一种外接机械臂跨域式擦窗机器人的制作方法

本发明涉及一种擦窗机器人，尤其是涉及一种外接机械臂跨域式擦窗机器人。

背景技术：

擦窗机器人，又称自动擦窗机、智能擦窗器、窗户清洁器，是智能家用电器的一种。擦窗机器人的出现，主要是为了帮助人们解决高层擦窗、室外擦窗难的问题。但是现有的擦窗机器人只能在一块玻璃上单独移动，但是擦洗两块以上的玻璃时仍需要以人工的方式将机器人取下放在下一块玻璃上，不能很好的实现无人化擦窗。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种外接机械臂跨域式擦窗机器人。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种外接机械臂跨域式擦窗机器人，包括机器人本体，所述的机器人本体底部设有用于将其吸附于窗户上的第一吸盘，该擦窗机器人还包括机械臂，所述的机械臂上沿长度方向设有导轨，所述的机器人本体通过移动组件移动设置在所述的导轨上，所述的机械臂两端分别设有用于将机械臂吸附于窗户上的机械臂吸附组件，所述的机器人本体、第一吸盘、移动组件和机械臂吸附组件均连接至控制器。

所述的机械臂为三节折叠式机械臂，包括两个折叠臂和一个中部固定臂，所述的两个折叠臂分别通过折叠固定组件固定于中部固定臂两端；

机械臂折叠状态下，两个折叠臂分别折叠位于中部固定臂两侧且三者形成一个平面；

机械臂展开状态下，两个折叠臂分别展开位于中部固定臂两端且三者形成一条直线。

所述的折叠固定组件包括合页和卡接定位件；

所述的折叠臂与中部固定臂一侧通过合页旋转连接，另一侧通过卡接定位件连接，所述的合页分别连接有步进电机，所述的步进电机连接至所述的控制器；

所述的卡接定位件包括定位块和定位槽，所述的定位块固定在折叠臂侧面，所述的定位槽开设在中部固定臂侧面，机械臂折叠状态下，所述的定位块脱离所述的定位槽，机械臂展开状态下，所述的定位块嵌入所述的定位槽。

所述的移动组件包括升降件和滚动件，所述的升降件设置在机器人本体顶部，所述的滚动件固定在升降件上，所述的滚动件还滚动设置在所述的导轨上。

所述的升降件包括固定板和第一丝杆，所述的第一丝杆设置多根，第一丝杆一端固定在所述的固定板上，另一端穿过机器人本体顶部壳体螺纹连接，所述的第一丝杆连接有第二旋转电机，所述的滚动件固定在固定板上，所述的第二旋转电机连接至所述的控制器。

所述的导轨包括平行开设在机械臂上的两个导轨槽，两个导轨槽之间设有移动槽，所述的滚动件穿过所述的移动槽并滚动设置在所述的导轨槽中。

所述的滚动件包括移动板和滚轮，所述的移动板第一端部固定在所述的升降件上，第二端部穿过所述的移动槽，第二端部平行设置多个转轴，所述的转轴两端分别设置所述的滚轮，所述的滚轮滚动设置在所述的导轨槽中，所述的滚轮连接有驱动电机，所述的驱动电机连接至所述的控制器。

所述的机械臂吸附组件包括第一固定块、第二丝杆、第二固定块和第二吸盘，所述的第一固定块固定在机械臂上，所述的第二丝杆设置多根，第二丝杆一端固定在所述的第二固定块上，另一端与第一固定块螺纹连接，所述的第二丝杆连接有第二旋转电机，所述的第二吸盘固定在所述的第二固定块上，所述的第二吸盘和第二旋转电机均连接至所述的控制器。

所述的第一吸盘和第二吸盘上均设有感应是否与窗户吸附的压力传感器，所述的压力传感器连接至所述的控制器。

该擦窗机器人上还设有提醒报警器，所述的提醒报警器连接至所述的控制器。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明设置机械臂，机器人本体能在机械臂上移动，从而可以跨越窗户边框进行自动工作，用户只需要将机器人放在窗上设定好所擦的玻璃就可以离开，实现真正的全自动擦窗；

(2)本发明机械臂设置成三节折叠式机械臂，当机器人本体需要跨越窗户边框时，机械臂展开，当机器人本体进行擦窗工作时，机械臂折叠，从而不影响机器人本体的正常工作；

(3)本发明折叠固定组件中的合页能实现机械臂的折叠，但是机械臂需要运送机器人本体，所以需要承受较大的力，普通的合页虽然可以承受竖直方向上一定的力，但是这并不是其正常的工作状态，单用合页承受力必然会极大的削弱使用寿命，因此本发明设置了卡接定位件来承受竖直方向上的力，同时卡接定位件也保证了折叠臂和中部固定臂连接处导轨的精确衔接，保证机器人本体的顺畅移动。

