CN108378767B - 气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统及其控制方法，属于爬壁机器人领域。本发明的气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统，玻璃幕墙清洗机器人完全由气缸控制来实现爬壁和清洗动作，结构简单紧凑，操作灵活方便，工作效率更高；并且，行走总成利用抽气气缸对吸盘产生真空负压，每个抽气气缸所需气量小，对气泵的要求低，实际操作性和实用性更好，且吸盘与抽气气缸一对一连接，某个吸盘漏气对整个行走机构不会造成影响，更加安全可靠；控制系统仅需利用单片机的开关量信号对相应的气缸进行控制，控制简单，程序编制容易，并且，控制系统采用人机交互系统对玻璃幕墙清洗机器人的动作进行控制，根据画面进行操作，操作简单方便。

Description

气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种机器人的控制系统及其控制方法，更具体地说，涉及一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统及其控制方法。

背景技术

随着社会的发展，工业4.0的步伐越来越快，各领域大量使用机器人作业。玻璃幕墙以其美丽的外观、开阔的视野等优势成为了当今世界建筑的主流，由于玻璃幕墙的范围一般较大，并且处在比较危险的高处，周围并没有可以用来支撑的支架，人工擦洗方式劳动强度大，危险系数高，效率低下，价格高昂，属于高危职业，因此目前逐渐开始采用幕墙清洗机器人来代替人工清洗作业。

目前，幕墙爬壁机器人的类型主要分为两大类：一类是适用于在燃气罐、船舶等铁制结构物的壁面上移动的磁铁吸附方式；另一类是适用于在不能采用磁吸附的平滑表面上移动的负压吸附方式。对于玻璃幕墙的清洗，一般采用第二种负压吸附的方式。如中国专利申请号201610788867.7，申请公布日为2016年12月7日，发明创造名称为：一种智能型高空行走机器人，该申请案涉及一种智能型高空行走机器人，包括机架和设置于其上的控制器、清洗机构、第一行走机构和第二行走机构；第二行走机构吸附在幕墙上，第一行走机构脱离幕墙，机架相对移动过程中对幕墙进行清洗；待机架移动到相应位置后，第一行走机构吸附到幕墙上，而后第二行走机构脱离幕墙并移动。该申请案的行走结构较为简单，但其仅能在一个方向上移动，其他方向的运动依赖于楼顶的悬吊升降设备。

为了克服现有玻璃幕墙清洗机器人的行走机构存在的缺陷，申请人于2017年9月4日提出了专利申请号为201710787378.4，发明名称为：一种高楼幕墙清洗机器人及其清洗方法的专利申请案，该申请案的高楼幕墙清洗机器人及其清洗方法，利用外吸附行走机构和内吸附行走机构交替吸附在幕墙上来实现整个清洗机器人的横向和纵向移动，并且利用内吸附行走机构的旋转运动可使幕墙清洗机器人自如转向，实现360°全方位移动，对于特殊形状的幕墙也能够实现无死角清洗；同时，外吸附行走机构和内吸附行走机构中的吸盘均具有伸缩功能，使幕墙清洗机器人具有良好的越障功能，能够适用于中高层无框玻璃幕墙和有框玻璃幕墙的清洗；并且清洗机构能够抬起或压下，能够更好地贴合幕墙表面，达到更佳的清洗效果，在清洗机构抬起后，幕墙清洗机器人能够更加灵活地在幕墙上行走和越障。然而，在实践过程中，申请人发现采用吸盘吸附结构来执行清洗机器人行走动作，传统的方式均是采用高压气泵对吸盘进行抽真空产生负压吸力，这样设计对于高压气泵的要求较高，要想使吸盘一直产生真空环境，气泵就要一直的工作，高压气泵的压力要求高且需要连续工作，小型气泵无法满足要求，而大型气泵又不易搬运，实际应用在幕墙清洗作业中不太适用。在实验过程中发现，普通的活塞气泵会因长时间工作机头发热而损坏；真空泵也无法满足，一个原因是多足吸盘有漏气的时候，真空度达不到要求，吸盘的吸附力较小，另一个原因是真空泵一直工作，机器发热严重，容易损坏。并且，现有的清洗机器人的行走机构结构设计较为复杂，通常需要伺服电机和单片机进行控制，需要连接较长的气路管道和供电电线，制造成本较高，不易推广；而且存在行走动作繁琐、操作难以掌握、工作效率低下等缺陷。

