CN116327029A - 一种双侧激光除污的擦窗机器人及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于擦窗机器人技术领域，公开了一种双侧激光除污的擦窗机器人，包括窗内工作机和窗外工作机，窗内工作机和窗外工作机吸合在玻璃内外表面同时进行玻璃内外表面清洁工作，窗内工作机包括窗内机体激光清洁单元，移动单元，窗内机体吸附单元，窗内机体检测单元和窗内机体电控单元，窗外工作机包括窗外机体激光清洁单元，窗外机体吸附单元，窗外机体检测单元和窗外机体电控单元。本发明结合离心风机和磁铁的吸合，减小了能耗和安全隐患。通过比对内外两个视角的图像判断污垢在内侧或外侧，内外机体的激光可穿透玻璃，使某一侧玻璃表面污垢在正反两侧窄脉宽激光的冲击下，快速脱落玻璃表面的效果，提升了玻璃清洗的速度和效果。

Description

一种双侧激光除污的擦窗机器人及方法

技术领域

本发明属于擦窗机器人技术领域，尤其涉及一种双侧激光除污的擦窗机器人及方法。

背景技术

城市中的高楼大厦常常使用大面积玻璃，这些高空玻璃幕墙非常容易受到污染，如灰尘、雨渍、鸟类粪便等，久而久之玻璃表面的污渍会慢慢干涸并牢固的粘连在玻璃墙体上，影响室内人员的视野和采光效果，也极大影响了建筑物的美观度，因此需要定期对玻璃墙等进行清洗。

为了解决高楼玻璃外墙清洁卫生的难题，现在已经有一些关于擦窗机器人的研究和设计，市场上也有一些可用的擦窗产品。但市场上常见的擦窗机器人多依靠湿布擦拭清洗的方式去除表面灰尘，对于干涸的固体泥垢、粪便等难以去除。此外常见的擦窗机器人多为单面擦窗，擦窗机器人在玻璃外面采用风机吸附于玻璃表面，单面工作不能同时进行内外玻璃表面清洗，工作效率低，同时单面擦窗机器人单靠风机产生吸附力需要消耗大量的能量，还存在吸附力变化导致脱落等安全隐患。

发明内容

本发明目的在于提供一种双侧激光除污的擦窗机器人及方法，以解决上述的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种双侧激光除污的擦窗机器人及方法的具体技术方案如下：

一种双侧激光除污的擦窗机器人，包括窗内工作机和窗外工作机，窗内工作机和窗外工作机吸合在玻璃内外表面同时进行玻璃内外表面清洁工作，所述窗内工作机包括窗内机体外壳和窗内机体底盘，所述窗内机体底盘盖合在窗内机体外壳的底部，窗内机体外壳内部具有用于清除玻璃表面污物的窗内机体激光清洁单元，用于驱动窗内工作机移动的移动单元，用于提供吸附力的窗内机体吸附单元，用于检测玻璃表面清洁程度的窗内机体检测单元，用于控制窗内机体激光清洁单元、移动单元、窗内机体吸附单元、窗内机体检测单元工作的窗内机体电控单元，所述窗内机体激光清洁单元、移动单元、窗内机体吸附单元、窗内机体检测单元均与窗内机体电控单元电连接；所述窗外工作机包括窗外机体外壳和窗外机体底盘，所述窗外机体底盘盖合在窗外机体外壳的底部，所述窗外机体外壳内部具有用于清除玻璃表面污物的窗外机体激光清洁单元，用于提供吸附力，保证窗外工作机不掉落的窗外机体吸附单元，用于检测玻璃表面清洁程度的窗外机体检测单元，用于控制窗外机体激光清洁单元、窗外机体吸附单元、窗外机体检测单元工作的窗外机体电控单元，所述窗外机体激光清洁单元、窗外机体吸附单元、窗外机体检测单元均与窗外机体电控单元电连接。

进一步的，所述窗内机体外壳的上表面具有窗内机体急停按钮和窗内机体启停开关，所述窗内机体外壳的上表面两侧具有窗内机体抓持把手，所述窗内机体外壳的前方具有窗内机体激光输出头安装孔和窗内机体检测头孔洞，所述窗内机体激光输出头安装孔为竖直长条形孔位，用于探出窗内机体激光清洁单元的激光输出头，其长度和宽度满足激光输出头上下转动的活动范围要求，所述激光输出头能够沿竖直长条形孔位改变发射方向，窗内机体检测头孔洞用于探出窗内机体检测单元，所述窗外机体外壳的上表面具有窗内机体急停按钮和窗内机体启停开关，所述窗外机体外壳的上表面两侧具有窗外机体抓持把手，所述窗外机体外壳的前方具有窗外机体激光输出头安装孔和窗外机体检测头孔洞，所述窗外机体激光输出头安装孔为竖直长条形孔位，用于探出窗外机体激光清洁单元的激光输出头，所述窗外机体检测头孔洞用于探出窗外机体检测单元。

