自移动吸附机器人的制作方法
【专利摘要】一种自移动吸附机器人，该机器人包括机体，机体上设有控制单元和驱动单元；控制单元与驱动单元相连；该机器人还包括可旋转设置在机体底部两端的一对吸附转盘，所述一对吸附转盘交替成为机体的旋转中心，以实现机器人在工作表面的扭动行走，所述机体上还设有距离可调组件，使得一对吸附转盘间的中心距可调，实现吸附转盘在遇到障碍物时可自动收缩，越过障碍物。
【专利说明】自移动吸附机器人
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种自移动吸附机器人，属于家用小电器制造【技术领域】。
【背景技术】
[0002]现有的擦玻璃机器人通常是通过被相互吸附的磁铁压紧的抹布擦拭清洁玻璃的正反两个平面，起到清洁玻璃的效果。目前市面上擦玻璃机器人大部分通过主动机、从动机相互吸附，使机器在玻璃两侧夹紧，并利用夹在机器和玻璃中间的抹布清洁玻璃表面。这种设计虽然能够同时清洁玻璃的正反两个平面，但是对磁铁的要求比较高，并且对机器的工作环境有限制，如果玻璃一边有障碍物，主动机和从动机就很容易错位导致跌落。而且这种结构对玻璃的厚度也有一定的要求，当玻璃的厚度超过一定范围时，该机器就无法使用了。同时，使用机器时，需要双手操作，同时将主动机和从动机放置在玻璃的正反两侧，使用起来不太方便，特别是在高空环境下作业，人为双手操作，不方便也更不安全。
[0003]为提高擦玻璃机器人的环境适应性，现有技术CN202665434U公开了一种擦玻璃机器人，其可在单机状态吸附在玻璃表面上作业，对工作环境要求更低，能够在任何厚度的玻璃上进行清洁作业，但其具有以下缺点:首先，吸附转盘呈圆形，无法擦拭到边角；其次，两个吸盘的距离固定，一吸附转盘以另一吸附转盘旋转中心为中心转动，当吸附转盘与作业区域边界接触后继续转动，吸附转盘与作业区域边界发生挤压甚至导致机器卡住，因此造成机器故障或损坏。
[0004]现有技术CN202665433U同样公开了一种擦玻璃机器人，其在CN202665434U的基础上进行改进，机体和吸附转盘之间设置了可旋转的边角除尘单元，克服了 CN202665434U中吸附转盘呈圆形，无法擦拭到边角的技术缺陷，但是，两个吸盘的距离同样固定，一吸附转盘以另一吸附转盘旋转中心为中心转动，当吸附转盘与作业区域边界接触后继续转动，吸附转盘与作业区域边界发生挤压甚至导致机器卡住，同样容易造成机器故障或损坏。
实用新型内容
[0005]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，提供一种自移动吸附机器人，该自移动吸附机器人的两吸附转盘的中心距可根据实际工作环境相应调整，在遇到障碍物或行走到作业区域边界附近时可自动收缩越过，提高了壁面行走机构的环境适应性，减小了其被迫停止行走或卡住损坏的概率。
[0006]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:
[0007]—种自移动吸附机器人，该机器人包括机体，机体上设有控制单元和驱动单元；控制单元与驱动单元相连；该机器人还包括可旋转设置在机体底部两端的一对吸附转盘，所述一对吸附转盘交替成为机体的旋转中心，以实现机器人在工作表面的扭动行走，所述机体上还设有距离可调组件，使得一对吸附转盘间的中心距可调。
