CN104825103A - 一种用于玻璃幕墙清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于玻璃幕墙清洗机器人，用于户外幕墙清洗，其包括机器人主机和放置在建筑物顶部为机器人供电、供水和提供辅助升降力的悬吊系统；还包括有用于判断状态进行自动控制的决策系统、用于人工操控的人机控制系统和设置在所述机器人主机上的用于捕捉视频数据的视觉系统、用于玻璃清洗擦干的清洗系统和用于控制在玻璃上行进的行走系统；其结构简单可靠，其可利于实现户外玻璃自动化清洁，避免现在的人员直接清洗玻璃幕墙的危险性，并且利于提高效率。

Description

一种用于玻璃幕墙清洗机器人

技术领域

本发明涉及一种户外清洗设备，尤其涉及一种无人自动化的用于玻璃幕墙清洗机器人。

背景技术

玻璃幕墙存在着一些局限性，例如光污染、能耗较大等问题，但这些问题随着新材料、新技术的不断出现，正逐步纳入到建筑造型、建筑材料、建筑节能的综合研究体系中。玻璃幕墙是当代的一种新型墙体,它赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来，建筑物从不同角度呈现出不同的色调，随阳光、月色、灯光的变化给人以动态的美，玻璃幕墙一直被沿用。

玻璃幕墙作为户外墙体，空气中的粉尘、雨水中的固体物质会逐渐地沉积到玻璃表面，进而影响到玻璃的清洁和美观。玻璃幕墙的清洗一直采用人工从顶层悬吊方式进行清洗，但随着楼层高度的增加和面积增大，清洗工人操作的风险越来越高，清洗的工作量也越来越大。

鉴于上述人工清洗的现状，致使清洗工人难以在现有的高层建筑玻璃幕墙有效清洗的具体情况和不足，影响了玻璃幕墙的整体美观和进一步升级的潜能。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种用于玻璃幕墙清洗机器人，其可利于实现户外玻璃自动化清洁。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于玻璃幕墙清洗机器人，包括机器人主机和放置在建筑物顶部为机器人供电、供水和提供辅助升降力的悬吊系统；还包括有用于判断状态进行自动控制的决策系统、用于人工操控的人机控制系统和设置在所述机器人主机上的用于捕捉视频数据的视觉系统、用于玻璃清洗擦干的清洗系统和用于控制在玻璃上行进的行走系统。

所述清洗系统包括供水系统、用于玻璃湿润与初步擦洗的前刷头结构、用于对玻璃进行进一步清洗的后滚刷结构、用于擦干玻璃的擦干机构；所述的供水系统、前刷头结构、后滚刷结构、擦干机构及所述视觉系统位于所述行走系统上方。

所述的行走系统包括主吸盘、设置在主吸盘外围的至少两个前后运动吸盘、连杆、连接电机旋转轴的丝杆、滑块、吸盘支架和位置感知决策系统；所述前后运动吸盘均连接在吸盘支架上，前后运动吸盘背中部依序铰接吸盘驱动杆、连杆滑块，所述滑块设置在所述丝杆上；在丝杆和滑块的相对运动下所述前后运动吸盘可连同吸盘支架在机器人主机的主体上发生直线滑动；所述主吸盘尾部包括有与所述机器人主机的主体连接的旋转机构及伸缩机构；所述位置感知决策系统用于感知及控制前后运动吸盘和主吸盘的位置和工作状态。

所述的视觉系统包括无线网络摄像头、用于远程操控的云台和用于远程调整摄像头的俯仰角度和旋转角度控制模块。

所述的供水系统，通过软管与所述前刷头结构和后滚刷结构连接并提供清洗所需的洗涤剂和水；所述的后滚刷头结构，滚刷的轴为中空管，管壁上开有阵列圆孔，一端堵死，一端通过软管给滚刷供清水，电机驱动滚刷清洗玻璃，滚刷为有柔韧性的材质；所述擦干机构为刮水器，其还包括有弹簧张紧机构。

所述的擦干机构与接触面间具有一个导引角(与接触面直接的一个倾斜接触角度)。

所述擦干机构包连接在所述括机器人主机的主体上的轴承座，铰接在所述轴承座上的海绵支架，固定于所述海绵支架末端的海绵，所述海绵支架的中心位置通过弹簧连接在所述括机器人主机的主体上构成所述弹簧张紧机构。

机器人主机上还包括有用于悬吊该主机的吊环。

本发明的有益效果是：一种用于玻璃幕墙清洗机器人，包括机器人主机和放置在建筑物顶部为机器人供电、供水和提供辅助升降力的悬吊系统；还包括有用于判断状态进行自动控制的决策系统、用于人工操控的人机控制系统和设置在所述机器人主机上的用于捕捉视频数据的视觉系统、用于玻璃清洗擦干的清洗系统和用于控制在玻璃上行进的行走系统；其结构简单可靠，其可利于实现户外玻璃自动化清洁，避免现在的人员直接清洗玻璃幕墙的危险性，并且利于提高效率。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为图1所示实施例的辅助元件示意图；