进一步的，所述窗内机体吸附单元包括真空吸附装置和窗内机体磁吸装置，所述真空吸附装置包括窗内工作机底部的窗内机体底盘中心开设的空腔和安装在空腔上的离心风机，所述空腔中心具有吸附孔，所述窗内机体底盘底部边缘与玻璃内表面紧密贴合形成密封，所述离心风机高速旋转通过吸附孔抽取窗内机体底盘底部的空气从而产生负压，所述窗内机体磁吸装置包括窗内机体底盘底部边缘的窗内机体永磁铁和窗内机体底盘中间的电磁铁；所述窗外机体吸附单元包括窗外机体底盘底部边缘的窗外机体永磁铁和窗外机体底盘中间的磁传感器，所述磁传感器用于监测运动过程中磁力变化，所述窗内工作机借助电磁铁和窗内机体永磁铁与窗外工作机的窗外机体永磁铁相互吸引，通过调整电磁铁中的电流，改变磁场强度。

进一步的，所述移动单元包括左右对称设置的主动轮组，所述主动轮组安装在窗内机体底盘上的吸附孔两侧，所述主动轮组选用前后设置的同步轮通过皮带传动。

进一步的，所述移动单元还具有行程检测装置。所述行程检测装置包括一个光栅轮和一组对射传感器，所述光栅轮安装于窗内机体底盘一侧边缘，与两组同步轮构成三角位型，所述对射传感器安装于光栅轮的两侧，所述对射传感器通过扫描光栅轮上的光栅计算光栅轮的运动步长。

进一步的，所述移动单元包括设置在窗内机体底盘四角的小型的窗内机体导向轮，所述窗外机体底盘四角具有窗外机体导向轮。

进一步的，所述窗内机体激光清洁单元包括激光发生器、激光输出头和激光器转动关节，所述激光发生器固定在移动单元上方的平台上，激光输出头通过激光器转动关节与激光发生器连接，所述转动关节控制激光输出头转动，所述激光输出头的头部透过窗内机体外壳前方的窗内机体激光输出头安装孔，探出在外侧，便于发射的激光直接照射在玻璃表面。

进一步的，所述窗内机体激光清洁单元包括光束调整传输装置，所述光束调整传输装置连接在激光输出头和激光器转动关节之间，所述光束调整传输装置中有光纤等导光条，用于将激光发生器产生的激光引导至激光输出头，所述激光输出头内部通过透镜的变换改变发射激光的焦距。

进一步的，所述窗内机体检测单元为摄像头，所述窗外机体激光清洁单元结构与窗内机体激光清洁单元相同，窗外机体检测单元结构与窗内机体检测单元相同，所述激光脉冲能量范围为100mJ~10J，所述激光发生器发射的激光功率为1-10w，激光的脉宽为1-100ns，激光的焦距为10-20cm。

本发明还公开了一种双侧激光除污的擦窗机器人的控制方法，包括如下步骤：

吸附控制步骤：将窗内工作机和窗外工作机对准分别放置在玻璃内外表面，按下窗内机体启停开关启动窗内工作机，按下窗外机体启停开关启动窗外工作机，窗内机体电控单元控制窗内机体吸附单元开始工作，窗外机体电控单元控制窗外机体吸附单元开始工作，窗内工作机和窗外工作机互相吸合；

移动控制步骤：窗内工作机和窗外工作机互相吸合后，窗内机体电控单元控制移动单元按程序设定的运动路径，窗外工作机在永磁体的吸引下同步运动；

检测步骤：窗内机体检测单元和窗外机体检测单元检测玻璃表面是否存在污渍以及判断污渍的位置和类别；窗内机体检测单元和窗外机体检测单元以设定的工作频率判断视图范围内污渍是否清洗干净；检测污渍位于玻璃内侧还是外侧；根据内外拍摄图片的距离推断污渍位于玻璃内侧还是外侧，利用变换矩阵计算出其在擦窗机器人坐标系下的位置，最后反馈给窗内机体电控单元和窗外机体电控单元，同时调整两侧激光发生器参数，共同清理该污渍；

激光去污步骤：根据内外污渍程度，窗内机体电控单元和窗外机体电控单元分别控制窗内机体激光清洁单元和窗外机体激光清洁单元工作，两侧激光发生器不断发射窄脉宽激光束，两侧激光输出头在激光器转动关节带动下以固定角速度上下转动，对行进路线上的玻璃表面来回扫描清洁；

激光调整步骤：如果污渍位于窗户内侧玻璃，则调整窗内工作机的激光发生器功率，同时调整窗外工作机的激光发生器焦距和脉宽，使外侧激光发生器发射的窄脉宽激光脉冲穿透玻璃后，在内侧污渍点产生最大振动；反之如果污渍位于玻璃外侧，则调整窗内机体的激光发生器焦距和脉宽，使窗内激光能够穿透玻璃在外侧表面产生最大振动能量，借助内外两侧激光发生器发射激光的同时作用去除顽固的污渍；根据窗内机体检测单元和窗外机体检测单元扫描视图判断污渍是否清洗干净，并动态的调整内外机体的运动速度以及激光发生器的功率和脉宽；当图像中清洁区域像素点数或总清洗区域像素点数大于95%时达到要求，在此过程中动态的调整内外机体的运动速度以及激光发生器的功率和脉宽，擦窗机器人的运动速度与图像中的清洁率成正比，当清洁率低于50%时则完全停止以保证清洁度；

