CN107618671A - 一种幕墙运行维护空中打胶机器人及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种幕墙运行维护空中打胶机器人及其方法，包括旋翼无人机，所述旋翼无人机通过绳索悬吊一个机械打胶机，所述机械打胶机包括一个水平支撑架，所述水平支撑架的一端垂直于水平支撑架上端平台设置有一个吸盘，在所述水平支撑架上端平台吸盘侧设置有一个可控水平转动台，在可控水平转动台上设置有可控伸缩臂，伸缩臂可以做上下和前后伸缩，可控伸缩臂顶端固定有一个可控打胶枪，一个无线打胶控制器控制机械打胶机的动作。本发明通过对吸盘和幕墙之间增加水幕处理可以使水平支撑架牢牢吸附在幕墙上，确保了注胶器平稳工作，避免了注胶过程中的法向后坐力、切向反力产生的不利因素。
Description
技术领域
本发明涉及高层建筑玻璃幕墙、外窗运行维护领域，特别涉及一种幕墙运行维护空中打胶机器人及其方法。
背景技术
现代高层建筑中，建筑幕墙的室外运行维护工作，都是由蜘蛛人进行，这种维护方式不仅效率低，而且这种特殊的高空作业，极易发生伤亡事故。用机器人替代人工，已成为迫在眉睫的研究课题。特别是建筑幕墙发生漏水，需要在室外进行打胶修复时，危险性极高，以打胶机器人代替人工操作，目前还是空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种幕墙运行维护空中打胶机器人及其方法，实现对较光滑幕墙的衔接缝打胶维护的工作。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种幕墙运行维护空中打胶机器人，包括旋翼无人机，旋翼无人机上有摄像机，一个无线控制器接收显示摄像机的信息并控制旋翼无人机，所述旋翼无人机通过绳索悬吊一个机械打胶机，其中，所述机械打胶机包括一个水平支撑架，所述水平支撑架的一端垂直于水平支撑架上端平台设置有一个吸盘，在所述水平支撑架上端平台吸盘侧设置有一个可控水平转动台，在可控水平转动台上设置有可控伸缩臂，伸缩臂可以做上下和前后伸缩，可控伸缩臂顶端固定有一个可控打胶枪，一个无线打胶控制器控制机械打胶机的动作。
方案进一步是：所述伸缩臂包括上支臂和下支臂，打胶枪固定在上支臂的上端，所述上支臂下端与下支臂的上端通过第一步进电机可控转动铰接，所述下支臂的下端与水平转动台之间通过第二步进电机可控转动铰接，所述上下支臂铰接的铰接轴与下支臂和水平转动台交接的铰接轴相互平行，伸缩臂通过控制第一步进电机和第二步进电机实现上下和前后伸缩。
方案进一步是：所述吸盘是抽真空橡胶吸盘，橡胶吸盘外侧呈环形喇叭状，橡胶吸盘内侧吸附面是一个宽度至少为15mm、夹角在160度至170度的环形锥面，环绕环形锥面内侧端设置有宽度不大于1mm的环形狭缝，环形狭缝口朝向是沿环形锥面径向切线的方向，狭缝用于向要吸附的幕墙面喷射水清洗幕墙，狭缝后端连接有输水管道。
方案进一步是：所述上支臂是至少是由两段相套的可控液压或气压长短伸缩臂。
方案进一步是：所述水平支撑架包括前箱体和后箱体，吸盘设置在前箱体的前端面，前箱体中设置有抽气泵，所述后箱体为配重箱体，前箱体与后箱体分别设置有伸出的滑杆，所述前箱体滑杆与后箱体滑杆从一个吊具的轴向相对两侧分别插入吊具，所述绳索设置在吊具上，吊具中设置有驱动装置，驱动装置分别控制驱动插入的前箱体和后箱体滑杆从吊具的轴向相对两侧伸缩。
