专利名称：擦窗机器人的制作方法
技术领域：
擦窗机器人技术领域[0001]本实用新型涉及一种擦窗机器人，属于家用小电器制造技术领域。
背景技术：
[0002]擦窗机器人以其体积小巧、运动灵活的特点得到了广泛的应用。现有的擦窗机器人，除了采用履带式行走机构之外，还有的是通过吸盘和行走机构配合作业实现行走。现有擦窗机器人采用应变片测量形变量的方法，大多采用在吸盘的密封面上单边贴应变片的方法通过测量吸盘的形变量间接测量吸盘的真空度。但是由于外部温度的变化可能引起应变片本身电阻发生改变，从而使最后的测量值和真实的形变量之间存在偏差，导致数据不精确。[0003]具体来说，当机器人启动之后，真空泵抽气使得吸盘发生剧烈形变，设置在吸盘上的应变片同时发生形变，通过测量形变片的形变量来计算吸盘的真空度。当形变量增大时， 应变片的输出电压值也增大，当输出电压达到预定值时，才能确保机器人牢固的吸附在玻璃表面上进行作业。但是，往往由于直接受到太阳的照射，玻璃表面温度很容易升高，当温度变 化时，应变片内部的电阻变化使得应变片上的输出电压值会相应变化，从而不能够真实的反应吸盘内的真空度，机器人有跌落的危险。实用新型内容[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种擦窗机器人，结构简单，成本低，灵敏度高，克服了因温度变化使单个应变片电阻变化而导致的输出电压变化的问题，防止因温度变化使擦窗机器人工作时从玻璃上跌落。[0005]本实用新型的所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的[0006]一种擦窗机器人，包括主机体和控制单元，主机体的底部设有吸盘和行走机构，所述的吸盘与待擦拭的玻璃表面围设成内腔室，该内腔室通过真空抽吸形成内负压室，所述的内腔室中形成有密封面，在密封面上设有形变片，所述形变片上设有应变片组件，所述的应变片组件与所述控制单元相连并输出形变数据给所述控制单元，所述的应变片组件由两个相同的应变片串联而成。[0007]根据需要，所述的应变片组件在所述形变片的正、反两侧对称设置；或者，所述的应变片组件设置在所述形变片的同一侧。[0008]另外，所述吸盘上还设有抽气孔，所述抽气孔通过导气管与真空泵相连，所述的真空泵与所述控制单元相连。[0009]所述的密封面由吸盘构成；或者所述的密封面由吸盘和主机体的底壳构成。[0010]为了保证有效吸附，所述的吸盘上设有开口，所述形变片通过密封圈密封连接在所述开口上。[0011]所述的主机体的底壳上设有开口，所述形变片密封固定在所述开口上。[0012]所述应变片黏贴在形变片上。[0013]所述应变片为电阻应变片。[0014]所述的吸盘包括连接端和开放端，所述的开放端围设面积占主机体的底壳面积的 1/5-1/3。[0015]综上所述，本实用新型提供一种擦窗机器人，结构简单，成本低，灵敏度高，克服了因温度变化使单个应变片电阻变变化而导致的输出电压变化的问题，防止因温度变化使擦窗机器人工作时从玻璃上跌落。[0016]
以下结合附图和具体实施例，对本实用新型的技术方案进行详细地说明。
[0017]图I为本实用新型的整体结构示意图；[0018]图2为本实用新型吸盘的局部结构示意图；[0019]图3为本实用新型实施例一应变片设置位置不意图；[0020]图4为电桥补偿法原理图；[0021]图5为本实用新型实施例二应变片设置位置示意图。
具体实施方式
[0022]实施例一[0023]图I为本实用新型的整体结构示意图；图2为本实用新型吸盘的局部结构示意图。 如图I并结合图2所示，本实用新型提供一种擦窗机器人，包括主机体I和控制单元(图中未示出)。主机体I的底部设有吸盘11和行走机构12。所述的吸盘11为无顶角的类倒锥形结 构，当擦窗机器人吸附在待擦拭的玻璃100表面时，吸盘11与玻璃100的表面所围设而成的空间为内腔室。所述吸盘11的内腔室通过真空抽吸形成内负压室。所述内腔室的密封面上设有形变片111，所述形变片111上设有应变片组件112，所述的应变片组件112 与所述控制单元相连并输出形变数据给所述控制单元。为了使吸盘11的内腔室能够通过真空抽吸形成内负压室，所述吸盘11上还设有抽气孔113，所述抽气孔113通过导气管114 与真空泵115相连，所述的真空泵115与所述控制单元相连。如图2所示，为了便于连接， 所述的吸盘11包括连接端116和开放端117，其中的连接端116用于吸盘11与主机体I的连接，开放端117用于使擦窗机器人吸附在玻璃100的表面。