内外机体相对位置调整步骤：在窗外工作机跟随运动过程中，磁力传感器实时监测窗外机体底盘位置的磁感应强度B_测，与给定电流下电磁感应强度B电和永磁铁额定磁感应强度B_永的数值相比较，如果B_测<(B_电+B_永)*0.8，则说明窗内外机体产生了较大偏移，调整窗内工作机使内外机体保持相对同一位置，通过记录磁传感器中磁感应强度变化趋势，使窗内工作机沿磁感应强度减小的方向运动。

本发明的一种双侧激光除污的擦窗机器人及方法具有以下优点：

本发明在玻璃两侧分别设置窗内工作机和窗外工作机，窗内工作机为主机，机体包含更多设备和更大重量，用离心风机在玻璃表面和机体交界处产生负压区，提供部分吸附力。窗外工作机为从机，只包含功能性设备，重量轻，无须离心风机提供吸附力，通过布置电磁铁和永磁铁的方式使窗外工作机与窗内工作机相互吸引，为机体提供部分吸附力。

本发明结合离心风机和磁铁的吸附工作方式，离心风机只需要维持部分机体的重力，内外机体各种玻璃利用磁铁相互吸引维持剩余重力，减小了能耗。双重吸附力保障减小了安全隐患。

本发明可以通过磁传感器分析内外机体受到磁力大小和分布情况，判断内外机体的相对位置，并通过调整窗内主机位置的方式保持内外机体位置重合，维持在较大的磁力吸引范围，保证机器安全运行，提升安全性。

本发明可以通过内外机体搭载的检测单元获取待清洗玻璃两侧的彩色图像和深度图像，通过比对两个视角的图像，可以判断出污垢在玻璃的内侧或外侧，为激光发生器的瞄准提供准确的位置信息。

本发明在内外机体均搭载有激光发生器，可以发射全波段的窄脉宽激光，通过调整焦距和波长，使激光穿透玻璃，在玻璃的另一侧表面位置达到最大振动能量，使某一侧玻璃表面污垢在正反两侧窄脉宽激光的冲击下，引发剧烈震荡，达到快速脱落玻璃表面的效果，提升玻璃清洗的速度，以及成功率，保证结块干涸污渍也能被清除干净。

附图说明

图1为本发明实施例的双侧激光除污的擦窗机器人整体结构示意图。

图2为本发明实施例的窗内工作机整体结构分解示意图。

图3为本发明实施例窗内机体外壳示意图。

图4为本发明实施例窗内机体底盘示意图。

图5为本发明实施例窗内机体内部结构示意图。

图6为本发明实施例的窗外机体整体结构分解示意图。

图7为本发明实施例中双侧激光除污的擦窗机器人的一种工作流程示意图。

1-窗内工作机，11-窗内机体外壳，111-窗内机体急停按钮，112-窗内机体启停开关，113-窗内机体抓持把手，114-窗内机体激光输出头安装孔，115-窗内机体检测头孔洞，12-窗内机体激光清洁单元，121-激光发生器，122-激光输出头，123-激光器转动关节，124-光束调整传输装置，13-移动单元，131-光栅轮，132-对射传感器，133-皮带，134-同步轮，14-窗内机体底盘，141-空腔，142-吸附孔，143-窗内机体导向轮，15-窗内机体吸附单元，151-离心风机，152-窗内机体永磁铁，153、电磁铁，16-窗内机体电控单元，161-电池，162-电路板，17-窗内机体检测单元，2-窗外工作机，21-窗外机体外壳，211-窗内机体急停按钮，212-窗内机体启停开关，213-窗外机体抓持把手，214-窗外机体激光输出头安装孔，215-窗外机体检测头孔洞，22-窗外机体激光清洁单元，23-窗外机体检测单元，24-窗外机体底板，241-窗外机体导向轮，242-窗外机体永磁铁，243-磁传感器，25-窗外机体电控单元。

实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种双侧激光除污的擦窗机器人及方法做进一步详细的描述。

如图1所示，本发明的一种双侧激光除污的擦窗机器人，包括窗内工作机1和窗外工作机2。窗内工作机1和窗外工作机2吸合在玻璃内外表面同时进行玻璃内外表面清洁工作。

如图2所示，窗内工作机1包括窗内机体外壳11和窗内机体底盘14，窗内机体底盘14盖合在窗内机体外壳11的底部，窗内机体外壳11内部具有用于清除玻璃表面污物的窗内机体激光清洁单元12，用于驱动窗内工作机移动、转向等功能的移动单元13，用于提供吸附力，保证窗内工作机1不掉落的窗内机体吸附单元15，用于检测玻璃表面清洁程度的窗内机体检测单元17，用于控制窗内机体激光清洁单元12、移动单元13、窗内机体吸附单元15、窗内机体检测单元17工作的窗内机体电控单元16，窗内机体激光清洁单元12、移动单元13、窗内机体吸附单元15、窗内机体检测单元17均与窗内机体电控单元16电连接。