方案进一步是：在所述吊具上设置有水平传感器和水平控制器，水平控制器根据水平传感器的信号控制前箱体滑杆与后箱体滑杆的伸缩，实现所述机械打胶机水平支撑架的水平位置控制。
一种幕墙运行维护空中打胶的控制方法，是基于空中打胶机器人的空中打胶的控制方法，空中打胶机器人包括旋翼无人机，旋翼无人机上有摄像机，一个无线控制器接收显示摄像机的信息并控制旋翼无人机，所述旋翼无人机通过绳索悬吊一个机械打胶机，所述机械打胶机包括一个水平支撑架，所述水平支撑架的一端垂直于水平支撑架上端平台设置有一个吸盘，在所述水平支撑架上端平台吸盘侧设置有一个可控水平转动台，在可控水平转动台上设置有可控伸缩臂，伸缩臂可以做上下和前后伸缩，可控伸缩臂顶端固定有一个可控打胶枪；所述吸盘是抽真空橡胶吸盘，一个设置在水平支撑架上的抽气泵连接橡胶吸盘，橡胶吸盘外侧呈环形喇叭状，橡胶吸盘内侧吸附面是一个宽度至少为15mm、夹角在160度至170度的环形锥面，在环绕环形锥面内侧端设置有宽度不大于1mm的环形狭缝，环形狭缝口朝向是沿环形锥面径向切线的方向，狭缝后端连接有输水管道；旋翼无人机沿幕墙起吊机械打胶机，通过摄像机巡视幕墙接缝，当发现需要打胶的接缝时，悬停无人机，其中，所述控制方法顺序执行：
a. 移动水平支撑架上的吸盘贴上幕墙，同时，控制机械打胶机水平支撑架处于水平位置；
b.在贴上幕墙的过程中，通过橡胶吸盘的环形狭缝口向幕墙喷射水清洗幕墙在幕墙与吸盘吸附面之间形成水幕密封；
c.在吸盘贴上幕墙后启动抽气泵，在抽气泵的负压值达到一个设定阈值后，停止抽气，机械打胶机被固定在了幕墙上；
d. 控制无人机下降使绳索处于一个松弛的状态；
e．根据摄像机的信息控制机械打胶机完成对接缝的打胶。
方案进一步是：实时监测抽气泵的负压值，当负压值小于设定阈值时，重新启动抽气泵工作，保证机械打胶机被固定在了幕墙上。
方案进一步是：所述水平支撑架包括前箱体和后箱体，吸盘设置在前箱体的前端面，前箱体中设置有所述抽气泵，所述后箱体为配重箱体，前箱体与后箱体分别设置有伸出的滑杆，所述前箱体滑杆与后箱体滑杆从一个吊具的轴向相对两侧分别插入吊具，所述绳索设置在吊具上，吊具中设置有驱动装置，驱动装置分别控制驱动插入的前箱体和后箱体滑杆从吊具的轴向相对两侧伸缩，在所述吊具上设置有水平传感器和水平控制器，在移动水平支撑架上的吸盘贴上幕墙的过程中，首先将移动前箱体，然后水平控制器根据水平传感器信号控制移动后箱体，控制机械打胶机水平支撑架处于水平位置直至机械打胶机被固定在了幕墙上。
方案进一步是：所述伸缩臂包括上支臂和下支臂，打胶枪固定在上支臂的上端，所述上支臂下端与下支臂的上端通过第一步进电机可控转动铰接，所述下支臂的下端与水平转动台之间通过第二步进电机可控转动铰接，所述上下支臂铰接的铰接轴与下支臂和水平转动台交接的铰接轴相互平行，伸缩臂通过控制第一步进电机和第二步进电机实现上下和前后伸缩。
本发明的有益效果是：
1）通过对吸盘和幕墙之间增加水幕处理可以使水平支撑架牢牢吸附在幕墙上，确保了注胶器平稳工作，避免了注胶过程中的法向后坐力、切向反力产生的不利因素。
