基于MEMS加速度计的玻窗清洁装置.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 102138760 B (45)授权公告日 2012.08.08 CN 102138760 B *CN102138760B* (21)申请号 201110076365.9 (22)申请日 2011.03.29 A47L 1/02(2006.01) A47L 11/38(2006.01) A47L 11/40(2006.01) G05B 19/042(2006.01) (73)专利权人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正街 174 号 (72)发明人 温志渝 武新 罗国希 董志浩 吴限 (74)专利代理机构 重庆市前沿专利事务所 50211 代理人 郭云 。

2、EP 1360922 A2,2003.11.12, 全文 . WO 2011/011898 A1,2011.02.03, 全文 . CN 101866533 A,2010.10.20, 全文 . (54) 发明名称 基于 MEMS 加速度计的玻窗清洁装置 (57) 摘要 本发明公开了一种基于 MEMS 加速度计的玻 窗清洁装置， 其特征在于 ： 由控制设备和执行设 备组成， 控制设备包括 MEMS 加速度计、 微控制器 以及无线发射模块， 执行设备包括无线接收模块、 单片机、 第一电机驱动控制器、 第二电机驱动控制 器、 真空泵驱动器以及四轮车架， 在四轮车架上固 定有第一电机、 第二电机、 。

3、吸盘以及清洁布条。其 显著效果是 ： 将 MEMS 传感器应用在了智能家居领 域， 制作出一种微型玻璃清洁装置， 采用无线控制 和真空吸附技术， 不仅大大的减小了家居清洁的 劳力和清洁较高玻窗带来的危险， 而且操作简单、 使用方便。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 李璟 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/1 页 2 1. 一种基于 MEMS 加速度计的玻窗清洁装置， 其特征在于 ： 由控制设备 （1） 和执行设 备 （2） 组成， 所述控制设备 （1）。

4、 包括 MEMS 加速度计 （11） 、 微控制器 （12） 以及无线发射模块 （13） ， 所述 MEMS 加速度计 （11） 利用重力感应采集加速度值并将获得的加速度值传送到所 述微控制器 （12） 中， 该微控制器 （12） 将接收到的加速度值进行运算处理并生成控制信号， 通过所述无线发射模块 （13） 将该控制信号发送到执行设备 （2） ； 所述执行设备 （2） 包括无线接收模块 （21） 、 单片机 （22） 、 第一电机驱动控制器 （23） 、 第 二电机驱动控制器 （24） 以及真空泵驱动器 （25） ， 其中 ： 无线接收模块 （21） ： 用于接收控制设备 （1） 中发出的控。

5、制信号 ； 单片机 （22） ： 将无线接收模块 （21） 接收到的控制信号进行运算处理， 生成第一电机控 制信号、 第二电机控制信号以及真空泵控制信号 ； 第一电机驱动控制器 （23） ： 其输出端连接有第一电机 （231） ， 所述第一电机驱动控制器 （23） 用于接收单片机 （22） 发出的第一电机控制信号并控制第一电机 （231） 工作 ； 第二电机驱动控制器 （24） ： 其输出端连接有第二电机 （241） ， 所述第二电机驱动控制器 （24） 用于接收单片机 （22） 发出的第二电机控制信号并控制第二电机 （241） 工作 ； 真空泵驱动器 （25） ： 其输出端连接有真空泵 （2。

6、51） ， 所述真空泵驱动器 （25） 用于接收 单片机 （22） 发出的真空泵控制信号并控制真空泵 （251） 工作 ； 所述执行设备 （2） 还包括一个四轮车架 （26） ， 所述第一电机 （231） 和第二电机 （241） 均 固定在该四轮车架 （26） 上， 在四轮车架 （26） 的底盘上还安装有吸盘 （27） ， 所述吸盘 （27） 的 吸气口通过管道与真空泵 （251） 连接， 该真空泵 （251） 安装在四轮车架 （26） 上。 2. 根据权利要求 1 所述的基于 MEMS 加速度计的玻窗清洁装置， 其特征在于 ： 所述四 轮车架 （26） 的底盘为一个工形连接件， 该工形连接件。