具体的，窗内机体外壳11盖合在窗内工作机1本体上方，用于保护壳内各单元，避免灰层进入的功能，提高了擦窗机器人的安全性。如图3所示，窗内机体外壳11的上表面具有窗内机体急停按钮111和窗内机体启停开关112，操作人员可以在醒目的位置看到并操作窗内工作机1启动或停止工作，对于危险情况也能够及时停止工作。这样的设置提高了擦窗机器人使用的安全性。窗内机体外壳11的上表面两侧具有窗内机体抓持把手113，窗内机体抓持把手13用于双手握持窗内工作机1，将窗内工作机1放置在内玻璃上或从内玻璃上取下。窗内机体外壳11的前方具有窗内机体激光输出头安装孔114和窗内机体检测头孔洞115，窗内机体激光输出头安装孔114为竖直长条形孔位，用于探出窗内机体激光清洁单元12的激光输出头122，其长度和宽度满足激光输出头122上下转动的活动范围要求，激光输出头122能够沿竖直长条形孔位改变发射方向，窗内机体检测头孔洞115用于探出窗内机体检测单元17。

窗内工作机1的窗内机体吸附单元15可以使擦窗机器人本体附着于玻璃表面并与窗内工作机吸合。优选地，本发明中的窗内机体吸附单元15通过产生负压的方式使窗内工作机1吸附于玻璃内表面；内外机体采用磁吸方式吸合。如图4所示，在一个实施例中，窗内机体吸附单元15包括真空吸附装置和窗内机体磁吸装置，真空吸附装置包括窗内工作机1底部的窗内机体底盘14中心开设的空腔141和安装在空腔141上的离心风机151，空腔141中心具有吸附孔142，窗内机体底盘14底部边缘与玻璃内表面紧密贴合形成密封，离心风机151高速旋转通过吸附孔142抽取窗内机体底盘14底部的空气从而产生负压，离心风机151能提供大约10000Pa的压强，能够完全支持窗内工作机1不发生掉落。当然，这里的吸附方式可以多种，离心风机仅是一种优选的实施方式，通过其他方式产生负压或者使用吸盘等吸附方式都属于本发明保护范围。窗内机体磁吸装置与窗外机体磁吸装置通过磁吸方式相互吸合。窗内机体磁吸装置包括窗内机体底盘14底部边缘的窗内机体永磁铁152和窗内机体底盘14中间的电磁铁153。

在一个实施例中，本发明的移动单元13包含多类轮组。优选地，移动单元3包括左右对称设置的主动轮组，本实施例中，主动轮组安装在窗内机体底盘14上的吸附孔142两侧。主动轮组选用前后设置的同步轮134和皮带133相结合的方式。同步轮134传动准确，平稳，工作时无滑动，皮带133有较大的摩擦系数，这种主动轮组方式能够保证擦窗机器人平稳可靠地运行。

在一个实施例中，本发明的移动单元13还具有行程检测装置。优选地，如图5所示，行程检测装置包括一个光栅轮131和一组对射传感器132。光栅轮131安装于窗内机体底盘14一侧边缘，与两组同步轮134构成三角位型，保证行走过程的稳定性，对射传感器132安装于光栅轮131的两侧。对射传感器132通过扫描光栅轮131上的光栅计算光栅轮131的运动步长，行程检测装置能够实时反馈擦窗机器人的移动里程，便于控制器动态地进行路径规划，调整运动方向，速度等。

优选地，本发明的移动单元13还包括一些被动轮组。在一个实施例中，被动轮组包括设置在窗内机体底盘14四角的小型的窗内机体导向轮143，窗内机体导向轮143增加了窗内工作机1移动的灵活性，可以方便地完成转向动作。

在一个实施例中，窗内机体电控单元16安放在擦窗机器人本体内部空余位置，包括窗内机体电池161和窗内机体电路板162，为窗内工作机1工作提供动力和控制程序。

如图5所示，窗内机体激光清洁单元12安装于窗内工作机1内部，窗内机体激光清洁单元12包括激光发生器121、激光输出头122和激光器转动关节123。激光发生器121固定在移动单元13上方的平台上，激光输出头122通过激光器转动关节123与激光发生器121连接，转动关节123可以控制激光输出头122在一定范围内转动，最大转动范围可以达到30°，以便能够在较小的底盘运动量的状态下覆盖更大的清洗面积，增加了激光的扫描范围，提升扫描效率。其中，激光输出头122的头部透过窗内机体外壳11前方的窗内机体激光输出头安装孔114，探出在外侧，便于发射的激光直接照射在玻璃表面。

