專利名稱：擦窗機器人的制作方法
技術領域：
擦窗機器人技術領域[0001]本實用新型涉及一種擦窗機器人，屬于家用小電器制造技術領域。
背景技術：
[0002]擦窗機器人以其體積小巧、運動靈活的特點得到了廣泛的應用?，F有的擦窗機器人，除了采用履帶式行走機構之外，還有的是通過吸盤和行走機構配合作業實現行走?，F有擦窗機器人采用應變片測量形變量的方法，大多采用在吸盤的密封面上單邊貼應變片的方法通過測量吸盤的形變量間接測量吸盤的真空度。但是由于外部溫度的變化可能引起應變片本身電阻發生改變，從而使最后的測量值和真實的形變量之間存在偏差，導致數據不精確。[0003]具體來說，當機器人啟動之后，真空泵抽氣使得吸盤發生劇烈形變，設置在吸盤上的應變片同時發生形變，通過測量形變片的形變量來計算吸盤的真空度。當形變量增大時， 應變片的輸出電壓值也增大，當輸出電壓達到預定值時，才能確保機器人牢固的吸附在玻璃表面上進行作業。但是，往往由于直接受到太陽的照射，玻璃表面溫度很容易升高，當溫度變 化時，應變片內部的電阻變化使得應變片上的輸出電壓值會相應變化，從而不能夠真實的反應吸盤內的真空度，機器人有跌落的危險。實用新型內容[0004]本實用新型所要解決的技術問題在于針對現有技術的不足，提供一種擦窗機器人，結構簡單，成本低，靈敏度高，克服了因溫度變化使單個應變片電阻變化而導致的輸出電壓變化的問題，防止因溫度變化使擦窗機器人工作時從玻璃上跌落。[0005]本實用新型的所要解決的技術問題是通過如下技術方案實現的[0006]一種擦窗機器人，包括主機體和控制單元，主機體的底部設有吸盤和行走機構，所述的吸盤與待擦拭的玻璃表面圍設成內腔室，該內腔室通過真空抽吸形成內負壓室，所述的內腔室中形成有密封面，在密封面上設有形變片，所述形變片上設有應變片組件，所述的應變片組件與所述控制單元相連并輸出形變數據給所述控制單元，所述的應變片組件由兩個相同的應變片串聯而成。[0007]根據需要，所述的應變片組件在所述形變片的正、反兩側對稱設置；或者，所述的應變片組件設置在所述形變片的同一側。[0008]另外，所述吸盤上還設有抽氣孔，所述抽氣孔通過導氣管與真空泵相連，所述的真空泵與所述控制單元相連。[0009]所述的密封面由吸盤構成；或者所述的密封面由吸盤和主機體的底殼構成。[0010]為了保證有效吸附，所述的吸盤上設有開口，所述形變片通過密封圈密封連接在所述開口上。[0011]所述的主機體的底殼上設有開口，所述形變片密封固定在所述開口上。[0012]所述應變片黏貼在形變片上。[0013]所述應變片為電阻應變片。[0014]所述的吸盤包括連接端和開放端，所述的開放端圍設面積占主機體的底殼面積的 1/5-1/3。[0015]綜上所述，本實用新型提供一種擦窗機器人，結構簡單，成本低，靈敏度高，克服了因溫度變化使單個應變片電阻變變化而導致的輸出電壓變化的問題，防止因溫度變化使擦窗機器人工作時從玻璃上跌落。[0016]
以下結合附圖和具體實施例，對本實用新型的技術方案進行詳細地說明。


[0017]圖I為本實用新型的整體結構示意圖；[0018]圖2為本實用新型吸盤的局部結構示意圖；[0019]圖3為本實用新型實施例一應變片設置位置不意圖；[0020]圖4為電橋補償法原理圖；[0021]圖5為本實用新型實施例二應變片設置位置示意圖。
具體實施方式
[0022]實施例一[0023]圖I為本實用新型的整體結構示意圖；圖2為本實用新型吸盤的局部結構示意圖。 如圖I并結合圖2所示，本實用新型提供一種擦窗機器人，包括主機體I和控制單元(圖中未示出)。主機體I的底部設有吸盤11和行走機構12。所述的吸盤11為無頂角的類倒錐形結 構，當擦窗機器人吸附在待擦拭的玻璃100表面時，吸盤11與玻璃100的表面所圍設而成的空間為內腔室。所述吸盤11的內腔室通過真空抽吸形成內負壓室。所述內腔室的密封面上設有形變片111，所述形變片111上設有應變片組件112，所述的應變片組件112 與所述控制單元相連并輸出形變數據給所述控制單元。為了使吸盤11的內腔室能夠通過真空抽吸形成內負壓室，所述吸盤11上還設有抽氣孔113，所述抽氣孔113通過導氣管114 與真空泵115相連，所述的真空泵115與所述控制單元相連。如圖2所示，為了便于連接， 所述的吸盤11包括連接端116和開放端117，其中的連接端116用于吸盤11與主機體I的連接，開放端117用于使擦窗機器人吸附在玻璃100的表面。