒輪、玻璃刷、玻璃刮及玻璃布，所述清洗電機安裝于所述箱體上表面的前端，所述玻璃刷安裝于所述箱體外部的兩個
上角上，所述玻璃布固定于所述箱體下表面的前端且分布于所述玻璃刷的四周，所述玻璃刮固定與所述箱體的尾部，其中，所述清洗電機的輸出軸連接所述錐齒輪，所述錐齒輪通過軸與所述玻璃刷連接；
所述自動控制系統包括中央控制器、紅外線遙感器及報警裝置，所述中央控制器用于控制所述行走轉向系統，且所述中央控制器由充電電池進行供電，所述報警裝置預設有報警閾值，當電量低于所述報警閾值時報警。進一步地，所述導氣管的輸入端與所述第一活塞之間設有兩個單向導通閥門。優選地，所述供水導管的輸出端連接有霧化器，用于向待清洗部位提供水霧。優選地，還包括設于所述機器人本體上的安全繩。 本發明第二方面提供一種多功能玻璃清潔機器人的控制方法，以上述機器人為控制基體，具體包括如下步驟
所述吸附系統通過三相電機的轉動提供動力，使扇葉高速旋轉，進而將氣壓腔中的氣體不斷排出，從而產生氣壓差，該氣壓差在玻璃表面所產生的壓力與靜摩擦系數結合形成靜摩擦力與機器人的載重平衡，扇葉的高速旋轉與正負氣壓差有機結合共同作用于機器人本體上，使得機器人本體吸附于玻璃上；
當機器人行走時，中央控制器通過二極管的單向導通作用控制直流電機的轉向，從而控制機器人本體的行走方向；
所述供水系統中，由減速器帶動曲柄凸輪機構運動產生氣壓，通過單向導通閥門控制水箱中的水間斷性的經供水導管向玻璃布供水，且通過霧化器向清洗部位提供水霧；
當機器人前進時，玻璃刷及玻璃布對整塊玻璃進行清洗，并由玻璃刮進行 干燥。進一步地，通過中央控制器可控制機器人的一側車輪正轉，另一側車輪反轉，從而形成摩擦旋轉力矩，進而驅動機器人轉向。本發明提供的所述多功能玻璃清潔機器人及控制方法，通過利用三相電機的轉動提供動力使扇葉高速旋轉，使氣壓腔與外界產生氣壓差，進而產生足夠大的摩擦力來克服自身重力，實現了機器人的單面強壓吸附；通過利用二極管的單向導通作用可實現機器人的前進、后退及轉向，靈活方便；所述供水系統中通過單向導通閥門控制水箱中的水間斷性的經供水導管向玻璃布供水，且通過霧化器向清洗部位提供水霧，能起到濕潤玻璃卻又不因積水過多而至打滑的現象，節約資源；采用玻璃布進行擦洗，具有良好的擦洗效果，且因玻璃布具有一定的吸水效果，能對污水進行處理，而避免了由不必要的污水收集裝置而帶來的負重麻煩，并且自帶的玻璃刮能對玻璃進行干凈的清洗和污水處理，使玻璃始終保持潔凈干爽；玻璃刷設于箱體外部的兩個上角上，能夠清洗到車輪以外的玻璃，很好地克服了傳統玻璃清潔機械的死角問題；安裝于所述機器人本體上的安全繩增強了安全性，可阻止意外事故帶來的傷害。本發明具有體型小巧、重量輕、清潔高效的特點，適合應用于家庭、辦公場所與學生宿舍等玻璃的清洗。


圖I為本發明提出的一種多功能玻璃清潔機器人的立體示意 圖2為圖I的仰視 圖3為圖I中吸附系統的正面結構示意 圖4為圖I中吸附系統的反面結構示意 圖5為圖I行走轉向系統中減速器的內部結構示意 圖6為圖I中供水系統的結構示意 圖7為圖I中清洗系統的結構示意 圖8為圖I清洗系統中玻璃刷的結構示意圖。 附圖標號說明
I-玻璃刷，2-玻璃布，3-軸，4-直流電機，5-箱體，6A與6B-錐齒輪，8-玻璃刮，10-涵道，11-三相電機，12-扇葉，14-減速器，17-氣壓腔，19-第一活塞，21A與21B-單向導通閥門，22-導氣管，23-清洗電機，26-供水導管，28-第二活塞，33-車輪，34-固定板，37-曲柄凸輪機構，38-水箱，39-行走轉向系統，40-吸附系統，41-供水系統，42-清洗系統。