在一个实施例中，激光发生器产生的激光脉宽在十几纳秒甚至更短，激光脉冲能量范围为100mJ~10J，激光的波长可以是全波段的可调的，包括红外、紫外和可见光。优选地，本发明使用红外波段的激光，这个波段在人眼可视范围之外，降低了所述擦窗机器人工作时对人活动的影响。

在一个实施例中，激光发生器121产生的激光功率在一定范围内可调，优选地，激光发生器21发射的激光功率为1-10w，激光的脉宽为1-100ns，激光的焦距为10-20cm。通过调整增大激光的脉宽时，激光在玻璃表面反射能量减小，更多的能量穿透玻璃，在玻璃的另一侧表面处产生较大震荡。

在一个实施例中，窗内机体激光清洁单元12还包括光束调整传输装置124，光束调整传输装置124连接在激光输出头122和激光器转动关节123之间，光束调整传输装置124中有光纤等导光条，用于将激光发生器121产生的激光引导至激光输出头122，激光输出头122内部通过透镜的变换，可以改变发射激光的焦距。优选地，发射激光的焦距可变配合激光发射方向可变，使得激光能够通过烧蚀反应发挥清洁作用的区域增大，提升了擦窗机器人清理窗户的效率。

在一个实施例中，窗内机体检测单元17为摄像头，摄像头通过窗内机体检测头孔洞115探出，对玻璃表面进行视觉识别，窗内机体检测单元17检测玻璃表面粘附的污物以及玻璃窗户的边框位置。通过实时的识别反馈，根据污渍程度动态的调整机体行进的路径、速度，检测到边框后及时的控制转向，以及检测到污渍后改变激光输出头发射激光的照射区域和发射功率，闭环控制确保玻璃的全方位清洁光亮。

如图6所示，窗外工作机2包括窗外机体外壳21和窗外机体底盘24，窗外机体底盘24盖合在窗外机体外壳21的底部，窗外机体外壳21内部具有用于清除玻璃表面污物的窗外机体激光清洁单元22，用于提供吸附力，保证窗外工作机2不掉落的窗外机体吸附单元26，用于检测玻璃表面清洁程度的窗外机体检测单元23，用于控制窗外机体激光清洁单元22、窗外机体吸附单元26、窗外机体检测单元23工作的窗外机体电控单元25，窗外机体激光清洁单元22、窗外机体吸附单元26、窗外机体检测单元23均与窗外机体电控单元25电连接。

窗外机体外壳21的上表面具有窗内机体急停按钮211和窗内机体启停开关212，用于控制窗外工作机2的启动或停止工作，窗外机体外壳21的上表面两侧具有窗外机体抓持把手213，窗外机体抓持把手213用于双手握持窗外工作机2，将窗外工作机2放置在外玻璃上或从外玻璃上取下。窗外机体外壳21的前方具有窗外机体激光输出头安装孔214和窗外机体检测头孔洞215，窗外机体激光输出头安装孔214为竖直长条形孔位，用于探出窗外机体激光清洁单元22的激光输出头，窗外机体检测头孔洞215用于探出窗外机体检测单元23。

窗外机体激光清洁单元22结构与窗内机体激光清洁单元12相同，窗外机体检测单元23结构与窗内机体检测单元17相同，此处不再赘述。

窗内机体检测单元17和窗外机体检测单元23可以获得待清洗玻璃表面的彩色图像和深度图像信息，通过图像处理技术，比对预先训练的污渍特征库，可以判断图像中需要清洗的场景，污垢的位置和大小以及定量评估污渍的清洁效果。通过比对两个视角拍摄玻璃表面深度图像，可以分辨处污渍处在玻璃的内侧或外侧。

在一个实施例中，窗内机体检测单元17和窗外机体检测单元23为深度相机，深度相机的视图范围能覆盖机器人运动前方30cm×20cm的区域，两个相机拍摄的两幅画面基本为玻璃同一区域的两侧表面。通过比对处理两幅图像可以获取污渍的位置和类别，反馈给窗内机体电控单元16和窗外机体电控单元25调整激光参数。以一块1cm厚的玻璃外侧表面某一污渍为例，窗外机体检测单元23检测到一块0.5cm²的阴影区域，距离相机15cm，而窗内机体检测单元17在同一位置检测到一块0.65cm²阴影区域，距离相机15.5cm，则可以推断出该污渍位于玻璃表面外侧，利用变换矩阵可以计算出其在机器人坐标系下的位置，最后反馈给窗内机体电控单元16和窗外机体电控单元25，同时调整两侧激光发生器参数，共同清理该污渍。