[0008]所述距离可调组件包含对应设置机体一侧的凸柱和一弹性元件，所述吸附转盘套设于所述凸柱，使得所述吸附转盘能够沿着所述凸柱延伸方向的导轨滑动，所述弹性元件位于所述吸附转盘与所述机体之间。所述弹性元件套设于凸柱的外围。所述吸附转盘包含位于其顶部的吸盘支架，所述吸盘支架设有通孔，所述通孔套设于所述凸柱。所述距离可调组件的数目为两个，所述一对吸附转盘分别通过所述吸盘支架连接于机体的两侧。所述机体上还设有限位传感单元，所述控制单元依据传感单元的信号控制机体动作。所述限位传感单元为行程开关、霍尔传感器或红外传感器。
[0009]作为另一选择，距离可调组件包含丝杆螺母副，所述螺母与所述吸附转盘一体设置，所述螺母带动吸附转盘沿丝杆方向移动。所述机体还设有障碍传感单元，所述控制单元依据障碍传感单元的信号控制距离可调组件动作。
[0010]综上所述，本实用新型提供一种自移动吸附机器人，该自移动吸附机器人的两吸附转盘的中心距可根据实际工作环境相应调整，在遇到障碍物或行走到作业区域边界附近时可自动收缩越过，提高了壁面行走机构的环境适应性，减小了其被迫停止行走或卡住损坏的概率。
[0011]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型机器人的主示图；
[0013]图2为本实用新型机器人的侧视结构示意图；
[0014]图3为本实用新型机器人的俯视结构示意图；
[0015]图4-图6为本实用新型机器人的工作原理及状态示意图；
[0016]图7为本实用新型实施例二中距离可调组件结构示意图；
[0017]图8-图10为本实用新型实施例二中机器人的工作原理及状态示意图。
【具体实施方式】
[0018]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例并配合附图，对本实用新型进一步详细说明。图1为本实用新型机器人的主示图；图2为本实用新型机器人的侧视结构示意图；图3为本实用新型机器人的俯视结构示意图；图4-图6为本实用新型机器人的工作状态示意图。本实用新型提供一种机器人，该机器人包括机体，机体上设有控制单元和驱动单元，还包括可旋转设置在机体底部两端的一对吸附转盘。每一个吸附转盘都是由支架和吸盘I组成的。实际上，吸附转盘应当至少包含吸盘，较简单的，吸附转盘本身也可以仅由吸盘构成，通过其旋转中心轴与机体相连接，但对吸盘的材质要求较高。机体通过吸附转盘中的吸盘吸附在玻璃表面，吸盘I通过抽气管与真空源2相连。如图2所示，真空源2与吸盘I相连，当真空源开始工作时，真空源在吸盘内产生负压，吸盘产生吸力，将擦玻璃机器人吸附在玻璃上。控制单元与驱动单元相连，将控制指令传递给驱动单元。吸盘I分别设置在吸附转盘的底部，控制单元通过驱动单元分别与两个吸附转盘相连，控制单元分别控制动力在一对吸附转盘上输出的大小和方向，或者控制抽吸力于两个吸附转盘形成不同的真空度，或者控制动力在一对吸附转盘上输出的大小和方向并结合控制抽吸力于两个吸附转盘形成不同的真空度，从而驱动一对吸附转盘轮流以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止，使两者交替成为高速端和低速端、或者是高速端和静止端，形成转速差，实现擦玻璃机器人的行走。该机器人所述机体还设有距离可调组件，使得一对吸附转盘间的中心距可调。
[0019]实施例一