具體實施例方式下面結合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本發明的技術方案
請參照圖I至圖8，為本發明提供的提供一種多功能玻璃清潔機器人，包括箱體5、吸附系統40、彳丁走轉向系統39、供水系統41、清洗系統42及自動控制系統(未圖不)，所述吸附系統40及所述供水系統41裝設于所述箱體5內，所述行走轉向系統39及清洗系統42裝設于所述箱體5的下部。所述自動控制系統包括中央控制器、紅外線遙感器及報警裝置，所述中央控制器用于控制所述行走轉向系統39，且所述中央控制器由充電電池進行供電，所述報警裝置預設有報警閾值，當電量低于所述報警閾值時報警。請參照圖I、圖2、圖3及圖4，所述吸附系統40包括三相電機11、氣壓腔17、涵道10及扇葉12，所述涵道10安裝于所述箱體5的上端面，所述三相
電機11安裝于所述涵道10的中心，所述扇葉12固定于所述三相電機11的轉子上，所述氣壓腔17安裝于所述箱體5的底部且與所述涵道10的下端口相連。通過三相電機11的轉動，提供不同的動力，使扇葉12高速旋轉，進而將氣壓腔17中的氣體不斷排出，從而產生氣壓差，該氣壓差在玻璃表面所產生的壓力與靜摩擦系數結合而形成靜摩擦力與機器人載重平衡。請參照圖I、圖2及圖5，所述行走轉向系統39包括四套分別安裝于所述箱體5外沿的輪式結構，每一所述輪式結構均包括直流電機4、減速器14、車輪33及固定板34，所述直流電機4固定于所述箱體5的邊緣，所述減速器14安裝于所述箱體5的右側，且所述直流電機4的輸出軸連接于所述減速器14，所述減速器14的輸出軸連接于車輪33。四個所述輪式結構相對涵道10呈中心對稱，且每一所述輪式結構由相同型號的直流電機4及傳動比相同的減速器14構成；減速器14的傳動比為機器人的最大靜摩擦力矩與電機的額定輸出轉矩之比，且實際的傳動比要大于該值。驅動與轉向控制通過紅外線遙感器和中央控制器實現，中央控制器受紅外線遙感器控制。請參照圖I、圖2及圖6，所述供水系統41包括連接于所述減速器14輸出軸的曲柄凸輪機構37及依序連接的導氣管22、水箱38及供水導管26，所述曲柄凸輪機構37通過第一活塞19與所述導氣管22的輸入端連接，所述導氣管22的輸出端與所述水箱38的輸入端連接，所述水箱38的輸出端通過第二活塞28與所述供水導管26的輸入端連接，所述供水導管26的輸出端用于向所述清洗系統42供水；且所述導氣管22的輸入端與所述第一活塞19之間設有兩個單向導通閥門；所述供水導管26的輸出端連接有霧化器(未圖示)，用于向待清洗部位提供水霧。請參照圖I、圖2、圖7及圖8，所述清洗系統42包括清洗電機23、錐齒 輪(6々、68)、玻璃刷I、玻璃刮8及玻璃布2，所述清洗電機23安裝于所述箱體5上表面
的前端，所述玻璃刷I安裝于所述箱體5外部的兩個上角上，所述玻璃布2固定于所述箱體5下表面的前端且分布于所述玻璃刷I的四周，所述玻璃刮8固定與所述箱體5的尾部，其中，所述清洗電機23的輸出軸連接所述錐齒輪6B，所述錐齒輪6B通過軸3與所述玻璃刷I連接。 所述多功能玻璃清潔機器人本體上還設有安全繩(未圖示)，用以保障作業安全。工作時，請參照圖I至圖8，本實施例利用伯努利原理，通過三相電機11的轉動提供動力，使扇葉12高速旋轉，進而將氣壓腔17中的氣體不斷排出，從而產生氣壓差，該氣壓差在玻璃表面所產生的壓力與靜摩擦系數結合形成靜摩擦力與機器人的載重平衡，扇葉12的高速旋轉與正負氣壓差有機結合共同作用于機器人本體上，使得機器人本體吸附于玻璃上。