窗外工作机2的窗外机体吸附单元26可以使窗外工作机2与窗内工作机1吸合。优选地，本发明中的窗外机体吸附单元26采用磁吸方式吸合。窗外机体吸附单元26包括窗外机体底盘24底部边缘的窗外机体永磁铁242和窗外机体底盘24中间的磁传感器243，磁传感器243用于监测运动过程中磁力变化。窗内工作机1借助电磁铁153和窗内机体永磁铁152与窗外工作机2的窗外机体永磁铁242相互吸引，通过调整电磁铁中的电流，改变磁场强度，本发明中两机体可以在5mm-15mm的玻璃上正常吸附运动。在窗外工作机2跟随运动过程中，磁力传感器243实时监测窗外机体底盘24位置的磁感应强度B_测，与给定电流下电磁感应强度B电和永磁铁额定磁感应强度B_永的数值相比较，如果B_测<(B_电+B_永)*0.8，则说明窗内外机体产生了较大偏移，需要调整窗内主机使内外机体保持相对同一位置。通过记录磁传感器中磁感应强度变化趋势，使窗内主机沿磁感应强度减小的方向运动。

在一个实施例中，窗外机体底盘24四角具有窗外机体导向轮241。窗外机体导向轮241增加了窗外工作机2移动的灵活性，可以方便地完成转向动作。

如图7所示，本发明的一种双侧窄脉宽激光除污的擦窗机器人的作业方法，包括如下步骤：

吸附控制步骤：将窗内工作机1和窗外工作机2对准分别放置在玻璃内外表面，按下窗内机体启停开关112启动窗内工作机1，按下窗外机体启停开关212启动窗外工作机2，窗内机体电控单元16控制窗内机体吸附单元15开始工作，窗外机体电控单元25控制窗外机体吸附单元26开始工作，窗内工作机1和窗外工作机2互相吸合。

移动控制步骤：窗内工作机1和窗外工作机2互相吸合后，窗内机体电控单元16控制移动单元13按程序设定的运动路径，Z字型、N字型或回环型中的任意一种或多种路径行走。窗外工作机2在永磁体的吸引下同步运动。

检测步骤：窗内机体检测单元17和窗外机体检测单元23检测玻璃表面是否存在污渍以及判断污渍的位置和类别；窗内机体检测单元17和窗外机体检测单元23以设定的工作频率判断视图范围内污渍是否清洗干净；检测污渍位于玻璃内侧还是外侧。根据内外拍摄图片的距离推断污渍位于玻璃内侧还是外侧，利用变换矩阵可以计算出其在擦窗机器人坐标系下的位置，最后反馈给窗内机体电控单元16和窗外机体电控单元25，同时调整两侧激光发生器参数，共同清理该污渍。

激光去污步骤：根据内外污渍程度，窗内机体电控单元16和窗外机体电控单元25分别控制窗内机体激光清洁单元12和窗外机体激光清洁单元22工作，两侧激光发生器不断发射窄脉宽激光束，两侧激光输出头在激光器转动关节带动下以固定角速度上下转动，对行进路线上的玻璃表面来回扫描清洁。

激光调整步骤：如果污渍位于窗户内侧玻璃，则调整窗内工作机1的激光发生器功率，同时调整窗外工作机2的激光发生器焦距和脉宽，使外侧激光发生器发射的窄脉宽激光脉冲穿透玻璃后，在内侧污渍点产生最大振动；反之如果污渍位于玻璃外侧，则调整窗内机体的激光发生器焦距和脉宽，使窗内激光能够穿透玻璃在外侧表面产生最大振动能量。借助内外两侧激光发生器发射激光的同时作用去除顽固的污渍。根据窗内机体检测单元17和窗外机体检测单元23扫描视图判断污渍是否清洗干净，并动态的调整内外机体的运动速度以及激光发生器的功率和脉宽。当图像中清洁区域像素点数/总清洗区域像素点数大于95%时达到要求。在此过程中动态的调整内外机体的运动速度以及激光发生器的功率和脉宽，擦窗机器人的运动速度与图像中的清洁率成正比，当清洁率低于50%时则完全停止以保证清洁度。