所述密封面由吸盘11构成， 或者由吸盘11和主机体I的底壳构成。当吸盘11 一端面封闭时，即吸盘11靠近主机体I 的底壳的一端面封闭时，密封面直接由吸盘11构成；当吸盘11两端面均不封闭时，即吸盘 11靠近主机体I的底壳的一端面也不封闭时，吸盘11需结合底壳形成密封端面，此时密封面由吸盘11和主机体I的底壳构成。形变片111可以设置在密封面上的任一位置。为了方便形变片111的固定，所述的吸盘11上设有开口 118，为了保证密封效果，所述形变片111 通过密封圈119密封连接在所述开口 118上。或者，也可以在主机体I的底部壳体上直接开口，然后再将形变片111密封固定在主机体I的底壳上。此时，吸盘11上无开口，但可以与形变片111 一体设置。只有这样，吸盘11的内腔室才能够通过真空抽吸顺利形成内负压室。通常情况下，所述的形变片111的尺寸大于所述开口 118的尺寸。应变片组件112的黏贴位置位于形变片的形变区域内，可以黏贴在开口 118范围内的任一位置上。为了达到良好的形变效果，形变片111的材质为可发生弹性形变的材质，如金属片或塑料PC。应变片组件112可以通过多种方式固定在形变片111上，在本实施例中，应变片组件112直接黏贴在形变片111上。应变片组件112为一电子元器件，为了提高灵敏度，所述应变片组件112 可以采用电阻应变片。[0024]要使擦窗机器人在玻璃表面上正确行走并完成相应的作业，吸盘内的真空度、形变片111以及黏贴在其上的应变片组件112的形变程度，与主机体I的自重、以及行走过程中摩擦力之间需要形成特定的参数关系。具体来说，如果用等式来表示，则是F=PS，f = UF=UPS^G,其中F为正压力，P为吸盘的真空度，S为密封面积，μ为滑动摩擦系数，G为重力，f为摩擦力。由上述参数关系中可知，只要吸盘的真空度达到阈值即可，而形变程度与吸盘真空度成正比，至于应变片的形变程度则会根据应变片本身的规格、材质的不同而有所差异。因此，吸盘放置在玻璃表面上的面积的大小，与擦窗机器人是否能够安全运行具有直接的关系。根据需要，所述的开放端围设面积占主机体的底部壳体面积的1/5-1/3。[0025]具体来说，擦窗机器人的行 走启动控制方法具体过程是这样的将擦窗机器人放到玻璃表面上之后，需要用手扶住主机体I,真空泵115开始工作，在吸盘11的内部空间里产生一定的真空度，形变片111在负压的作用下产生形变，随着真空度增大，应变片组件 112感受到形变，将形变数据传送给控制单元。控制单元内设一预定值，一旦判断形变数据所对应的真空度达到阈值，即认为贴合，判断机器可以行走，于是发出指令使装置行走，方可松手；否则，继续对吸盘的内腔室进行抽真空作业，并持续对应变片组件112传送给控制单元的形变数据与控制单元内的预定值进行比较。[0026]图3为本实用新型实施例一应变片设置位置示意图。如图3所示，在本实施例中， 应变片组件112包含应变片1121和应变片1122，待测部件(如形变片111)的正、反两侧分别对应设置一个应变片1121和应变片1122，且两个应变片1121和1122为串联，以两个串联应变片之间的电压为输出电压。假设两个应变片完全相同，在同等条件下，该输出电压应当是不变的，从而消除外部环境如温度等对应变片可靠性的影响。且由于应变片1121和 1122放置在形变片111的正、反两侧，可以有效提高应变片组件112的灵敏度。其原因为， 当吸盘11为负压室，形变片111向下形变，应变片1121和1122对应拉伸或压缩，则应变片 1121和1122对应的累积输出变成单个应变片的2倍，有效提高应变片组件112的灵敏度。[0027]对于应变片的温度误差及补偿主要的原理，以下进行详细地说明。[0028]首先，关于应变片温度误差的产生，是由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称之为应变片的温度误差。产生应变片温度误差的主要因素有[0029]I)电阻温度系数的影响[0030]敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示[0031]Rt=RO (l+α OAt)(3-14)[0032]式中Rt :温度为t°C时的电阻值；R0 :温度为(TC时的电阻值；[0033]α O :金属丝的电阻温度系数；Δ t :温度变化值，Δ t=t_t0。