當機器人直線行走時，中央控制器通過二極管的單向導通作用，使機器人與四個車輪33相連的直流電機4與直流電源連接，直流電機4正轉，驅動機器人正向行走；反轉時，改變二極管的導通支路，即可改變直流電機4輸入電流的方向，從而使直流電機4反轉，機器人反向行走；機器人轉向時，中央控制器控制一側車輪33的直流電機4通正向電流，另一側直流電機4通反向電流，使機器人的一側車輪33正轉，另一側車輪33反轉，產生正向摩擦力，兩摩擦力相對質心形成一摩擦旋轉力矩，進而驅動機器人轉向。減速器14帶動曲柄凸輪機構37運動，進而使第一活塞19向后移動，單向導通閥21A開通，單向導通閥21B關閉，氣流從外界進入第一活塞19中的導氣管22中，在遠休止區域，單向導通閥21A與21B均關閉；回程時，第一活塞19向前移動，單向導通閥21A關閉，單向導通閥21B開通，氣流從第一活塞19內的導氣管22經單向導通閥21B進入水箱38中，進而產生氣壓，推動水箱38中的水間斷性的經第二活塞28與供水導管26向玻璃布2供水，且通過霧化器向清洗部位提供水霧；當曲柄凸輪機構37回到近休止區域時，單向導通閥21A與21B均關閉，水箱38停止供水，依次循環。當機器人前進時，啟動清洗電機23，通過錐齒輪6A換向后，帶動玻璃刷I旋轉，對整塊玻璃進行較大強度的清洗，其刷下的污物和水潰由玻璃布2擦拭，與此同時，當機器人前進時，玻璃刷I及玻璃留下的水跡由安裝在機器人后面的玻璃刮8進行進一步擦拭，從而確保玻璃清洗后光亮干爽；且玻璃布2具有一定收集污水功能，能對污水進行收集，并由玻璃刮8進行干燥。本發明提供的所述多功能玻璃清潔機器人及控制方法，通過利用三相電機11的轉動提供動力使扇葉12高速旋轉，使氣壓腔17與外界產生氣壓差，進而產生足夠大的摩擦力來克服自身重力，實現了機器人的單面強壓吸附；通過利用二極管的單向導通作用可實現機器人的前進、后退及轉向，靈活方便；所述供水系統41中通過單向導通閥門控制水箱38中的水間斷性的經供水導管26向玻璃布2供水，且通過霧化器向清洗部位提供水霧，能起到濕潤玻璃卻又不因積水過多而至打滑的現象，節約資源；采用玻璃布2進行擦洗，具有良好的擦洗效果，且因玻璃布2具有一定的吸水效果，能對污水進行處理，而避免了由不必要的污水收集裝置而帶來的負重麻煩，并且自帶的玻璃刮8能對玻璃進行干凈的清洗和污水處理，使玻璃始終保持潔凈干爽；玻璃刷I設于箱體5外部的兩個上角上，能夠清洗到車輪33以外的玻璃，很好地克服了傳統玻璃清潔機械的死角問題；安裝于所述機器人本體上的安全繩增強了安全性，可阻止意外事故帶來的傷害。本發明具有體型小巧、重量輕、清潔高效的特點，適合應用于家庭、辦公場所與學生宿舍等玻璃的清洗。上面結合附圖對本發明進行了示例性的描述，顯然本發明的實現并不受上述方式 的限制，只要采用了本發明技術方案進行的各種改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種多功能玻璃清潔機器人，其特征在于，包括箱體、吸附系統、行走轉向系統、供水系統、清洗系統及自動控制系統，所述吸附系統及所述供水系統裝設于所述箱體內，所述行走轉向系統及清洗系統裝設于所述箱體的下部；其中 