2）旋转翼无人机在空中滞留时，自身安全问题使之不可能离墙面很近，工作箱与配重箱通过滑杆同时平稳伸出，不但保证了整个系统的自身平衡，而且使吸盘尽可能接近幕墙墙面，顺利实现吸附工作。
3）工作机箱系统采用轻型高强度塑料，减轻了自身重量，保证了负压吸盘吸附作用的牢固可靠性。
4）工作机箱与旋转翼无人机之间采用柔性绳索连接，工作时绳索处于松弛状态，避免了旋转翼无人机的振动对打胶工作影响。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明工作结构轴向示意图；
图3为本发明工作结构侧面示意图；
图4为本发明吸盘侧面结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种幕墙运行维护空中打胶机器人，如图1、图2和图3所示，机器人包括旋翼无人机1，旋翼无人机上有摄像机101，摄像机带有旋转摄像头，一个在地面的无线控制器接收显示摄像机的信息并通过遥控器控制旋翼无人机，所述旋翼无人机通过绳索2悬吊一个机械打胶机，机械打胶机为（玻璃）幕墙3的墙砖衔接缝打胶，其中，所述机械打胶机包括一个水平支撑架（打胶工作台）4，旋翼无人机通过绳索连接水平支撑架，所述水平支撑架的一端垂直于水平支撑架上端平台401设置有一个吸盘402，在所述水平支撑架上端平台吸盘侧设置有一个可控水平转动台5，在可控水平转动台上设置有可控伸缩臂6，伸缩臂可以做上下和前后伸缩，可控伸缩臂顶端固定有一个可通过气动或电动控制的打胶枪7，一个在地面的无线打胶控制器控制机械打胶机的动作。
为了实现伸缩臂可以做上下和前后伸缩，从气动和电动的结合可以有多种实施方案，在本方案中的一个优选技术方案是，所述伸缩臂包括上支臂601和下支臂602，打胶枪固定在上支臂的上端，所述上支臂下端与下支臂的上端通过第一步进电机可控转动铰接，所述下支臂的下端与水平转动台之间通过第二步进电机可控转动铰接，所述上下支臂铰接的铰接轴与下支臂和水平转动台交接的铰接轴相互平行，伸缩臂通过控制第一步进电机和第二步进电机实现上下和前后伸缩，此结构可以在一条线上上下前后伸缩，再结合水平转动台5，就可以做到上、下、左、右移动打胶枪，在吸盘定位固定了水平支撑架后就实现了一定范围的左右上下墙砖衔接缝的打胶。
实施例中，为了能够更加牢固的固定水平支撑架，所述吸盘是抽真空橡胶吸盘，如图4所示，橡胶吸盘外侧402-1呈环形喇叭状，橡胶吸盘中央设置有吸气孔402-5，橡胶吸盘内侧吸附面402-2是一个宽度至少为15mm、夹角在160度至170度的环形锥面，环绕环形锥面内侧端设置有宽度不大于1mm的环形狭缝402-3，环形狭缝口朝向是沿环形锥面径向切线的方向，狭缝用于向要吸附的幕墙面喷射水清洗幕墙，狭缝后端连接有输水管道402-4，输水管道连接一个水泵，水泵和水箱可以设置在水平支撑架上，也可以设置在地面由管连接至输水管道。
为了延长支臂，其中：所述上支臂是至少是由两段相套的可控液压或气压长短伸缩臂。
实施例中：所述水平支撑架包括前箱体403和后箱体404，吸盘设置在前箱体的前端面，前箱体中设置有抽气泵，所述后箱体为配重箱体，附图1是前箱体和后箱体没有移动、伸缩臂收回的状态示意图，如图3所示，前箱体与后箱体分别设置有伸出的滑杆406和407，所述前箱体滑杆与后箱体滑杆从一个吊具405的轴向相对两侧分别插入吊具，所述绳索设置在吊具上，吊具中设置有驱动装置，驱动装置分别控制驱动插入的前箱体和后箱体滑杆从吊具的轴向相对两侧伸缩。