图3为图1所示实施例侧面吸附部件结构示意图；

图4为图1所示实施例擦玻璃部件结构示意图；

图5为图1所示实施例行走部件结构示意图。

具体实施方式

针对现有玻璃幕墙人工清洗的风险和上述缺点，本发明所要解决的问题是提供一种的结构简单，安全实用，操作简便的一种用于玻璃幕墙清洗机器人，提高玻璃幕墙的清洁和美观，为玻璃幕墙的清洗提供一个新的解决途径。

本发明原理为：包括行走系统、无线网络摄像头、位置感知决策系统及人机控制界面，其特征在于：所述的行走系统通过滑块连接于底座的导轨上，电机通过丝杆、导轨和滑块构成整个行走系统的传动；所述的玻璃幕墙清洗机器人可自由更换移动速度，适应多种规格和污染玻璃表面的需要；所述的位置感知决策系统能及时感知清洗机器人的移动方向和速度，控制和决策行进方向和清洗速度。

所述的一种用于玻璃幕墙清洗机器人包括前刷头结构、供水系统、后滚刷结构、擦干机构及位置感知决策系统。玻璃幕墙清洗机器人的前刷头结构固定在底座平台的前部轴上，摇臂部分通过弹簧连接；后滚刷结构用于二次清洗，擦干机构在导向平台上沿Y方向移动完成对遗留痕迹的擦拭。所述的玻璃清洗机器人中的供水系统具有水流水压的调整功能，方便清洗，提高清洗效率。

所述的玻璃清洗机器人，其特征在于所述的无线网络摄像视觉系统能够对系统运行速度和位置进行感知，对行进位置进行精准定位；视觉系统还能对清洗效果进行回传，为清洗决策提供判断依据。

所述的位置感知决策系统不仅用于移动方向和位置控制，保证精确定位，还实时监测出清洗的效果和位置信息，再由决策系统控制移动的方向和角度。

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参考图1，一种用于玻璃幕墙清洗机器人的实施例，本实施方案采用的是行走系统4和清洗系统相结合的方式构建玻璃幕墙清洗机器人，通过轴向直线移动和中心旋转运动实现玻璃幕墙清洗机器人的移动和步态调整，通过智能感知决策系统自动调整清洗速度和清洗方向。

如图1所示，一种用于玻璃幕墙清洗机器人, 包括机器人主机和放置在建筑物顶部为机器人供电、供水和提供辅助升降力的悬吊系统。还包括有用于判断状态进行自动控制的决策系统、用于人工操控的人机控制系统和设置在所述机器人主机上的用于捕捉视频数据的视觉系统2、用于玻璃清洗擦干的清洗系统和用于控制在玻璃上行进的行走系统。

实施时，如图3所示本发明用于玻璃幕墙清洗机器人吸附原理示意图，行走系统包括一个主吸盘4-3、位于主吸盘外围的四个前后运动吸盘4-4、吸盘驱动杆2-1、连杆2-2、丝杆2-3、滑块、吸盘支架2-5和位置感知决策系统。前后运动吸盘4-4铰接吸盘驱动杆2-1通过吸盘支架2-5连接机器人主机的底座上，位置感知决策系统感知吸盘到达预定的吸附位置时，连接电机旋转轴的丝杆2-3驱动所述连杆2-2，使得吸盘产生负压。所述行走系统在决策系统的控制下可参照的预设的参数，结合视觉系统获取的参数，来根据玻璃的尺寸和清洗的难易程度由控制系统决策和调整移动速度和移动步长，适应多规格玻璃幕墙的清洗。

具体的，如图5所示，主吸盘4-3尾部包括有与机器人主机的主体连接的旋转机构及伸缩机构，旋转机构可控制机器人主机整体在玻璃幕墙上做以主吸盘4-3为圆心的旋转，伸缩机构可控制调整制机器人主机整体与玻璃幕墙直接的间距。行走系统4通过滑块2-4连接在机器人主机的底座上，丝杆2-3、导轨和电机连接在底座上；丝杆驱动滑块2-4沿着导轨的方向进行移动完成清洗机器人的Y轴向行走。当中间主吸盘4-3吸住玻璃后，电机经齿轮传动带动整个平台绕主吸盘4-3中心旋转。前后运动吸盘4-4通过感知与决策系统到达相应的位置后，Y向电机4-2通过丝杆4-6驱动连接于机器人主机底座上的滑块2-4，使得前后运动吸盘4-4产生负压，吸盘固定；X轴向电机4-1通过同步带轮4-8和同步轴4-7驱动滑块，使得滑块2-4和机器人主机产生相对移动，实现机器人主机相对前后运动吸盘4-4产生相对移动，实现Y轴方向的移动；中间主吸盘4-3通过感知决策系统吸附固定后，电机4-2驱动齿轮，使得机器人主机相对于中间的主吸盘4-3产生旋转角位移，根据需要适时调整Y轴向位移和旋转角度，满足玻璃幕墙的清洗。吸盘通过位置传感与检测，当吸盘接触玻璃时，相关连杆机构收起并锁紧，产生负压，可以满足系统的清洗和移动时的一定负载需求。

