專利名稱：基于mems加速度計的玻窗清潔裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本 發(fā)明涉及到機(jī)械電子以及無線控制領(lǐng)域，具體地說，是一種基于MEMS加速度計 的玻窗清潔裝置。
背景技術(shù)：
高大建筑物的玻璃清洗是一項繁重而危險的勞動，人工進(jìn)行高層建筑物的清洗不 僅費用高，效率低，而且十分危險。因此具有一定靈活性、可替代人工完成高層建筑清洗任 務(wù)的玻窗清潔裝置將引起人們廣泛關(guān)注。現(xiàn)有MEMS加速度計技術(shù)發(fā)展比較成熟，所謂MEMS即微機(jī)電系統(tǒng)，是利用微米級立 體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)感應(yīng)和執(zhí)行功能的一項關(guān)鍵技術(shù)。隨著技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，MEMS加速度計的應(yīng) 用也越來越廣泛，但是將其應(yīng)用于無線控制的智能家居中還比較少見，MEMS加速度計應(yīng)用 于玻窗、地板的清潔將是一種集成創(chuàng)新。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對玻璃壁面作業(yè)的特殊狀況，研制一種結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積 小的能夠在豎直玻璃壁面上自由移動的玻窗清潔裝置。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下方案
一種基于MEMS加速度計的玻窗清潔裝置，其關(guān)鍵在于由控制設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備組成， 所述控制設(shè)備包括MEMS加速度計、微控制器以及無線發(fā)射模塊，所述MEMS加速度計利用重 力感應(yīng)采集加速度值并將獲得的加速度值傳送到所述微控制器中，該微控制器將接收到的 加速度值進(jìn)行運算處理并生成控制信號，通過所述無線發(fā)射模塊將該控制信號發(fā)送到執(zhí)行 設(shè)備；
所述執(zhí)行設(shè)備包括無線接收模塊、單片機(jī)、第一電機(jī)驅(qū)動控制器、第二電機(jī)驅(qū)動控制器 以及真空泵驅(qū)動器，其中
無線接收模塊用于接收控制設(shè)備中發(fā)出的控制信號；
單片機(jī)將無線接收模塊接收到的控制信號進(jìn)行運算處理，生成第一電機(jī)控制信號、第 二電機(jī)控制信號以及真空泵控制信號；
第一電機(jī)驅(qū)動控制器其輸出端連接有第一電機(jī)，所述第一電機(jī)驅(qū)動控制器用于接收 單片機(jī)發(fā)出的第一電機(jī)控制信號并控制第一電機(jī)工作；
第二電機(jī)驅(qū)動控制器其輸出端連接有第二電機(jī)，所述第二電機(jī)驅(qū)動控制器用于接收 單片機(jī)發(fā)出的第二電機(jī)控制信號并控制第二電機(jī)工作；
真空泵驅(qū)動器其輸出端連接有真空泵，所述真空泵驅(qū)動器用于接收單片機(jī)發(fā)出的真 空泵控制信號并控制真空泵工作；
所述執(zhí)行設(shè)備還包括一個四輪車架，所述第一電機(jī)和第二電機(jī)均固定在該四輪車架 上，在四輪車架的底盤上還安裝有吸盤，所述吸盤的吸氣口通過管道與真空泵連接，該真空 泵安裝在四輪車架上。