[0034]当温度变化Λ t时，电阻丝电阻的变化值为[0035]Δ Rt=Rt-RO=RO α O Δ t(3-15)[0036]2)试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响[0037]当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时，不论环境温度如何变化，电阻丝的变形仍和自由状态一样，不会产生附加变形。当试件和电阻丝线膨胀系数不同时，由于环境温度的变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻。[0038]设电阻丝和试件在温度为0°C时的长度均为L0，它们的线膨胀系数分别为β s和 3g，若两者不粘贴，则它们的长度分别为[0039]Ls=LO (l+β sAt)(3-16)[0040]Lg=LO (1+ β g Δ t)(3-17)[0041]当二者粘贴在一起时，电阻丝产生的附加变形AL，附加应变ε β和附加电阻变化AR β分别为[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)，可得由于温度变化而引起应变片总电阻相对变化量为[0046]ψ= Εα+ΑΕβ =α Μ + Κ (β§_β)Μ =[α Μ+Κ (β§-β,)]Μ = αΜ (3 21)[0047]折合成附加应变量或虚假的应变ε t，有[0048]ε =^ = [^+(^_Α}]Μ=^Μ(3-22)A. Jv[0049]由式(3-21)和式(3-22)可知，因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量， 除了与环境温度有关外，还与 应变片自身的性能参数(ΚΟ，α 0，β s)以及被测试件线膨胀系数β g有关。[0050]其次，电阻应变片的温度补偿方法原理。[0051]电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。[0052]I)线路补偿法[0053]电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。图4为电桥补偿法原理图。如图 4所示，电桥输出电压Uo与桥臂参数的关系为[0054]Uo=A (R1R4-RB R3)(3-23)[0055]式中A :由桥臂电阻和电源电压决定的常数，[0056]Rl :工作应变片；RB :补偿应变片。[0057]由上式可知，当R3和R4为常数时，Rl和RB对电桥输出电压UO的作用方向相反， 利用这一基本关系可实现对温度的补偿。测量应变时，工作应变片Rl粘贴在被测试件表面上，补偿应变片RB粘贴在与被测试件材料完全相同的补偿块上，且仅工作应变片承受应变。如图4所示。当被测试件不承受应变时，Rl和RB又处于同一环境温度为t°C的温度场中，调整电桥参数，使之达到平衡，有[0058]Uo=A (R1R4-RBR3) =0(3 - 24)[0059]工程上，一般按R1=R2=R3=R4选取桥臂电阻。当温度升高或降低Λ t=t_t0时，两个应变片的因温度而引起的电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态，即[0060]Uo=A [(Rl+ARlt) R4- (RB+ARBt) R3] =0 (3-25)[0061]若此时被测试件有应变ε的作用，则工作应变片电阻Rl又有新的增量ARl=RlK ε，而补偿片因不承受应变，故不产生新的增量，此时，电桥输出电压为[0062]Uo=ARlR4K ε(3-26)[0063]由上式可知，电桥的输出电压Uo仅与被测试件的应变ε有关，而与环境温度无关。[0064]应当指出，若实现完全补偿，上述分析过程必须满足四个条件[0065]a.在应变片工作过程中，保证R3=R4 ；[0066]b. Rl和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系数α，线膨胀系数β，应变灵敏度系数K和初始电阻值RO ；[0067]c.粘贴补 偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样，两者线膨胀系数相同；[0068]d.两应变片应处于同一温度场。[0069]2)应变片的自补偿法[0070]这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片，称之为温度自补偿应变片。