为此，亟需设计一种基于气动原理的幕墙清洗机器人来克服上述现有技术存在的缺陷，解决高压气泵连续作业而易损坏等问题。而对于该基于气动原理的幕墙清洗机器人而言，其控制系统及控制方法对于幕墙清洗机器人的行走动作的控制至关重要，因此也需要专门针对性设计一种电气控制系统来满足基于气动原理的幕墙清洗机器人的控制需要。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统及其控制方法，以克服现有玻璃幕墙清洗机器人的行走机构对气泵要求较高、实用性差、以及结构复杂、操作困难、工作效率低等不足，采用本发明的技术方案，玻璃幕墙清洗机器人完全由气缸控制来实现爬壁和清洗动作，其行走机构由四组行走总成通过四组行走气缸首尾连接而成，通过相对的两组行走气缸的伸缩运动配合行走总成上吸盘的吸附和松开动作，实现了玻璃幕墙清洗机器人在横向和纵向稳定移动，行走机构的结构更加简单紧凑，操作灵活方便，具有更高的工作效率；并且，行走总成利用抽气气缸对吸盘产生真空负压，每个抽气气缸所需气量小，对气泵的要求低，实际操作性和实用性更好，且吸盘与抽气气缸一对一连接，某个吸盘漏气对整个行走机构不会造成影响，更加安全可靠；控制系统仅需利用单片机的开关量信号对相应的气缸进行控制，控制简单，程序编制容易，并且，控制系统采用人机交互系统对玻璃幕墙清洗机器人的动作进行控制，根据画面进行操作，操作简单方便。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统，包括气动玻璃幕墙清洗机器人和控制系统两部分，其中：

所述的气动玻璃幕墙清洗机器人包括四组行走总成，四组行走总成通过四组行走气缸首尾连接成闭合结构，且相对的两组行走气缸沿同一方向同步伸缩动作，相邻的两组行走气缸的伸缩方向相互垂直；每组行走总成均包括行走框架、伸缩气缸、吸盘、真空发生气缸和抽气气缸，所述的伸缩气缸固定安装于行走框架上，且伸缩气缸的驱动端与吸盘的安装座相连接，用于带动吸盘伸缩运动以吸附在幕墙玻璃上；所述的真空发生气缸和抽气气缸安装于行走框架上，所述的真空发生气缸的驱动端与抽气气缸的驱动端相连接，用于带动抽气气缸的驱动端同步伸缩运动，所述的抽气气缸的一根管路接口与吸盘的吸气口相连接，用于使吸盘产生真空负压；所述的行走总成上还架设有清洗机构；

所述的控制系统包括人机交互系统和下位机控制系统，所述的人机交互系统包括PC控制系统、操作外设、通信模块一和图像显示模块，所述的操作外设与PC控制系统连接，用于向PC控制系统输入操作指令，所述的通信模块一与PC控制系统双向连接，用于与下位机控制系统通信；所述的下位机控制系统设于气动玻璃幕墙清洗机器人上，包括单片机控制系统、通信模块二、驱动电路模块、图像采集模块和图像传输模块，所述的通信模块二与单片机控制系统双向连接，用于与通信模块一进行通信，所述的单片机控制系统与驱动电路模块相连接，用于根据人机交互系统发出的指令控制气动玻璃幕墙清洗机器人中的行走气缸、伸缩气缸和真空发生气缸的换向阀以及清洗机构执行相应的动作，所述的图像采集模块与图像传输模块相连接，用于将气动玻璃幕墙清洗机器人的作业区图像通过图像传输模块实时传输给图像显示模块。

更进一步地，在控制系统中，所述的通信模块一和通信模块二之间采用无线和有线两种通信方式通信。

更进一步地，在气动玻璃幕墙清洗机器人中，四组行走总成的结构相同，且每组行走总成的行走框架均为“L”形，四组行走总成首尾连接成矩形结构；所述的行走框架由两个垂直设置的小框架连接而成，且在两个小框架上各设有一组伸缩气缸，每组伸缩气缸的驱动端均安装两个吸盘，所述的吸盘与抽气气缸一对一连接。