7、第一横梁的水平方向上固定所述第一 电机 （231） 和第二电机 （241） ， 在第一电机 （231） 的输出轴上套装第一驱动轮， 在第二电机 （241） 的输出轴上套装第二驱动轮， 所述工形连接件第二横梁的两端分别安装第一从动轮 和第二从动轮， 所述第一驱动轮与第一从动轮位于该工形连接件的左边并通过第一传送带 连接， 所述第二驱动轮与第二从动轮位于该工形连接件的右边并通过第二传送带连接， 所 述吸盘 （27） 固定在该工形连接件的下表壁上且吸盘 （27） 的吸气口穿过该工形连接件， 在 该工形连接件的上表壁上固定所述真空泵 （251） 。 3. 根据权利要求 2 所述的基于 MEMS 加速度。

8、计的玻窗清洁装置， 其特征在于 ： 所述工形 连接件第一横梁和第二横梁的底面上固定有清洁布条 （28） ， 该清洁布条 （28） 一面为具有 静电吸附作用的纤维面料， 另一面为纤维细绵。 4. 根据权利要求 1 所述的基于 MEMS 加速度计的玻窗清洁装置， 其特征在于 ： 所述微控 制器 （12） 生成的控制信号包括向前移动信号、 向后移动信号、 向左移动信号、 向右移动信号 以及原地自动清洁信号。 5. 根据权利要求 1 所述的基于 MEMS 加速度计的玻窗清洁装置， 其特征在于 ： 所述四轮 车架 （26） 上还安装有过滤器 （29） ， 该过滤器 （29） 的进气口与所述吸盘 （27）。

9、 的吸气口连接， 该过滤器 （29） 的出气口与所述真空泵 （251） 连接。 6. 根据权利要求 1 所述的基于 MEMS 加速度计的玻窗清洁装置， 其特征在于 ： 所述吸盘 （27） 的盘口处采用聚氨酯材料并设置成圆盘状。 权 利 要 求 书 CN 102138760 B 2 1/4 页 3 基于 MEMS 加速度计的玻窗清洁装置 技术领域 0001 本发明涉及到机械电子以及无线控制领域， 具体地说， 是一种基于 MEMS 加速度计 的玻窗清洁装置。 背景技术 0002 高大建筑物的玻璃清洗是一项繁重而危险的劳动， 人工进行高层建筑物的清洗不 仅费用高， 效率低， 而且十分危险。因此具有一。

10、定灵活性、 可替代人工完成高层建筑清洗任 务的玻窗清洁装置将引起人们广泛关注。 0003 现有MEMS加速度计技术发展比较成熟， 所谓MEMS即微机电系统， 是利用微米级立 体结构实现感应和执行功能的一项关键技术。随着技术和经济的发展， MEMS 加速度计的应 用也越来越广泛， 但是将其应用于无线控制的智能家居中还比较少见， MEMS 加速度计应用 于玻窗、 地板的清洁将是一种集成创新。 发明内容 0004 本发明的目的是针对玻璃壁面作业的特殊状况， 研制一种结构简单、 重量轻、 体积 小的能够在竖直玻璃壁面上自由移动的玻窗清洁装置。 0005 为达到上述目的， 本发明采用如下方案 ： 000。

11、6 一种基于 MEMS 加速度计的玻窗清洁装置， 其关键在于 ： 由控制设备和执行设备组 成， 所述控制设备包括 MEMS 加速度计、 微控制器以及无线发射模块， 所述 MEMS 加速度计利 用重力感应采集加速度值并将获得的加速度值传送到所述微控制器中， 该微控制器将接收 到的加速度值进行运算处理并生成控制信号， 通过所述无线发射模块将该控制信号发送到 执行设备 ； 0007 所述执行设备包括无线接收模块、 单片机、 第一电机驱动控制器、 第二电机驱动控 制器以及真空泵驱动器， 其中 ： 0008 无线接收模块 ： 用于接收控制设备中发出的控制信号 ； 0009 单片机 ： 将无线接收模块接收。

