CN106667364A - 一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人。其特征包括:牵引机构、起升机构、换向机构、动力装置、清洁装置、吸附装置和安全装置。牵引机构由双钢丝绳卷绕和直线导轨机构组成；起升机构由小蜗轮和小蜗杆组成；换向机构由大蜗轮和大蜗杆组成；动力由直流电机提供；清洁装置由旋转毛刷和弹簧伸缩机构组成；吸附装置由吸盘和鼓风机组成；安全装置由安全环和安全绳组成。该机器人通过吸附装置吸附于玻璃幕墙表面，利用牵引机构实现前进，同时清洁装置保持旋转擦拭，而牵引机构、起升机构和换向机构协同工作可完成前进擦拭、越障和换行。本机器人可实现高空稳定吸附和越障两大功能，具有清洁效率高、安全可靠和运动精度高的特点。

Description

一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，尤其是涉及一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人。

背景技术

经济的高速发展，使得中国的高层建筑越来越多。在高层建筑中，由于玻璃幕墙美观时尚，备受青睐。但这种玻璃幕墙很容易因附着灰尘、雨水、鸟类粪便等而变脏，降低建筑物的美感，影响市容市貌。所以，这种高层建筑物需要定时清洁玻璃墙面。

高空玻璃外墙的清洁方式主要有人工和机器人两种方式。国内玻璃外墙的清洗工作主要由人工来完成，由于是室外高空作业，工作环境危险，给工作人员的生命安全带来很大的威胁，且受到高空影响，效率也比较低，清洗时所耗费成本较高。目前机器人仅能用于家庭单块玻璃的清洁，可越障的幕墙清洁机器人研究较少，且存在结构复杂，重量大，吸附不稳定，越障能力有限的缺点。

目前玻璃清洁机器人的研究有依靠电磁铁的吸力在玻璃内外两面同时清洁，如申请号为CN203369855U的中国实用新型专利，公告日为2014-01-01，记载了一种双面擦玻璃机器人。其结构为镜面对称的两个擦玻璃机器人子装置，子装置的清洁板上有电磁铁，两个在玻璃的两侧以吸力固定在玻璃上，此设计虽然可以固定在玻璃墙面上，但是由于玻璃内墙被楼层划分开，无法自动换行擦拭，且由于外层必须依靠内层才能吸附，使用复杂，且该机器人无法完成越障动作。再如申请号为CN200920283411.0的中国实用新型专利，公告日为2010-11-03，记载了一种由清洁机构、壁面吸附机构、机器人越障机构、机器人支援系统和GPS位姿跟踪控制系统构成的高层建筑外壁面清洁机器人，该机器人的行走越障机构为飞行器，由于机器人在高空作业，靠吸附装置与壁面接触，飞行器频繁越障后下落吸附会造成工作不稳定，一旦坠落将造成严重事故。而且对飞行器的控制要求比较高。

发明内容

为了解决背景技术中提到的诸多问题，本发明提供一种可实现高空稳定吸附、结构紧凑、重量轻、清洁效率高、安全可靠和运动精度高的可越障的玻璃幕墙清洁机器人。

为了实现上述目的，本发明为一种可完整清洁存在宽高为150mm ×150mm障碍的高楼壁面清洁机器人。其主要结构包括：吸附装置为两个吸盘和鼓风机；牵引机构，卷绕盘处安装有直流电机，通过电机控制双钢丝绳卷绕实现吸盘沿光轴轴线方向的直线移动；换向机构，大蜗杆处安装有直流电机，通过控制电机实现清洁机器人的沿大蜗轮轴线的旋转动作；起升机构，小蜗杆处装有直流电机，通过控制电机实现吸盘起升高度的调节；牵引机构、换向机构和起升机构协同工作实现机器人的螺旋式行走、换向和越障；动力装置，小蜗杆、大蜗杆、卷绕盘处和吸盘处均安装有直流电机，为各机构和装置的运动提供动力；控制装置主要包括红外检测装置、角度检测装置和压力检测装置，分别安装在适当的位置，发出不同的控制信号，分别检测障碍距离、旋转角度和真空腔内压力；清洁装置，由清洁毛刷和伸缩机构组成，能够保证毛刷一直与玻璃幕墙面接触，保证清洁效率；安全装置，由安全环和安全绳组成。

所述吸附装置，吸附力由鼓风机提供，使吸盘内形成负压，依靠摩擦力将机器人吸附于壁面上，在擦拭过程中，需要通过调节鼓风机转速来控制吸盘对壁面的压力，当需要吸盘吸附时，将压力调整到最大，当只需小压力吸附旋转擦拭时，将压力调至合适的范围（具体参数可通过试验获得），保证清洁毛刷以足够压力将壁面清洁干净。