[0020]距离可调组件包含对应设置机体一侧的凸柱和一弹性元件，所述吸附转盘套设于所述凸柱，使得所述吸附转盘能够沿着所述凸柱延伸方向的导轨滑动，所述弹性元件位于所述吸附转盘与所述机体之间。所述弹性元件套设于凸柱的外围。所述吸附转盘包含位于其顶部的吸盘支架，吸附转盘顶部还设有与凸柱相对应的通孔，通孔套设在凸柱上使吸附转盘能够沿着凸柱延伸方向的导轨4滑动，所述通孔与所述本体之间的凸柱外围还套设有弹性元件，如弹簧3，用于挤压收缩后的复位。所述距离可调组件的数目为两个，所述一对吸附转盘分别通过所述吸盘支架连接于机体的两侧。所述机体上还设有限位传感单元，所述控制单元依据传感单元的信号控制机体动作。限位传感单元为行程开关、霍尔传感器或红外传感器。
[0021]如上所述，本实用新型通过驱动单元的高速和低速旋转，带动吸附转盘高速旋转和低速旋转或静止。下面通过多种方式实现控制一个吸附转盘高速旋转，另一个吸附转盘低速旋转或静止。如实现方式一:A端和A’端的一对吸附转盘的驱动单元分别具有两个电压电路，包括高压电路和低压电路，控制单元通过控制在两个电路之间的切换实现控制驱动单元的高速运转和低速运转。当A端驱动单元连接高压电路时，驱动单元的输入电压高，转速快，而A’端连接低压电路，驱动单元输入电压低，转速慢；反之，当A’端驱动单元连接高压电路时，驱动单元的输入电压高，转速快，而A’端连接低压电路，驱动单元的输入电压低，转速慢。由高压电路和低压电路这两个电路为吸附转盘的驱动单元供电，能够及时有效地进行转换吸附转盘以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止。如实现方式二:所述控制单元内设有脉宽调制控制器(简称PWM控制器)，PWM控制器通过调节其占空比实现驱动单元的高速运转和低速运转。通过增加或减小占空比，使得驱动单元的输入电压或电流对应增加或减小。如PWM控制器增大A端输入电压的占空比，驱动单元的输入电压高，转速快，而减小A’端输入电压的占空比，驱动单元输入电压低，转速慢；反之，当增大A’端输入电压的占空比，驱动单元的输入电压高，转速快，而减小A端输入电压的占空比，驱动单元的输入电压低，转速慢。具体的PWM控制器可通过单片机来实现，本实用新型在此不再详细说明。
[0022]为了便于连接，所述吸附转盘通过轴承与机体相连。轴承在驱动单元的驱动下，带动吸附转盘相对于机体转动。一般来说，驱动单元为电机，但本实用新型并不以此为限。
[0023]电机输出端与减速机构相连，电机输出的动力通过减速机构减速后传递给吸附转盘。减速机构的末级齿轮驱动传动齿轮，传动齿轮通过轴承连接在机体内，传动齿轮与吸附转盘固定连接。电机5还可以通过其它传动机构,如同步带,驱动吸附转盘旋转。
[0024]如图3所示，本实施例所述的吸盘I为环形的软胶吸盘，吸盘I设置在支架的底部。在支架的底部设有环形的凹槽，软胶吸盘通过弹性垫圈嵌设在凹槽内定位。吸盘在工作时产生形变，弹性垫圈可以吸收形变，使吸盘吸附在玻璃上。清洁单元设置在吸附转盘上，如固设在支架上或固定在所述吸盘I的中空区域内。
[0025]清洁单元可为清洁抹布、刷毛或百洁布等。图4-图6为本实用新型机器人的工作原理及状态示意图。
[0026]现有的扭动式壁面行走机构一对吸附转盘之间的相对位置是固定的，行走过程中机体以一吸附转盘为中心转动，如图4所示，吸附转盘Wl以吸附转盘W2旋转中心为中心转动，当吸附转盘Wl与作业区域边界接触后继续转动，吸附转盘Wl与作业区域边界发生挤压甚至导致机器卡住，因此造成机器故障或损坏。如图4-图6并结合图1至图3所示，本实施例机器人的行走方法包括如下步骤:
[0027]步骤1:将擦玻璃机器人放置到玻璃表面，真空源开始工作，A端和A’端吸附转盘上的吸盘I同时吸附在玻璃表面上。