所述密封面由吸盤11構成， 或者由吸盤11和主機體I的底殼構成。當吸盤11 一端面封閉時，即吸盤11靠近主機體I 的底殼的一端面封閉時，密封面直接由吸盤11構成；當吸盤11兩端面均不封閉時，即吸盤 11靠近主機體I的底殼的一端面也不封閉時，吸盤11需結合底殼形成密封端面，此時密封面由吸盤11和主機體I的底殼構成。形變片111可以設置在密封面上的任一位置。為了方便形變片111的固定，所述的吸盤11上設有開口 118，為了保證密封效果，所述形變片111 通過密封圈119密封連接在所述開口 118上?；蛘?，也可以在主機體I的底部殼體上直接開口，然后再將形變片111密封固定在主機體I的底殼上。此時，吸盤11上無開口，但可以與形變片111 一體設置。只有這樣，吸盤11的內腔室才能夠通過真空抽吸順利形成內負壓室。通常情況下，所述的形變片111的尺寸大于所述開口 118的尺寸。應變片組件112的黏貼位置位于形變片的形變區域內，可以黏貼在開口 118范圍內的任一位置上。為了達到良好的形變效果，形變片111的材質為可發生彈性形變的材質，如金屬片或塑料PC。應變片組件112可以通過多種方式固定在形變片111上，在本實施例中，應變片組件112直接黏貼在形變片111上。應變片組件112為一電子元器件，為了提高靈敏度，所述應變片組件112 可以采用電阻應變片。[0024]要使擦窗機器人在玻璃表面上正確行走并完成相應的作業，吸盤內的真空度、形變片111以及黏貼在其上的應變片組件112的形變程度，與主機體I的自重、以及行走過程中摩擦力之間需要形成特定的參數關系。具體來說，如果用等式來表示，則是F=PS，f = UF=UPS^G,其中F為正壓力，P為吸盤的真空度，S為密封面積，μ為滑動摩擦系數，G為重力，f為摩擦力。由上述參數關系中可知，只要吸盤的真空度達到閾值即可，而形變程度與吸盤真空度成正比，至于應變片的形變程度則會根據應變片本身的規格、材質的不同而有所差異。因此，吸盤放置在玻璃表面上的面積的大小，與擦窗機器人是否能夠安全運行具有直接的關系。根據需要，所述的開放端圍設面積占主機體的底部殼體面積的1/5-1/3。[0025]具體來說，擦窗機器人的行 走啟動控制方法具體過程是這樣的將擦窗機器人放到玻璃表面上之后，需要用手扶住主機體I,真空泵115開始工作，在吸盤11的內部空間里產生一定的真空度，形變片111在負壓的作用下產生形變，隨著真空度增大，應變片組件 112感受到形變，將形變數據傳送給控制單元?？刂茊卧獌仍O一預定值，一旦判斷形變數據所對應的真空度達到閾值，即認為貼合，判斷機器可以行走，于是發出指令使裝置行走，方可松手；否則，繼續對吸盤的內腔室進行抽真空作業，并持續對應變片組件112傳送給控制單元的形變數據與控制單元內的預定值進行比較。[0026]圖3為本實用新型實施例一應變片設置位置示意圖。如圖3所示，在本實施例中， 應變片組件112包含應變片1121和應變片1122，待測部件(如形變片111)的正、反兩側分別對應設置一個應變片1121和應變片1122，且兩個應變片1121和1122為串聯，以兩個串聯應變片之間的電壓為輸出電壓。假設兩個應變片完全相同，在同等條件下，該輸出電壓應當是不變的，從而消除外部環境如溫度等對應變片可靠性的影響。且由于應變片1121和 1122放置在形變片111的正、反兩側，可以有效提高應變片組件112的靈敏度。其原因為， 當吸盤11為負壓室，形變片111向下形變，應變片1121和1122對應拉伸或壓縮，則應變片 1121和1122對應的累積輸出變成單個應變片的2倍，有效提高應變片組件112的靈敏度。[0027]對于應變片的溫度誤差及補償主要的原理，以下進行詳細地說明。[0028]首先，關于應變片溫度誤差的產生，是由于測量現場環境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差，稱之為應變片的溫度誤差。產生應變片溫度誤差的主要因素有[0029]I)電阻溫度系數的影響[0030]敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可用下式表示[0031]Rt=RO (l+α OAt)(3-14)[0032]式中Rt :溫度為t°C時的電阻值；R0 :溫度為(TC時的電阻值；[0033]α O :金屬絲的電阻溫度系數；Δ t :溫度變化值，Δ t=t_t0。