CN103448827A - 一种两足式爬壁清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两足式爬壁清洗机器人，涉及爬壁机器人技术领域。该机器人有一机架、安装在机架上的吸附爬行装置、转向装置、清洗装置以及控制单元；所述的吸附爬行装置包括两个对称安装在机架上的曲柄摇杆机构以及用于驱动曲柄摇杆机构运动的驱动装置，摇杆的一端与机架连接，另一端通过连杆与曲柄Ⅰ连接，曲柄Ⅰ与机架连接，摇杆上安装有支脚盘，支脚盘上安装有吸盘组，以及给吸盘组抽真空的微型真空泵Ⅰ；转向装置包括安装在机架上的转向吸盘，给转向吸盘提供动力的动力装置以及给转向吸盘抽真空的微型真空泵Ⅱ；机架上安装有防倾斜的辅助支架，辅助支架安装有辅助轮。优点：体积小、结构简单，移动速度稳定，方便在垂直面上执行清洗任务。

Description

一种两足式爬壁清洗机器人

技术领域

本发明涉及爬壁机器人技术领域，具体是一种两足式爬壁清洗机器人。

背景技术

随着近几年城市化的发展高层建筑日趋增多，如何高效、便捷、安全地进行高楼玻璃幕或瓷砖墙面的清洁作业问题逐渐被人们提上日程。高楼玻璃幕墙的清洗有四大特点：一、量大面广；二、劳动强度大；三、效率低成本高；四、具有危险性。虽然也存在擦墙功能的机器人，但大多因为体积庞大、成本高等因素而无法推广使用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种两足式爬壁清洗机器人，重量轻，结构简单，方便在垂直面上执行清洗任务。

本发明是以如下技术方案实现的：一种两足式爬壁清洗机器人，包括机架、安装在机架上的吸附爬行装置、转向装置和清洗装置，以及用于控制吸附爬行装置、转向装置和清洗装置运动与停止的控制单元；所述的吸附爬行装置包括两个对称安装在机架上由曲柄Ⅰ、连杆、摇杆构成的曲柄摇杆机构以及用于驱动曲柄摇杆机构运动的驱动装置，摇杆的一端与机架连接，另一端通过连杆与曲柄Ⅰ连接，曲柄Ⅰ与机架连接，摇杆上安装有支脚盘，支脚盘上安装有吸盘组，以及给吸盘组抽真空的微型真空泵Ⅰ；

所述的转向装置包括安装在机架上的转向吸盘，给转向吸盘提供动力的动力装置以及给转向吸盘抽真空的微型真空泵Ⅱ；

机架上安装有施力杆，施力杆通过压力弹簧与清洗装置弹性连接；

机架上安装有防倾斜的辅助支架，辅助支架安装有辅助轮。

本发明的有益效果是：可以在垂直面上运动，重量轻、结构简单，移动速度快，方便在垂直面上执行清洗任务。

附图说明

下面结合附图及实施例对发明作进一步说明。

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明底部结构示意图。

图中：1、支脚盘，2、曲柄摇杆机构，2-1、摇杆，2-2、连杆，2-3、曲柄Ⅰ，3、机架，4、轴承，5、支架，6、转向电机，7、伸缩气缸，8、主动齿轮，9、电机，10、从动齿轮，11、辅助支架，12、辅助轮，13、微型真空泵Ⅰ，14、转向吸盘，15、微型真空泵Ⅱ，16、吸盘组，17、施力杆，18、微型水泵，19、曲柄Ⅱ，20、蜗杆，21、蜗轮，22、驱动电机，23、滚筒，24、毛刷，25、喷雾管道，26、框架，27、压力弹簧，28、外壳，29、液体储存室。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种两足式爬壁清洗机器人有一机架3、安装在机架3上的吸附爬行装置、转向装置和清洗装置，以及用于控制爬行装置、转向装置和清洗装置运动与停止的控制单元。

所述的爬行装置包括两个对称安装在机架上由曲柄Ⅰ2-3、连杆2-2、摇杆2-1构成的曲柄摇杆机构2以及用于驱动曲柄摇杆机构运动的驱动装置，摇杆的一端与机架连接，另一端通过连杆与曲柄Ⅰ2-3连接，曲柄Ⅰ2-3与机架连接，摇杆上安装有支脚盘，支脚盘上安装有吸盘组，以及给吸盘组抽真空的微型真空泵Ⅰ；