[0028]步骤2:控制单元分别控制动力在A端和A’端的一对吸附转盘上输出的大小和方向，驱动一对所述吸附转盘轮流以垂直于玻璃表面的竖直轴为中心旋转或静止，使两者交替成为高速端或低速端，使两者之间形成转速差。
[0029]具体来说，转速差为控制单元控制驱动单元分别输出动力给所述吸附转盘，一端吸附转盘相对于玻璃表面转动，另一端吸附转盘相对于玻璃表面静止而形成的；或者，转速差为一端吸附转盘相对于玻璃表面高速转动，一个吸附转盘相对于玻璃表面低速转动而形成的。
[0030]步骤3:控制单元控制使A端的转速低于A’端的转速，机体在A’端吸附转盘的带动下绕A端旋转。
[0031]步骤4:机体绕A端旋转到一定角度时，比如此角度可为10° -30°之间的任意角度，控制单元控制A’端的转速低于A端的转速，机体在A端吸附转盘的带动下绕A’端旋转。
[0032]步骤5:如步骤3和步骤4所述，当机器人被作业区域边界阻挡时，越过作业区域边界阻挡行走的具体过程为:在第一位置时靠近作业区域边界的吸附转盘与作业区域边界刚刚接触并继续转动，靠近作业区域边界的吸附转盘与壁面挤压使其在转动的同时沿两吸附转盘的中心线向靠近远离作业区域边界的吸附转盘的方向移动，当靠近作业区域边界的吸附转盘转动到第二位置时，两吸附转盘的中心线与壁面垂直，弹性元件的压缩量达到最大，靠近作业区域边界的吸附转盘继续转动，靠近作业区域边界的吸附转盘越过第二位置后，在弹性元件的作用下，两吸附转盘的中心距逐渐增大，直到靠近作业区域边界的吸附转盘与作业区域边界分离后两吸附转盘的中心距恢复至初始状态，A端和A’端的驱动单元交替进行运转速差控制，实现擦玻璃机器人在玻璃表面上的直线行走。
[0033]其中步骤5的具体描述如下:如图5所示，壁面行走机构行走到作业区域边界附近，吸附转盘Wl以吸附转盘W2为中心转动，由Pl转到P2位置，其中W2的中心与壁面间的垂直距离小于自热状态下两吸附转盘的中心距与吸附转盘半径之和，即Wl由Pl转到P2位置过程中壁面行走机构会发生压缩，如图6所示，在PlO位置时Wl与作业区域边界刚刚接触，继续转动，Wl与壁面挤压使Wl在转动的同时沿两吸附转盘的中心线以靠近W2的方向移动，当Wl转动到Pll位置时，两吸附转盘的中心线与壁面垂直，壁面行走机构的压缩量达到最大，继续转动，Wl越过Pll位置后，在复位弹簧的作用下，两吸附转盘的中心距逐渐增大，直到Wl与作业区域边界分离后中心距恢复至初始状态。
[0034]为了使壁面行走机构运行更加可靠，所述机体上还设有限位传感单元，当两吸附转盘被压缩至中心距最小状态时，所述限位传感单元被触发，发送信号至控制单元。如图6所示，在Wl由PlO位置转动到Pll位置的过程中，若所述控制单元检测到触发信号，判断通过两吸附转盘压缩仍然无法越过作业区域边界等障碍物，从而控制机体停止或反向扭动。
[0035]实施例二[0036]在吸附机器人其他组成部件相同的情况下，所述距离可调组件除采用第一实施方式中包括凸柱和弹性元件作为主要构成组件外，距离可调组件可以采用如下结构作为另一实施方式，如图7所示，该距离可调组件包含丝杆螺母副6，所述螺母与所述吸附转盘一体设置，由电机5驱动丝杆旋转，使得所述螺母带动吸附转盘沿丝杆方向移动。相应机体还设有障碍传感单元7，所述障碍传感单元可选用红外传感器或超声波传感器等实时检测吸附转盘与作业区域边界或障碍物之间的距离，所述控制单元依据障碍传感单元的信号控制距离可调组件动作。