12、到的控制信号进行运算处理， 生成第一电机控制信 号、 第二电机控制信号以及真空泵控制信号 ； 0010 第一电机驱动控制器 ： 其输出端连接有第一电机， 所述第一电机驱动控制器用于 接收单片机发出的第一电机控制信号并控制第一电机工作 ； 0011 第二电机驱动控制器 ： 其输出端连接有第二电机， 所述第二电机驱动控制器用于 接收单片机发出的第二电机控制信号并控制第二电机工作 ； 0012 真空泵驱动器 ： 其输出端连接有真空泵， 所述真空泵驱动器用于接收单片机发出 的真空泵控制信号并控制真空泵工作 ； 0013 所述执行设备还包括一个四轮车架， 所述第一电机和第二电机均固定在该四轮车 架上， 。

13、在四轮车架的底盘上还安装有吸盘， 所述吸盘的吸气口通过管道与真空泵连接， 该真 空泵安装在四轮车架上。 说 明 书 CN 102138760 B 3 2/4 页 4 0014 所述四轮车架的底盘为一个工形连接件， 该工形连接件第一横梁的水平方向上 固定所述第一电机和第二电机， 在第一电机的输出轴上套装第一驱动轮， 在第二电机的输 出轴上套装第二驱动轮， 所述工形连接件第二横梁的两端分别安装第一从动轮和第二从动 轮， 所述第一驱动轮与第一从动轮位于该工形连接件的左边并通过第一传送带连接， 所述 第二驱动轮与第二从动轮位于该工形连接件的右边并通过第二传送带连接， 所述吸盘固定 在该工形连接件的下表。

14、壁上且吸盘的吸气口穿过该工形连接件， 在该工形连接件的上表壁 上固定所述真空泵。 0015 控制设备握于人手上， 该设备基于 MEMS 加速度计的原理， 通过加速度计实现对人 手姿态的测量， 测得的加速度值通过微控制器进行运算处理得到方向控制信号， 通过无线 传输模块发送到执行设备中 ； 0016 执行设备安放于玻窗或地板上， 无线接收模块接收控制设备发送的控制信号， 真 空泵主要用于抽取吸盘中的空气， 使吸盘内的压强始终小于外界大气压强， 在吸盘内形成 真空负压， 实现将四轮车架与玻璃壁面的紧密吸附， 防止滑落。 0017 由两个电机驱动左右两排轮胎， 通过接收到的控制信号对电机控制， 实现。

15、两排轮 胎的同向同速、 同向差速、 异向同速、 异向差速的控制， 从而实现四轮车架的上下左右转弯 等简单动作的执行， 达到按人的意愿以一定的轨迹进行清洁的目的。 0018 所述工形连接件第一横梁和第二横梁的底面上固定有清洁布条， 该清洁布条一面 为具有静电吸附作用的纤维面料， 另一面为纤维细绵。 0019 清洁布条双面采用了不同的材质面料， 具有各自不同的特点和用途。布条一面采 用具有静电吸附作用的纤维面料， 能很好的吸附灰尘、 毛发等杂质。另一面使用了纤维细 绵， 具有良好的吸水效果。 0020 所述微控制器生成的控制信号包括向前移动信号、 向后移动信号、 向左移动信号、 向右移动信号以及原。