所述的转向装置包括安装在机架上的转向吸盘，给转向吸盘提供动力的动力装置以及给转向吸盘抽真空的微型真空泵Ⅱ；

机架上安装有施力杆，施力杆通过压力弹簧27与清洗装置弹性连接。

机架上安装有防倾斜的辅助支架11，辅助支架11安装有辅助轮12；辅助轮12通过辅助支架11与机架3连接在一起，可随着机架3一起移动，起到辅助支撑，稳定重心、保护工作面的作用。

所述的清洗装置包括包括一框架26，框架26上设置有外壳28，外壳28内设有液体储存室29，框架26上安装有微型水泵18、两个喷雾管道25、两个滚筒23、一个毛刷24、一个曲柄Ⅱ19、一个蜗杆20、两个蜗轮21和一个驱动电机22；两个喷雾管道25固定连接在框架26上，毛刷24通过定位孔与轴配合连接在框架上26；两个滚筒23通过轴与定位孔相互配合与框架26相连，曲柄Ⅱ19安装在蜗杆20轴端，两个蜗轮与对应的蜗杆20相啮合，毛刷24的轴端与曲柄Ⅱ19通过旋转副连接，两个滚筒23与对应的蜗轮21装在同一轴上；蜗杆20与驱动电机22的旋转轴连接。

所述的框架26通过铰链与机架3连接，施力杆17通过螺栓对称固定在机架上，压力弹簧27通过螺栓定位在施力杆17与框架26之间，在施力杆与压力弹簧的作用下，清洗装置就能紧贴在工作面上，执行清洗任务。清洗装置的清洗模式是采用一个电机驱动，双级清洗。

所述的驱动装置包括安装在机架3上的电机9，安装在电机输出端的主动齿轮8以及安装在曲柄Ⅰ2-3上与曲柄Ⅰ2-3同轴且与主动齿轮8相啮合的从动齿轮10；该从动齿轮10与曲柄Ⅰ2-3装在同一轴上同步转动；驱动装置共两组对称安装在机架3上；两个驱动电机分别通过齿轮传动驱动两个曲柄摇杆机构运动；两个曲柄摇杆机构交替吸附、运动，从而带动装置本体前进或后退。

所述的动力装置包括转向电机6和伸缩气缸7，在机架3上装有支架5，转向电机6固定在支架5上，伸缩气缸7的一端固定在转向电机6的输出端，另一端安装转向吸盘1；其中，伸缩气缸7在转向电机6的作用下，伸缩气缸7会做旋转运动；气缸活塞杆上装有转向吸盘，转向吸盘可随活塞杆做升降运动，在微型真空泵Ⅰ13的作用下,转向吸盘可完成松盘与吸附任务。

在机架3上安装有轴承4，摇杆2-1安装在轴承4上且沿着轴承转动；把曲柄摇杆与机架相连，这样保证了摇杆运动的连贯性。轴承4的作用是有利于曲柄摇杆运动的连贯性、减小摩擦、提高工作效率。

所述的支脚盘1固定在曲柄Ⅰ2-3和连杆2-2的连接处，微型真空泵Ⅱ15安装在支脚盘1的支脚上，在支脚盘的脚盘上分别安装了三个相同规格的吸盘构成吸盘组。微型真空泵Ⅱ15可控制吸盘中的负压，从而控制吸盘组的松盘与吸附。

