機器人的制作方法

本發明關于一種機器人，尤其關于一種能夠清潔一板件表面的清潔機。

背景技術：

已知住家門窗的清潔方式以開窗或拆窗清洗，而大樓門窗則由清潔公司以懸吊機架設于大樓外，利用電機控制該懸吊機架升降，以毛刷或水柱清洗大樓外部門窗。然而，懸吊機架常因重心不穩而易受風吹搖擺動。為了避免對門窗的過度用力刷洗，導致人員發生滑倒或清洗器具掉落砸傷人等危險意外，故僅對能門窗略為沖水以至于無法將門窗完全清洗干凈。

圖1顯示已知技術的吸附機器人的示意圖。圖1為中國的授權公告號CN203662679U的技術。如圖1所示，吸附機器人A包括機器人本體100，機器人本體100上設有吸附單元200、行走單元300、作業單元400和控制單元500，吸附單元200主要包括吸盤和與其相連的抽風機，行走單元300設置于吸附單元200的吸盤所界定的空間外，抽風機抽走吸盤內的空氣使其內部形成負壓，從而使吸盤吸附在待作業表面上，在控制單元的控制下，吸附機器人A通過行走單元在待作業表面上行走作業，作業單元400上有清潔布，用以擦拭作業表面。所述抽風機的電流輸入端設有電流感測器600，所述控制單元接收電流感測器檢測到的電流信息，判斷吸盤處于真空狀態或漏氣狀態。

圖2顯示另一已知技術的機器人的示意圖。圖2已知技術的機器人B大致相同于圖1已知技術的機器人A，差異點在于行走單元300設置于吸附單元200的吸盤所界定的空間內。更具體而言，在吸附單元200的每一框邊的底面上，粘貼有擦拭用的清潔布271，而行走單元300設于框內，行走單元300行走時清潔布能夠擦拭窗的表面。

然而，依據前述已知技術，在行走單元300走在障礙物上時，機器人A及B會整個翹起或被掀起，而造成密閉空間的漏氣，使得機器人A及B無法被吸附于操作表面上。另外，由于行走單元與作業單元的作用力比例不當時，機器人容易打滑無法 前進，或作業單元作用力太小而擦不干凈。

技術實現要素：

本發明目的在于提供一種機器人，適于在一板件的表面上移動，其包含一本體、至少一行走元件、一吸盤及一泵模塊。至少一行走元件設置于本體，且用以使機器人在板件的表面上移動。吸盤設置于本體。泵模塊設置于本體。吸盤能夠相對于本體移動，而且機器人運作時，使本體、吸盤及板件形成一密閉空間，并且利用泵模塊使密閉空間形成負壓。

于一實施例中，吸盤所界定的空間的第一區域的面積大于本體所界定的空間的第二區域的面積。

于一實施例中，密閉空間的負壓所造成的作用力，實質上依據第二區域的面積；以及第一區域的面積中第二區域的面積以外的剩余區域的面積間的比例，分配在該至少一行走元件；以及吸盤上。于本實施例中，可以通過設計吸盤上的面積比例，即是行走單元作用力與作業單元作用力的比例，可以克服制造公差或障礙物產生作用力分配不當，導致機器人動作不良。

于一實施例中，吸盤上設有多個貫穿孔，該些樞接軸插入于該些貫穿孔內，以使吸盤能夠沿該些樞接軸的長軸移動地固定在本體上。

于一實施例中，樞接軸的長度大于界定貫穿孔的吸盤部分的厚度。

于一實施例中，該些樞接軸的長軸大致平行吸盤的底表面的法線，使得吸盤能夠沿吸盤的底表面的法線的方向移動。

于一實施例中，機器人為一清潔機。較佳的情況是，機器人更包含一清潔布，貼附于吸盤的底表面。

于一實施例中，機器人更包含至少一彈性元件，設置于吸盤及本體之間，用以通過該些彈性元件的彈性力使吸盤保持密接于板件的表面。較佳的情況是吸盤所界定的空間的第一區域的面積大致等于本體所界定的空間的第二區域的面積。

