CN106388724B

CN106388724B - 玻璃幕墙清洗机器人

Info

Publication number: CN106388724B
Application number: CN201610964477.0A
Authority: CN
Inventors: 王昕�; 赵启超; 林泽才
Original assignee: Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology; Shenzhen Jingzhi Machine Co Ltd
Current assignee: Wang Xin; Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology; Shenzhen Jingzhi Machine Co Ltd
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2022-05-20
Anticipated expiration: 2036-10-28
Also published as: CN106388724A

Abstract

本发明涉及一种玻璃幕墙清洗机器人，用于玻璃幕墙的清洗，包括支撑架，驱动机构，所述驱动机构包括用于固定在建筑物上的卷筒、和一端缠绕在所述卷筒上且另一端与所述支撑架连接的拉绳；清洗机构，设置在所述支撑架上靠近所述玻璃幕墙的一侧；附壁机构，设置在所述支撑架上远离所述玻璃幕墙的一侧，并用于通过所述支撑架使所述清洗机构抵紧所述玻璃幕墙。控制机构，安装在所述支撑架上并用于控制所述驱动机构、所述清洗机构和所述附壁机构。在附壁机构的作用下，附壁机构通过推动支撑架而使清洗机构于玻璃幕墙接触，从而使清洗机构对玻璃幕墙进行有效擦洗，该机器人明显提高了清洗效率，同时确保清洗的质量和安全性。

Description

玻璃幕墙清洗机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种玻璃幕墙清洗机器人。

背景技术

随着经济的发展和城市化率的提高，城市可使用建筑面积越来越少，为了节约用地，城市中高层建筑物越来越多，基于玻璃幕墙的采光性较好，能带来更美观的装饰效果，所以，目前大多数中高层建筑外表面采用玻璃幕墙装饰，于此同时也带来了较繁重的玻璃幕墙清洗任务。

长期以来，高层玻璃幕墙清洗都是“一桶水、一根绳、一块板”的作业方式。迄今为止，高楼壁面清洗的自动化设备尚未得到很好的解决，这类工作仍由人工搭乘吊篮掉凳进行高空作业来完成，高空气流使吊篮和工作人员难以平衡，对人身安全和大楼壁面构成很大的威胁，并且这种作业方式效率低、成本高。

发明内容

基于此，有必要提供一种能提高玻璃幕墙清洗效率的玻璃幕墙清洗机器人。

一种玻璃幕墙清洗机器人，用于玻璃幕墙的清洗，包括：

支撑架，

驱动机构，用于驱动所述支撑架沿所述玻璃幕墙运动；所述驱动机构包括用于固定在建筑物上的卷筒、和一端缠绕在所述卷筒上且另一端与所述支撑架连接的拉绳；

清洗机构，设置在所述支撑架上靠近所述玻璃幕墙的一侧；

附壁机构，设置在所述支撑架上远离所述玻璃幕墙的一侧，并用于通过所述支撑架使所述清洗机构抵紧所述玻璃幕墙；

控制机构，安装在所述支撑架上并用于控制所述驱动机构、所述清洗机构和所述附壁机构。

在其中一个实施例中，还包括安装在所述支撑架相对两端上并用于使机器人跨越障碍物的越障机构，所述越障机构包括与所述支撑架连接的固定支座、与所述固定支座转动连接的第一关节连杆、一端与所述第一关节连杆转动连接的第二关节连杆、安装在所述第二关节连杆的另一端并用于与所述玻璃幕墙相吸附的吸盘；

所述固定支座上设置有驱动所述第一关节连杆转动的第一电机，所述第一关节连杆与所述第二关节连杆的连接处设置有驱动所述第二关节连杆转动的第二电机，所述第二关节连杆靠近所述吸盘的一端设置有驱动所述吸盘转动的第三电机。

在其中一个实施例中，所述清洗机构包括安装在所述支撑架上的滚筒、沿所述滚筒的周向均匀布置的清洗刷、和驱动所述滚筒转动的驱动组件。

在其中一个实施例中，所述驱动组件包括设置在所述驱动机构上的驱动电机、安装在所述滚筒一端的带轮、连接所述驱动电机的输出轴与所述带轮的同步带、设置在所述支撑架上的轴承支座、和与所述滚筒连接并安装在所述轴承支座上的轴承，所述驱动电机还连接有控制其转速的电机调速器。

在其中一个实施例中，还包括设置在所述支撑架上的辅助清洗机构，所述辅助清洗机构包括安装在所述支撑架上的安装板、与所述安装板连接并用于与所述玻璃幕墙接触的柔性刮板。

在其中一个实施例中，所述安装板上设置有用于使所述柔性刮板与所述安装板螺纹连接的压片、用于检测玻璃幕墙上障碍物高度的测距传感器、和用于检测所述柔性刮板与所述玻璃幕墙之间压紧力的压力传感器。

