CN103445731B - 双柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人，用于中低层建筑的玻璃幕墙清洗工作。双柔索驱动机构，采用双柔索驱动的方式，依靠柔索与辊轮间的摩擦力实现柔索收放，再通过辊轮驱动电机带动主动辊轮旋转，依靠双柔索的协调收放实现本发明在清洗平面内的移动。偏角检测机构用于检测柔索与导向滑杆之间的夹角，然后反馈给微控制器，通过程序计算，得出辊轮驱动电机需要的运转速度和转数，从而使得两个辊轮驱动电机可以协调运动，使本发明更加准确的沿着直线轨迹到达目标位置，减少了运动路程，提高了快速性，准确性。结合双柔索驱动机构和偏角检测机构，本发明可以实现在清洗平面内的任意位置的移动和快速调整，提高清洗效率。

Description

双柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人

技术领域

本发明涉及一种清洗玻璃幕墙壁面的移动机器人，其由两条柔索驱动，适用于中低层建筑玻璃幕墙的清洗。

背景技术

目前，对建筑物玻璃幕墙的清洗工作主要还是由清洗工人搭乘吊篮或腰系绳索完成的，这种方式完全依赖人工，不但劳动强度大，工作效率又低，而且十分危险，属于极限作业。双柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人可以将人们从危险的高空作业环境中解脱出来，不仅可以避免事故的发生，提高清洗效率，而且能够美化城市环境，具有十分广阔的应用前景。

国内北京蓝星哈工大机器人技术有限公司研制的一种壁面清洗机器人(专利号：ZL01202018.4)，其技术特征是采用单吸盘吸附轮式移动机构，工作效率较高、清洗效果较好，但不能跨越壁面窗框等障碍。

北京航空航天大学研制的一种擦窗机器人(专利号：ZL00201085.2)，其技术特征是采用框架式多足多吸盘吸附移动机构，对壁面凹凸有一定的适应能力，但移动速度低，工作效率不高。

中国发明专利《高层建筑壁面清洗机器人移动机构》（申请（专利）号：201010140679.6）针对高层建筑壁面，提出了一种采用水平柔索轨道与卷扬系统实现左右、上下移动的壁面清洗机器人移动机构，水平与竖直运动解耦控制，控制算法易于实现，但水平运动时很容易出现左右晃动，使运动不平稳。

本发明的研究人员发现，上述以及现有技术中的类似玻璃幕墙清洗机器人存在不能跨越壁面窗框等障碍或是对壁面凹凸适应能力差等问题，且存在移动速度低、清洗效率不高、运动不平稳和运动范围在结构上受限等缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计一种仿蜘蛛在空间运动方式的仿生爬壁清洗机器人，其结构简单可靠，壁面适应能力强，运动平稳灵活，运动范围不受结构的限制。其具有双柔索驱动机构和偏角检测机构，依靠协调收放两根柔索来实现玻璃幕墙上任意位置的移动，可应用于中低层建筑的玻璃幕墙清洗工作。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

双柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人，其组成包括双柔索驱动机构、偏角检测机构。

本发明设计的双柔索驱动机构由两条柔索、两组轮组以及两辊轮驱动电机和码盘组成。每组轮组由两个带四个槽的槽轮式辊子组成，包括一个主动辊轮和一个从动辊轮，主动辊轮在上、从动辊轮在下，两轮组左右对称安装于前后两支撑板之间，两主动辊轮分别与两辊轮驱动电机相连，辊轮驱动电机为带涡轮蜗杆减速器的直流电机。本发明采用双柔索驱动的方式，两根柔索的一端分别固定在幕墙清洗区域两个顶端，呈倒八字悬挂，提高本发明的运动稳定性，柔索的另一端分别从幕墙清洗机器人的两组轮组上绕过，柔索先从主动辊轮的第一个槽的内侧绕到从动辊轮第一个槽的内侧，再由从动辊轮第一个槽的外侧绕到主动辊轮第二个槽的外侧，依次缠绕形成“0”字螺旋。这样相邻两槽导向的柔索之间不会发生干涉，而且柔索可收放的长度不受槽的任何影响，本发明可达工作位置不受辊轮槽的数量的影响。辊轮驱动电机上的涡轮蜗杆减速器可以使本发明实现自锁，保证本发明安全可靠的性能。直流电机的减速箱输出两个动力轴，其一为给主动辊轮（14）传递动力的蜗杆轴；其二为与蜗杆轴的速度比为12:1的轴，其后固定码盘，用于测量辊轮驱动电机的转数。通过辊轮驱动电机带动主动辊轮旋转，靠柔索与辊轮间的摩擦力收放柔索。柔索的协调收放实现本发明在清洗平面内上下左右方向的移动。