于一實施例中，機器人的本體更界定出一容置空間，該容置空間連通于該密閉空間，而且機器人更包含一氣壓感測器，設于該容置空間內用以感測該密閉空間的氣壓。

于一實施例中，機器人更包含至少一邊緣感測器，設于本體的側邊或底面，用以感測板件的邊緣。

依據本發明一實施例，由于吸盤設置成能夠相對本體移動，因此當該至少一行走元件走在障礙物上時，吸盤相對于本體移動而能夠緊密地密接在板件上，能夠保持板件、本體及吸盤所界定的密閉空間的密閉性，因而避免該密閉空間漏氣。

附圖說明

圖1顯示已知技術的吸附機器人的示意圖。

圖2顯示另一已知技術的機器人的示意圖。

圖3A顯示本發明一實施例的清潔機的俯視圖。

圖3B顯示本發明一實施例的清潔機的仰視圖。

圖3C顯示本發明一實施例的清潔機的左視圖。

圖3D顯示本發明一實施例的清潔機的前視圖。

圖4A為本發明一實施例的清潔機的功能方塊圖。

圖4B為本發明一實施例的清潔機的功能方塊圖。

圖5顯示本發明另一實施例的清潔機的前視圖。

圖6顯示本發明另一實施例的清潔機的前視圖。

附圖標號

100 機器人本體

10a 清潔機

111 行走元件

112 行走元件

120 驅動模塊

130 泵模塊

140 控制系統

160 本體

162 容置空間

170 吸盤

171 清潔布

172 樞接軸

173 彈性元件

190 電源模塊

200 吸附單元

271 清潔布

300 行走單元

400 作業單元

410 處理單元

420 感測單元

421 邊緣感測器

423 模擬數字轉換器

424 數字感測器

425 數字輸入

430 氣壓感測器

441 遙控接收器

442 控發射器

500 控制單元

600 電流感測器

具體實施方式

本發明關于一種機器人其適于在一板件的表面上移動，且其可以為一玩具、一遙控車子、一清潔機或一窗戶清洗機等。以下將以清潔機或窗戶清洗機作為例示加以說明，然而本發明不限定于清潔機或窗戶清洗機。

圖3A顯示本發明一實施例的清潔機的俯視圖。圖3B顯示本發明一實施例的清潔機的仰視圖。圖3C顯示本發明一實施例的清潔機的左視圖。圖3D顯示本發明一實施例的清潔機的前視圖。

如圖3A～圖3D所示，清潔機10a適于附著于一板件(未圖示)上并于板件上移動，用以清潔板件的表面上的微粒。板件可以為例如一直立窗。清潔機10a包含有一行走元件111及112、一本體160、一吸盤170及一泵模塊130(請參見圖4)。如圖3B及圖3C所示，本體160及吸盤170共同界定出一空間，泵模塊130連通于該空間。進行操作時，清潔機10a被置于板件上，泵模塊130抽走板件、本體160及吸盤170所界定的密閉空間 內的空氣，并使其內部形成負壓，從而使清潔機10a吸附在板件的表面上。行走元件111及112可以為帶輪、滾輪等能夠產生移動或滑動元件。并且再驅動行走元件111及112后，以使清潔機10a能夠在板件的表面上移動。

如圖3C所示，吸盤170設置成能夠相對本體160移動。再請參照圖3A，更具體而言，吸盤170上設有多個貫穿孔，多個樞接軸172插入于該些貫穿孔內，樞接軸172的長度大于界定貫穿孔的吸盤170部分的厚度，以使吸盤170能夠沿該些樞接軸172的長軸移動，藉以將吸盤170通過多個樞接軸172而能夠相對移動地固定在本體160上。較佳的情況是，該些樞接軸172的長軸大致平行吸盤170的底表面的法線，使得吸盤170能夠沿吸盤170的底表面的法線的方向移動，亦即該些樞接軸172的長軸大致平行板件表面的法線，使得吸盤170能夠沿板件表面的法線的方向移動。