在其中一个实施例中，所述附壁机构包括多个对称布置的推力组件，所述推力组件包括一端通过第一卡扣固定在所述支撑架上的连接臂、通过第二卡扣固定在所述连接臂另一端上的第四电机、与所述第四电机输出轴连接的桨叶。

在其中一个实施例中，还包括设置在所述支撑架上靠近所述玻璃幕墙的一侧的安全机构，所述安全机构包括多个防撞组件，所述防撞组件包括与所述支撑架连接的安装座、与所述安装座转动连接并防止所述支撑架与障碍物或所述玻璃幕墙碰撞的防撞轮。

在其中一个实施例中，所述控制机构位于所述清洗机构和所述附壁机构之间，所述控制机构包括与所述支撑架连接的中间隔板、设置在所述中间隔板上的控制器，以及用于采集所述玻璃幕墙清洗机器人运动状态信息的加速度计和陀螺仪传感器。

在其中一个实施例中，还包括与所述控制机构连接的图像采集机构，所述图形采集机构包括与所述控制机构连接的第一L型支座、安装在所述第一L型支座上的第一云台电机、与所述第一云台电机输出轴连接的第二L型支座、安装在所述第二L型支座上的第二云台电机、通过相机支座与所述第二云台电机输出轴连接的采集相机。

本发明提供的玻璃幕墙清洗机器人，在附壁机构的作用下，附壁机构通过推动支撑架而使清洗机构于玻璃幕墙接触，从而使清洗机构对玻璃幕墙进行有效擦洗，驱动机构带动支撑架沿玻璃幕墙做横向和竖向运动，使机器人能对玻璃幕墙的任何部位进行清洗，控制结构则通过控制驱动机构、清洗机构和附壁机构而实现对机器人运动状态的调整，该机器人明显提高了清洗效率，同时确保清洗的质量和安全性。

附图说明

图1为机器人的正视结构示意图；

图2为机器人的局部结构示意图；

图3为机器人的后视结构示意图；

图4为清洗机构的平面结构示意图；

图5为推力组件的结构示意图；

图6为控制结构的结构示意图；

图7为辅助清洗机构的结构示意图；

图8为越障机构的结构示意图；

图9为防撞机构的结构示意图；

图10为图形采集结构的结构示意图；

图11为控制机构的控制原理框图；

图12为越障机构的动作顺序框图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1至图3，一种玻璃幕墙清洗机器人000，用于玻璃幕墙的清洗，包括支撑架100，驱动机构200、清洗机构300、附壁机构400和控制机构500。驱动机构200用于驱动支撑架100沿玻璃幕墙运动，清洗机构300设置在支撑架100上靠近玻璃幕墙的一侧，用于清洗玻璃幕墙。附壁机构400设置在支撑架100上远离玻璃幕墙的一侧，用于通过支撑架100使清洗机构300抵紧玻璃幕墙，换言之，工作时，附壁机构400使整个机器人000附着在玻璃幕墙上。控制机构500安装在支撑架100上，用于控制驱动机构200、清洗机构300和附壁机构400以协调三者之间的运动。

参阅图1和图2，支撑架100呈长方体状，包括顶框120、底框110和立柱130，顶框120和底框110平行设置，立柱130连接在顶框120和底框110之间。清洗机构300安装在支撑架100的底框110上，附壁机构400安装在支撑架100的顶框120上，控制机构500安装在支撑架100的立柱130的中间部位，即控制机构500位于底框110和顶框120之间。

参阅图1和图3，驱动机构200为卷扬机，卷扬机包括卷筒220和拉绳210，卷筒220固定在建筑物上(例如建筑物的顶部)，拉绳210的一端缠绕在卷筒220上，拉绳210的一端则与支撑架100连接，当拉绳210上下伸缩时，可以通过支撑架100而带动整个机器人000沿玻璃幕墙做升降运动，当卷筒220左右移动时，可以通过支撑架100而带动整个机器人000沿玻璃幕墙做横移运动，通过驱动机构200的作用，机器人000可以抵达玻璃幕墙上的任意位置，从而对玻璃幕墙进行全方位的清洗。可以理解，卷扬机上还可以设置防退件，根据实际情况的需要，防退件用于控制卷筒220的反转或正传，从而使机器人000稳定可靠的停止在玻璃幕墙上的任意位置。