本发明设计的偏角检测机构包括导向滑杆、滑杆支架、电位器、电位器支架和导向套。导向滑杆通过U型架安装于本发明前后连接板上端，对偏角检测机构起支撑与导向作用，保证偏角检测机构在水平方向上移动。滑杆支架与电位器支架通过螺栓实现可靠连接，滑杆支架两侧开有通孔，导向滑杆从中穿过，滑杆支架可以在导向滑杆上滑动，电位器支架上连接有电位器和导向套，电位器的作用是将空间内柔索与导向滑杆之间的夹角转换成单片机能接受的电信号。导向套的柔索导向孔内径略大于柔索的直径，与其成的电位器连接孔与电位器相连，用紧固螺钉固定。柔索通过柔索导向孔带动导向套转动，导向套通过电位器连接孔带动电位器的轴转动，这样随着柔索与导向滑杆之间角度的不同，可以实时检测出柔索与导向滑杆之间的夹角，然后反馈给单片机，经单片机计算处理，得出辊轮驱动电机需要的运转速度和转数，从而使得两个辊轮驱动电机可以协调运动，驱动两主动辊轮收放柔索，使本发明向目标位置平稳运动，并且准确的沿着直线轨迹到达目标位置，减少了运动路程，提高了快速性，准确性。

结合双柔索驱动机构和偏角检测机构，本发明可以实现在清洗平面内的任意位置的移动和快速调整，提高清洗效率。本发明结构简单、轻巧，本发明主体材料采用铝合金制作，不仅强度高，而且重量轻。

本发明的有益效果是：

（1）通过偏角检测机构中的电位器实时检测出柔索与导向滑杆之间的夹角，可计算得到本发明在清洗平面内的上下左右位置信息，从而获得柔索收放的控制值比例关系；

（2）设计了水平的导向滑杆，来适应电位器和其支架的水平位置变化，以便于精确实时的检测出柔索与导向滑杆之间的夹角；

（3）本发明的两侧分别由双柔索驱动，两根柔索又分别由直流电机驱动。通过两个柔索的收放长度的协调配合，实现本发明在清洗平面内上下左右的移动；

（4）为了增大柔索的摩擦力，设计了两个带有4个槽的柔索缠绕辊子，使柔索按“0”字缠绕方式绕过三圈，有效地增大了摩擦力；

（5）本发明结构简单且采用铝合金材料，不仅强度高，而且重量轻；

（6）本发明采用双柔索驱动方式，使用时悬挂在幕墙上，而辊轮驱动电机带有能自锁的涡轮蜗杆减速器，保证本发明的安全可靠。

附图说明

图1为本发明的双柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人的主视图；

图2为本发明的双柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人的左视图；

图3为本发明的双柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人的偏角检测机构的结构图；

图4为本发明的双柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人的柔索与轮组缠绕方式示意图；

图5为本发明的双柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人的导向套结构示意图。

在图1、图2、图3、图4中：1：柔索，2：导向套，3：导向滑杆，4：涡轮蜗杆减速器，5：码盘，6：辊轮驱动电机，7：旋转刷子，8：刷子电机，9：水罐，10：喷水控制阀，11：喷头，12：从动辊轮，13：螺旋桨，14：主动辊轮，15：滑杆支架，16：电位器支架，17：电位器，18：U型架，19：后支撑板，20：前支撑板，21：紧定螺钉。在图5中：22：电位器连接孔，23：紧定螺钉孔，24：柔索导向孔。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的具体结构及实施方式。

本发明设计的双柔索驱动机构由两条柔索1、两组轮组以及两个辊轮驱动电机6和两个码盘5组成。每组轮组由两个带四个槽的槽轮式辊子组成，包括一个主动辊轮14和一个从动辊轮12，主动辊轮14在上从动辊轮12在下，两轮组左右对称安装于前支撑板20与后支撑板19之间，两主动辊轮14分别与两辊轮驱动电机6相连，辊轮驱动电机6为带涡轮蜗杆减速器4的直流电机。本发明采用双柔索驱动的方式，两根柔索1的一端分别固定在幕墙清洗区域两个顶端，呈倒八字悬挂，提高本发明的运动稳定性，柔索1的另一端分别从本发明的两组轮组上绕过，柔索1先从主动辊轮14的第一个槽的内侧绕到从动辊轮12第一个槽的内侧，再由从动辊轮12第一个槽的外侧绕到主动辊轮14第二个槽的外侧，依次缠绕形成“0”字螺旋。这样相邻两槽导向的柔索1之间不会发生干涉，而且柔索1可收放的长度不受槽的任何影响，本发明可达工作位置不受槽的数量的影响，即本发明运动范围不受结构的限制。辊轮驱动电机6上的涡轮蜗杆减速器4可以使本发明实现自锁，保证本发明安全可靠的性能。直流电机的减速箱输出两个动力轴，其一为给主动辊轮14传递动力的蜗杆轴；其二为与蜗杆轴的速度比为12:1的轴，其后固定码盘5，用于测量辊轮驱动电机6的转数。通过辊轮驱动电机6带动主动辊轮14旋转，靠柔索1与辊轮间的摩擦力实现柔索收放，因此，可以通过两辊轮驱动电机6之间的协调动作实现本发明在清洗平面内上下左右方向的移动。