附图说明

图1为本发明擦窗机器人机械臂折叠状态下的结构示意图；

图2为本发明擦窗机器人机械臂展开状态下的结构示意图；

图3为本发明擦窗机器人折叠状态下的俯视图；

图4为本发明擦窗机器人折叠臂与中部固定臂连接处的结构示意图；

图5为本发明擦窗机器人移动组件处的俯视图；

图6为本发明擦窗机器人移动组件处的侧视图；

图7为本发明擦窗机器人一个工作周期的工作状态图。

图中，1为机器人本体，2为第一吸盘，3为移动组件，4为第一折叠臂，5为中部固定臂，6为第二折叠臂，7为折叠固定组件，8为机械臂吸附组件，31为固定板，32为第一丝杆，33为移动板，34为滚轮，71为合页，72为卡接定位件，81为第一固定块，82为第二丝杆，83为第二固定块，84为第二吸盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例

如图1～图3所示，一种外接机械臂跨域式擦窗机器人，包括机器人本体1，机器人本体1底部设有用于将其吸附于窗户上的第一吸盘2，该擦窗机器人还包括机械臂，机械臂上沿长度方向设有导轨，机器人本体1通过移动组件3移动设置在导轨上，机械臂两端分别设有用于将机械臂吸附于窗户上的机械臂吸附组件8，机器人本体1、第一吸盘2、移动组件3和机械臂吸附组件8均连接至控制器。该擦窗机器人上还设有提醒报警器，提醒报警器连接至控制器。本发明通过加装机械臂，用户只需要将机器人本体1放在窗上设定好所擦的玻璃就可以离开，等机器人本体1擦完后提醒报警器就会提醒用户收回机器人，实现真正的全自动擦窗机器人的愿景。

因为机器人本体1在运动过程中有可能会剐蹭到楼房中突出的物件，并且过长的机械臂可能会导致重心不稳，力矩过大，甚至可能让擦窗机器人掉落，所以为了改变这一现象我们使用了折叠的机械臂结构，使用步进电机驱动合页71转动完成机械臂的开合。具体地，如图4所示，机械臂为三节折叠式机械臂，包括第一折叠臂4、第二折叠臂6以及一个中部固定臂5，两个折叠臂分别通过折叠固定组件7固定于中部固定臂5两端；机械臂折叠状态下，两个折叠臂分别折叠位于中部固定臂5两侧且三者形成一个平面；机械臂展开状态下，两个折叠臂分别展开位于中部固定臂5两端且三者形成一条直线。

其中，折叠固定组件7包括合页71和卡接定位件72；折叠臂与中部固定臂5一侧通过合页71旋转连接，另一侧通过卡接定位件72连接，合页71分别连接有步进电机，步进电机连接至控制器；卡接定位件72包括定位块和定位槽，定位块固定在折叠臂侧面，定位槽开设在中部固定臂5侧面，机械臂折叠状态下，定位块脱离定位槽，机械臂展开状态下，定位块嵌入定位槽。

因为考虑体积和安全原因，机械臂被做成了折叠型，但是机械臂需要运送机器人本体1，所以需要承受较大的力，普通的合页71虽然可以承受竖直方向上一定的力，但是这并不是其正常的工作状态，单用合页71承受力必然会极大的削弱使用寿命，因此本发明设置了卡接定位件72来承受竖直方向上的力，同时卡接定位件72也保证了折叠臂和中部固定臂5连接处导轨的精确衔接，保证机器人本体1的顺畅移动。

如图5、图6所示，移动组件3包括升降件和滚动件，升降件设置在机器人本体1顶部，滚动件固定在升降件上，滚动件还滚动设置在导轨上。

升降件包括固定板31和第一丝杆32，第一丝杆32设置多根，第一丝杆32一端固定在固定板31上，另一端穿过机器人本体1顶部壳体螺纹连接，第一丝杆32连接有第二旋转电机，滚动件固定在固定板31上，第二旋转电机连接至控制器。

导轨包括平行开设在机械臂上的两个导轨槽，两个导轨槽之间设有移动槽，从而形成了中空的工字形的导轨，滚动件穿过移动槽并滚动设置在导轨槽中。

滚动件包括移动板33和滚轮34，移动板33第一端部固定在升降件上，第二端部穿过移动槽，第二端部平行设置多个转轴，转轴两端分别设置滚轮34，滚轮34滚动设置在导轨槽中，滚轮34连接有驱动电机，驱动电机连接至控制器，由于折叠固定组件7设置了卡接定位件72，使得折叠臂和中部固定臂5上的导轨能无缝衔接，避免滚轮34在衔接处卡死，保证了机器人本体1的顺畅移动。由此可以实现结构的支撑受力并且通过滚轮34导轨也可以实现快速的移动并且导轨拼接时需要满足的精度也较丝杆低(因为丝杆拼接时还需要前后螺纹能拼的上)。