[0034]當溫度變化Λ t時，電阻絲電阻的變化值為[0035]Δ Rt=Rt-RO=RO α O Δ t(3-15)[0036]2)試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數的影響[0037]當試件與電阻絲材料的線膨脹系數相同時，不論環境溫度如何變化，電阻絲的變形仍和自由狀態一樣，不會產生附加變形。當試件和電阻絲線膨脹系數不同時，由于環境溫度的變化，電阻絲會產生附加變形，從而產生附加電阻。[0038]設電阻絲和試件在溫度為0°C時的長度均為L0，它們的線膨脹系數分別為β s和 3g，若兩者不粘貼，則它們的長度分別為[0039]Ls=LO (l+β sAt)(3-16)[0040]Lg=LO (1+ β g Δ t)(3-17)[0041]當二者粘貼在一起時，電阻絲產生的附加變形AL，附加應變ε β和附加電阻變化AR β分別為[0042]Δ L=Lg-Ls= (^g-^s) LO At(3-18)[0043]ε β =ALLO= ( β g- β s) Δ t(3-19)[0044]AR β =KORO ε β =KORO ( β g-β s) At(3-20)[0045]式(3-15)和式(3-20)，可得由于溫度變化而引起應變片總電阻相對變化量為[0046]ψ= Εα+ΑΕβ =α Μ + Κ (β§_β)Μ =[α Μ+Κ (β§-β,)]Μ = αΜ (3 21)[0047]折合成附加應變量或虛假的應變ε t，有[0048]ε =^ = [^+(^_Α}]Μ=^Μ(3-22)A. Jv[0049]由式(3-21)和式(3-22)可知，因環境溫度變化而引起的附加電阻的相對變化量， 除了與環境溫度有關外，還與 應變片自身的性能參數(ΚΟ，α 0，β s)以及被測試件線膨脹系數β g有關。[0050]其次，電阻應變片的溫度補償方法原理。[0051]電阻應變片的溫度補償方法通常有線路補償法和應變片自補償兩大類。[0052]I)線路補償法[0053]電橋補償是最常用的且效果較好的線路補償法。圖4為電橋補償法原理圖。如圖 4所示，電橋輸出電壓Uo與橋臂參數的關系為[0054]Uo=A (R1R4-RB R3)(3-23)[0055]式中A :由橋臂電阻和電源電壓決定的常數，[0056]Rl :工作應變片；RB :補償應變片。[0057]由上式可知，當R3和R4為常數時，Rl和RB對電橋輸出電壓UO的作用方向相反， 利用這一基本關系可實現對溫度的補償。測量應變時，工作應變片Rl粘貼在被測試件表面上，補償應變片RB粘貼在與被測試件材料完全相同的補償塊上，且僅工作應變片承受應變。如圖4所示。當被測試件不承受應變時，Rl和RB又處于同一環境溫度為t°C的溫度場中，調整電橋參數，使之達到平衡，有[0058]Uo=A (R1R4-RBR3) =0(3 - 24)[0059]工程上，一般按R1=R2=R3=R4選取橋臂電阻。當溫度升高或降低Λ t=t_t0時，兩個應變片的因溫度而引起的電阻變化量相等，電橋仍處于平衡狀態，即[0060]Uo=A [(Rl+ARlt) R4- (RB+ARBt) R3] =0 (3-25)[0061]若此時被測試件有應變ε的作用，則工作應變片電阻Rl又有新的增量ARl=RlK ε，而補償片因不承受應變，故不產生新的增量，此時，電橋輸出電壓為[0062]Uo=ARlR4K ε(3-26)[0063]由上式可知，電橋的輸出電壓Uo僅與被測試件的應變ε有關，而與環境溫度無關。[0064]應當指出，若實現完全補償，上述分析過程必須滿足四個條件[0065]a.在應變片工作過程中，保證R3=R4 ；[0066]b. Rl和RB兩個應變片應具有相同的電阻溫度系數α，線膨脹系數β，應變靈敏度系數K和初始電阻值RO ；[0067]c.粘貼補 償片的補償塊材料和粘貼工作片的被測試件材料必須一樣，兩者線膨脹系數相同；[0068]d.兩應變片應處于同一溫度場。[0069]2)應變片的自補償法[0070]這種溫度補償法是利用自身具有溫度補償作用的應變片，稱之為溫度自補償應變片。[0071]溫度自補償應變片的工作原理可由式(3-21)得出，要實現溫度自補償，必須有[0072]a O=-KO ( β g-β s)(3-27)[0073]上式表明，當被測試件的線膨脹系數β g已知時，如果合理選擇敏感柵材料，即其電阻溫度系數α O、靈敏系數KO和線膨脹系數β s，使式(3-27)成立，則不論溫度如何變化， 均有Λ Rt/R0=0,從而達到溫度自補償的目的。