CN102591339B - 擦玻璃机器人的调姿控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能机器人技术领域，具体地说，涉及一种擦玻璃机器人的调姿控制系统及其控制方法。所述的擦玻璃机器人包括行走单元和驱动单元，调姿控制系统包括传感单元和控制单元，传感单元包括位于擦玻璃机器人同一侧的两个传感器子单元，两个传感器子单元分别位于同一端的左、右两边，控制单元分别与传感单元和驱动单元连接；驱动单元驱动行走单元移动时，控制单元接收传感单元所发出的信号，根据信号控制行走单元运动，调整擦玻璃机器人的位置。采用本发明的控制方法可以使擦玻璃机器人能够避开障碍物，为下一步的清洁工作做准备，方便实用，并且大大减轻人力的工作量。

Description

擦玻璃机器人的调姿控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于智能机器人技术领域，具体地说，涉及一种擦玻璃机器人的碰撞调姿控制系统及其控制方法。

背景技术

在日常生活中，人们在清洁玻璃时一般用抹布擦洗。在对大块玻璃以及窗户外面的玻璃时，通常用杆式玻璃清洁擦来进行擦洗。然而，用杆式玻璃清洁擦清洁玻璃时，手臂容易疲劳，而且在擦试窗户外面的玻璃，尤其对于高层建筑，十分危险。可见，擦洗外窗是家庭乃至城市的一大难题，其既不安全又不易擦全、擦干净。

针对如上问题，目前出现了一种擦玻璃器。该擦玻璃器的具体技术方案请见专利号为ZL200820080547.7，名称为《擦玻璃器》。如图1所示，该擦玻璃器包括把手441、塑料板442和抹布444。把手441固定在塑料板442的一面，抹布444固定在塑料板442的另一面，在塑料板442和抹布444之间固定有磁铁板443。当需要擦拭玻璃时，将两个擦玻璃器夹住待擦拭的玻璃，使用者在室内握持把手来擦试内层玻璃，由于磁性作用，里面的擦玻璃器移动时会带动外面的擦玻璃器运动，从而将外面的玻璃也擦拭干净了。

如上技术方案，虽然有效解决了擦拭外窗时可能发生的不安全因素，但是该擦玻璃器需要通过人为地对位于窗户里面的擦玻璃器进行操纵，从而引导位于窗户外面的擦玻璃器工作，在面对大面积的或是窗户上的玻璃时，人们仍需要爬高爬低，十分辛劳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种擦玻璃机器人的调姿控制系统及其控制方法，可以使擦玻璃机器人能够避开玻璃窗框等障碍物，为下一步的清洁工作做准备，方便实用，并且大大减轻人力的工作量。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种擦玻璃机器人的调姿控制系统，擦玻璃机器人包括行走单元15和驱动单元16；调姿控制系统包括传感单元12和控制单元11，传感单元12包括位于擦玻璃机器人同一侧的两个传感器子单元，两个传感器子单元分别位于同一侧的左、右两边，控制单元11分别与传感单元12和驱动单元16连接；驱动单元16驱动行走单元15移动时，控制单元11接收传感单元12所发出的信号，根据信号控制行走单元15运动，调整擦玻璃机器人的位置。

两个传感器子单元均位于同一水平面上。

同一侧为擦玻璃机器人前侧或后侧，前侧为擦玻璃机器人前进方向。

传感器子单元为接触式传感器或非接触式传感器。

优选地，接触式传感器为行程开关。

优选地，非接触式传感器为红外传感器或超声传感器。

擦玻璃机器人包括驱动机1和随动机2，所述驱动单元16、行走单元15、传感单元12和控制单元11位于驱动机1上；随动机2包括擦试单元；第一磁铁14和第二磁铁24分别内置在驱动机1和随动机2中，在第一磁铁14和第二磁铁24的吸力作用下，驱动机1和随动机2分别吸附在玻璃3表面的内、外两侧，并且随动机2跟随驱动机1产生随动。

行走单元15包括履带151和履带轮152，其中，履带151包括多个履带单元节151a；随动机1中的随动单元26跟随行走单元15移动。

本发明还提供了一种擦玻璃机器人的调姿控制方法，包括如下步骤：采用上述的擦玻璃机器人的调姿控制系统，调姿控制方法包括如下步骤：

步骤1：由控制单元11检测分别位于擦玻璃机器人的传感器子单元；

步骤2：如果控制单元11全部没有收到同一侧的左、右两边传感器子单元发来的信号，则保持原姿态；如果控制单元11只收到所述擦玻璃机器人同一侧的左边传感器子单元或右边传感器子单元发来的信号，则驱动单元驱动行走单元转向，再返回步骤1。