所述四輪 車架的底盤為一個工形連接件，該工形連接件第一橫梁的水平方向上 固定所述第一電機(jī)和第二電機(jī)，在第一電機(jī)的輸出軸上套裝第一驅(qū)動輪，在第二電機(jī)的輸 出軸上套裝第二驅(qū)動輪，所述工形連接件第二橫梁的兩端分別安裝第一從動輪和第二從動 輪，所述第一驅(qū)動輪與第一從動輪位于該工形連接件的左邊并通過第一傳送帶連接，所述 第二驅(qū)動輪與第二從動輪位于該工形連接件的右邊并通過第二傳送帶連接，所述吸盤固定 在該工形連接件的下表壁上且吸盤的吸氣口穿過該工形連接件，在該工形連接件的上表壁 上固定所述真空泵?？刂圃O(shè)備握于人手上，該設(shè)備基于MEMS加速度計的原理，通過加速度計實現(xiàn)對人 手姿態(tài)的測量，測得的加速度值通過微控制器進(jìn)行運算處理得到方向控制信號，通過無線 傳輸模塊發(fā)送到執(zhí)行設(shè)備中；
執(zhí)行設(shè)備安放于玻窗或地板上，無線接收模塊接收控制設(shè)備發(fā)送的控制信號，真空泵 主要用于抽取吸盤中的空氣，使吸盤內(nèi)的壓強(qiáng)始終小于外界大氣壓強(qiáng)，在吸盤內(nèi)形成真空 負(fù)壓，實現(xiàn)將四輪車架與玻璃壁面的緊密吸附，防止滑落。由兩個電機(jī)驅(qū)動左右兩排輪胎，通過接收到的控制信號對電機(jī)控制，實現(xiàn)兩排輪 胎的同向同速、同向差速、異向同速、異向差速的控制，從而實現(xiàn)四輪車架的上下左右轉(zhuǎn)彎 等簡單動作的執(zhí)行，達(dá)到按人的意愿以一定的軌跡進(jìn)行清潔的目的。所述工形連接件第一橫梁和第二橫梁的底面上固定有清潔布條，該清潔布條一面 為具有靜電吸附作用的纖維面料，另一面為纖維細(xì)綿。清潔布條雙面采用了不同的材質(zhì)面料，具有各自不同的特點和用途。布條一面采 用具有靜電吸附作用的纖維面料，能很好的吸附灰塵、毛發(fā)等雜質(zhì)。另一面使用了纖維細(xì) 綿，具有良好的吸水效果。所述微控制器生成的控制信號包括向前移動信號、向后移動信號、向左移動信號、 向右移動信號以及原地自動清潔信號。通過MEMS加速度計感應(yīng)到的加速度值產(chǎn)生前后左右四個方向的移動控制信號， 如果某處的玻璃特別臟，則將加速度計保持水平，實現(xiàn)原地強(qiáng)化清潔的目的。所述四輪車架上還安裝有過濾器，該過濾器的進(jìn)氣口與所述吸盤的吸氣口連接， 該過濾器的出氣口與所述真空泵連接。由于家居生活中，玻窗上的主要污染物為粉塵，為防止粉塵過多進(jìn)入真空泵，對真 空泵造成損害，在吸盤與真空泵的連接管道中間，我們接入一個過濾器，以防止粉塵進(jìn)入真空泵。所述吸盤的盤口處采用聚氨酯材料并設(shè)置成圓盤狀。聚氨酯材料跟玻璃的摩擦系數(shù)大，可提供足夠的摩擦力，同時將吸盤設(shè)置為圓盤 狀，增加受力面積，有效防止四輪車架從玻窗上滑落下來。本發(fā)明的顯著效果是將MEMS傳感器應(yīng)用在了智能家居領(lǐng)域，制作出一種微型玻 璃清潔裝置，采用無線控制和真空吸附技術(shù)，不僅大大的減小了家居清潔的勞力和清潔較 高玻窗帶來的危險，而且操作簡單、使用方便。


圖1是本發(fā)明的電路原理框圖；圖2是圖1中執(zhí)行設(shè)備2的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖2中四輪車架26底盤的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是圖2中吸盤27的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附 圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1，圖2所示，一種基于MEMS加速度計的玻窗清潔裝置，由控制設(shè)備1和執(zhí)行 