其中，在所述吊具上设置有水平传感器和水平控制器，水平控制器根据水平传感器的信号控制前箱体滑杆与后箱体滑杆的伸缩，实现所述机械打胶机水平支撑架的水平位置控制。
实施例2：
一种幕墙运行维护空中打胶的控制方法，是基于实施例1所述空中打胶机器人的空中打胶的控制方法，因此，实施例1中的内容应被视作本实施例中的内容，与实施例1相同，空中打胶机器人包括旋翼无人机，旋翼无人机上有摄像机，一个无线控制器接收显示摄像机的信息并控制旋翼无人机，所述旋翼无人机通过绳索悬吊一个机械打胶机，所述机械打胶机包括一个水平支撑架，所述水平支撑架的一端垂直于水平支撑架上端平台设置有一个吸盘，在所述水平支撑架上端平台吸盘侧设置有一个可控水平转动台，在可控水平转动台上设置有可控伸缩臂，伸缩臂可以做上下和前后伸缩，可控伸缩臂顶端固定有一个可控打胶枪；所述吸盘是抽真空橡胶吸盘，一个设置在水平支撑架上的抽气泵连接橡胶吸盘，橡胶吸盘外侧呈环形喇叭状，橡胶吸盘内侧吸附面是一个宽度至少为15mm、夹角在160度至170度的环形锥面，在环绕环形锥面内侧端设置有宽度不大于1mm的环形狭缝，环形狭缝口朝向是沿环形锥面径向切线的方向，狭缝后端连接有输水管道；旋翼无人机沿幕墙起吊机械打胶机，通过摄像机巡视幕墙接缝，当发现需要打胶的接缝时，悬停无人机，其中，所述控制方法顺序执行：
a. 移动水平支撑架上的吸盘贴上幕墙，同时，控制机械打胶机水平支撑架处于水平位置；
b.在贴上幕墙的过程中，通过橡胶吸盘的环形狭缝口向幕墙喷射水清洗幕墙在幕墙与吸盘吸附面之间形成水幕密封；
c.在吸盘贴上幕墙后启动抽气泵，在抽气泵的负压值达到一个设定阈值后，停止抽气，机械打胶机被固定在了幕墙上；
d. 控制无人机下降使绳索处于一个松弛的状态；
e．根据摄像机的信息控制机械打胶机完成对接缝的打胶；在完成打胶后，执行反向步骤离开幕墙重新执行下一次的打胶。
其中，为了保证机械打胶机在工作期间始终被固定在了幕墙上，实时监测抽气泵的负压值，当负压值小于设定阈值时，重新启动抽气泵工作，保证机械打胶机被固定在了幕墙上。
实施例中：所述水平支撑架包括前箱体和后箱体，吸盘设置在前箱体的前端面，前箱体中设置有所述抽气泵，所述后箱体为配重箱体，前箱体与后箱体分别设置有伸出的滑杆，所述前箱体滑杆与后箱体滑杆从一个吊具的轴向相对两侧分别插入吊具，所述绳索设置在吊具上，吊具中设置有驱动装置，驱动装置分别控制驱动插入的前箱体和后箱体滑杆从吊具的轴向相对两侧伸缩，在所述吊具上设置有水平传感器和水平控制器，在移动水平支撑架上的吸盘贴上幕墙的过程中，首先将移动前箱体，然后水平控制器根据水平传感器信号控制移动后箱体，控制机械打胶机水平支撑架处于水平位置直至机械打胶机被固定在了幕墙上。
实施例中，所述伸缩臂包括上支臂和下支臂，打胶枪固定在上支臂的上端，所述上支臂下端与下支臂的上端通过第一步进电机可控转动铰接，所述下支臂的下端与水平转动台之间通过第二步进电机可控转动铰接，所述上下支臂铰接的铰接轴与下支臂和水平转动台交接的铰接轴相互平行，伸缩臂通过控制第一步进电机和第二步进电机实现上下和前后伸缩。