由于驱动装置是对称安装在机架上的，现将其分成左右侧来阐述本发明的工作过程：

工作时，由于左侧的曲柄摇杆机构上的微型真空泵Ⅰ工作，其上的吸盘组处在真空吸盘的状态，吸附在工作面上，左侧安装支脚盘的连杆起到曲柄摇杆机构中机架的作用，在电机的作用下，本体的机架发生位移，当左侧的曲柄摇杆运动到最大远程时，本体机架就运动到最大步距离处，此刻，左侧电机停止工作。其次，右侧曲柄摇杆上的吸盘组离开工作面，在电机的作用下，右侧的曲柄摇杆带动其上的支脚盘向前移动，当右侧的曲柄摇杆运动到最大远程时，其上的支脚盘就运动到最大步距离处，随后右侧电机停止工作，此时右侧吸盘组在其微型真空泵Ⅰ的作用下吸附在工作面上。然后，左侧的曲柄摇杆上的吸盘组在其微型真空泵Ⅰ的作用下离开工作面，右侧安装支脚盘的连杆起到曲柄摇杆机构中机架的作用，在电机的作用下，本体的机架发生位移，当右侧的曲柄摇杆运动到最大远程时，本体机架就运动到最大步距离处，此刻，右侧电机停止工作，左侧的曲柄摇杆在电机的作用下运动到最大远程时，随后左侧电机停止工作，其支脚盘到达最大步距处，其吸盘组在微型真空泵Ⅰ的作用下，吸附在工作面上。当左侧的吸盘组做吸附支点时，左侧的曲柄摇杆机构做提升或降低机身运动，右侧的曲柄摇杆机构传送其上的吸盘组向前或向后运动。当右侧的吸盘组作吸附支点时，两侧的曲柄摇杆机构运动任务相反。为了防止重心后倾致使工作面受损，在机架后方安装了辅助支架，辅助支架上安装有辅助轮，如此，两侧曲柄摇杆机构上的吸盘组交替吸附就可以实现整个装置的直线运动。

当机构需要转向时，如果是逆时针转向，左侧电机带动左侧曲柄摇杆机构向下运动，左侧支脚盘上的吸盘组在到达下方最大步距处，在左侧微型真空泵Ⅰ的作用下吸附在工作面上，右侧曲柄摇杆在右侧电机的作用下,右侧支脚盘上的吸盘组到达上方最大步距处，在右侧微型真空泵Ⅰ的作用下吸附在工作面上。如果是顺时针转向,两侧电机分别带动各自的曲柄摇机构执行的运动任务与上文逆时针转向时所做的任务相反。如此，左侧曲柄摇杆机构上的吸盘组与右侧曲柄摇杆机构上的吸盘组交替吸附就可以实现整个机构的变向运动。此机构还具备另一种转向方式，此方式快速便捷、准确定向，定点转向，在紧急时刻运用此转向方式更加合适不过。转向电机固定在支架上，伸缩气缸固连在转向电机的旋转轴上，在气缸的缸体上装有微型真空泵Ⅱ，转向吸盘与气缸的活塞杆连接。当机构需逆时针转向时，首先，气缸工作把固定在顶杆端面上的转向吸盘通过顶杆推到工作面上，然后微型真空泵Ⅱ工作，使转向吸盘内产生负压，实现转向吸盘吸附在工作面上的功效。待转向吸盘吸稳后，转向电机开始工作，通过旋转轴带动气缸逆时针旋转，由于转向吸盘通过强大的负压已固定在工作面上，在转向电机工作的情况下，转向吸盘固定不动，机架做旋转运动，从而实现转向的功效。当机构需顺时针转向时，转向电机的运动方式与逆时针转向时的运动方式相反，其它运动步骤与逆时针转向所需的步骤相同。这样两组曲柄摇杆机构上的吸盘组交替吸附，运动，以及结合转向装置的转向运动，从而实现机器人本体的在垂直工作面上的前进、后退和转向运动。

当机构遇到障碍时，控制单元先控制使左侧吸盘组与右侧吸盘组同时吸附在工作面上。接下来，伸缩气缸开始工作，通过伸缩气缸上的活塞杆把转向吸盘推到工作面上，然后，转向吸盘在微型真空泵Ⅱ的作用下吸附在工作面上，待转向吸盘稳定后,两侧吸盘组松盘；然后伸缩气缸继续提升机架高度直至两侧吸盘组的高度超过障碍物，停止提升；接下来两侧电机带动两侧曲柄摇杆机构开始工作，带动两侧吸盘组向前移动越过障碍物；然后伸缩气缸工作使两侧吸盘组下降靠在工作面上；在两侧微型真空泵Ⅰ的作用下，两侧吸盘组越过障碍物后重新吸附到工作面上；然后转向吸盘松盘，伸缩气缸工作，使松盘的转向吸盘回到原位；爬壁机器人的两足越过一定高度障碍物后，爬壁清洁机器人就可以继续前进。