实施时，用于玻璃幕墙清洗机器人，参考图1、2，其视觉系统2主要由无线网络摄像头1-2、云台和控制模块构成，控制系统可以远程调整摄像头的俯仰角度和旋转角度，操作人员能及时感知清洗机器人的移动位置，根据适时的清洗效果调整清洗机器人的移动方向和移动速度。

实施时，如图1所示，清洗系统包括供水系统3、前刷头结构1、后滚刷结构5、擦干机构6；所述的供水系统3、前刷头结构1、后滚刷结构5、擦干机构6、视觉系统2位于所述行走系统4之上方。

实施时，参照图1所示，供水系统3，通过软管与前刷头结构1和后滚刷结构5连接，为前刷头结构1和后滚刷结构5提供清洗所需的洗涤剂和水。前刷头结构1通过软管输入清水和洗涤剂，湿润幕墙玻璃和初步清洗。

实施时，参照图1、4所示，后滚刷头结构5，滚刷3-4的轴为中空管，管壁上开有阵列圆孔，一端堵死，一端通过软管给滚刷供清水，电机驱动滚刷清洗玻璃；滚刷具有一定的柔韧性，能够适应凹凸不平表面的清洗；通过中间的主吸盘4-3位置处的顶升作用，实现障碍的跨越。

实施时，参照图1、4所示，擦干机构6通过弹簧组成被动执行机构连接于底座（机器人主机的主体）上，根据弹簧3-5的张紧程度调节擦拭的力度和角度，将清洗过后的玻璃擦拭干，确保玻璃表面没有污水的水流痕迹。

实施时，参照图2所示，视觉系统2，通过旋转云台连接于底座上，通过无线摄像头回传的图像确定玻璃清洗机器人所在的位置和清洗的效果，根据位置和清洗效果确定下一步的移动方向、移动角度和行进速度；如果视觉回传的是障碍物和玻璃边界信号，操作人员操控清洗机器人进行方向的调整或中部抬升来实现障碍的跨越。

本发明在攀爬时，根据传感器反馈吸附力的大小，控制系统决定是否驱动丝杆2-3移动另外的吸盘进行攀爬，吸附力满足时可以攀爬，吸附力不够时则不能攀爬；在需要旋转时，根据传感器反馈吸附扭矩的大小，控制系统决定是否驱动齿轮进行旋转，吸附扭矩满足时可以旋转，吸附扭矩不够时则不能旋转。

本发明，在跨越台阶时，根据视觉和传感器信息比较，计算出跨越台阶的高度，中间吸盘根据指令抬升适当的高度，结合系统的整体平移，实现台阶的跨越。

实施时，如图1所示，擦干机构6与接触面有一个导引角，可以将擦干机构的水引出玻璃面，保证玻璃擦拭后的无没有污水流过的痕迹。

本发明位置感知决策系统不仅用于清洗机器人的位置控制，保证精确定位，还实时监测吸盘的位置信息，再由决策系统控制拉杆的动作，产生负压并移动机器人。

实施时，参照图2所示，为一种用于玻璃幕墙清洗机器人辅助元件结构示意图，该机器人辅助元件包括悬吊机器人的吊环1-1、探测清洗方向和清洗效果的无线网络摄像头1-2、供水的水管1-3和供水接头1-4等。

实施时，参照图4，为一种用于玻璃幕墙清洗机器人的擦洗玻璃系统示意图，擦洗玻璃系统包括玻璃湿润与初步擦洗的前滚刷3-1、后滚刷3-4对玻璃进行进一步清洗，海绵支架3-3通过轴承连接与轴承座3-2上，海绵3-6固定于海绵支架末端，海绵支架的中心位置通过弹簧3-5连接与底座上，被动实现对清洗后的污水进行擦洗。

本发明行走系统与现有技术不同：现有技术必须通过真空泵、管路和电磁阀等构成，通过真空泵产生吸盘吸力，清洗过程中的水汽会对系统的稳定性产生很大的影响；对于高层建筑，真空系统的管路过长会影响真空的响应时间，影响吸附效果；长管路的下垂质量也会影响系统的稳定性和平稳性；例如：一种高楼玻璃清洁机器人爬壁机构及PLC 控制系统（CN 203153652 U）；其行走方式是X与Y方向的垂直交互移动；而本专利通过吸盘自身的机械变形产生负压型腔进行吸附的，没有整个真空系统的额外负担，系统更为简单稳定；本专利的行走方式是直线移动和旋转运动相结合，不仅可以实现对方形的玻璃清洗，还能满足三角形等其他形状玻璃的清洗。