更进一步地，在气动玻璃幕墙清洗机器人中，一组真空发生气缸和两组抽气气缸并排连接成一个气缸组，所述的真空发生气缸位于两组抽气气缸之间，且真空发生气缸和抽气气缸的驱动端通过连接板相连接。

更进一步地，在气动玻璃幕墙清洗机器人中，所述的清洗机构包括无杆气缸、清洗框架、刮板气缸和橡胶刮板，所述的无杆气缸横跨安装在行走总成的行走框架上，且无杆气缸的滑块与清洗框架相连接，用于带动清洗框架往复运动；所述的刮板气缸固定于清洗框架上，且刮板气缸的驱动端与橡胶刮板相连接，用于带动橡胶刮板伸缩以与幕墙玻璃接触或分离。

更进一步地，所述的无杆气缸的一端固定在一组行走总成的行走框架上，另一端通过导滑机构安装于相邻的另一组行走总成的行走框架上。

更进一步地，在控制系统中，所述的单片机控制系统单独对每组伸缩气缸、行走气缸、真空发生气缸、无杆气缸和刮板气缸进行控制。

本发明的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统的控制方法，包含以下步骤：

S1、幕墙吸附：通过人机交互系统向下位机控制系统输入吸附指令，单片机控制系统通过驱动电路模块控制四组行走总成上的伸缩气缸带动吸盘向外伸出，使吸盘贴紧在幕墙玻璃表面上；同时，单片机控制系统控制高压气泵启动，通过真空发生气缸带动抽气气缸伸缩运动，将与抽气气缸连接的吸盘抽真空，使整个爬壁机构通过吸盘吸附在幕墙玻璃上；

S2、纵向爬壁：通过人机交互系统向下位机控制系统输入纵向爬壁指令，单片机控制系统通过驱动电路模块控制对应的真空发生气缸和伸缩气缸动作，使气动玻璃幕墙清洗机器人上下两侧的两组行走总成上的吸盘分别与幕墙玻璃交替吸附和脱离；同时，单片机控制系统控制纵向设置的两组行走气缸同步伸出和缩回，使气动玻璃幕墙清洗机器人在纵向上下爬壁移动；

S3、横向爬壁：通过人机交互系统向下位机控制系统输入横向爬壁指令，单片机控制系统通过驱动电路模块控制对应的真空发生气缸和伸缩气缸动作，使气动玻璃幕墙清洗机器人左右两侧的两组行走总成上的吸盘分别与幕墙玻璃交替吸附和脱离；同时，单片机控制系统控制横向设置的两组行走气缸同步伸出和缩回，使气动玻璃幕墙清洗机器人在横向左右爬壁移动；

S4、幕墙清洗：在纵向爬壁和横向爬壁过程中，人机交互系统向下位机控制系统输入清洗指令，单片机控制系统通过驱动电路模块控制清洗机构对幕墙进行清洗作业；同时，图像采集模块将气动玻璃幕墙清洗机器人作业区的清洗画面通过图像传输模块传输给人机交互系统的图像显示模块，根据作业区的实时画面对气动玻璃幕墙清洗机器人进行操作。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统及其控制方法，玻璃幕墙清洗机器人完全由气缸控制来实现爬壁和清洗动作，其行走机构由四组行走总成通过四组行走气缸首尾连接而成，通过相对的两组行走气缸的伸缩运动配合行走总成上吸盘的吸附和松开动作，实现了玻璃幕墙清洗机器人在横向和纵向稳定移动，行走机构的结构更加简单紧凑，操作灵活方便，具有更高的工作效率；并且，行走总成利用抽气气缸对吸盘产生真空负压，每个抽气气缸所需气量小，对气泵的要求低，实际操作性和实用性更好；控制系统仅需利用单片机的开关量信号对相应的气缸进行控制，控制简单，程序编制容易，并且，控制系统采用人机交互系统对玻璃幕墙清洗机器人的动作进行控制，根据画面进行操作，操作简单方便；

(2)本发明的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统及其控制方法，其通信模块一和通信模块二之间采用无线和有线两种通信方式通信，能够方便不同应用场合使用，适用范围广泛；

(3)本发明的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统，其行走框架由两个垂直设置的小框架连接而成，且在两个小框架上各设有一组伸缩气缸，每组伸缩气缸的驱动端均安装两个吸盘，对幕墙玻璃的吸附更加牢固；且吸盘与抽气气缸一对一连接，某个吸盘漏气对整个行走机构不会造成影响，更加安全可靠；