当开始工作时，微型水泵启动，从液体储存室中抽取液体，在微型水泵施压的情况下，液体从两个喷雾管道中以水雾的形式喷洒到工作面上，驱动电机带动旋转轴上的蜗杆运动，经过曲柄Ⅱ19和两个蜗轮传动，毛刷和两个滚筒同时运动，其中，毛刷的功能是清除附着在工作面上的成块污垢，两个滚筒是清除毛刷工作后残留的污渍。在该设计中，左侧滚筒为一级清洁机构，右侧滚筒为二级清洁机构， 左侧滚筒的转速高于右侧滚筒，这样会使工作面更加清洁。在此设计中，左侧喷雾管道为一级喷洒装置，其功能是浸湿工作面上的固结污垢，达到使污垢软化的目的；右侧喷雾管道为二级喷洒装置，其功能是稀释毛刷处理过的污垢，防止污垢二次吸附在工作面上，并且方便后来的滚筒机构对其清除。

在上述的基础之上，可将两侧吸盘组更换更大型号的或更小型号的高效吸盘来实现机器人不同工作负载，从而实现各种清洁壁面的工作任务，这样大大加强了机器人的可靠性、安全性、灵活性和适应性，提高工作效率。

Claims (5)

1.一种两足式爬壁清洗机器人，包括机架（3）、安装在机架（3）上的吸附爬行装置、转向装置和清洗装置，以及用于控制吸附爬行装置、转向装置和清洗装置运动与停止的控制单元；其特征在于：

所述的吸附爬行装置包括两个对称安装在机架上由曲柄（2-3）、连杆（2-2）、摇杆（2-1）构成的曲柄摇杆机构以及用于驱动曲柄摇杆运动的驱动装置，摇杆（2-1）的一端与机架（3）连接，另一端通过连杆（2-2）与曲柄Ⅰ（2-3）连接，曲柄Ⅰ（2-3）与机架（3）连接，摇杆（2-1）上安装有支脚盘（1），支脚盘（1）上安装有吸盘组（16），以及给吸盘组（16）抽真空的微型真空泵Ⅰ（13）；

所述的转向装置包括安装在机架（3）上的转向吸盘（14），给转向吸盘提供动力的动力装置以及给转向吸盘抽真空的微型真空泵Ⅱ（15）；

机架上安装有施力杆（17），施力杆通过压力弹簧（27）与清洗装置弹性连接；

机架上安装有防倾斜的辅助支架（11），辅助支架安装有辅助轮（12）。

2.如权利要求上1所述的一种两足式爬壁清洗机器人，其特征在于：所述的清洗装置包括包括一框架（26），框架（26）上设置有外壳（28），外壳（28）内设有液体储存室（29），框架（26）上安装有微型水泵（18）、两个喷雾管道（25）、两个滚筒（23）、一个毛刷（24）、一个曲柄Ⅱ（19）、一个蜗杆（20）、两个涡轮（21）和一个驱动电机（22）；两个喷雾管道（25）固定连接在框架（26）上，毛刷通过定位孔与轴配合连接在框架上（26）；两个滚筒（23）通过轴与定位孔相互配合与框架（26）相连，曲柄Ⅱ（19）与蜗杆（20）固定连接，两个蜗轮与对应安装的蜗杆（20）相啮合，毛刷（24）的轴端与曲柄Ⅱ通过旋转副连接，两个滚筒（23）与对应的蜗轮（21）装在同一轴上；蜗杆（20）与驱动电机（22）的旋转轴连接；

所述的框架（26）通过铰链与机架（3）连接，施力杆（17）通过螺栓对称固定在机架上，压力弹簧（27）通过螺栓定位在施力杆（17）与框架（26）之间。

3.如权利要求上1或2所述的一种两足式爬壁清洗机器人，其特征在于：所述的驱动装置包括安装在机架（3）上的电机（9），安装在电机输出端的主动齿轮（8）以及与曲柄Ⅰ（2-3）同轴且与主动齿轮（8）相啮合的从动齿轮（10）。

4.如权利要求上1或2所述的一种两足式爬壁清洗机器人，其特征在于：所述的动力装置包括转向电机（6）和伸缩气缸（7），在机架（3）上设有支架（5），转向电机（6）固定在支架（5）上，伸缩气缸（7）的缸体固定在转向电机（6）的输出端，伸缩气缸（7）的活塞杆上安装有转向吸盘（14）。

5.如权利要求上1所述的一种两足式爬壁清洗机器人，其特征在于：在曲柄Ⅰ（2-3）和连杆（2-2）的连接处及连杆（2-2）固定有支脚盘（1），微型真空泵Ⅱ（15）安装在支脚盘（1）上。