参阅图1至图4，清洗机构300包括滚筒310，清洗刷320和驱动组件330，滚筒310安装在支撑架100的底框110的中部，清洗刷320包括若干刷丝321，若干刷丝321在滚筒310表面上沿其轴向排成一列刷丝组，多列刷丝组沿滚筒310的周向均匀布置，多列刷丝组则形成整个清洗刷320。刷丝321成长条形状，刷丝321采用柔性尼龙材料制成，能根据玻璃表面脏污程度产生多种形变量，从而达到不同的清洗效果，当玻璃幕墙上存在高度较低的障碍物时，整个滚筒310通过刷丝321产生的柔性变形量碾压过障碍物，从而使得该障碍物不能阻碍机器人000的移动。

参阅图1至图4，及图6，具体的，驱动组件330包括驱动电机331、带轮334、同步带(图未示)、轴承支座333和轴承332。驱动电机331安装在驱动机构200上，轴承支座333的数量为两个，两个轴承支座333安装在支撑架100的底框110上，轴承332与轴承支座333相对应且数量同样为两个，轴承332可以采用滚动轴承和滑动轴承，轴承支座333对轴承332起到承载作用，当滚筒310转动时，轴承332可以降低滚筒310转动过程中的摩擦系数，同时保障滚筒310的回转精度。带轮334安装在滚筒310的一端，驱动电机331的输出轴上也安装有一个带轮334，同步带则连接在该两个带轮334上，当驱动电机331转动时，同步带将驱动电机331的动力通过带轮334的转动传递给滚筒310，从而使滚筒310产生转动，转动的滚筒310带动刷丝321擦洗玻璃幕墙。驱动电机331还连接有电机调速器520，控制机构500通过电机调速器520以控制驱动电机331的转速，从而控制清洗刷320的对玻璃幕墙的擦洗速度。当然，可以理解，滚筒310也可以采用直接与驱动电机331的输出轴连接的模式。

参阅图7，支撑架100上还设置有辅助清洗机构600，辅助清洗机构600的数量可以两个，辅助清洗机构600安装在支撑架100的底框110的两端，清洗机构300上的滚筒310则刚好位于该两个辅助清洗机构600之间。辅助清洗机构600包括安装板620和柔性刮板610，安装板620设置在支撑架100的两个侧面上，安装板620垂直于支撑架100的底框110，安装板620上设置有压片650，通过螺栓将压片650和柔性刮板610固定在安装板620上，柔性刮板610凸出支撑架100的底框110一定距离。当清洗刷320将玻璃幕墙上粘附力较高的污染物去除之后，随着机器人000的移动，柔性刮板610将清洗刷320清洗过的玻璃幕墙做进一步的拭擦，更加提高了玻璃幕墙的光洁度。

进一步的，安装板620上还设置有测距传感器640和压力传感器630，测距传感器640为红外测距传感器640，测距传感器640用于检测玻璃幕墙上可能阻碍机器人000移动的障碍物的高度，同时检测支撑架100底部与障碍物之间的距离，并将采集信息反馈至控制机构500，以防支撑架100与障碍物之间产生碰撞。压力传感器630为压力应变片，压力传感器630可以检测柔性刮板610与玻璃幕墙之间的压紧力，通过控制机构500的调整，使得柔性刮板610与玻璃幕墙之间产生合适的压紧力以便实现有效擦洗。

参阅图1至图3、图5，及附壁机构400包括多个对称布置的推力组件410，在本实施例中，推力组件410为四个，推力组件410连接臂412、桨叶411和第四电机413。连接臂412的一端通过第一卡扣414固定在支撑架100的顶框120的四角处，四根连接臂412刚好分别与支撑架100的顶框120表面的对角线重合，简而言之，四根连接臂412呈辐射状的安装在支撑架100的顶框120上。第四电机413通过第二卡扣415固定在连接臂412另一端上，桨叶411安装在第四电机413的输出轴上，当第四电机413驱动桨叶411高速运转时，通过桨叶411上设计的流道向背离玻璃幕墙的方向排出空气，空气对桨叶411产生的反作用力则进一步传导至支撑架100，支撑架100将对玻璃幕墙产生压力而使机器人000附着在玻璃幕墙上。当桨叶411运动速度增大时，空气对桨叶411产生的反作用力增大，机器人000的附着力增强；相反，当桨叶411运动速度减小时，空气对桨叶411产生的反作用力减小，机器人000的附着力减弱。