[0074]實施例二[0075]圖5為本實用新型實施例二應變片設置位置示意圖。如圖5所示，在本實施例中， 應變片組件112包含應變片1121和應變片1122，待測部件(如形變片111)上同側同時設置兩個應變片1121和1122，且兩個應變片為串聯，以兩個串聯應變片之間的電壓為輸出電壓。假設兩個應變片完全相同，在同等條件下，該輸出電壓應當是不變的，從而消除外部環境如溫度等對應變片可靠性的影響。[0076]在本實施例中，只是應變片組件112中的應變片1121和1122在形變片111上的設置位置與上述實施例一有所不同，其他內容均與實施例一相同，在此不再贅述。[0077]需要說明的是，關于本申請中的擦窗機器人，如何在吸盤吸附于玻璃表面的同時實現行走，為現有技術，具體內容可參見CN101822513A和CN102138760A所公開的內容，在此不再贅述。[0078]綜上所述，本實用新型提供一種擦窗機器人，結構簡單，成本低，靈敏度高。待測部件兩側分別設置一個應變片，或者也可以在部件的同一側設兩個應變片，且兩個應變片為串聯，以兩個串聯應變片之間的電壓為輸出電壓。假設兩個應變片完全相同，在同等條件下，該輸出電壓應當是不變的。這樣，就克服了因溫度變化使單個應變片電阻變化而導致的輸出電壓變化的問題，防止因溫度變化使機器人工作時從玻璃上跌落。
權利要求1.一種擦窗機器人，包括主機體(I)和控制單元，主機體(I)的底部設有吸盤(11)和行走機構(12)，所述的吸盤(11)與待擦拭的玻璃(100)表面圍設成內腔室，該內腔室通過真空抽吸形成內負壓室，所述的內腔室中形成有密封面，在密封面上設有形變片(111)，所述形變片(111)上設有應變片組件(112)，所述的應變片組件(112)與所述控制單元相連并輸出形變數據給所述控制單元，其特征在于，所述的應變片組件由兩個相同的應變片串聯 。
2.如權利要求I所述擦窗機器人，其特征在于，所述的應變片組件(112)在所述形變片 (111)的正、反兩側對稱設置。
3.如權利要求I所述擦窗機器人，其特征在于，所述的應變片組件(112)設置在所述形變片(111)的同一側。
4.如權利要求1-3任一項所述擦窗機器人，其特征在于，所述吸盤(11)上還設有抽氣孔(113)，所述抽氣孔(113)通過導氣管(114)與真空泵(115)相連，所述的真空泵(115)與所述控制單元相連。
5.如權利要求I所述的擦窗機器人，其特征在于，所述的密封面由吸盤(11)構成；或者所述的密封面由吸盤(II)和主機體(I)的底殼構成。
6.如權利要求5所述的擦窗機器人，其特征在于，所述的吸盤(11)上設有開口(118)， 所述形變片(111)通過密封圈(119 )密封連接在所述開口( 118 )上。
7.如權利要求5所述的擦窗機器人，其特征在于，所述的主機體(I)的底殼上設有開口，所述形變片(111)密封固定在所述開口上。
8.如權利要求I所述的擦窗機器人，其特征在于，所述應變片黏貼在形變片(111)上。
9.如權利要求I所述的擦窗機器人，其特征在于，所述應變片為電阻應變片。
10.如權利要求I所述的擦窗機器人，其特征在于，所述的吸盤(11)包括連接端(116) 和開放端(117)，所述的開放端(117)圍設面積占主機體(I)的底殼面積的1/5-1/3。
專利摘要本實用新型提供一種擦窗機器人，包括主機體(1)和控制單元，主機體(1)的底部設有吸盤(11)和行走機構(12)，所述的吸盤(11)與待擦拭的玻璃(100)表面圍設成內腔室，該內腔室通過真空抽吸形成內負壓室，所述的內腔室中形成有密封面，在密封面上設有形變片(111)，所述形變片(111)上設有應變片組件(112)，所述的應變片組件(112)與所述控制單元相連并輸出形變數據給所述控制單元，所述的應變片組件由兩個相同的應變片串聯而成。本實用新型所提供的擦窗機器人的結構簡單，成本低，靈敏度高，克服了因溫度變化使單個應變片電阻變化而導致的輸出電壓變化的問題，防止因溫度變化使擦窗機器人工作時從玻璃上跌落。
文檔編號A47L1/02GK202776135SQ201220432818
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月29日 優先權日2012年8月29日
發明者湯進舉 申請人:科沃斯機器人科技(蘇州)有限公司