在步骤2中，如果收到左边传感器子单元发来的信号，驱动行走单元向右转；如果收到右边传感器子单元发来的信号，驱动行走单元向左转。

优选地，行走单元转动的角度不大于预设的角度。

在步骤2中，如果同时收到位于擦玻璃机器人同一侧左、右两边传感器子单元发来的信号，驱动行走单元进入下一个工作指令。

工作指令是驱动行走单元转向90°或者是驱动行走单元后退行进。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：可以使擦玻璃机器人在行走过程中能够避开障碍物，为下一步的清洁工作做准备，方便实用，并且大大减轻人力的工作量。

附图说明

图1现有技术中的擦玻璃装置的结构示意图；

图2为本发明所述擦玻璃机器人的调姿控制系统的示意图；

图3为本发明所述擦玻璃机器人的贴边调姿控制方法一个实施例的流程图；

图4为本发明所述擦玻璃机器人完成调姿的过程示意图；

图5为本发明所述擦玻璃机器人结构示意图。

附图标记：

1.驱动机    111.驱动机外壳 2.随动机    222.随动机外壳

3.玻璃      11.控制单元    12.传感单元 15.行走单元

151.履带    152.履带轮     151a.履带单元节

14.第一磁铁 24.第二磁铁    16.驱动单元 26.随动单元

441.把手    442.塑料板     443.磁铁板  444.抹布

具体实施方式

实施例1

如图5所示，本发明擦玻璃机器人为一个单体机器人。本发明擦窗机器人的调姿控制系统包括行走单元15和能量单元、驱动单元16、控制单元11和擦拭单元。该擦拭单元可以是盘刷、刮条或是纤维布等等。该能量单元为可充电式电池，如：镍氢电池或锂电池等等。在能量单元向驱动单元16供给能量。在控制单元11的控制下，驱动单元16驱动行走单元15工作。该擦玻璃机器人通过吸附件吸附在玻璃3表面，除此之外，擦玻璃机器人还可以通过真空负压的方法实现贴附在玻璃3表面。

该擦玻璃机器人还包括传感单元12，该传感单元12包括位于擦玻璃机器人同一端的两个传感器子单元，控制单元11分别与传感单元12和驱动单元16连接；驱动单元16驱动行走单元15移动时，控制单元11接收传感单元12所发出的信号，根据信号控制行走单元15运动，调整擦玻璃机器人的位置。

为设计简便，两个传感器子单元均位于同一个水平面上，并且位于机器人的左、右两边。为使机器人能向前行进并且能实现后退行进，优选方案中，机器人的前、后两端分别设有传感单元12。

传感器子单元包括传感器，该传感器可以是接触式传感器或者非接触式传感器。接触式传感器可以是行程开关，如微动开关。非接触式传感器可以为红外传感器或者超声传感器。

该擦玻璃机器人通过传感单元，实现调整机器人的姿态调整，其控制方法包括如下步骤：

步骤1，由控制单元检测分别位于擦玻璃机器人的传感器子单元；

步骤2，判断是否收到位于擦玻璃机器人同一端的左、右两边传感器子单元发来的信号，如果全部没有收到同一端的左右两边传感器发来的信号，则保持原姿态；如果只收到所述擦玻璃机器人同一端的左边感器子单元或右边传感器子单元发来的信号，则驱动行走单元转向，再返回步骤1。

具体地说，如果收到左边传感器子单元发来的信号，驱动行走单元向右转；如果收到右边传感器子单元发来的信号，驱动行走单元向左转。其中，驱动行走单元转动的角度可以是随机的；也可以预先设定的角度，控制单元驱动行走单元转动角度时，该角度不大于预设的角度。

在上述步骤2中，如果所用的传感器为非接触式传感器，如红外传感器或者超声传感器时，该传感器发来的信号为数字模拟量。控制单元如果同时收到位于擦玻璃机器人同一端左、右两边传感器发来的信号，控制单元计算并比较左、右两边传感器发来的信号值是否在预定范围内，如果在预定范围内，则符合预定的要求，驱动行走单元进入下一个工作指令。该下一个工作指令可以是驱动行走单元转向90度，或者是驱动行走单元后退行进等。