(4)本发明的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统，其一组真空发生气缸和两组抽气气缸并排连接成一个气缸组，真空发生气缸位于两组抽气气缸之间，且真空发生气缸和抽气气缸的驱动端通过连接板相连接，真空发生气缸带动两组抽气气缸同步动作，动作稳定可靠，响应快速；

(5)本发明的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统，其清洗机构采用无杆气缸带动橡胶刮板往复运动，橡胶刮板具有更大的运动行程，清洗效果好、效率高；

(6)本发明的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统，其无杆气缸的一端固定在一组行走总成的行走框架上，另一端通过导滑机构安装于相邻的另一组行走总成的行走框架上，清洗机构能够横跨于玻璃幕墙清洗机器人的中部，同时不影响玻璃幕墙清洗机器人的横向和纵向移动，结构稳定，设计巧妙。

附图说明

图1为本发明的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统的系统框图；

图2为本发明中的气动玻璃幕墙清洗机器人的结构示意图；

图3为本发明中的一组行走总成的结构示意图；

图4为本发明中的气动玻璃幕墙清洗机器人的整体结构示意图；

图5为本发明中的无杆气缸的滑动安装示意图。

示意图中的标号说明：

1、行走总成；1-1、行走框架；1-2、伸缩气缸；1-3、吸盘；1-4、真空发生气缸；1-5、抽气气缸；2、行走气缸；3、清洗机构；3-1、无杆气缸；3-2、导滑机构；3-2a、导轨；3-2b、滑块；3-3、清洗框架；3-4、刮板气缸；3-5、导杆；3-6、橡胶刮板。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例

结合图1、以及图2至图4所示，本实施例的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统，包括气动玻璃幕墙清洗机器人和控制系统两部分，其中：

如图2至图4所示，气动玻璃幕墙清洗机器人包括四组行走总成1，四组行走总成1通过四组行走气缸2首尾连接成闭合结构，且相对的两组行走气缸2沿同一方向同步伸缩动作，相邻的两组行走气缸2的伸缩方向相互垂直；这样，相对的两组行走气缸2同步伸缩动作时即可向一个方向运动，从而能够满足玻璃幕墙清洗机器人在横向和纵向的移动需要，这样设计更加简单紧凑，爬壁行走动作更加稳定且易于控制，无需伺服电机驱动，爬壁动作更加灵敏，具有更高的工作效率。参见图3所示，每组行走总成1均包括行走框架1-1、伸缩气缸1-2、吸盘1-3、真空发生气缸1-4和抽气气缸1-5，伸缩气缸1-2固定安装于行走框架1-1上，且伸缩气缸1-2的驱动端与吸盘1-3的安装座相连接，用于带动吸盘1-3伸缩运动以吸附在幕墙玻璃上；真空发生气缸1-4和抽气气缸1-5安装于行走框架1-1上，真空发生气缸1-4的驱动端与抽气气缸1-5的驱动端相连接，用于带动抽气气缸1-5的驱动端同步伸缩运动，抽气气缸1-5的一根管路接口与吸盘1-3的吸气口相连接，用于使吸盘1-3产生真空负压；这样，吸盘1-3的真空状态无需高压气泵持续工作来保持，通过真空发生气缸1-4带动抽气气缸1-5的活塞运动即可对吸盘1-3进行吸气，使吸盘1-3达到真空状态，每个抽气气缸1-5所需气量小，对气泵的要求低，实际操作性和实用性更好。行走总成1上还架设有清洗机构3。上述的气动玻璃幕墙清洗机器人完全由气缸控制来实现爬壁和清洗动作，其行走机构由四组行走总成1通过四组行走气缸2首尾连接而成，通过相对的两组行走气缸2的伸缩运动配合行走总成1上吸盘1-3的吸附和松开动作，实现了玻璃幕墙清洗机器人在横向和纵向稳定移动，行走机构的结构更加简单紧凑，操作灵活方便，具有更高的工作效率；并且，行走总成1利用抽气气缸1-5对吸盘1-3产生真空负压，每个抽气气缸1-5所需气量小，对气泵的要求低，实际操作性和实用性更好。