[0071]温度自补偿应变片的工作原理可由式(3-21)得出，要实现温度自补偿，必须有[0072]a O=-KO ( β g-β s)(3-27)[0073]上式表明，当被测试件的线膨胀系数β g已知时，如果合理选择敏感栅材料，即其电阻温度系数α O、灵敏系数KO和线膨胀系数β s，使式(3-27)成立，则不论温度如何变化， 均有Λ Rt/R0=0,从而达到温度自补偿的目的。[0074]实施例二[0075]图5为本实用新型实施例二应变片设置位置示意图。如图5所示，在本实施例中， 应变片组件112包含应变片1121和应变片1122，待测部件(如形变片111)上同侧同时设置两个应变片1121和1122，且两个应变片为串联，以两个串联应变片之间的电压为输出电压。假设两个应变片完全相同，在同等条件下，该输出电压应当是不变的，从而消除外部环境如温度等对应变片可靠性的影响。[0076]在本实施例中，只是应变片组件112中的应变片1121和1122在形变片111上的设置位置与上述实施例一有所不同，其他内容均与实施例一相同，在此不再赘述。[0077]需要说明的是，关于本申请中的擦窗机器人，如何在吸盘吸附于玻璃表面的同时实现行走，为现有技术，具体内容可参见CN101822513A和CN102138760A所公开的内容，在此不再赘述。[0078]综上所述，本实用新型提供一种擦窗机器人，结构简单，成本低，灵敏度高。待测部件两侧分别设置一个应变片，或者也可以在部件的同一侧设两个应变片，且两个应变片为串联，以两个串联应变片之间的电压为输出电压。假设两个应变片完全相同，在同等条件下，该输出电压应当是不变的。这样，就克服了因温度变化使单个应变片电阻变化而导致的输出电压变化的问题，防止因温度变化使机器人工作时从玻璃上跌落。
权利要求1.一种擦窗机器人，包括主机体(I)和控制单元，主机体(I)的底部设有吸盘(11)和行走机构(12)，所述的吸盘(11)与待擦拭的玻璃(100)表面围设成内腔室，该内腔室通过真空抽吸形成内负压室，所述的内腔室中形成有密封面，在密封面上设有形变片(111)，所述形变片(111)上设有应变片组件(112)，所述的应变片组件(112)与所述控制单元相连并输出形变数据给所述控制单元，其特征在于，所述的应变片组件由两个相同的应变片串联 。
2.如权利要求I所述擦窗机器人，其特征在于，所述的应变片组件(112)在所述形变片 (111)的正、反两侧对称设置。
3.如权利要求I所述擦窗机器人，其特征在于，所述的应变片组件(112)设置在所述形变片(111)的同一侧。
4.如权利要求1-3任一项所述擦窗机器人，其特征在于，所述吸盘(11)上还设有抽气孔(113)，所述抽气孔(113)通过导气管(114)与真空泵(115)相连，所述的真空泵(115)与所述控制单元相连。
5.如权利要求I所述的擦窗机器人，其特征在于，所述的密封面由吸盘(11)构成；或者所述的密封面由吸盘(II)和主机体(I)的底壳构成。
6.如权利要求5所述的擦窗机器人，其特征在于，所述的吸盘(11)上设有开口(118)， 所述形变片(111)通过密封圈(119 )密封连接在所述开口( 118 )上。
7.如权利要求5所述的擦窗机器人，其特征在于，所述的主机体(I)的底壳上设有开口，所述形变片(111)密封固定在所述开口上。
8.如权利要求I所述的擦窗机器人，其特征在于，所述应变片黏贴在形变片(111)上。
9.如权利要求I所述的擦窗机器人，其特征在于，所述应变片为电阻应变片。
10.如权利要求I所述的擦窗机器人，其特征在于，所述的吸盘(11)包括连接端(116) 和开放端(117)，所述的开放端(117)围设面积占主机体(I)的底壳面积的1/5-1/3。
专利摘要本实用新型提供一种擦窗机器人，包括主机体(1)和控制单元，主机体(1)的底部设有吸盘(11)和行走机构(12)，所述的吸盘(11)与待擦拭的玻璃(100)表面围设成内腔室，该内腔室通过真空抽吸形成内负压室，所述的内腔室中形成有密封面，在密封面上设有形变片(111)，所述形变片(111)上设有应变片组件(112)，所述的应变片组件(112)与所述控制单元相连并输出形变数据给所述控制单元，所述的应变片组件由两个相同的应变片串联而成。本实用新型所提供的擦窗机器人的结构简单，成本低，灵敏度高，克服了因温度变化使单个应变片电阻变化而导致的输出电压变化的问题，防止因温度变化使擦窗机器人工作时从玻璃上跌落。
文档编号A47L1/02GK202776135SQ201220432818
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者汤进举 申请人:科沃斯机器人科技(苏州)有限公司