实施例2

由实施例一不同的是，本发明擦窗机器人是分体式的。具体来说，本发明擦窗机器人的调姿控制系统由驱动机1和随动机2组成，两者均为独立件。驱动单元16、行走单元15、传感单元12和控制单元11位于驱动机1上；随动机2包括擦试单元；所述的驱动机1和所述的随动机2，两者在其内置磁铁的吸力作用下吸附在玻璃3表面的内、外两侧，并且随动机2跟随驱动机1产生随动。

位于驱动机1主体左右两侧的行走单元15包括履带151和履带轮152，其中，履带151包括多个履带单元节151a。驱动单元16主要包括驱动电机，驱动电机设有两个，每条履带151分别由一个驱动电机进行驱动。通过单个驱动，从而实现同步运动、差动运动。同步运动可使得驱动机前进或者后退；差动运动可使得驱动机1实现旋转。

为使得随动机2跟随驱动机1移动方便，随动机1包括随动单元26。

使用本发明擦窗机器人时，将驱动机1和随动机2分别置于待擦拭玻璃3的两侧，位于驱动机1上的驱动单元，在能量单元的能量供给下实现工作，从而实现驱动机1在玻璃3上进行移动。由于驱动机1和随动机2分别设有第一、二磁铁14、24，在磁性作用下，驱动机1带动随动机2进行运动，实现设置在随动机2上的擦拭玻璃单元对玻璃3表面进行擦拭。

驱动机1行进时，履带轮152旋转驱动履带151转动，履带单元节151a不断交替接触玻璃3表面提供足够大静摩擦力供擦窗机器人行进。由于驱动机1和随动机2中的强力磁铁吸附关系，随动机2随驱动机1以相同轨迹行进。

除此之外，驱动机还包括传感单元12，该传感单元12的作用与实施例1相同，即：该传感单元12包括位于擦玻璃机器人同一端的两个传感器子单元，控制单元11分别与传感单元12和驱动单元16连接；驱动单元16驱动行走单元51移动时，控制单元15接收传感单元12所发出的信号，根据信号控制行走单元15运动，调整擦玻璃机器人的位置。

为设计简便，两个传感器子单元均位于同一个水平面上，并且位于机器人的同一端的左、右两边。为使机器人能向前行进并且能实现后退行进，优选方案中，机器人的前、后两端分别设有传感器单元。

传感器子单元包括传感器，该传感器可以是接触式传感器或者非接触式传感器。接触式传感器可以是行程开关，如微动开关。非接触式传感器可以为红外传感器或者超声传感器。

驱动机1在主动移动过程中，当驱动机1上设有感应单元12感触到类似窗框的障碍物，驱动机1能够主动避让。

该擦玻璃机器人通过传感单元12，实现调整机器人的姿态调整，其控制方法与实施例1的方法相同，具体包括如下步骤：

步骤1，由控制单元检测分别位于擦玻璃机器人的传感器子单元；

步骤2，判断是否收到位于擦玻璃机器人同一侧的左、右两边传感器子单元发来的信号，如果全部没有收到同一侧的左右传感器发来的信号，则保持原姿态；如果只收到所述擦玻璃机器人同一侧的左感器子单元或右传感器子单元发来的信号，则驱动行走单元转向，再返回步骤1。

具体地说，如果收到左边的传感器子单元发来的信号，驱动行走单元向右转；如果收到右边的传感器子单元发来的信号，驱动行走单元向左转。其中，驱动行走单元转动的角度可以是随机的；也可以预先设定的角度，控制单元驱动行走单元转动角度时，该角度不大于预设的角度。

在上述步骤2中，如果所用的传感器为非接触式传感器，如红外传感器或者超声传感器时，该传感器发来的信号为数字模拟量。控制单元如果同时收到位于擦玻璃机器人同一侧左、右传感器发来的信号，控制单元计算并比较左、右传感器发来的信号值是否在预定范围内，如果在预定范围内，则符合预定的要求，驱动行走单元进入下一个工作指令。该下一个工作指令可以是驱动行走单元转向90度，或者是驱动行走单元后退行进等等。如果左边的传感器子单元发来的信号值大，驱动行走单元向左转预设的角度；如果收到右边的传感器子单元发来的信号值大，驱动行走单元向右转预设的角度。

