CN109528068B - 一种玻璃清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种玻璃清洁机器人，涉及机器人技术领域，其包括箱体，箱体的两侧设置有行走机构和清洁机械臂，清洁机械臂的端部转动连接有清洁盘，箱体的底部设置有浮动清洗滚刷，浮动清洗滚刷的前端和后端分别设置有刮条；行走机构包括行走电机和并排设置的主动齿轮和从动齿轮，行走电机驱动主动齿轮转动，主动齿轮带动从动齿轮转动，主动齿轮和从动齿轮外啮合有环形齿形履带，齿形履带上间隔设置有多个吸盘，每个吸盘均与同步转动的配气盘连通。解决了现有技术中的玻璃清洁机器人容易从玻璃墙上掉落以及清洁效果不佳的问题。

Description

一种玻璃清洁机器人

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清洁机器人。

背景技术

玻璃应用于建筑上，可以隔绝外部环境却能让光线透射到室内，并且其光滑的特征能够增加建筑的观赏性，使得玻璃在建筑上的应用越来越广泛。玻璃需要清洗才能保证其良好的透光性和美观性，目前高层建筑上玻璃的清洗主要靠升降平台或吊篮承载清洁工进行玻璃幕墙的清洗，它的劳动强度大，工作效率又低，高空强气流使人难以平衡，工作环境恶劣，属于高空极限作业，对人身安全及玻璃壁面的安全都有很大的威胁性。

目前市场上也出现了一些能代替人工清洁玻璃外墙的机器人，虽然降低了工人的作业风险，但也还存在着一些弊端，清洁机器人与玻璃墙之间的吸附力不够导致机器人容易掉落，并且清洁效果不佳。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种玻璃清洁机器人，解决了现有技术中的玻璃清洁机器人容易从玻璃墙上掉落以及清洁效果不佳的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种玻璃清洁机器人，其包括箱体，箱体的两侧设置有行走机构和清洁机械臂，清洁机械臂的端部转动连接有清洁盘，箱体的底部设置有浮动清洗滚刷，浮动清洗滚刷的前端和后端分别设置有刮条；

行走机构包括行走电机和并排设置的主动齿轮和从动齿轮，行走电机驱动主动齿轮转动，主动齿轮带动从动齿轮转动，主动齿轮和从动齿轮外啮合有环形齿形履带，齿形履带上间隔设置有多个吸盘，每个吸盘均与同步转动的配气盘连通。

进一步地，箱体两侧的前端和后端分别设置有一个行走机构。使得箱体的四个角上均设置有一个行走机构，使箱体的四个角上均有吸盘吸住玻璃，使本机器人更加平衡、牢固，不会坠落。

进一步地，位于箱体同侧的两个行走机构共用一个行走电机，同侧的两个行走机构的主动齿轮通过中间齿轮同步转动连接。使得箱体同侧的两个行走机构能够同步运行，保证了机器人稳定、高效地向前行走。

进一步地，每个行走机构与箱体之间设置有控制行走机构倾斜的牵引机构。通过牵引机构使行走机构产生一定的倾斜角度，以方便行走机构上的吸盘更好地与曲形玻璃面吸附。

进一步地，牵引机构包括固定于箱体上的支杆，支杆的端部铰接于牵引气缸的一端，牵引气缸的另一端固定于从动齿轮的转轴上。通过控制牵引气缸活塞杆的伸缩来控制从动齿轮转轴与箱体之间的距离，达到使行走机构倾斜的目的。

进一步地，浮动清洗滚刷包括筒状海绵，筒状海绵固定于滚刷转轴上，滚刷转轴通过滚刷电机驱动，滚刷转轴的两端固定连接于滚刷气缸上。筒状海绵用于擦洗玻璃表面的赃物，通过控制两端的滚刷气缸来控制筒状海绵与玻璃面之间的挤压程度，从而控制清洁力度；通过控制滚刷转轴两端的滚刷气缸产生不同的伸缩量使筒状海绵能够清洗曲面玻璃。

进一步地，滚刷气缸固定于箱体内。通过气缸中活塞杆的收缩可以将浮动清洁滚刷收入到箱体内，以方便本机器人跨越障碍。

进一步地，清洁机械臂包括固定于箱体上的清洁臂底座，以及转动连接于清洁臂底座上的支臂，支臂包括至少三节连杆依次铰接而成，每根连杆通过对应的气缸驱动。

进一步地，清洁盘连接于清洁盘电机上，清洁盘电机固定于清洁机械臂上。通过控制清洁盘电机启停和转速对应地控制清洁盘的启停和转速。

本发明的有益效果为：本方案中的玻璃清洁机器人结构更加紧凑，行走机构设置在箱体的两侧，从而可通过给两侧行走机构不同的速度使之形成差速而达到转向的目的，行走机构上设置的多个吸盘通过配气盘控制使吸附更加稳固，配气盘上连接气管的一端与固定吸盘的齿形履带同步转动，避免连接吸盘与配气盘的气管缠绕影响正常工作。