16、地自动清洁信号。 0021 通过 MEMS 加速度计感应到的加速度值产生前后左右四个方向的移动控制信号， 如果某处的玻璃特别脏， 则将加速度计保持水平， 实现原地强化清洁的目的。 0022 所述四轮车架上还安装有过滤器， 该过滤器的进气口与所述吸盘的吸气口连接， 该过滤器的出气口与所述真空泵连接。 0023 由于家居生活中， 玻窗上的主要污染物为粉尘， 为防止粉尘过多进入真空泵， 对真 空泵造成损害， 在吸盘与真空泵的连接管道中间， 我们接入一个过滤器， 以防止粉尘进入真 空泵。 0024 所述吸盘的盘口处采用聚氨酯材料并设置成圆盘状。 0025 聚氨酯材料跟玻璃的摩擦系数大， 可提供足够的摩。

17、擦力， 同时将吸盘设置为圆盘 状， 增加受力面积， 有效防止四轮车架从玻窗上滑落下来。 0026 本发明的显著效果是 ： 将 MEMS 传感器应用在了智能家居领域， 制作出一种微型玻 璃清洁装置， 采用无线控制和真空吸附技术， 不仅大大的减小了家居清洁的劳力和清洁较 高玻窗带来的危险， 而且操作简单、 使用方便。 附图说明 0027 图 1 是本发明的电路原理框图 ； 说 明 书 CN 102138760 B 4 3/4 页 5 0028 图 2 是图 1 中执行设备 2 的机械结构示意图 ； 0029 图 3 是图 2 中四轮车架 26 底盘的结构示意图 ； 0030 图 4 是图 2 中吸。

18、盘 27 的结构示意图。 具体实施方式 0031 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。 0032 如图 1， 图 2 所示， 一种基于 MEMS 加速度计的玻窗清洁装置， 由控制设备 1 和执行 设备 2 组成， 所述控制设备 1 包括 MEMS 加速度计 11、 微控制器 12 以及无线发射模块 13， 其 中MEMS加速度计11采用美新半导体公司生产二轴数字加速度计MXC6202， 该传感器是一个 I2C 器件， 通过 SDA 和 SCL 两根线与微控制器 12 通信， 微控制器 12 选用型号为 ATMEGA16L， 无线发射模块 13 采用 nRF24L01 无线发射模块。

19、， 功耗低， 传输速率快， 通过 SPI 接口与微控 制器 12 通信， 无线传输理论距离可达 30-60 米。MEMS 加速度计 11 利用重力感应采集加速 度值并将获得的加速度值传送到所述微控制器 12 中， 该微控制器 12 将接收到的加速度值 进行运算处理并生成控制信号， 由于人手握持控制设备的倾斜姿势不同， 控制信号包括向 前移动信号、 向后移动信号、 向左移动信号、 向右移动信号以及原地自动清洁信号， 最后通 过所述无线发射模块 13 将该控制信号发送到执行设备 2 ； 0033 执行设备2包括无线接收模块21、 单片机22、 第一电机驱动控制器23、 第二电机驱 动控制器 24 。

20、以及真空泵驱动器 25， 其中 ： 0034 无线接收模块 21 ： 采用 nRF24L01 无线发射模块， 与无线发射模块 13 无线通信， 用 于接收控制设备 1 中发出的控制信号 ； 0035 单片机 22 ： 型号为 ATMEGA16L， 将无线接收模块 21 接收到的控制信号进行运算处 理， 生成第一电机控制信号、 第二电机控制信号以及真空泵控制信号 ； 0036 第一电机驱动控制器 23 ： 其输出端连接有第一电机 231， 所述第一电机驱动控制 器 23 用于接收单片机 22 发出的第一电机控制信号并控制第一电机 231 工作 ； 0037 第二电机驱动控制器 24 ： 其输出端。

21、连接有第二电机 241， 所述第二电机驱动控制 器 24 用于接收单片机 22 发出的第二电机控制信号并控制第二电机 241 工作 , 第一电机驱 动控制 23 和第二电机驱动控制器 24 的电路结构相同， 均采用电机驱动芯片 L298。 0038 真空泵驱动器 25 ： 其输出端连接有真空泵 251， 所述真空泵驱动器 25 用于接收单 片机 22 发出的真空泵控制信号并控制真空泵 251 工作 ； 0039 所述执行设备 2 还包括一个四轮车架 26， 所述第一电机 231 和第二电机 241 均固 定在该四轮车架 26 上并实现四轮车架 26 的自由移动， 在四轮车架 26 的底盘上还安。