于已知技術中，行走單元300沒有彈性，而且需要靠吸附單元200的吸盤的彈性，使密閉空間產生密閉性。然而，依靠吸盤的彈性來產生密閉性的缺點在于，當行走單元300遇到障礙物時，因行走單元300沒有彈性，而造成整個機器人A或B蹺起，使得密閉空間漏氣。

相對于已知技術，依據本實施例，由于吸盤170設置成能夠相對本體160移動，因此當行走元件111及112走在障礙物上時，吸盤170相對于本體160移動而能夠緊密地密接在板件上，能夠保持板件、本體160及吸盤170所界定的密閉空間的密閉性，因而避免該密閉空間漏氣。或者，當吸盤170壓在障礙物上時，清潔機10a本體還能夠相對吸盤170移動，而不會蹺起，使得該密閉空間的負壓還能夠對本體160施加作用力。

如圖3B及圖3C所示，于一實施例中，行走元件111及112設于該密閉空間的外部。而且，吸盤170所界定的空間的第一區域Aa的面積大于本體160所界定的空間的第二區域Aw的面積，而且第一區域Aa的面積減去第二區域Aw的面積等于剩余區域Ac的面積。其中，剩余區域Ac為第一區域Aa中的第二區域Aw以外的區域。由于第一區域Aa及第二區域Aw是連通的，而且第一區域Aa是由吸盤170所界定的空間；第二區域Aw是由本體160所界定，因此整個密閉空間的負壓所造成的作用力，大致上會依據第二區域Aw的面積以及剩余區域Ac的面積的比例，分配在行走元件111及112；以及吸盤170上。

相對于已知技術，因為密閉空間是一整體的無法區分，密閉空間的負壓所造成的對行走單元300的作用力和對吸附單元200的吸盤的作用力，很難分配清楚。其所造成 的結果，大致有以下幾種。如果對行走單元300的作用力大，則對吸附單元200的吸盤的作用力小，而造成清潔不干凈的問題。如果對行走單元300的作用力再更加大，則對吸附單元200的吸盤的作用力再更減小，而會有無法再使機器人A或B被吸附在垂直表面上，機器人A或B會掉落。若再遇到障礙物時整個機器人A或B會掀起來，并且造成密閉空間漏氣而使機器人A或B掉落。如果對行走單元300的作用力小，則對吸附單元200的吸盤的作用力大，造成行走單元300打滑，使得機器人A或B無法行走的問題。更具體而言，當密閉空間的負壓所造成的作用力的80％作用在吸附單元200的吸盤上時，則行走單元300會打滑，機器人A或B無法行走。

依據圖1及圖2已知技術，是利用吸盤所界定出的密閉空間的負壓，而將機器人A或B吸附于作業表面上，因此已知技術的機器人A或B的行走單元300；及吸附單元200的吸盤是一整體的且無法切割，無法分配負壓的作用力施加的位置。當行走單元300走在障礙物時，機器人A及B會整個翹起或被掀起，而造成密閉空間的漏氣，使得機器人A及B無法被吸附于操作表面上。

相對于此，依據本實施例的設計的結構，由于對行走元件111及112的作用力大致上由第二區域Aw所造成的負壓，而對吸盤170的作用力大致上由剩余區域Ac所造成的負壓。因此，能夠將對行走元件111及112的作用力；及吸盤170的作用力保持在固定值，當行走元件111及112走在障礙物時，還是有一預定的力量作用在吸盤170上，能夠避免密閉空間漏氣，使得清潔機10a通過該預定的力量而被吸附在操作表面上。

于一實施例中，吸盤170還可以包含有一清潔布171貼附于吸盤170的底表面，清潔布171具有彈性，當密閉空間產生負壓，而大氣壓大產生一作用力，作用于清潔機10a上，將清潔機10a壓在板件上，通過清潔布171的彈性維持密閉空間的密閉性。