如图1所示，控制系统包括人机交互系统和下位机控制系统，人机交互系统包括PC控制系统、操作外设、通信模块一和图像显示模块，PC控制系统利用PC软件和数据库支持实现机器人移动和作业的时序控制，操作外设可采用按钮和摇杆等，操作外设与PC控制系统连接，用于向PC控制系统输入操作指令，通信模块一与PC控制系统通过通信接口双向连接，用于与下位机控制系统通信。下位机控制系统设于气动玻璃幕墙清洗机器人上，包括单片机控制系统、通信模块二、驱动电路模块、图像采集模块和图像传输模块，通信模块二与单片机控制系统通过通信接口双向连接，用于与通信模块一进行通信，单片机控制系统与驱动电路模块相连接，用于根据人机交互系统发出的指令控制气动玻璃幕墙清洗机器人中的行走气缸2、伸缩气缸1-2和真空发生气缸1-4的换向阀以及清洗机构3执行相应的动作，图像采集模块与图像传输模块相连接，图像传输模块采用无线图像信号进行画面实时传输，用于将气动玻璃幕墙清洗机器人的作业区图像通过图像传输模块实时传输给图像显示模块。上述的控制系统仅需利用单片机的开关量信号对相应的气缸进行控制，控制简单，程序编制容易，并且，控制系统采用人机交互系统对玻璃幕墙清洗机器人的动作进行控制，根据画面进行操作，操作简单方便。另外，在控制系统中，通信模块一和通信模块二之间采用无线和有线两种通信方式通信，能够方便不同应用场合使用，适用范围广泛。

如图3和图4所示，在气动玻璃幕墙清洗机器人中，四组行走总成1的结构相同，且每组行走总成1的行走框架1-1均为“L”形，四组行走总成1首尾连接成矩形结构，玻璃幕墙清洗机器人的形状规则，对于玻璃幕墙具有更好的适应性，清洗效果好，清洗效率高；并且，四组行走总成1的结构相同，制造简单方便，成本较低。具体地，行走框架1-1由两个垂直设置的小框架连接而成，且在两个小框架上各设有一组伸缩气缸1-2，每组伸缩气缸1-2的驱动端均安装两个吸盘1-3，这两个吸盘1-3可通过连接板固定在伸缩气缸1-2的驱动端上，对幕墙玻璃的吸附更加牢固。并且，优选地，吸盘1-3与抽气气缸1-5一对一连接，某个吸盘1-3漏气对整个行走机构不会造成影响，更加安全可靠。另外，在本实施例中，一组真空发生气缸1-4和两组抽气气缸1-5并排连接成一个气缸组，真空发生气缸1-4和两组抽气气缸1-5可采用上下两个压板通过对拉螺栓固定连接，作为气缸组安装更加方便；真空发生气缸1-4位于两组抽气气缸1-5之间，且真空发生气缸1-4和抽气气缸1-5的驱动端通过连接板相连接，真空发生气缸1-4带动两组抽气气缸1-5同步动作，动作稳定可靠，响应快速。实验表明，高压气泵仅需产生8～10公斤的高压来带动8～10只抽气气缸1-5伸缩，因为事实上极限真空也只有1公斤的负压力，因此通过8～10公斤的高压气泵来控制8～10只抽气气缸1-5即可产生极限真空，完全能够保证吸盘1-3牢牢吸附在幕墙玻璃上。此外，上述的行走气缸2和伸缩气缸1-2均采用双杆气缸，具有更好的稳定性和更高的压力，提高了机器人的爬壁稳定性。行走气缸2和伸缩气缸1-2通过换向阀与高压气泵连接即可。