参阅图1至图3，及图9，机器人000还包括安全机构800，安全机构800包括多个防撞组件，在本实施例中，防撞组件为四个，防撞组件分别位于支撑架100底框110的四角上，防撞组件包括安装座820和防撞轮810。安装座820安装在支撑架100的底框110上，防撞轮810与安装座820转动连接，由于防撞轮810凸出支撑架100的底框110一定的距离，当支撑架100受到垂直于玻璃幕墙的撞击力时，防撞轮810将避免支撑架100与玻璃幕墙直接接触并而产生撞击，同时吸收支撑架100所传递的撞击力。再者，防撞轮810也可以避免支撑架100与障碍物之间接触并产生剧烈碰撞，从而保护整个机器人000不因碰撞而损坏。

参阅图1至图3，及图6，控制机构500位于清洗机构300和附壁机构400之间，控制机构500包括中间隔板530、控制器510、加速度计和陀螺仪传感器540。中间隔板530安装在支撑架100的中层位置，控制器510安装在中间隔板530上。控制器510可以控制驱动电机331的转速以控制清洗刷320的清洗速度，控制器510也可以控制第四电机413的转速以控制桨叶411的转速，从而进一步控制机器人000在玻璃幕墙上的附着力。加速度计和陀螺仪传感器540可以共同采集机器人000的运动状态信息，例如运动速度和运动加速度等，以便控制器510对机器人000运动状态的实时监控和调整。参阅图11，控制机构500对各部件的控制以实现机器人000的运动。

参阅图3和图10，机器人000还包括图像采集机构900，图像采集机构900与控制机构500连接，图像采集机构900包括第一L型支座910、第一云台电机911、第二L型支座920、第二云台电机921和采集相机930。第一L型支座910安装在控制机构500上的中间隔板530上，第一云台电机911安装第一L型支座910上，第二L型支座920安装在第一云台电机911的输出轴上，第二云台电机921安装在第二L型支座920上，第二云台电机921的输出轴上安装相机支座940，采集相机930则安装在相机支座940上，通过控制器510控制第一云台电机911和第二云台电机921的转动，可以实现采集相机930多自由度方向的转动，从而从多角度采集障碍物和玻璃幕墙表面的信息，例如障碍物的高度，支撑架100与障碍物之间的距离等。

特别值得一提的是，玻璃材料长期暴露在室外，经过长期的风吹日晒，有可能会发生爆裂等现象，这些情况如不能及时发现，爆裂的玻璃在墙面上长时间悬挂后可能坠落引发安全事故。因此，在机器人000对玻璃幕墙清洗的过程中，图像采集机构900上的采集相机930将对玻璃幕墙表面的情况进行实时监控，尽早发现并排除安全隐患，防止意外情况的发生。机器人000除具备清洗功能之外，还具备安全监测和防范功能。

参阅图1至图3，及图8，机器人000还包括越障机构700，越障机构700安装在支撑架100的顶框120的两端上，越障机构700包括数量均为四个的固定支座740、第一关节连杆710、第二关节连杆720和吸盘730。固定支座740与支撑架100固定连接，第一关节连杆710与固定支座740转动连接，第二关节连杆720的一端与第一关节连杆710转动连接，第二关节连杆720的另一端与吸盘730转动连接。吸盘730在真空负压的作用下吸附在玻璃幕墙上，从而可以承受整个机器人000的重量。

具体的，固定支座740上设置有第一电机741，第一电机741可以驱动第一关节连杆710转动，第一关节连杆710与第二关节连杆720的连接处设置有第二电机711，第二电机711驱动第二关节连杆720转动，第二关节连杆720靠近吸盘730的一端设置有第三电机721，第三电机721驱动吸盘730转动，控制机构500上的控制器510均可以控制第一电机741、第二电机711和第三电机721的转动情况，从而控制第一关节连杆710、第二关节连杆720和吸盘730的转动。

测距传感器640和采集相机930没有检测到不可逾越的障碍物时，第一关节连杆710转动从而与支撑架100的顶框120紧贴，随后，第二关节连杆720转动至与第一关节连杆710接近重合的位置处，此时，越障机构700处于完全收缩的非工作状态。

当机器人000沿玻璃幕墙向下运动时，驱动机构200上的拉绳210向下伸长，通过测距传感器640和采集相机930的信息采集，如果玻璃幕墙上存在高度大于滚筒310或支撑架100高度的障碍物，即障碍物能阻止滚筒310转动或支撑架100移动时，可以开启越障机构700使机器人000跨越该障碍物，具体操作方法如下：