設(shè)備2組成，所述控制設(shè)備1包括MEMS加速度計11、微控制器12以及無線發(fā)射模塊13，其 中MEMS加速度計11采用美新半導(dǎo)體公司生產(chǎn)二軸數(shù)字加速度計MXC6202，該傳感器是一個 I2C器件，通過SDA和SCL兩根線與微控制器12通信，微控制器12選用型號為ATMEGA16L， 無線發(fā)射模塊13采用nRF24L01無線發(fā)射模塊，功耗低，傳輸速率快，通過SPI接口與微控 制器12通信，無線傳輸理論距離可達(dá)30-60米。MEMS加速度計11利用重力感應(yīng)采集加速 度值并將獲得的加速度值傳送到所述微控制器12中，該微控制器12將接收到的加速度值 進(jìn)行運算處理并生成控制信號，由于人手握持控制設(shè)備的傾斜姿勢不同，控制信號包括向 前移動信號、向后移動信號、向左移動信號、向右移動信號以及原地自動清潔信號，最后通 過所述無線發(fā)射模塊13將該控制信號發(fā)送到執(zhí)行設(shè)備2 ；
執(zhí)行設(shè)備2包括無線接收模塊21、單片機(jī)22、第一電機(jī)驅(qū)動控制器23、第二電機(jī)驅(qū)動控 制器24以及真空泵驅(qū)動器25，其中
無線接收模塊21 采用nRF24L01無線發(fā)射模塊，與無線發(fā)射模塊13無線通信，用于接 收控制設(shè)備1中發(fā)出的控制信號；
單片機(jī)22 型號為ATMEGA16L，將無線接收模塊21接收到的控制信號進(jìn)行運算處理，生 成第一電機(jī)控制信號、第二電機(jī)控制信號以及真空泵控制信號；
第一電機(jī)驅(qū)動控制器23 其輸出端連接有第一電機(jī)231，所述第一電機(jī)驅(qū)動控制器23 用于接收單片機(jī)22發(fā)出的第一電機(jī)控制信號并控制第一電機(jī)231工作；
第二電機(jī)驅(qū)動控制器24 其輸出端連接有第二電機(jī)241，所述第二電機(jī)驅(qū)動控制器24 用于接收單片機(jī)22發(fā)出的第二電機(jī)控制信號并控制第二電機(jī)241工作，第一電機(jī)驅(qū)動控 制23和第二電機(jī)驅(qū)動控制器24的電路結(jié)構(gòu)相同，均采用電機(jī)驅(qū)動芯片L298。真空泵驅(qū)動器25 其輸出端連接有真空泵251，所述真空泵驅(qū)動器25用于接收單 片機(jī)22發(fā)出的真空泵控制信號并控制真空泵251工作；
所述執(zhí)行設(shè)備2還包括一個四輪車架26，所述第一電機(jī)231和第二電機(jī)241均固定在 該四輪車架26上并實現(xiàn)四輪車架26的自由移動，在四輪車架26的底盤上還安裝有吸盤 27，該吸盤27的吸氣口通過管道與真空泵251連接，通過真空泵251抽取吸盤27中的空氣 實現(xiàn)四輪車架26與玻璃壁面的吸附。所述四輪車架26的底盤為一個工形連接件，該工形連接件第一橫梁的水平方向 上固定所述第一電機(jī)231和第二電機(jī)251，在第一電機(jī)231的輸出軸上套裝第一驅(qū)動輪，在 第二電機(jī)241的輸出軸上套裝第二驅(qū)動輪，所述工形連接件第二橫梁的兩端分別安裝第一 從動輪和第二從動輪，所述第一驅(qū)動輪與第一從動輪位于該工形連接件的左邊并通過第一 傳送帶連接，所述第二驅(qū)動輪與第二從動輪位于該工形連接件的右邊并通過第二傳送帶連 接，所述吸盤27固定在該工形連接件的下表壁上且吸盤27的吸氣口穿過該工形連接件，在該工形連接件的上表壁上固定所述真空泵251，吸盤27與真空泵251之間還連接有過濾器 29。