内外机体相对位置调整步骤：在窗外工作机2跟随运动过程中，磁力传感器243实时监测窗外机体底盘24位置的磁感应强度B_测，与给定电流下电磁感应强度B电和永磁铁额定磁感应强度B_永的数值相比较，如果B_测<(B_电+B_永)*0.8，则说明窗内外机体产生了较大偏移，需要调整窗内工作机1使内外机体保持相对同一位置。通过记录磁传感器中磁感应强度变化趋势，使窗内工作机1沿磁感应强度减小的方向运动。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种双侧激光除污的擦窗机器人，包括窗内工作机（1）和窗外工作机（2），窗内工作机（1）和窗外工作机（2）吸合在玻璃内外表面同时进行玻璃内外表面清洁工作，其特征在于，所述窗内工作机（1）包括窗内机体外壳（11）和窗内机体底盘（14），所述窗内机体底盘（14）盖合在窗内机体外壳（11）的底部，窗内机体外壳（11）内部具有用于清除玻璃表面污物的窗内机体激光清洁单元（12），用于驱动窗内工作机移动的移动单元（13），用于提供吸附力的窗内机体吸附单元（15），用于检测玻璃表面清洁程度的窗内机体检测单元（17），用于控制窗内机体激光清洁单元（12）、移动单元（13）、窗内机体吸附单元（15）、窗内机体检测单元（17）工作的窗内机体电控单元（16），所述窗内机体激光清洁单元（12）、移动单元（13）、窗内机体吸附单元（15）、窗内机体检测单元（17）均与窗内机体电控单元（16）电连接；所述窗外工作机（2）包括窗外机体外壳（21）和窗外机体底盘（24），所述窗外机体底盘（24）盖合在窗外机体外壳（21）的底部，所述窗外机体外壳（21）内部具有用于清除玻璃表面污物的窗外机体激光清洁单元（22），用于提供吸附力的窗外机体吸附单元（26），用于检测玻璃表面清洁程度的窗外机体检测单元（23），用于控制窗外机体激光清洁单元（22）、窗外机体吸附单元（26）、窗外机体检测单元（23）工作的窗外机体电控单元（25），所述窗外机体激光清洁单元（22）、窗外机体吸附单元（26）、窗外机体检测单元（23）均与窗外机体电控单元（25）电连接。

2.根据权利要求1所述的双侧激光除污的擦窗机器人，其特征在于，所述窗内机体外壳（11）的上表面具有窗内机体急停按钮（111）和窗内机体启停开关（112），所述窗内机体外壳（11）的上表面两侧具有窗内机体抓持把手（113），所述窗内机体外壳（11）的前方具有窗内机体激光输出头安装孔（114）和窗内机体检测头孔洞（115），所述窗内机体激光输出头安装孔（）114为竖直长条形孔位，用于探出窗内机体激光清洁单元（12）的激光输出头（122），其长度和宽度满足激光输出头（122）上下转动的活动范围要求，所述激光输出头（122）能够沿竖直长条形孔位改变发射方向，窗内机体检测头孔洞（115）用于探出窗内机体检测单元（17），所述窗外机体外壳（21）的上表面具有窗内机体急停按钮（211）和窗内机体启停开关（212），所述窗外机体外壳（21）的上表面两侧具有窗外机体抓持把手（213），所述窗外机体外壳（21）的前方具有窗外机体激光输出头安装孔（214）和窗外机体检测头孔洞（215），所述窗外机体激光输出头安装孔（214）为竖直长条形孔位，用于探出窗外机体激光清洁单元（22）的激光输出头，所述窗外机体检测头孔洞（215）用于探出窗外机体检测单元（23）。

3.根据权利要求1所述的双侧激光除污的擦窗机器人，其特征在于，所述窗内机体吸附单元（15）包括真空吸附装置和窗内机体磁吸装置，所述真空吸附装置包括窗内工作机1底部的窗内机体底盘（14）中心开设的空腔（141）和安装在空腔（141）上的离心风机（151），所述空腔（141）中心具有吸附孔（142），所述窗内机体底盘（14）底部边缘与玻璃内表面紧密贴合形成密封，所述离心风机（151）高速旋转通过吸附孔（142）抽取窗内机体底盘（14）底部的空气从而产生负压，所述窗内机体磁吸装置包括窗内机体底盘（14）底部边缘的窗内机体永磁铁（152）和窗内机体底盘（14）中间的电磁铁（153）；所述窗外机体吸附单元（26）包括窗外机体底盘（24）底部边缘的窗外机体永磁铁（242）和窗外机体底盘（24）中间的磁传感器（243），所述磁传感器（243）用于监测运动过程中磁力变化，所述窗内工作机（1）借助电磁铁（153）和窗内机体永磁铁（152）与窗外工作机（2）的窗外机体永磁铁（242）相互吸引，通过调整电磁铁中的电流，改变磁场强度。

4.根据权利要求1所述的双侧激光除污的擦窗机器人，其特征在于，所述移动单元（3）包括左右对称设置的主动轮组，所述主动轮组安装在窗内机体底盘（14）上的吸附孔（142）两侧，所述主动轮组选用前后设置的同步轮（134）通过皮带（133）传动。

5.根据权利要求4所述的双侧激光除污的擦窗机器人，其特征在于，所述移动单元（13）还具有行程检测装置。所述行程检测装置包括一个光栅轮（131）和一组对射传感器（132），所述光栅轮（131）安装于窗内机体底盘（14）一侧边缘，与两组同步轮（134）构成三角位型，所述对射传感器（132）安装于光栅轮（131）的两侧，所述对射传感器（132）通过扫描光栅轮（131）上的光栅计算光栅轮（131）的运动步长。

6.根据权利要求1所述的双侧激光除污的擦窗机器人，其特征在于，所述移动单元（13）包括设置在窗内机体底盘（14）四角的小型的窗内机体导向轮（143），所述窗外机体底盘（24）四角具有窗外机体导向轮（241）。