接续图4所示，在气动玻璃幕墙清洗机器人中，清洗机构3包括无杆气缸3-1、清洗框架3-3、刮板气缸3-4和橡胶刮板3-6，无杆气缸3-1横跨安装在行走总成1的行走框架1-1上，且无杆气缸3-1的滑块与清洗框架3-3相连接，用于带动清洗框架3-3往复运动；刮板气缸3-4固定于清洗框架3-3上，且刮板气缸3-4的驱动端与橡胶刮板3-6相连接，用于带动橡胶刮板3-6伸缩以与幕墙玻璃接触或分离；采用无杆气缸3-1驱动清洗机构3工作，橡胶刮板3-6具有更大的运动行程，清洗效果好、效率高。为了提高橡胶刮板3-6的工作稳定性，确保清洗无死角，橡胶刮板3-6与清洗框架3-3之间还设有导杆3-5，即在橡胶刮板3-6的两端各设有一根导杆3-5，导杆3-5与设于清洗框架3-3上的导向套相配合，橡胶刮板3-6伸缩稳定，能够与幕墙玻璃紧密贴合，保证了清洗效果。在本实施例中，无杆气缸3-1的一端固定在一组行走总成1的行走框架1-1上，另一端通过导滑机构3-2安装于相邻的另一组行走总成1的行走框架1-1上。如图5所示，上述的导滑机构3-2包括导轨3-2a和滑块3-2b，导轨3-2a固定于行走总成1的行走框架1-1上，滑块3-2b固定于无杆气缸3-1上，滑块3-2b与导轨3-2a滑动配合。这样，清洗机构3能够横跨于玻璃幕墙清洗机器人的中部，同时不影响玻璃幕墙清洗机器人的横向和纵向移动，结构稳定，设计巧妙。上述的无杆气缸3-1优选无杆电磁耦合气缸。单片机控制系统单独对每组伸缩气缸1-2、行走气缸2、真空发生气缸1-4、无杆气缸3-1和刮板气缸3-4进行控制，并且，单片机控制系统可对任意组合的吸盘1-3及各个控制气缸进行同步控制和时序控制。

本实施例的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统的控制方法，气动玻璃幕墙清洗机器人在使用时，首先在楼顶上架设机器人动力装置(如高压气泵)和楼顶起吊装置，然后将幕墙清洗机器人的各类管线与机器人动力装置连接，通过楼顶起吊装置的吊索将幕墙清洗机器人吊在高楼幕墙上，防止幕墙清洗机器人掉落。具体操作步骤如下：

S1、幕墙吸附：在人机交互系统中按下“吸附”按钮，通过人机交互系统向下位机控制系统输入吸附指令，单片机控制系统通过驱动电路模块控制四组行走总成1上的伸缩气缸1-2带动吸盘1-3向外伸出，使吸盘1-3贴紧在幕墙玻璃表面上；同时，单片机控制系统控制高压气泵启动，通过真空发生气缸1-4带动抽气气缸1-5伸缩运动，将与抽气气缸1-5连接的吸盘1-3抽真空，使整个爬壁机构通过吸盘1-3吸附在幕墙玻璃上。

S2、纵向爬壁：在人机交互系统中操作摇杆，通过人机交互系统向下位机控制系统输入纵向爬壁指令，单片机控制系统通过驱动电路模块控制对应的真空发生气缸1-4和伸缩气缸1-2动作，使气动玻璃幕墙清洗机器人上下两侧的两组行走总成1上的吸盘1-3分别与幕墙玻璃交替吸附和脱离；同时，单片机控制系统控制纵向设置的两组行走气缸2同步伸出和缩回，使气动玻璃幕墙清洗机器人在纵向上下爬壁移动。具体地，吸盘1-3与幕墙玻璃脱离的动作由控制真空发生气缸1-4的换向阀控制实现，并由伸缩气缸1-2带动吸盘1-3收回，同时纵向的两组行走气缸2同步伸出，带动与幕墙玻璃脱离两组行走总成1纵向移动，然后与幕墙玻璃脱离两组行走总成1再次吸附在幕墙玻璃上，而另外两组行走总成1与幕墙玻璃脱离，同时纵向的两组行走气缸2同步缩回，带动与幕墙玻璃脱离两组行走总成1纵向移动。

S3、横向爬壁：在人机交互系统中操作摇杆，通过人机交互系统向下位机控制系统输入横向爬壁指令，单片机控制系统通过驱动电路模块控制对应的真空发生气缸1-4和伸缩气缸1-2动作，使气动玻璃幕墙清洗机器人左右两侧的两组行走总成1上的吸盘1-3分别与幕墙玻璃交替吸附和脱离；同时，单片机控制系统控制横向设置的两组行走气缸2同步伸出和缩回，使气动玻璃幕墙清洗机器人在横向左右爬壁移动。具体地，玻璃幕墙清洗机器人左侧或右侧的两组行走总成1上的吸盘1-3与幕墙玻璃脱离，同时横向的两组行走气缸2同步伸出，带动与幕墙玻璃脱离两组行走总成1横向移动，然后与幕墙玻璃脱离两组行走总成1再次吸附在幕墙玻璃上，而另外两组行走总成1与幕墙玻璃脱离，同时横向的两组行走气缸2同步缩回，带动与幕墙玻璃脱离两组行走总成1横向移动。