[0037]本实施例机器人的行走方法与实施例1步骤I至步骤4基本一致，其不同之处在于，在步骤5中，当机器人被作业区域边界阻挡时(机器人被作业区域边界阻挡并不仅限于机器人与作业区域边界接触碰撞，当机器人在其运动趋势上即将与作业区域边界接触碰撞，或者机器人与作业区域边界之间的距离小于一定值时同样可视为被作业区域边界阻挡)，为了避免机体或吸盘与作业区域边界或障碍物之间的刚性碰撞，所述障碍传感单元实时检测靠近作业区域边界的吸附转盘与作业区域边界或障碍物之间的距离，控制单元通过距离可调组件对应调节两吸附转盘的中心距。
[0038]本实施例中步骤5具体为:所述障碍传感单元实时检测靠近作业区域边界的吸附转盘与作业区域边界或障碍物之间的距离，当检测到两者距离小于所设定的第一阀值dl时，控制单元控制驱动单元驱动两吸附转盘相向运动，直到检测距离大于等于所设定的第一阀值dl或两吸附转盘相向运动至中心距最小；当检测到两者距离大于所设定的第二阀值d2时，控制单元控制驱动单元驱动两吸附转盘相背运动，直到检测距离小于等于所设定的第二阀值d2或两吸附转盘相背运动至中心距最大。
[0039]同实施方式I 一样，上述行走过程中，当两吸附转盘运动至中心距最小时，所述控制单元控制机器人停止或反向扭动行走。
[0040]下面结合图8、图9和图10，以第二阀值d2>第一阀值dl为例，对该实施例机器人行走方法举例说明。
[0041]如图8所示，壁面行走机构行走到作业区域边界附近，吸附转盘Wl以吸附转盘W2为中心转动，由Ql位置转动到Q3位置，通过调节两吸附转盘的中心距，使得机器人越过作业区域边界等障碍物的阻挡。如图9所示，当Wl转动到QlO位置时，吸附转盘Wl的外缘与作业区域边界的距离等于dl，继续转动，障碍传感单元检测到吸附转盘Wl的外缘与作业区域边界的最小距离小于dl，则由控制单元控制丝杆螺母副驱动吸附转盘Wl朝吸附转盘W2的方向运动，直到吸附转盘Wl的外缘与作业区域边界的最小距离大于等于dl，Wl由QlO转动到Qll的过程中，通过不断的检测和调整，缩小两吸附转盘的中心距；当胃1转动到Qll位置时，两吸附转盘的中心线与作业区域边界垂直，两吸附转盘相向运动行程达到最大；继续转动，Wl越过Qll位置后，吸附转盘Wl的外缘与作业区域边界的距离逐渐增大，当障碍传感单元检测到吸附转盘Wl的外缘与作业区域边界的距离大于d2时，控制单元控制丝杆螺母副驱动吸附转盘Wl背离吸附转盘W2的方向运动，直到吸附转盘Wl的外缘与作业区域边界的最小距离小于等于d2或两吸附转盘相背运动至中心距最大状态，即由Qll转到Q12位置的过程中，通过不断的检测和调整，增大两吸附转盘的中心距直至中心距回复最大。
[0042]其中，上述Wl由QlO转动向Qll位置运动过程中，若两吸附转盘运动到中心距最小，说明机器人通过调整两吸附转盘的中心距无法越过作业区域边界，则由控制单元控制机器人停止或反向扭动。
[0043]上述实施例将靠近作业区域边界的吸附转盘Wl的外缘限制在距离作业区域边界dl的直线LI与距离作业区域边界d2的直线L2之间，在具体实施的过程中可以根据需要调整第一阀值dl与第二阀值d2的大小以提高工作效率。例如，通过调整dl与d2之差的绝对值，控制吸附转盘Wl在直线LI与L2之间的活动空间，当dl=d2=d时，直线LI与L2重合，吸附转盘Wl的外缘沿着直线L运动，如图10所示；通过调整dl的大小控制吸附转盘Wl的外缘与作业区域边界之间的距离，dl越小，吸附转盘Wl的外缘越靠近作业区域边界，特别的，当dl趋于O时，机器人贴着作业区域边界、墙面等障碍物行走。
[0044]当然，本实施例只是列举一优选实施方式，在具体实施的过程中，本领域技术人员可以根据工作对象的具体特点，选择适当的技术方案。例如，所述丝杆螺母副同样可以采用齿轮齿条副、液压缸或气压缸等传动机构等同替换，实现本实用新型目的。