参阅图1和图2，首先，使位于支撑架100下部的两第二关节连杆720展开，同时越过障碍物，吸盘730将第二关节连杆720固定在玻璃幕墙上，位于支撑架100下部的第二关节连杆720也展开，并使吸盘730固定在玻璃幕墙上，此时，整个越障机构700将对机器人000起到支撑作用。然后，通过第四电机413逐渐减小直至停止驱动桨叶411转动，解除附壁机构400对机器人000的附着作用。最后，通过第一关节连杆710的转动，将支撑架100相对玻璃幕墙抬升一定高度一避免障碍物的干扰，此时，位于支撑架100下部的第一关节连杆710向背离障碍物的方向收缩，位于支撑架100上部的第一关节连杆710则向靠近障碍物的方向伸展，进而推动整个机器人000向下运动以完全跨越障碍物(即支撑架100的上部完全位于障碍物的下方)。机器人000成功跨越障碍物后，越障机构700重新恢复至原来的收缩状态，同时第四电机413驱动桨叶411转动，使机器人000附着在玻璃幕墙上。参阅图12，总之，根据所识别的障碍物类型，控制机构500通过匹配的运动程序驱动第一关节连杆710和第二关节连杆720运动，从而使机器人000顺利的跨越障碍物。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种玻璃幕墙清洗机器人，用于玻璃幕墙的清洗，其特征在于，包括：

支撑架，

清洗机构，设置在所述支撑架上靠近所述玻璃幕墙的一侧；

越障机构，安装在所述支撑架上远离所述玻璃幕墙的一侧的相对两端，用于使机器人跨越障碍物，所述越障机构包括与所述支撑架连接的固定支座、与所述固定支座转动连接的第一关节连杆、一端与所述第一关节连杆转动连接的第二关节连杆、安装在所述第二关节连杆的另一端并用于与所述玻璃幕墙相吸附的吸盘；所述固定支座上设置有驱动所述第一关节连杆转动的第一电机，所述第一关节连杆与所述第二关节连杆的连接处设置有驱动所述第二关节连杆转动的第二电机；

控制机构，安装在所述支撑架上并用于控制所述驱动机构、所述清洗机构，所述越障机构和所述附壁机构。

2.根据权利要求1所述的玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，所述第二关节连杆靠近所述吸盘的一端设置有驱动所述吸盘转动的第三电机。

3.根据权利要求1所述的玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，所述清洗机构包括安装在所述支撑架上的滚筒、沿所述滚筒的周向均匀布置的清洗刷、和驱动所述滚筒转动的驱动组件。

4.根据权利要求3所述的玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，所述驱动组件包括设置在所述驱动机构上的驱动电机、安装在所述滚筒一端的带轮、连接所述驱动电机的输出轴与所述带轮的同步带、设置在所述支撑架上的轴承支座、和与所述滚筒连接并安装在所述轴承支座上的轴承，所述驱动电机还连接有控制其转速的电机调速器。

5.根据权利要求1所述的玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，还包括设置在所述支撑架上的辅助清洗机构，所述辅助清洗机构包括安装在所述支撑架上的安装板、与所述安装板连接并用于与所述玻璃幕墙接触的柔性刮板。

6.根据权利要求5所述的玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，所述安装板上设置有用于使所述柔性刮板与所述安装板螺纹连接的压片、用于检测玻璃幕墙上障碍物高度的测距传感器、和用于检测所述柔性刮板与所述玻璃幕墙之间压紧力的压力传感器。

7.根据权利要求1所述的玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，所述附壁机构包括多个对称布置的推力组件，所述推力组件包括一端通过第一卡扣固定在所述支撑架上的连接臂、通过第二卡扣固定在所述连接臂另一端上的第四电机、与所述第四电机输出轴连接的桨叶。

8.根据权利要求1所述的玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，还包括设置在所述支撑架上靠近所述玻璃幕墙的一侧的安全机构，所述安全机构包括多个防撞组件，所述防撞组件包括与所述支撑架连接的安装座、与所述安装座转动连接并防止所述支撑架与障碍物或所述玻璃幕墙碰撞的防撞轮。

9.根据权利要求1所述的玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，所述控制机构位于所述清洗机构和所述附壁机构之间，所述控制机构包括与所述支撑架连接的中间隔板、设置在所述中间隔板上的控制器，以及用于采集所述玻璃幕墙清洗机器人运动状态信息的加速度计和陀螺仪传感器。

10.根据权利要求1所述的玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，还包括与所述控制机构连接的图像采集机构，所述图像采集机构包括与所述控制机构连接的第一L型支座、安装在所述第一L型支座上的第一云台电机、与所述第一云台电机输出轴连接的第二L型支座、安装在所述第二L型支座上的第二云台电机、通过相机支座与所述第二云台电机输出轴连接的采集相机。

11.根据权利要求1-10任意一项所述的玻璃幕墙清洗机器人，其特征在于，所述越障机构包括数量均为四个的固定支座、第一关节连杆、第二关节连杆和吸盘。