S4、幕墙清洗：在纵向爬壁和横向爬壁过程中，按下“清洗”按钮，人机交互系统向下位机控制系统输入清洗指令，单片机控制系统通过驱动电路模块控制清洗机构3对幕墙进行清洗作业；同时，图像采集模块将气动玻璃幕墙清洗机器人作业区的清洗画面通过图像传输模块传输给人机交互系统的图像显示模块，根据作业区的实时画面对气动玻璃幕墙清洗机器人进行操作。具体的清洗动作为：刮板气缸3-4带动橡胶刮板3-6伸出并与幕墙玻璃紧密贴合，无杆气缸3-1带动清洗框架3-3往复运动，进而使橡胶刮板3-6在幕墙玻璃上往复刮洗。

本发明的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统及其控制方法，玻璃幕墙清洗机器人完全由气缸控制来实现爬壁和清洗动作，其行走机构由四组行走总成通过四组行走气缸首尾连接而成，通过相对的两组行走气缸的伸缩运动配合行走总成上吸盘的吸附和松开动作，实现了玻璃幕墙清洗机器人在横向和纵向稳定移动，行走机构的结构更加简单紧凑，操作灵活方便，具有更高的工作效率；并且，行走总成利用抽气气缸对吸盘产生真空负压，每个抽气气缸所需气量小，对气泵的要求低，实际操作性和实用性更好；控制系统仅需利用单片机的开关量信号对相应的气缸进行控制，控制简单，程序编制容易，并且，控制系统采用人机交互系统对玻璃幕墙清洗机器人的动作进行控制，根据画面进行操作，操作简单方便。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统，包括气动玻璃幕墙清洗机器人和控制系统两部分，其特征在于：

所述的气动玻璃幕墙清洗机器人包括四组行走总成（1），四组行走总成（1）通过四组行走气缸（2）首尾连接成闭合结构，且相对的两组行走气缸（2）沿同一方向同步伸缩动作，相邻的两组行走气缸（2）的伸缩方向相互垂直；每组行走总成（1）均包括行走框架（1-1）、伸缩气缸（1-2）、吸盘（1-3）、真空发生气缸（1-4）和抽气气缸（1-5），所述的伸缩气缸（1-2）固定安装于行走框架（1-1）上，且伸缩气缸（1-2）的驱动端与吸盘（1-3）的安装座相连接，用于带动吸盘（1-3）伸缩运动以吸附在幕墙玻璃上；所述的真空发生气缸（1-4）和抽气气缸（1-5）安装于行走框架（1-1）上，所述的真空发生气缸（1-4）的驱动端与抽气气缸（1-5）的驱动端相连接，用于带动抽气气缸（1-5）的驱动端同步伸缩运动，所述的抽气气缸（1-5）的一根管路接口与吸盘（1-3）的吸气口相连接，用于使吸盘（1-3）产生真空负压；所述的行走总成（1）上还架设有清洗机构（3）；在气动玻璃幕墙清洗机器人中，四组行走总成（1）的结构相同，且每组行走总成（1）的行走框架（1-1）均为“L”形，四组行走总成（1）首尾连接成矩形结构；所述的行走框架（1-1）由两个垂直设置的小框架连接而成，且在两个小框架上各设有一组伸缩气缸（1-2），每组伸缩气缸（1-2）的驱动端均安装两个吸盘（1-3），所述的吸盘（1-3）与抽气气缸（1-5）一对一连接；在气动玻璃幕墙清洗机器人中，一组真空发生气缸（1-4）和两组抽气气缸（1-5）并排连接成一个气缸组，所述的真空发生气缸（1-4）位于两组抽气气缸（1-5）之间，且真空发生气缸（1-4）和抽气气缸（1-5）的驱动端通过连接板相连接；所述的清洗机构（3）包括无杆气缸（3-1）、清洗框架（3-3）、刮板气缸（3-4）和橡胶刮板（3-6），所述的无杆气缸（3-1）横跨安装在行走总成（1）的行走框架（1-1）上，且无杆气缸（3-1）的滑块与清洗框架（3-3）相连接，用于带动清洗框架（3-3）往复运动；所述的刮板气缸（3-4）固定于清洗框架（3-3）上，且刮板气缸（3-4）的驱动端与橡胶刮板（3-6）相连接，用于带动橡胶刮板（3-6）伸缩以与幕墙玻璃接触或分离；