所述行走擦拭和越障功能，牵引机构和换向机构分别由3个直流电机驱动，两者协同工作实现涡状线轨迹行走，来增大擦拭的面积和提高擦拭效率，起升机构处的动力由1个直流电机提供，起升机构和换向机构协同工作实现越障功能。这种吸盘交替吸附越障方式，可保证越障稳定，适应较宽越障范围。

所述安全装置，将安全环扣在外壳圆筒处，且安全环处连有绳索，可保证机器人脱离壁面后不会翻转，不与壁面发生碰撞，从而不会损坏壁面，同时保证机器人不会坠落到地面，引起事故。

本发明一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人的有益技术效果为：新颖、实用、高效，可有效解决现有壁面清洁机器人越障能力差、结构复杂和吸附及控制不稳定的缺点，可批量生产，具有较好的推广和使用价值。

附图说明

图1是一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人的总体结构图。

图2是该机器人初始状态图。

图3是该机器人前进状态图。

图4是该机器人在垂直玻璃壁面一端吸盘开始越障示意图。

图5是该机器人在垂直玻璃壁面一端吸盘越障中示意图。

图6是该机器人在垂直玻璃壁面另一端吸盘越障示意图。

图7是该机器人整体越障成功示意图。

具体实施方式

结合图1—7对本发明做出进一步的详细说明。

图1是一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人的总体结构图，该清洁机器人由两个吸盘（8）、滑动构件(5)、光轴(6)、钢丝绳卷绕盘（2）（26）、工字架（18）、钢丝绳（24）（25）、小涡轮(4)、小蜗杆(3)、大涡轮（10）、大蜗杆（11）、直流电机（1）（9）（12）（13）（14）（15）（16）（17）、鼓风机（7）、吸附圆盘（8）、清洁毛刷（19）、弹簧伸缩机构（20）组成。

图2是该机器人初始状态图，工作初始状态时，通过调节鼓风机使两端的吸盘均吸附在壁面上，且此时两圆形外壳处于最近状态。

图3是该机器人前进状态图，清洁工作开始时，保持首端的吸盘固定在壁面上，通过调节鼓风机将尾端吸盘的吸力减小，使吸盘以较小压力贴在壁面上，此时通过直流电机控制大蜗杆转动使吸盘沿固定轨迹小幅度往复摆动，同时通过直流电机控制钢丝绳卷绕使尾端吸盘实现螺旋式前进，该过程中直流电机驱动尾端吸盘转动，带动其下面的清洁毛刷进行涡状线式清洁，此时两圆形外壳处于最远状态。

图4是该机器人在垂直玻璃壁面首端吸盘开始越障示意图，当通过红外传感器检测到框架障碍时，首端的鼓风机逐渐停止工作，压力减小，尾端直流电机带动起升机构转动一个角度θ，把首端端的吸盘抬到指定高度（可根据障碍高度估定），使其大于最高的障碍物高度。

图5是该机器人在垂直玻璃壁面首端吸盘越障中示意图，当把首端吸盘抬至一定高度时，尾端吸盘处垂直于吸盘放置的直流电机转动，驱动换向机构使机器人逆时针转动一个角度Φ，使首端的吸盘越过障碍物。接下来直流电机带动大蜗轮大蜗杆逐渐向下转动，使首端的吸盘落至接触壁面，鼓风机开始工作，并使其吸附在障碍的另一侧。

图6是该机器人在垂直玻璃壁面尾端吸盘越障示意图，当首端吸盘吸附在障碍的另一侧后，控制尾端的鼓风机逐渐停止工作，压力减小，此时首端垂直于吸盘放置的直流电机转动，把尾端的吸盘通过起升机构抬到指定高度（可根据障碍高度估定），使其大于最高的障碍物高度。

图7是该机器人整体越障成功示意图，当把吸盘抬至一定高度后，越过障碍的首端吸盘处的平行于吸盘面放置的直流电机转动，驱动换向机构使机器人逆时针转动角度Φ，越过障碍物，直流电机带动大蜗轮大蜗杆逐渐向下转动，使尾端的吸盘落至接触壁面，鼓风机开始工作，并使其吸附在障碍的另一侧。

本发明可用于高楼玻璃幕墙（瓷砖和敷设铝塑板结构）的清洗。拆卸并更换该机器人的牵引机构和起升机构，可以适应不同尺寸的障碍物。可将清洁装置换成喷涂装置和检测装置等其它装置，以完成喷涂、检测等作业。