再請參照圖3A，于一實施例中，清潔機10a更包含有多個邊緣感測器180，分別突出于本體160的四個側邊。當行走至窗戶的邊緣時，邊緣感測器180抵住窗戶的邊緣后會往內縮，此時控制系統140(如后述)會感測到邊緣感測器180傳來的信號，而立即停止清潔機10a繼續向前移動，而轉向或向后退移動。請參照圖5(如后述)，于一實施例中，清潔機10a的邊緣感測器181亦可以設置于本體160的底面，在操作狀態時，邊緣感測器181縮入于本體160的底面內，并抵住于窗戶表面，當到達窗戶邊緣時，由于已無法再抵住于表面上，邊緣感測器181會突出，并傳送信號給控制系統140，立即停止清潔機10a繼續向前移動，而轉向或向后退移動。

圖4A為本發明一實施例的清潔機的功能方塊圖。請參照圖4A，于本實施例中清潔機10a更包含一驅動模塊120及一控制系統140及一電源模塊190。電源模塊190電連接于泵模塊130、驅動模塊120及控制系統140，用以提供一電源給泵模塊130、驅動模塊120及控制系統140。于一實施例中，電源模塊190可以包含一電池模塊且更包含有電量感測模塊(未圖示)，當清潔機10a的電量不足時，電量感測模塊會提出警告聲或警告燈等，此時使用者于被通知警告后可以從板件上取下清潔機10a。于一實施例中，清潔機10a可以包含一電源線用以電連接一插座，于此實施例中一般供電由電源線提供，當斷電時電源模塊190可以做為備用的電源，并且同時發出警告聲或警告燈等。控制系統140耦接于泵模塊130及驅動模塊120，驅動模塊120接收控制系統140的控制信號來驅動行走元件111及112轉動，以使轉動中的行走元件111或行走元件112產生一位移。

圖4B為本發明一實施例的清潔機的功能方塊圖。請參照圖4B，控制系統140包括一處理單元410及一感測單元420。處理單元410控制驅動模塊120分別驅動行走元件111及112。處理單元410控制泵模塊130，藉以控制密閉空間的負壓。

于一實施例中，控制系統140還可更包括一遙控接收器441。遙控接收器441接收一搖控發射器442的一遙控信號Sw，以使控制系統140依據遙控信號Sw控制清潔機10a的行走路徑。遙控接收器441與遙控發射器442的信號傳輸方式例如為紅外線傳輸或無線傳輸，其中無線傳輸例如為ZigBee、藍牙(bluetooth)、RFIO、Wi-Fi等。

清潔機10a的遙控功能例如包括系統重置(system reset)、自動歸復、完整啟動(start)、就地啟動以及手動模式，以下將對上述功能做進一步的描述。自動歸復表示清潔機10a在完成清潔后會自動移往方便使用者取下的位置，其例如為板件的中下位置。完整啟動表示當清潔機10a行進至板件頂端后，會自頂端開始由左至右(或由右至左)，再由上而下執行清潔動作。就地啟動則表示清潔機會就原地由左至右(或由右至左)，再由上而下執行清潔動作。手動模式則包括控制清潔機的原地清潔或控制清潔機10a上下左右移動的功能。

于一實施例中，清潔機10a具有檢測門窗邊緣的功能。如圖4B所示，感測單元420可以包含有一邊緣感測器421及一模擬數字轉換器423。模擬數字轉換器423耦接于邊緣感測器421及處理單元410間，通過利用邊緣感測器421能夠檢測到板件的邊緣或板件上的一異物。邊緣感測器421可為模擬型感測器，且例如為可為紅外線、鐳射、超 音波等距離感測器。另外，邊緣感測器亦可例如是極限開關或一近接開關。控制系統140可經由模擬數字轉換器423讀取邊緣感測器421的感測值，并據以判斷清潔機與板件邊緣的距離。詳細而言，若板件為無門窗框的玻璃，且當感測值低于一低門檻值時，則表示目前未接收到玻璃的反射感測值，亦即，清潔機10a目前已接近玻璃邊緣。另一方面，若板件為邊緣具有門窗框的玻璃，且當感測值高于高門檻值設定值時，則表示清潔機10a目前已接近門窗框，故會接收到強度較高的反射感測值。