22、装有吸 盘27， 该吸盘27的吸气口通过管道与真空泵251连接， 通过真空泵251抽取吸盘27中的空 气实现四轮车架 26 与玻璃壁面的吸附。 0040 所述四轮车架 26 的底盘为一个工形连接件， 该工形连接件第一横梁的水平方向 上固定所述第一电机 231 和第二电机 251， 在第一电机 231 的输出轴上套装第一驱动轮， 在 第二电机 241 的输出轴上套装第二驱动轮， 所述工形连接件第二横梁的两端分别安装第一 从动轮和第二从动轮， 所述第一驱动轮与第一从动轮位于该工形连接件的左边并通过第一 传送带连接， 所述第二驱动轮与第二从动轮位于该工形连接件的右边并通过第二传送带连 接， 所述吸盘。

23、27固定在该工形连接件的下表壁上且吸盘27的吸气口穿过该工形连接件， 在 说 明 书 CN 102138760 B 5 4/4 页 6 该工形连接件的上表壁上固定所述真空泵 251， 吸盘 27 与真空泵 251 之间还连接有过滤器 29。 0041 执行设备 2 安放于玻窗或地板上， 无线接收模块 21 接收控制设备 1 发送的控制信 号， 真空泵 251 主要用于抽取吸盘 27 中的空气， 使吸盘 27 内的压强始终小于外界大气压 强， 在吸盘 27 内形成真空负压， 实现四轮车架 26 与玻璃壁面的紧密吸附， 防止滑落。 0042 由两个电机驱动左右两排轮胎， 通过接收到的控制信号对电机。

24、控制， 实现两排轮 胎的同向同速、 同向差速、 异向同速、 异向差速的控制， 从而实现四轮车架 26 的上下左右转 弯等简单动作的执行， 达到按人的意愿以一定的轨迹进行清洁的目的。 0043 如图 3 所示， 所述工形连接件第一横梁和第二横梁的底面上固定有清洁布条 28， 该清洁布条 28 一面为具有静电吸附作用的纤维面料， 另一面为纤维细绵。 0044 清洁布条 28 双面采用了不同的材质面料， 具有各自不同的特点和用途。布条一面 采用具有静电吸附作用的纤维面料， 能很好的吸附灰尘、 毛发等杂质， 另一面使用了纤维细 绵， 具有良好的吸水效果， 清洁布条 28 和工形连接件之间可以通过粘贴扣。

25、固定在一起。 0045 如图 4 所示， 所述吸盘 27 的盘口处采用聚氨酯材料并设置成圆盘状， 聚氨酯材料 跟玻璃的摩擦系数大， 可提供足够的摩擦力， 同时将吸盘 27 设置为圆盘状， 增加受力面积， 有效防止四轮车架 26 从玻窗上滑落下来。 0046 本发明的工作原理是 ： 通过真空泵251抽气， 使聚氨酯吸盘27吸附在玻璃壁面上， 为四轮车架 26 的滑动提供足够的摩擦力， 同时防止四轮车架 26 从玻窗上滑落下来 ； 0047 利用加速度计实现对人手姿态的测量， 测得的加速度值通过微控制器 12 进行运 算处理得到方向控制信号， 通过无线控制四轮车架 26 自由移动 ； 0048 在四轮车架26上固定清洁布条， 在四轮车架26的移动过程中， 通过清洁布条吸附 灰尘、 毛发等杂质， 同时具有良好的吸水效果。 说 明 书 CN 102138760 B 6 1/4 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102138760 B 7 2/4 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 102138760 B 8 3/4 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 102138760 B 9 4/4 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 102138760 B 10 。