在控制方面，现有一种爬升式清洁服务机器人（103753572A）对玻璃表面的强反光和高通透特性，特别是在阳光强烈的情况下，作业时必须的构建一套3D图像采集系统和和背景对比系统才能有效处理；还需建立数据处理系统，工作量非常巨大，影响了其工作效率；而本专利是一种人机适时交互系统，操作人员可以通过远程摄像头回传的信号操控玻璃清洗机器人实现对清洗效果、清洗速度、清洗路线和跨越台阶等的控制，大大控制了设备生产成本，利于产品普及推广。

本发明具有以下优点：

1、结构简单，控制简便。清洗机器人采用直线和旋转相结合的移动仿生，能够实现空间任意位置的清洗；电机速度可调，可以满足不同清洗速度的需求。

2、清洗高效安全。该机器人为无人的自动化清洗，还配有视觉系统，感知系统决策智能决策控制行进的速度，操作效率高，性能稳定；无人操作，降低了工人的操作风险。

3、集成灵活。该清洗机器人可以根据不同的玻璃规格灵活更新行进模块参数，调整不同的规格玻璃的清洗速度。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于玻璃幕墙清洗机器人, 包括机器人主机和放置在建筑物顶部为机器人供电、供水和提供辅助升降力的悬吊系统，其特征在于：还包括有用于判断状态进行自动控制的决策系统、用于人工操控的人机控制系统和设置在所述机器人主机上的用于捕捉视频数据的视觉系统（2）、用于玻璃清洗擦干的清洗系统和用于控制在玻璃上行进的行走系统（4）。

2.根据权利要求1所述的用于玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，所述清洗系统包括供水系统（3）、用于玻璃湿润与初步擦洗的前刷头结构（1）、用于对玻璃进行进一步清洗的后滚刷结构（5）、用于擦干玻璃的擦干机构（6）；所述的供水系统（3）、前刷头结构（1）、后滚刷结构（5）、擦干机构（6）及所述视觉系统（2）位于所述行走系统（4）上方。

3.根据权利要求1所述的用于玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，所述的行走系统（4）包括主吸盘（4-3）、设置在主吸盘（4-3）外围的至少两个前后运动吸盘（4-4）、连杆（2-2）、连接电机旋转轴的丝杆（2-3）、滑块（2-4）、吸盘支架（2-5）和位置感知决策系统；所述前后运动吸盘（4-4）均连接在吸盘支架（2-5）上，前后运动吸盘（4-4）背中部依序铰接吸盘驱动杆（2-1）、连杆（2-2）滑块（2-4），所述滑块（2-4）设置在所述丝杆（2-3）上；在丝杆（2-3）和滑块（2-4）的相对运动下所述前后运动吸盘（4-4）可连同吸盘支架（2-5）在机器人主机的主体上发生直线滑动；所述主吸盘（4-3）尾部包括有与所述机器人主机的主体连接的旋转机构及伸缩机构；所述位置感知决策系统用于感知及控制前后运动吸盘（4-4）和主吸盘（4-3）的位置和工作状态。

4.根据权利要求1所述的用于玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，所述的视觉系统（2）包括无线网络摄像头（1-2）、用于远程操控的云台和用于远程调整摄像头的俯仰角度和旋转角度控制模块。

5.根据权利要求2所述的用于玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，所述的供水系统（3），通过软管与所述前刷头结构（1）和后滚刷结构（5）连接并提供清洗所需的洗涤剂和水；所述的后滚刷头结构（5），滚刷的轴为中空管，管壁上开有阵列圆孔，一端堵死，一端通过软管给滚刷供清水，电机驱动滚刷清洗玻璃，滚刷为有柔韧性的材质；所述擦干机构（6）为刮水器，其还包括有弹簧张紧机构。

6.根据权利要求5所述的用于玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，所述的擦干机构（6）与接触面间具有一个导引角。

7.根据权利要求5所述的用于玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，所述擦干机构（6）包连接在所述括机器人主机的主体上的轴承座（3-2），铰接在所述轴承座（3-2）上的海绵支架（3-3），固定于所述海绵支架（3-3）末端的海绵（3-6），所述海绵支架（3-3）的中心位置通过弹簧（3-5）连接在所述括机器人主机的主体上构成所述弹簧张紧机构。

8.根据权利要求5所述的用于玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，机器人主机上还包括有用于悬吊该主机的吊环（1-1）。