7.根据权利要求1所述的双侧激光除污的擦窗机器人，其特征在于，所述窗内机体激光清洁单元（12）包括激光发生器（121）、激光输出头（122）和激光器转动关节（123），所述激光发生器（121）固定在移动单元（13）上方的平台上，激光输出头（122）通过激光器转动关节（123）与激光发生器（121）连接，所述转动关节（123）控制激光输出头（122）转动，所述激光输出头（122）的头部透过窗内机体外壳（11）前方的窗内机体激光输出头安装孔（114），探出在外侧，便于发射的激光直接照射在玻璃表面。

8.根据权利要求7所述的双侧激光除污的擦窗机器人，其特征在于，所述窗内机体激光清洁单元（12）包括光束调整传输装置（124），所述光束调整传输装置（124）连接在激光输出头（122）和激光器转动关节（123）之间，所述光束调整传输装置（124）中有光纤等导光条，用于将激光发生器（121）产生的激光引导至激光输出头（122），所述激光输出头（122）内部通过透镜的变换改变发射激光的焦距。

9.根据权利要求1所述的双侧激光除污的擦窗机器人，其特征在于，所述窗内机体检测单元（17）为摄像头，所述窗外机体激光清洁单元（22）结构与窗内机体激光清洁单元（12）相同，窗外机体检测单元（23）结构与窗内机体检测单元（17）相同，所述激光脉冲能量范围为100mJ~10J，所述激光发生器（21）发射的激光功率为1-10w，激光的脉宽为1-100ns，激光的焦距为10-20cm。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的双侧激光除污的擦窗机器人的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

吸附控制步骤：将窗内工作机（1）和窗外工作机（2）对准分别放置在玻璃内外表面，按下窗内机体启停开关（112）启动窗内工作机（1），按下窗外机体启停开关（212）启动窗外工作机（2），窗内机体电控单元（16）控制窗内机体吸附单元（15）开始工作，窗外机体电控单元（25）控制窗外机体吸附单元（26）开始工作，窗内工作机（1）和窗外工作机（2）互相吸合；

移动控制步骤：窗内工作机（1）和窗外工作机（2）互相吸合后，窗内机体电控单元（16）控制移动单元（13）按程序设定的运动路径，窗外工作机（2）在永磁体的吸引下同步运动；

检测步骤：窗内机体检测单元（17）和窗外机体检测单元（23）检测玻璃表面是否存在污渍以及判断污渍的位置和类别；窗内机体检测单元（17）和窗外机体检测单元（23）以设定的工作频率判断视图范围内污渍是否清洗干净；检测污渍位于玻璃内侧还是外侧；根据内外拍摄图片的距离推断污渍位于玻璃内侧还是外侧，利用变换矩阵计算出其在擦窗机器人坐标系下的位置，最后反馈给窗内机体电控单元（16）和窗外机体电控单元（25），同时调整两侧激光发生器参数，共同清理该污渍；

激光去污步骤：根据内外污渍程度，窗内机体电控单元（16）和窗外机体电控单元（25）分别控制窗内机体激光清洁单元（12）和窗外机体激光清洁单元（22）工作，两侧激光发生器不断发射窄脉宽激光束，两侧激光输出头在激光器转动关节带动下以固定角速度上下转动，对行进路线上的玻璃表面来回扫描清洁；

激光调整步骤：如果污渍位于窗户内侧玻璃，则调整窗内工作机（1）的激光发生器功率，同时调整窗外工作机（2）的激光发生器焦距和脉宽，使外侧激光发生器发射的窄脉宽激光脉冲穿透玻璃后，在内侧污渍点产生最大振动；反之如果污渍位于玻璃外侧，则调整窗内机体的激光发生器焦距和脉宽，使窗内激光能够穿透玻璃在外侧表面产生最大振动能量，借助内外两侧激光发生器发射激光的同时作用去除顽固的污渍；根据窗内机体检测单元（17）和窗外机体检测单元（23）扫描视图判断污渍是否清洗干净，并动态的调整内外机体的运动速度以及激光发生器的功率和脉宽；当图像中清洁区域像素点数或总清洗区域像素点数大于95%时达到要求，在此过程中动态的调整内外机体的运动速度以及激光发生器的功率和脉宽，擦窗机器人的运动速度与图像中的清洁率成正比，当清洁率低于50%时则完全停止以保证清洁度；

内外机体相对位置调整步骤：在窗外工作机（2）跟随运动过程中，磁力传感器（243）实时监测窗外机体底盘（24）位置的磁感应强度B_测，与给定电流下电磁感应强度B电和永磁铁额定磁感应强度B_永的数值相比较，如果B_测<(B_电+B_永)*0.8，则说明窗内外机体产生了较大偏移，调整窗内工作机1使内外机体保持相对同一位置，通过记录磁传感器中磁感应强度变化趋势，使窗内工作机（1）沿磁感应强度减小的方向运动。

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