【摘 要】该文章设计了一种玻璃窗面清洁机器人载体的新方式，方案以单片机为核心，使用L298N作为驱动器，利用微控制器内部的外部中断功能进行实时的边缘检测，并对被采集信号进行判断，之后结合电机驱动模块进行路径行走，完成对窗面的清洁。该机器人设计轻巧，稳定性高，且擦窗效率高。 【关键词】擦窗机器人 单片机 吸附式 自动
1.引言
随着近几年来城市化进程的不断加快，城市大规模基础项目改造的不断开展，高层建筑日趋增多，如何高效、安全地进行玻璃窗面清洁作业的问题越来越得到人们的重视。作为极限作业机器人之一的玻璃窗面清洁机器人应运而生，玻璃窗面清洗机器人的研制与使用，将大大减轻在清洁玻璃时的劳动力，提高劳动生产率，具有一定的社会、经济意义和广阔的应用前景。金属弯管
2.擦窗机器人结构设计
实验室制硝酸
在实际生活中，擦窗机器人还未能广泛应用，其主要原因是价格高，清洁效果差，体积和重量大等原因，本团队设计的擦窗机器人较好的解决了以上问题，它制作成本低，结构简单，重量轻，并能实现智能擦玻璃。
㈠吸附机构设计
擦窗机器人的关键技术之一就是实现吸附功能，运用真空泵，使吸盘产生真空，依靠压力差使其产生吸附力，使机器人贴附于壁面上。将吸盘安装在整体结构的中间位置，这种设计保证了在清洗的时候整体结构更平稳，清净更加干净。并且对吸盘进行改造，在吸盘表面包裹了一层质地柔软的清洁布，在提供一定的清洁效果的同时，提高了擦窗机器人可移动性。 ㈡ 移动机构
驱动电机的选择要综合考虑机器人各组成部分的重量、清洁效率等性能指标，估计机器人的总重量为2千克，移动速度为0.4米每秒，因此根据公式 =8W，可计算得到前进所需功率至少为8瓦。加上清洁所需的功率大概为2w，再考虑摩檫损失等因素，最终选择功率大小
为15w的直流12v减速电机作为驱动电机。对于车轮的选择该设计采用履带来实现前进功能，使用履带增加了与玻璃的接触面积，大大提高机器人的爬行能力与稳定性，使得其控制方式也简化了。
车轮前进受力分析，车轮和吸盘在主体板上的位置。擦窗机器人整体为分析对象，F1为壁面对前轮的支持力，F2吸盘的吸力，F3为壁面对后轮的支持力。所购买的微型真空泵吸气时负压为 50-80Kpa ，这里安全考虑，取负压（即真空度）为50 ，吸盘截面半径为30mm，则理论计算一个吸盘最大可承载的外拔力为：
取安全系数为 2.0，则：1/2F2=132N由受力平衡得：F1+F3=F2。
以后轮为转动轴：F1 190+ G 45=F2 70，其中G=2KG 10=20N
解得：F1=92N；F3=F2-F1=264-44=171.9N，所以摩擦因数u>92/171.9=0.535，由于清洁机器人向上爬的力主要是由后轮与玻璃之间摩擦力提供的，而玻璃与后轮的摩擦因数小（下面有实验数据，由于是半湿擦，所以取摩擦系数约为 0.6），因此通过改变上述三个力的分布以增大 F3，可以防止后轮打滑。实验时将一块40 40 10（mm?）的处理橡胶放在
一块玻璃上，然后在橡胶上加载，用弹簧秤匀速拉动橡胶，然后计算摩擦系数。分别在湿润和干燥两种情况下进行了简单的实验，最终测试数据如表1：鸟笼的制作
载荷（N） 摩擦力（N） 摩擦系数 平均值
半干燥 10 6.1 0.610
0.61
20 12.3 0.615
30 18.3 0.610
40 24.2 0.605
湿润 10 2.2 0.220调浮标
0.22
20 4.5 0.225
30 6.7 0.223
40 8.9 0.223
包装箱制作
实验结果表明，半干燥时的摩擦系数满足前进时的摩擦系数，但若换成湿润擦将出现后轮打滑的现象。去污剂
系统硬件电路由STC12C5A60S2最小系统、电机驱动电路、键盘与显示电路、系统电源模块电路组成。下面仅对部分电路模块进行介绍。
㈠ 电机驱动电路 驱动芯片采用高电压、大电流电机驱动芯片L298N。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。且仅用单片机的两个端口给出PWM信号控制使能端A，B即可实现直行、转弯、加减速等动作。
㈡ 键盘与显示模块、声光报警电路 显示模块是用户进行信息交流的平台，键盘电路由2个按键组成，显示电路采用液晶显示模块，光报警电路由高亮的发光二极管组成。
4.系统软件设计
擦窗机器人的软件设计是实现自动擦窗的关键，首先是路径规划问题，需要分析各种方案的优劣，在对常见的玻璃窗进行研究后，发现以Z字形进行遍历的方案可行性高，在确定路径规划后还要确定轻触开关的按放位置，程序运行要实时读取轻触开关的回传值，并做出相应的动作，在程序中还要调节PWM的参数，使得小车平稳的运行，整个设计主要包括电机驱动设计，PWM输出设计、边缘检测设计、按键检测程序设计、显示程序的设计、下面仅给出系统软件设计总流程图，如图3所示。
图3 系统软件设计总流程图
5.结论
本设计通过真空吸盘加真空泵组合实现吸附，利用履带小车结构实现在玻璃上的移动，通过调节PWM的占空比来调节真空泵以及L298的功率，使得履带小车既能安全有效的吸附在玻璃上，又保证履带小车有足够的驱动力使其能平稳的在玻璃移动，在这基础上加入清洁机构，以及边缘检测机构，实现对玻璃窗面的清洁，该擦窗机器人的设计省时、省力、
整个清洁过程全部自动控制，减轻了人为操作的负担，整体结构设计轻便小巧、成本低。目前清洁机器人因为其实用性强而发展前景十分好，下一步将从成本的降低和功能上继续对其进行完善。
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