所述的控制系统包括人机交互系统和下位机控制系统，所述的人机交互系统包括PC控制系统、操作外设、通信模块一和图像显示模块，所述的操作外设与PC控制系统连接，用于向PC控制系统输入操作指令，所述的通信模块一与PC控制系统双向连接，用于与下位机控制系统通信；所述的下位机控制系统设于气动玻璃幕墙清洗机器人上，包括单片机控制系统、通信模块二、驱动电路模块、图像采集模块和图像传输模块，所述的通信模块二与单片机控制系统双向连接，用于与通信模块一进行通信，所述的单片机控制系统与驱动电路模块相连接，用于根据人机交互系统发出的指令控制气动玻璃幕墙清洗机器人中的行走气缸（2）、伸缩气缸（1-2）和真空发生气缸（1-4）的换向阀以及清洗机构（3）执行相应的动作，所述的图像采集模块与图像传输模块相连接，用于将气动玻璃幕墙清洗机器人的作业区图像通过图像传输模块实时传输给图像显示模块；

具体控制方法包含以下步骤：

S1、幕墙吸附：通过人机交互系统向下位机控制系统输入吸附指令，单片机控制系统通过驱动电路模块控制四组行走总成（1）上的伸缩气缸（1-2）带动吸盘（1-3）向外伸出，使吸盘（1-3）贴紧在幕墙玻璃表面上；同时，单片机控制系统控制高压气泵启动，通过真空发生气缸（1-4）带动抽气气缸（1-5）伸缩运动，将与抽气气缸（1-5）连接的吸盘（1-3）抽真空，使整个爬壁机构通过吸盘（1-3）吸附在幕墙玻璃上；

S2、纵向爬壁：通过人机交互系统向下位机控制系统输入纵向爬壁指令，单片机控制系统通过驱动电路模块控制对应的真空发生气缸（1-4）和伸缩气缸（1-2）动作，使气动玻璃幕墙清洗机器人上下两侧的两组行走总成（1）上的吸盘（1-3）分别与幕墙玻璃交替吸附和脱离；同时，单片机控制系统控制纵向设置的两组行走气缸（2）同步伸出和缩回，使气动玻璃幕墙清洗机器人在纵向上下爬壁移动；

S3、横向爬壁：通过人机交互系统向下位机控制系统输入横向爬壁指令，单片机控制系统通过驱动电路模块控制对应的真空发生气缸（1-4）和伸缩气缸（1-2）动作，使气动玻璃幕墙清洗机器人左右两侧的两组行走总成（1）上的吸盘（1-3）分别与幕墙玻璃交替吸附和脱离；同时，单片机控制系统控制横向设置的两组行走气缸（2）同步伸出和缩回，使气动玻璃幕墙清洗机器人在横向左右爬壁移动；

S4、幕墙清洗：在纵向爬壁和横向爬壁过程中，人机交互系统向下位机控制系统输入清洗指令，单片机控制系统通过驱动电路模块控制清洗机构（3）对幕墙进行清洗作业；同时，图像采集模块将气动玻璃幕墙清洗机器人作业区的清洗画面通过图像传输模块传输给人机交互系统的图像显示模块，根据作业区的实时画面对气动玻璃幕墙清洗机器人进行操作。

2.根据权利要求1所述的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统，其特征在于：在控制系统中，所述的通信模块一和通信模块二之间采用无线和有线两种通信方式通信。

3.根据权利要求2所述的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统，其特征在于：所述的无杆气缸（3-1）的一端固定在一组行走总成（1）的行走框架（1-1）上，另一端通过导滑机构（3-2）安装于相邻的另一组行走总成（1）的行走框架（1-1）上。

4.根据权利要求3所述的一种气动玻璃幕墙清洗机器人的智能控制系统，其特征在于：在控制系统中，所述的单片机控制系统单独对每组伸缩气缸（1-2）、行走气缸（2）、真空发生气缸（1-4）、无杆气缸（3-1）和刮板气缸（3-4）进行控制。

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