工作时，吸附器牢牢吸附在幕墙上，确保了注胶器平稳工作，避免了注胶过程中的法向后坐力、切向反力产生的不利因素。旋转翼无人机在空中滞留时，自身安全问题使之不可能离墙面很近，工作箱与配重箱同时平稳伸出，不但保证了整个系统的自身平衡，而且使吸附器尽可能接近幕墙墙面，顺利实现吸附工作。工作机箱系统采用轻型高强度塑料，减轻了自身重量，保证了负压吸附器吸附作用的牢固可靠性。工作机箱与旋转翼无人机之间采用柔性绳索连接，工作时绳索出于松弛状态，避免了旋转翼无人机的振动对打胶工作影响。
工作时：地面人员遥控旋翼无人机携带着机械打胶机飞行至幕墙需要维护打胶的空中部位，安装在旋翼无人机上的影像探头开始工作，锁定具体打胶部位，控制系统（地面人员操控）将旋翼无人机在保证安全的前提下，尽可能地接近幕墙墙面，在空中定点停留。
在含负压吸盘、打胶机箱向幕墙方向伸出的同时平衡配重箱向相反方向伸出，以保持重力平衡，确保负压吸盘垂直于墙面，当负压吸盘行进至与幕墙玻璃很接近时，接通开关，负压吸盘立刻牢牢吸附在玻璃幕墙上。此时旋转翼无人机略微降低，使悬挂绳索松弛，消除吸附器的多余负荷；打胶机械臂将注胶器伸出，进行打胶工作。
打胶工作完成后，机械臂收回，关闭负压吸盘的开关，负压吸盘脱离幕墙，工作箱与配重箱同时向回移动归位至吊具箱。地面人员遥控旋转翼无人机离开工作场所。
Claims (10)
1.一种幕墙运行维护空中打胶机器人，包括旋翼无人机，旋翼无人机上有摄像机，一个无线控制器接收显示摄像机的信息并控制旋翼无人机，所述旋翼无人机通过绳索悬吊一个机械打胶机，其特征在于，所述机械打胶机包括一个水平支撑架，所述水平支撑架的一端垂直于水平支撑架上端平台设置有一个吸盘，在所述水平支撑架上端平台吸盘侧设置有一个可控水平转动台，在可控水平转动台上设置有可控伸缩臂，伸缩臂可以做上下和前后伸缩，可控伸缩臂顶端固定有一个可控打胶枪，一个无线打胶控制器控制机械打胶机的动作。
2.根据权利要求1所述的空中打胶机器人，其特征在于，所述伸缩臂包括上支臂和下支臂，打胶枪固定在上支臂的上端，所述上支臂下端与下支臂的上端通过第一步进电机可控转动铰接，所述下支臂的下端与水平转动台之间通过第二步进电机可控转动铰接，所述上下支臂铰接的铰接轴与下支臂和水平转动台交接的铰接轴相互平行，伸缩臂通过控制第一步进电机和第二步进电机实现上下和前后伸缩。
3.根据权利要求1或2所述的空中打胶机器人，其特征在于，所述吸盘是抽真空橡胶吸盘，橡胶吸盘外侧呈环形喇叭状，橡胶吸盘内侧吸附面是一个宽度至少为15mm、夹角在160度至170度的环形锥面，环绕环形锥面内侧端设置有宽度不大于1mm的环形狭缝，环形狭缝口朝向是沿环形锥面径向切线的方向，狭缝用于向要吸附的幕墙面喷射水清洗幕墙，狭缝后端连接有输水管道。
4.根据权利要求3所述的空中打胶机器人，其特征在于，所述上支臂是至少是由两段相套的可控液压或气压长短伸缩臂。
5.根据权利要求2所述的空中打胶机器人，其特征在于，所述水平支撑架包括前箱体和后箱体，吸盘设置在前箱体的前端面，前箱体中设置有抽气泵，所述后箱体为配重箱体，前箱体与后箱体分别设置有伸出的滑杆，所述前箱体滑杆与后箱体滑杆从一个吊具的轴向相对两侧分别插入吊具，所述绳索设置在吊具上，吊具中设置有驱动装置，驱动装置分别控制驱动插入的前箱体和后箱体滑杆从吊具的轴向相对两侧伸缩。