另外于一實施例中，感測單元420可以包含有一數字感測器424及一數字輸入425。數字感測器424則是以機構觸動到門窗邊緣的方法感測門窗框架，且數字感測器424例如為極限開關或近接開關。數字輸入425可為按鈕輸入或數字感測器424的輸入。

此外，于一實施例中，亦可以不通過使吸盤170所界定的空間的第一區域Aa的面積大于本體160所界定的空間的第二區域Aw的面積，來達到分配密閉空間的負壓的作用力的目的。圖5顯示本發明另一實施例的清潔機的前視圖。如圖5所示，吸盤170所界定的空間的區域；及本體160所界定的空間的區域，兩者的面積Aa大致相同。并且，于吸盤170及本體160間再設置至少一彈性元件173，通過該些彈性元件173的彈性力使吸盤170保持密接于板件的表面上。依據本實施例的設計的結構，當行走元件111及112走在障礙物時，該些彈性元件173的彈性力會作用在吸盤170上，能夠避免密閉空間漏氣，使得清潔機10a通過負壓的作用力及該些彈性元件173的彈性力的總合，而被吸附在操作表面上。

圖6顯示本發明另一實施例的清潔機的前視圖。如圖6所示，本體160更界定有一容置空間162，容置空間162連通于前述本體160及吸盤170所界定的密閉空間。如圖6以及圖4B所示，控制系統140更包括一氣壓感測器430。氣壓感測器430定時或不定時地感測前述本體160及吸盤170所界定的密閉空間的壓力，并傳送信號至控制系統140，以監控氣壓感測器430所感測到前述密閉空間的壓力，當前述密閉空間的壓力減少于一預設值；或者以一預定速度減小時，控制系統140立即立即停止清潔機10a繼續向前移動，并且回復至原先的位置；或者轉向或向后退移動，直到前述密閉空間的壓力回到正常的狀態下即可。

于一實施例中，氣壓感測器430可以為一壓電轉換器，其包含壓電材料能夠產生壓電效應，亦即當施加壓力時于其表面產生一電壓，由產生的電壓所呈現的晶體特性，來決定壓力的大小。于一實施例中，氣壓感測器430可以為壓力傳感器，其是一種硅 芯片表面的壓電電阻電橋。該芯片的背面被鉆孔，從而與芯片內部形成了壓力隔膜，該隔膜的厚度將決定其壓力范圍。當壓力作用于這一芯片上時，該隔膜將變形，從而使得電橋的電阻值根據其壓力所占的比例來改變。

依據已知技術，在抽風機的電流輸入端設有電流感測器600，由于主要是感測抽風機的電流輸入端的電流，在利用電流的變化判斷出漏氣時所花費的時間，會晚于開始漏氣的時間，當漏氣量大時會造成機器人反應來不及而從窗戶掉落。相較于已知技術，于本實施例中，由于能夠立即地檢測到前述密閉空間的壓力，并且即時地修正行進方向，而能夠避免機器人從窗戶落下。

依據本發明一實施例，由于吸盤170設置成能夠相對本體160移動，因此當行走元件111及112走在障礙物上時，吸盤170相對于本體160移動而能夠緊密地密接在板件上，能夠保持板件、本體160及吸盤170所界定的密閉空間的密閉性，因而避免該密閉空間漏氣。于一實施例中，更進一步使吸盤170所界定的空間的第一區域Aa的面積大于本體160所界定的空間的第二區域Aw的面積，藉以依據第二區域Aw的面積以及剩余區域Ac的面積的比例，分配負壓對行走元件111及112的作用力；以及對吸盤170的作用力。于一實施例中，是于吸盤170及本體160間再設置至少一彈性元件173，依據本實施例的設計的結構，當行走元件111及112走在障礙物時，該些彈性元件173的彈性力會作用在吸盤170上，能夠避免密閉空間漏氣，使得清潔機10a通過負壓的作用力及該些彈性元件173的彈性力的總合，而被吸附在操作表面上。