所述吸附系統包括三相電機、氣壓腔、涵道及扇葉，所述涵道安裝于所述箱體的上端面，所述三相電機安裝于所述涵道的中心，所述扇葉固定于所述三相電機的轉子上，所述氣壓腔安裝于所述箱體的底部且與所述涵道的下端口相連；所述行走轉向系統包括四套分別安裝于所述箱體外沿的輪式結構，每一所述輪式結構均包括直流電機、減速器、車輪及固定板，所述直流電機固定于所述箱體的邊緣，所述減速器安裝于所述箱體的右側，且所述直流電機的輸出軸連接于所述減速器，所述減速器的輸出軸連接于車輪；所述供水系統包括連接于所述減速器輸出軸的曲柄凸輪機構及依序連接的導氣管、水箱及供水導管，所述曲柄凸輪機構通過第一活塞與所述導氣管的輸入端連接，所述導氣管的輸出端與所述水箱的輸入端連接，所述水箱的輸出端通過第二活塞與所述供水導管的輸入端連接，所述供水導管的輸出端用于向所述清洗系統供水；所述清洗系統包括清洗電機、錐齒輪、玻璃刷、玻璃刮及玻璃布，所述清洗電機安裝于所述箱體上表面的前端，所述玻璃刷安裝于所述箱體外部的兩個上角上，所述玻璃布固定于所述箱體下表面的前端且分布于所述玻璃刷的四周，所述玻璃刮固定與所述箱體的尾部，其中，所述清洗電機的輸出軸連接所述錐齒輪，所述錐齒輪通過軸與所述玻璃刷連接；所述自動控制系統包括中央控制器、紅外線遙感器及報警裝置，所述中央控制器用于控制所述行走轉向系統，且所述中央控制器由充電電池進行供電，所述報警裝置預設有報警閾值，當電量低于所述報警閾值時報警。
2.根據權利要求I所述的多功能玻璃清潔機器人，其特征在于，所述導氣管的輸入端與所述第一活塞之間設有兩個單向導通閥門。
3.根據權利要求I所述的多功能玻璃清潔機器人，其特征在于，所述供水導管的輸出端連接有霧化器，用于向待清洗部位提供水霧。
4.根據權利要求I所述的多功能玻璃清潔機器人，其特征在于，還包括設于所述機器人本體上的安全繩。
5.一種多功能玻璃清潔機器人的控制方法，以權利要求I至權利要求4所述的機器人為控制基體，其特征在于，具體包括如下步驟 所述吸附系統通過三相電機的轉動提供動力，使扇葉高速旋轉，進而將氣壓腔中的氣體不斷排出，從而產生氣壓差，該氣壓差在玻璃表面所產生的壓力與靜摩擦系數結合形成靜摩擦力與機器人的載重平衡，扇葉的高速旋轉與正負氣壓差有機結合共同作用于機器人本體上，使得機器人本體吸附于玻璃上；當機器人行走時，中央控制器通過二極管的單向導通作用控制直流電機的轉向，從而控制機器人本體的行走方向；所述供水系統中，由減速器帶動曲柄凸輪機構運動產生氣壓，通過單向導通閥門控制水箱中的水間斷性的經供水導管向玻璃布供水，且通過霧化器向清洗部位提供水霧；當機器人前進時，玻璃刷及玻璃布對整塊玻璃進行清洗，并由玻璃刮進行干燥。
6.根據權利要求5所述的多功能玻璃清潔機器人的控制方法，其特征在于，通過中央控制器控制機器人的一側車輪正轉，另一側車輪反轉，從而形成摩擦旋轉力矩，進而驅動機器人轉向。
全文摘要
本發明公開了一種多功能玻璃清潔機器人及控制方法，包括箱體、吸附系統、行走轉向系統、供水系統、清洗系統及自動控制系統，且吸附系統及供水系統裝設于箱體內，行走轉向系統及清洗系統裝設于箱體的下部。吸附系統包括三相電機、氣壓腔、涵道及扇葉；行走轉向系統包括四套輪式結構，每一輪式結構均包括直流電機、減速器、車輪及固定板；供水系統包括曲柄凸輪機構及依序連接的導氣管、水箱及供水導管；清洗系統包括清洗電機、錐齒輪、玻璃刷、玻璃刮及玻璃布；自動控制系統包括中央控制器、紅外線遙感器及報警裝置。本發明結構簡單，攜帶方便，成本低廉，清洗無死角，適合家庭、辦公場所等玻璃的清洗需要，具有廣闊的市場應用前景。
文檔編號A47L1/02GK102961080SQ20121055185
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者康輝民, 解少軒, 李芹, 劉花, 張登, 周浩 申請人:湖南科技大學