6.根据权利要求5所述的空中打胶机器人，其特征在于，在所述吊具上设置有水平传感器和水平控制器，水平控制器根据水平传感器的信号控制前箱体滑杆与后箱体滑杆的伸缩，实现所述机械打胶机水平支撑架的水平位置控制。
7.一种幕墙运行维护空中打胶的控制方法，是基于空中打胶机器人的空中打胶的控制方法，空中打胶机器人包括旋翼无人机，旋翼无人机上有摄像机，一个无线控制器接收显示摄像机的信息并控制旋翼无人机，所述旋翼无人机通过绳索悬吊一个机械打胶机，所述机械打胶机包括一个水平支撑架，所述水平支撑架的一端垂直于水平支撑架上端平台设置有一个吸盘，在所述水平支撑架上端平台吸盘侧设置有一个可控水平转动台，在可控水平转动台上设置有可控伸缩臂，伸缩臂可以做上下和前后伸缩，可控伸缩臂顶端固定有一个可控打胶枪；所述吸盘是抽真空橡胶吸盘，一个设置在水平支撑架上的抽气泵连接橡胶吸盘，橡胶吸盘外侧呈环形喇叭状，橡胶吸盘内侧吸附面是一个宽度至少为15mm、夹角在160度至170度的环形锥面，在环绕环形锥面内侧端设置有宽度不大于1mm的环形狭缝，环形狭缝口朝向是沿环形锥面径向切线的方向，狭缝后端连接有输水管道；旋翼无人机沿幕墙起吊机械打胶机，通过摄像机巡视幕墙接缝，当发现需要打胶的接缝时，悬停无人机，其特征在于，所述控制方法顺序执行：
a. 移动水平支撑架上的吸盘贴上幕墙，同时，控制机械打胶机水平支撑架处于水平位置；
b.在贴上幕墙的过程中，通过橡胶吸盘的环形狭缝口向幕墙喷射水清洗幕墙在幕墙与吸盘吸附面之间形成水幕密封；
c.在吸盘贴上幕墙后启动抽气泵，在抽气泵的负压值达到一个设定阈值后，停止抽气，机械打胶机被固定在了幕墙上；
d. 控制无人机下降使绳索处于一个松弛的状态；
e．根据摄像机的信息控制机械打胶机完成对接缝的打胶。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，实时监测抽气泵的负压值，当负压值小于设定阈值时，重新启动抽气泵工作，保证机械打胶机被固定在了幕墙上。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水平支撑架包括前箱体和后箱体，吸盘设置在前箱体的前端面，前箱体中设置有所述抽气泵，所述后箱体为配重箱体，前箱体与后箱体分别设置有伸出的滑杆，所述前箱体滑杆与后箱体滑杆从一个吊具的轴向相对两侧分别插入吊具，所述绳索设置在吊具上，吊具中设置有驱动装置，驱动装置分别控制驱动插入的前箱体和后箱体滑杆从吊具的轴向相对两侧伸缩，在所述吊具上设置有水平传感器和水平控制器，在移动水平支撑架上的吸盘贴上幕墙的过程中，首先将移动前箱体，然后水平控制器根据水平传感器信号控制移动后箱体，控制机械打胶机水平支撑架处于水平位置直至机械打胶机被固定在了幕墙上。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述伸缩臂包括上支臂和下支臂，打胶枪固定在上支臂的上端，所述上支臂下端与下支臂的上端通过第一步进电机可控转动铰接，所述下支臂的下端与水平转动台之间通过第二步进电机可控转动铰接，所述上下支臂铰接的铰接轴与下支臂和水平转动台交接的铰接轴相互平行，伸缩臂通过控制第一步进电机和第二步进电机实现上下和前后伸缩。
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