如图2所示，机械臂吸附组件8包括第一固定块81、第二丝杆82、第二固定块83和第二吸盘84，第一固定块81固定在机械臂上，第二丝杆82设置多根，第二丝杆82一端固定在第二固定块83上，另一端与第一固定块81螺纹连接，第二丝杆82连接有第二旋转电机，第二吸盘84固定在第二固定块83上，第二吸盘84和第二旋转电机均连接至控制器。第一吸盘2和第二吸盘84上均设有感应是否与窗户吸附的压力传感器，压力传感器连接至控制器。

本发明工作原理：机器人本体1主要是凭借自身底部的第一吸盘2牢牢地吸附在玻璃上的，然后它会借助一定的人工智能，自动探测窗户的边角距离、规划擦窗路径(从左至右，或从下至上的擦拭顺序)，并在清洁完毕之后两个折叠臂展开，机器人本体1从前一玻璃移到下一块玻璃继续进行操作。首先机器人伸出两个设有机械臂吸附组件8的折叠臂，随后折叠臂两端的带有第二吸盘84的第二丝杆82下降，在接触到玻璃之后里面会有一个压力传感器使第二丝杆82停止运动，同时第二吸盘84内的风机吸走吸盘内的空气，两侧被抽成真空之后机械臂牢牢吸附于窗户玻璃上，此时移动组件3中的升降件工作，将机器人本体1升起一定的高度使机器人本体1可以越过凸起的窗框。然后，移动组件3中的滚动件工作，带动机器人本体1移动到第二块玻璃处，随后移动组件3包括升降件下降使机器人本体1重新吸附于玻璃上。随后第二吸盘84与窗户玻璃分离，第二丝杆82收起，机器人本体1开始擦第二块玻璃。全自动擦窗机器人为一键式控制面板外加单手操作设计，另配有遥控，其遥控信号可以穿透玻璃不受阻碍。擦窗机器人在底部配有清洁布，当它吸附在玻璃上行走时，带动清洁布擦过玻璃，从而达到清洁窗户的目的。本发明中第一吸盘2和第二吸盘84的吸附原理：双层真空吸盘，通过内部的真空泵抽掉底部空气，形成一定的真空环境，从而使擦窗机器人能够吸附在玻璃上。风机吸附的擦窗机器人通过内部的风机，形成内外的气压差，从而吸附在玻璃上。

本发明通过滚轮34和导轨的形式可将机器人本体1运送到下一工作位置，在工作过程中，导轨滚轮34的相对移动基准会不断发生变化：

1.机器人本体1运送到下一块玻璃阶段：导轨依靠第二吸盘84固定于窗户上，机器人本体1相对于导轨产生位移；

2.导轨恢复原状态时：机器人本体1不动，通过滚轮34的转动带动导轨运动到初始状态，最后折叠导轨完成一个工作周期。

如图7所示为本发明外接机械臂跨域式擦窗机器人的工作状态图：

图7(a)为初始状态：两个折叠臂折叠，传感器感应到第一块玻璃已经擦完机械臂开始工作周期；

图7(b)为工作周期1：两个折叠臂展开，完成导轨的准确对接；

图7(c)为工作周期2：两个折叠臂端部的第二吸盘84下降至玻璃处，吸住玻璃，在接下来的工作周期中两端的第二吸盘84起到了支撑整个系统受力的作用；

图7(d)为工作周期3：机器人本体1上的第一吸盘2上的风机停止工作，第一吸盘2脱离玻璃，第二托盘承受全部力，因为窗框基本上都会有一定的高度，四个第一丝杆32同时转动，带动机器人本体1上升，为跨越窗框做准备；

图7(e)为工作周期4：驱动电机带动滚轮34使机器人本体1运送到下一块玻璃；

图7(f)为工作周期5：第一丝杆32带动机器人本体1下降，接触到玻璃表面，第一吸盘2的风机重新开始工作，机器人本体1吸附到玻璃上；

图7(g)为工作周期6：第二吸盘84放气失去支承力，第二丝杆82带动第二吸盘84上升；

图7(h)为工作周期7：机器人本体1不动，滚轮34带动导轨反向运动使机器人本体1重新位于导轨中央(即中部固定臂5中央位置)，两个折叠臂折叠，系统重新回到初始状态，擦窗机器人开始执行擦洗第二块玻璃的工作，等待再次检测到需要跨越的窗框。

本发明可以实现将现有的擦窗机器人在前、后、左、右方向机器人跨越窗框，并且检测是全自动的，可以实现无人化操作。现在摩天大楼越来越多，很多都是外层有玻璃幕墙的，如果电池容量足够的情况下甚至可以实现机器人自动擦完整栋摩天大楼减少了人工成本，并且擦窗工人吊在外面十分危险可以实现对人的保护。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。