執(zhí)行設(shè)備2安放于玻窗或地板上，無線接收模塊21接收控制設(shè)備1發(fā)送的控制信 號，真空泵251主要用于抽取吸盤27中的空氣，使吸盤27內(nèi)的壓強(qiáng)始終小于外界大氣壓 強(qiáng)，在吸盤2 7內(nèi)形成真空負(fù)壓，實現(xiàn)四輪車架26與玻璃壁面的緊密吸附，防止滑落。由兩個電機(jī)驅(qū)動左右兩排輪胎，通過接收到的控制信號對電機(jī)控制，實現(xiàn)兩排輪 胎的同向同速、同向差速、異向同速、異向差速的控制，從而實現(xiàn)四輪車架26的上下左右轉(zhuǎn) 彎等簡單動作的執(zhí)行，達(dá)到按人的意愿以一定的軌跡進(jìn)行清潔的目的。如圖3所示，所述工形連接件第一橫梁和第二橫梁的底面上固定有清潔布條28， 該清潔布條28 —面為具有靜電吸附作用的纖維面料，另一面為纖維細(xì)綿。清潔布條28雙面采用了不同的材質(zhì)面料，具有各自不同的特點和用途。布條一面 采用具有靜電吸附作用的纖維面料，能很好的吸附灰塵、毛發(fā)等雜質(zhì)，另一面使用了纖維細(xì) 綿，具有良好的吸水效果，清潔布條28和工形連接件之間可以通過粘貼扣固定在一起。如圖4所示，所述吸盤27的盤口處采用聚氨酯材料并設(shè)置成圓盤狀，聚氨酯材料 跟玻璃的摩擦系數(shù)大，可提供足夠的摩擦力，同時將吸盤27設(shè)置為圓盤狀，增加受力面積， 有效防止四輪車架26從玻窗上滑落下來。本發(fā)明的工作原理是通過真空泵251抽氣，使聚氨酯吸盤27吸附在玻璃壁面上， 為四輪車架26的滑動提供足夠的摩擦力，同時防止四輪車架26從玻窗上滑落下來；
利用加速度計實現(xiàn)對人手姿態(tài)的測量，測得的加速度值通過微控制器12進(jìn)行運算處 理得到方向控制信號，通過無線控制四輪車架26自由移動；
在四輪車架26上固定清潔布條，在四輪車架26的移動過程中，通過清潔布條吸附灰 塵、毛發(fā)等雜質(zhì)，同時具有良好的吸水效果。
權(quán)利要求
1.一種基于MEMS加速度計的玻窗清潔裝置，其特征在于由控制設(shè)備(1)和執(zhí)行設(shè) 備(2 )組成，所述控制設(shè)備(1)包括MEMS加速度計(11)、微控制器(12 )以及無線發(fā)射模塊 (13)，所述MEMS加速度計(11)利用重力感應(yīng)采集加速度值并將獲得的加速度值傳送到所 述微控制器(12)中，該微控制器(12)將接收到的加速度值進(jìn)行運算處理并生成控制信號， 通過所述無線發(fā)射模塊(13)將該控制信號發(fā)送到執(zhí)行設(shè)備(2)；所述執(zhí)行設(shè)備(2)包括無線接收模塊(21)、單片機(jī)(22)、第一電機(jī)驅(qū)動控制器(23)、第 二電機(jī)驅(qū)動控制器(24)以及真空泵驅(qū)動器(25)，其中無線接收模塊(21)用于接收控制設(shè)備(1)中發(fā)出的控制信號； 單片機(jī)(22):將無線接收模塊(21)接收到的控制信號進(jìn)行運算處理，生成第一電機(jī)控 制信號、第二電機(jī)控制信號以及真空泵控制信號；第一電機(jī)驅(qū)動控制器(23):其輸出端連接有第一電機(jī)(231)，所述第一電機(jī)驅(qū)動控制器(23)用于接收單片機(jī)(22)發(fā)出的第一電機(jī)控制信號并控制第一電機(jī)(231)工作； 第二電機(jī)驅(qū)動控制器(24):其輸出端連接有第二電機(jī)(241)，所述第二電機(jī)驅(qū)動控制器(24)用于接收單片機(jī)(22)發(fā)出的第二電機(jī)控制信號并控制第二電機(jī)(241)工作； 