本发明也可用于自动清洁楼梯和地面。

上述应用实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做出的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人，机械本体包括：由滑动构件(5)、光轴(6)、钢丝绳卷绕盘（2）（26）、工字架（18）以及钢丝绳（24）（25）组成的牵引机构，由小蜗轮（4）和小蜗杆（3）组成的起升机构，由大蜗轮（10）和大蜗杆（11）组成换向机构，由直流电机（1）（9）（12）（13）（14）（15）（16）（17）组成动力装置，由鼓风机（7）吸盘（8）组成吸附装置，由清洁毛刷（19）弹簧伸缩机构（20）组成清洁装置；吸附力主要靠两个安装在上吸盘（8）处的鼓风机（7）提供，通过鼓风机（7）使吸盘（8）内形成负压，依靠摩擦力将机器人吸附于壁面上；对于清洁装置，直流电机（17）和弹簧伸缩机构（20）连接，进而带动清洁毛刷（19）旋转，弹簧伸缩机构（20）能保证清洁装置起升至一定高度时，清洁毛刷（19）依然能够和玻璃壁面接触，保证持续清洁；对于起升机构，小蜗轮（4）固定，直流电机（12）带动小蜗杆（3）转动进而带动与两者相连接的滑动构件（5）相对于小蜗轮（4）的轴心转动，实现起升功能；钢丝绳（24）的两端分别与钢丝卷绕盘（2）和滑动构件（5）相连接，钢丝绳（25）的两端分别与钢丝卷绕盘（26）相连接；在一组吸附装置起升一定高度后，直流电机（1）（13）分别控制钢丝绳带动滑动构件（5）在光轴（6）上直线移动，直流电机（9）带动蜗杆（11）转动，由于蜗轮（10）和吸附圆盘（8）通过螺栓固定连接，蜗杆（11）会相对于蜗轮（10）的轴心转动，实现机器人整体相对于蜗轮（10）轴心的转动换向功能，进而实现机器人在玻璃壁面上的前进、越障和换行。

2.根据权利要求1所述的一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人，其特征在于：包含由内部装有大流量鼓风机的两个吸盘组成的吸附装置；吸附力由鼓风机提供，向外抽气使吸盘内形成负压，依靠摩擦力将机器人吸附于壁面上；双吸盘及良好的密封性保证了机器人具有稳定的吸附力。

3.根据权利要求1所述的一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人，其特征在于：机器人的主要运动状态包括前进、越障和换行三部分，因此动力提供装置，主要设计为吸盘处放置直流电机，控制机器人的转动，两个卷绕盘处均放置有直流电机，协同工作控制滑动构件的精确移动完成前进清洁动作，起升机构中的蜗轮一侧安装直流电机完成越障时吸盘的起升动作，回转机构的蜗杆一侧放置直流电机，完成越障时机器人越障时的整体回转和换行动作。

4.根据权利要求1所述的一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人，其特征在于：清洁机器人在壁面上的平面部分移动时，一端吸盘固定在壁面上，通过调节鼓风机使另一端吸盘以较小压力贴在壁面上，此时通过直流电机控制活动端吸盘沿固定轨迹小幅度往复摆动，同时通过直流电机控制牵引机构的钢丝绳卷绕带动吸盘直线移动，实现螺旋式前进，该过程中直流电机驱动活动端吸盘转动，带动其下面的清洁布进行螺旋式清洁。

5.根据权利要求1所述的一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人，其特征在于：牵引机构由两个直流电机，两根光轴，工字架，两根钢丝绳和滑动构件组成；滑动构件和光轴直接通过直线轴承连接，保证滑动构件的直线移动并减小摩擦力；两根钢丝绳卷绕控制滑动构件移动的设计，保证了滑动构件的精确移动。

6.根据权利要求1所述的一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人，其特征在于：大蜗轮与大蜗杆，小蜗轮与小蜗杆的组合，均是蜗轮固定不动，电机带动蜗杆转动使蜗杆产生相对于蜗轮轴心的圆周运动来实现机器人的转向和起升功能，同时蜗轮蜗杆可以实现自锁，传动精度高，保证了机器人机构运动的稳定性和控制精度，提高了使用寿命。

7.根据权利要求1所述的一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人，其特征在于：当清洁机器人遇到障碍时，需控制离障碍较近端的吸盘吸附在壁面上，通过电机控制该端吸盘处的起升机构将离障碍较远端的吸盘抬起到一定高度，该吸盘回转机构的直流电机控制机器人整体转动，转至越过障碍后，通过直流电机控制吸附端吸盘起升机构的蜗杆反转使另一端吸盘下降直至接触到壁面并调节其鼓风机使该吸盘吸附与壁面上，然后抬起另一端吸盘，采用同样的方式进行越障。

8.根据权利要求1所述的一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人，其特征在于：滑动构件在光轴上的移动是靠两个电机协同工作来实现沿平行于光轴轴线的两个方向的直线移动的，而不是用一个电机来控制两个方向的移动。

9.根据权利要求1所述的一种双吸盘玻璃幕墙清洁机器人，其特征在于：该可越障玻璃清洁机器人需要8个直流电机，2个用于控制两个清洁毛刷的旋转，2个用于控制机器人的两组起升机构，2个用于控制机器人的两组转向机构，2个用于控制牵引机构。