本发明设计的偏角检测机构包括导向滑杆3、滑杆支架15、电位器17、电位器支架16和导向套2。导向滑杆3通过U型架18安装于本发明上端，对偏角检测机构起支撑与导向作用，保证偏角检测机构在水平方向上移动。滑杆支架15与电位器支架16通过螺栓实现可靠连接，滑杆支架15两侧开有通孔，导向滑杆3从中穿过，滑杆支架15可以在导向滑杆3上滑动，电位器支架16上连接有电位器17和导向套2，电位器17的作用是将空间内柔索与水平的转角转换成单片机能接受的信号，

导向套2的柔索导向孔24内径略大于柔索的直径，与其成的电位器连接孔22与电位器17相连，用紧固螺钉21固定。柔索1通过柔索导向孔24带动导向套2转动，导向套2通过电位器连接孔22带动电位器17的轴转动，这样随着柔索1与导向滑杆3之间角度的不同，可以检测出柔索1与导向滑杆3之间的夹角变化，然后反馈给单片机，经单片机计算处理，得出辊轮驱动电机6需要的运转速度和转数，从而使得两个辊轮驱动电机6可以协调运动，驱动两主动辊轮14收放柔索1，使本发明向目标位置平稳运动，并且准确的沿着直线轨迹到达目标位置，减少了运动路程，提高了快速性，准确性。

本发明工作过程如下：两根柔索1的一端分别固定在需清洗的幕墙上方两端，柔索1另一端分别从本发明的两组轮组上绕过，柔索1先从主动辊轮14的第一个槽的内侧绕到从动辊轮12第一个槽的内侧，再由从动辊轮12第一个槽的外侧绕到主动辊轮14第二个槽的外侧，依次缠绕形成“0”字螺旋；螺旋桨13旋转产生推力，实现本发明在垂直幕墙上的吸附功能，并产生刷子7清洗所需的正压力；储存在水罐9中的水经喷水控制阀10输送至喷头11，由喷头11喷出水雾，两个旋转刷子7在两个刷子电机8的驱动下旋转，开始玻璃壁面的清洗。同时，单片机控制辊轮驱动电机6转动，驱动两个主动辊轮14转动，此时，本发明开始在幕墙平面内移动。通过本发明所述的偏角检测机构，检测出柔索1与滑杆之间3的夹角，然后反馈给单片机，单片机通过程序的计算，得出辊轮驱动电机6需要的运转速度和转数，然后通过码盘5记录电机转数，反馈给单片机，实现电机的闭环控制，从而使得两个辊轮驱动电机6可以协调驱动两轮组收放柔索1。当两辊轮同时收或放柔索1时，本发明向上或向下运动，当两轮组一收一放柔索1时，本发明左右运动。整个清洗过程由单片机控制，并采用蓝牙模块实现无线遥控，操作人员可以通过遥控器远程遥控操作。

Claims (2)

1.一种双柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人，包括双柔索驱动机构、偏角检测机构，其特征在于：所述双柔索驱动机构，由两条柔索（1）、两组轮组以及两辊轮驱动电机（6）和码盘（5）组成，每组轮组由两个带四个槽的槽轮式辊子组成，包括一个主动辊轮（14）和一个从动辊轮（12），主动辊轮（14）在上从动辊轮（12）在下，两轮组左右对称安装于前支撑板（20）与后支撑板（19）之间，两主动辊轮（14）分别与两辊轮驱动电机（6）相连，辊轮驱动电机（6）为带涡轮蜗杆减速器（4）的直流电机；所述的双柔索驱动机构的两根柔索（1）的一端分别固定在幕墙清洗区域两个顶端，呈倒八字悬挂，柔索（1）的另一端分别从两组轮组上绕过，柔索（1）先从主动辊轮（14）的第一个槽的内侧绕到从动辊轮（12）第一个槽的内侧，再由从动辊轮（12）第一个槽的外侧绕到主动辊轮（14）第二个槽的外侧，依次缠绕形成“0”字螺旋；直流电机的减速箱输出两个动力轴，其一为给主动辊轮（14）传递动力的蜗杆轴；其二为与蜗杆轴的速度比为12:1的轴，用于固定码盘（5）。

2.根据权利要求1所述的一种双柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于：所述的偏角检测机构包括导向滑杆（3）、滑杆支架（15）、电位器（17）、电位器支架（16）和导向套（2），导向滑杆（3）通过U型架（18）安装于机器人上端，滑杆支架（15）与电位器支架（16）通过螺栓实现可靠连接，滑杆支架（15）两侧开有通孔，导向滑杆（3）从中穿过，电位器支架（16）上连接有电位器（17）和导向套（2），电位器（17）和导向套（2）上的电位器连接孔（22）通过紧钉螺钉（21）连接，柔索（1）通过柔索导向孔（24）穿过导向套。