真空泵驅(qū)動器(25)其輸出端連接有真空泵(251)，所述真空泵驅(qū)動器(25)用于接收單片機(jī)(22)發(fā)出的真空泵控制信號并控制真空泵(251)工作；所述執(zhí)行設(shè)備(2)還包括一個四輪車架(26)，所述第一電機(jī)(231)和第二電機(jī)(241)均 固定在該四輪車架(26 )上，在四輪車架(26 )的底盤上還安裝有吸盤(27 )，所述吸盤(27 )的 吸氣口通過管道與真空泵(251)連接，該真空泵(251)安裝在四輪車架(26)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS加速度計的玻窗清潔裝置，其特征在于所述四 輪車架(26)的底盤為一個工形連接件，該工形連接件第一橫梁的水平方向上固定所述第一 電機(jī)(231)和第二電機(jī)(241)，在第一電機(jī)(231)的輸出軸上套裝第一驅(qū)動輪，在第二電機(jī) (241)的輸出軸上套裝第二驅(qū)動輪，所述工形連接件第二橫梁的兩端分別安裝第一從動輪 和第二從動輪，所述第一驅(qū)動輪與第一從動輪位于該工形連接件的左邊并通過第一傳送帶 連接，所述第二驅(qū)動輪與第二從動輪位于該工形連接件的右邊并通過第二傳送帶連接，所 述吸盤(27)固定在該工形連接件的下表壁上且吸盤(27)的吸氣口穿過該工形連接件，在 該工形連接件的上表壁上固定所述真空泵(251)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于MEMS加速度計的玻窗清潔裝置，其特征在于所述工形 連接件第一橫梁和第二橫梁的底面上固定有清潔布條(28)，該清潔布條(28)—面為具有 靜電吸附作用的纖維面料，另一面為纖維細(xì)綿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS加速度計的玻窗清潔裝置，其特征在于所述微控 制器(12)生成的控制信號包括向前移動信號、向后移動信號、向左移動信號、向右移動信號 以及原地自動清潔信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS加速度計的玻窗清潔裝置，其特征在于所述四輪 車架(26 )上還安裝有過濾器(29 )，該過濾器(29 )的進(jìn)氣口與所述吸盤(27 )的吸氣口連接， 該過濾器(29 )的出氣口與所述真空泵(251)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS加速度計的玻窗清潔裝置，其特征在于所述吸盤 (27)的盤口處采用聚氨酯材料并設(shè)置成圓盤狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于MEMS加速度計的玻窗清潔裝置，其特征在于由控制設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備組成，控制設(shè)備包括MEMS加速度計、微控制器以及無線發(fā)射模塊，執(zhí)行設(shè)備包括無線接收模塊、單片機(jī)、第一電機(jī)驅(qū)動控制器、第二電機(jī)驅(qū)動控制器、真空泵驅(qū)動器以及四輪車架，在四輪車架上固定有第一電機(jī)、第二電機(jī)、吸盤以及清潔布條。其顯著效果是將MEMS傳感器應(yīng)用在了智能家居領(lǐng)域，制作出一種微型玻璃清潔裝置，采用無線控制和真空吸附技術(shù)，不僅大大的減小了家居清潔的勞力和清潔較高玻窗帶來的危險，而且操作簡單、使用方便。
文檔編號A47L11/40GK102138760SQ20111007636
公開日2011年8月3日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者吳限, 武新, 溫志渝, 羅國希, 董志浩 申請人:重慶大學(xué)