优选方案中，随动机2上也设有碰撞感应单元。因此，无论是驱动机1在主动移动过程中感触到障碍物，还是随动机2在被动移动过程中感触到障碍物，可以通过驱动机1和随动机2两者之间所具备的通讯信息交互功能，均可实现驱动机1和随动机2在真正可擦拭区域进行工作，而不会出现诸如卡在类似窗框上等异常情况发生。

本发明擦窗机器人通过驱动机内设有的驱动单元实现自移动功能，实现人们无需亲力亲为进行工作，使人们摆脱了繁重的家务劳动；本机器人通过驱动机和随动机内均有的碰撞感应单元作技术保障，使得本发明擦窗机器人能轻松应对玻璃两侧可能发生的诸多不可预见的异常情况。

Claims (12)

1.一种擦玻璃机器人的调姿控制系统，擦玻璃机器人包括行走单元（15）和驱动单元（16）；调姿控制系统包括传感单元（12）和控制单元（11），其特征在于：传感单元（12）包括位于擦玻璃机器人同一端的两个传感器子单元，两个传感器子单元分别位于同一侧的左、右两边，控制单元（11）分别与传感单元（12）和驱动单元（16）连接；驱动单元（16）驱动行走单元（15）移动时，控制单元（11）接收传感单元（12）所发出的信号，根据信号控制行走单元（15）转向运动，调整擦玻璃机器人的位置。

2.根据权利要求1所述的擦玻璃机器人的调姿控制系统，其特征在于：两个传感器子单元均位于同一水平面上。

3.根据权利要求1所述的擦玻璃机器人的调姿控制系统，其特征在于：同一侧为擦玻璃机器人前侧或后侧，前侧为擦玻璃机器人前进方向。

4.根据权利要求1-3任一项所述的擦玻璃机器人的调姿控制系统，其特征在于：传感器子单元为接触式传感器或非接触式传感器。

5.根据权利要求4所述的擦玻璃机器人的调姿控制系统，其特征在于：接触式传感器为行程开关。

6.根据权利要求4所述的擦玻璃机器人的调姿控制系统，其特征在于：非接触式传感器为红外传感器或超声传感器。

7.根据权利要求1至3任一项所述的擦玻璃机器人的调姿控制系统，其特征在于：擦玻璃机器人包括驱动机（1）和随动机（2），所述驱动单元（16）、行走单元（15）、传感单元（12）和控制单元（11）位于驱动机（1）上；随动机（2）包括擦试单元；第一磁铁（14）和第二磁铁（24）分别内置在驱动机（1）和随动机（2）中，在第一磁铁（14）和第二磁铁（24）的吸力作用下，驱动机（1）和随动机（2）分别吸附在玻璃（3）表面的内、外两侧，并且随动机（2）跟随驱动机（1）产生随动。

8.根据权利要求7所述的擦玻璃机器人的调姿控制系统，其特征在于：行走单元（15）包括履带（151）和履带轮（152），其中，履带（151）包括多个履带单元节（151a）；随动机（1）中的随动单元（26）跟随行走单元（15）移动。

9.一种擦玻璃机器人的调姿控制方法，采用权利要求1至8任一项所述的擦玻璃机器人的调姿控制系统，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：由控制单元检测分别位于擦玻璃机器人的传感器子单元；

步骤2：如果控制单元没有收到同一侧的左、右两边任意一边传感器子单元发来的信号，则保持原姿态；如果控制单元只收到所述擦玻璃机器人同一侧的左边传感器子单元或右边传感器子单元发来的信号，则驱动单元驱动行走单元转向，再返回步骤1。

10.根据权利要求9所述的擦玻璃机器人的调姿控制方法，其特征在于：在步骤2中，如果收到左边传感器子单元发来的信号，驱动行走单元向右转；如果收到右边传感器子单元发来的信号，驱动行走单元向左转。

11.根据权利要求10所述的擦玻璃机器人的调姿控制方法，其特征在于：行走单元转动的角度不大于预设的角度。

12.根据权利要求9所述的擦玻璃机器人的调姿控制方法，其特征在于：在步骤2中，如果同时收到位于擦玻璃机器人同一侧左、右两边传感器子单元发来的信号，驱动行走单元进入下一个工作指令；工作指令是驱动行走单元转向90°或者是驱动行走单元后退行进。

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