[0045]需要说明的是，本实用新型并不拘泥于吸附转盘的实际高速或低速、以及转动或静止，而需考虑吸附转盘与玻璃表面之间的摩擦力。如A端吸附转盘为高速端，驱动单元的驱动力大使得吸附转盘的旋转速度较大，能克服吸盘与玻璃之间的静摩擦力，使得吸盘与玻璃之间的滑动摩擦力推动机体绕低速端旋转，而A’端吸附转盘为低速端时，吸附转盘对应静止或低速旋转，与玻璃表面之间的摩擦力较小，使其刚好为机体的旋转中心。
[0046]另外，本领域技术人员可以理解的是，所述自移动机器人除了可以对应作业区域边界的位置通过距离可调组件对吸附转盘中心距进行相应调整之外，对于位于作业区域内的普通障碍物，所述自移动机器人同样可以通过距离可调组件使机器人执行相应的动作，根据作业区域的实际情况自动收缩越过。
[0047]因此，本实用新型所提供的自移动吸附机器人，无需主动机和从动机的相互吸附，能够在只有单机的情况下固定在玻璃表面上进行工作。同时，该自移动吸附机器人对工作环境的要求更低，能够在任何厚度的玻璃上进行清洁作业，其结构简单，成本低，灵敏度高，仅仅通过对设置在机体底部的吸附转盘的转速高低的交替控制，通过转速差使机体扭动，进而实现机器人的自如行走，可控性强且清洁效率高。两吸附转盘的中心距可根据实际工作环境相应调整，在遇到障碍物或行走到作业区域边界附近时可自动收缩越过，提高了壁面行走机构的环境适应性，减小了其被迫停止行走或卡住损坏的概率。
【权利要求】
1.一种自移动吸附机器人，该机器人包括机体，机体上设有控制单元和驱动单元；控制单元与驱动单元相连；该机器人还包括可旋转设置在机体底部两端的一对吸附转盘，一对所述吸附转盘交替成为机体的旋转中心，以实现机器人在工作表面的扭动行走，其特征在于，所述机体上还设有距离可调组件，使得一对吸附转盘间的中心距可调。
2.如权利要求1所述的自移动吸附机器人，其特征在于，所述距离可调组件包含对应设置机体一侧的凸柱和一弹性元件，所述吸附转盘套设在所述凸柱上，使得所述吸附转盘能够沿着所述凸柱延伸方向的导轨滑动，所述弹性元件位于所述吸附转盘与所述机体之间。
3.如权利要求2所述的自移动吸附机器人，其特征在于，所述弹性元件套设于凸柱的外围。
4.如权利要求2所述的自移动吸附机器人，其特征在于，所述吸附转盘包含位于其顶部的吸盘支架，所述吸盘支架设有通孔，所述通孔套设于所述凸柱。
5.如权利要求4所述的自移动吸附机器人，其特征在于，所述距离可调组件的数目为两个，所述一对吸附转盘分别通过所述吸盘支架连接于机体的两侧。
6.如权利要求2所述的自移动吸附机器人，其特征在于，所述机体上还设有限位传感单元，所述控制单元依据传感单元的信号控制机体动作。
7.如权利要求6所述的自移动吸附机器人，其特征在于，所述限位传感单元为行程开关、霍尔传感器或红外传感器。
8.如权利要求1所述的自移动吸附机器人，其特征在于，距离可调组件包含丝杆螺母副(6)，所述丝杆螺母副中的螺母与所述吸附转盘一体设置，所述螺母带动吸附转盘沿丝杆方向移动。
9.如权利要求8所述的自移动吸附机器人，其特征在于，所述机体还设有障碍传感单元(7)，所述控制单元依据障碍传感单元的信号控制距离可调组件动作。
【文档编号】A47L1/02GK203662680SQ201320798800
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】王生贵 申请人:科沃斯机器人科技(苏州)有限公司