本清洁机器人上设置有清洁盘、浮动清洗滚刷和刮条等具有不同清洁功能的清洁用具，使本机器人的清洁能力更强，其中，浮动清洗滚刷能够根据玻璃面的情况改变其清洗力度，在翻越障碍时能够收回到箱体内；设置在浮动清洗滚刷前后两端的刮条能够将多余的赃物刮去，以减小浮动清洗滚刷的清洁负担，也降低了更换浮动清洗滚刷的频率；清洁盘由清洁机械臂带动，使其能够清洁各个方向上的玻璃面，满足现有复杂建筑的清洁。

附图说明

图1为玻璃清洁机器人的结构示意图。

图2为去掉箱体盖子后的玻璃清洁机器人的结构示意图。

图3为图1中行走机构的结构示意图。

图4为图1中浮动清洗滚刷的结构示意图。

图5为图1中清洁机械臂的结构示意图。

其中，1、箱体；2、行走机构；21、行走电机；22、主动齿轮；23、从动齿轮；24、齿形履带；25、吸盘；26、配气盘；27、中间齿轮；3、清洁机械臂；31、清洁盘；311、清洁盘电机；32、清洁臂底座；33、支臂；4、浮动清洗滚刷；41、筒状海绵；42、滚刷转轴；43、滚刷电机；44、滚刷气缸；5、刮条；6、牵引机构；61、支杆；62、牵引气缸。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1、图2所示，该玻璃清洁机器人包括箱体1，箱体1的两侧设置有行走机构2和清洁机械臂3，清洁机械臂3的端部转动连接有清洁盘31，箱体1的底部设置有浮动清洗滚刷4，浮动清洗滚刷4的前端和后端分别设置有刮条5。

箱体1同侧的前端和后端均设置有一个行走机构2，即在箱体1的四个角上均设置有一个行走机构2，以保持本机器人在玻璃面上行走的平衡性。如图1～图3所示，行走机构2包括行走电机21和并排设置的主动齿轮22和从动齿轮23，主动齿轮22和从动齿轮23外啮合有环形齿形履带24，齿形履带24的非啮合面上均匀间隔设置有六个吸盘25。

同侧的两个行走机构2由同一个行走电机21驱动，位于前进方向左侧的两个行走机构2的行走电机21驱动前端的主动齿轮22转动，该主动齿轮22带动与其位于同一个行走机构中的从动齿轮23和左侧的中间齿轮27同步转动，左侧的中间齿轮27带动左侧后端的主动齿轮22转动，从而带动左侧后端的行走机构与左侧前端的行走机构同步转动。前进方向右侧的两个行走机构2的行走电机21驱动后端的主动齿轮22转动，后端的行走机构2再通过右侧的中间齿轮27带动右侧前端的行走机构2向前运动。

通过控制左、右两侧的行走电机21转速相同，使得本机器人可以平稳前行，若需要转弯前进，只需要改变两个行走电机21的转速，使其具有一个速度差即可实现转弯前进。箱体1四个角上的每个行走机构2在行走过程中均有两个吸盘25与玻璃面吸附，即本机器人总共有8个吸盘与玻璃面吸附，使得本机器人吸附牢固，不易掉落。

行走电机21均安装于箱体1上。行走电机21的一端与其驱动的主动齿轮22通过联轴器同轴连接，另一端固定于套筒上，套筒固定于箱体1上，套筒的另一端内安装有轴承，轴承套接于另一侧的主动齿轮22的转轴上，套筒用于保证位于前端或后端两侧的行走机构2的同轴度。

每个行走机构2与箱体1之间设置有控制行走机构2倾斜的牵引机构6。牵引机构6包括固定于箱体1上的支杆61，支杆61的端部铰接于牵引气缸62的一端，牵引气缸62的另一端固定于从动齿轮23的转轴上，通过控制牵引气缸62中活塞杆的伸缩使从动齿轮23产生倾斜，进而使吸盘25产生倾斜，从而使得吸盘25与曲形玻璃面能够吸附。

配气盘26设置在主动齿轮22与从动齿轮23之间，配气盘26上包括固定端和转动端，固定端固定于箱体1上且其内部与型号为FAC8505的真空泵连通。转动端通过一根齿形带与固定于主动齿轮22转轴上的一个齿轮啮合，使得配气盘26的转动端与吸盘25同步转动。转动端上设置有六个气道，每个气道通过气管对应连接一个吸盘25，固定端的下端设置有弧形开口，在气道旋转过程中，转动端上总有两个气道是与固定端上的弧形开口连通，通过真空泵的抽吸作用，使此时连通的两个气道对应的两个吸盘25内产生真空，这两个吸盘25刚好为与玻璃面接触的两个吸盘，使得吸盘25因为压强差而吸附在玻璃面上。随着转动端的转动，之前位于固定端上弧形开口位置的两个气道转离弧形开口位置并与固定端上加工的通孔连通，该通孔与外界空气连通，空气通过气道进入到吸盘25内，使吸盘25内、外压强相等，吸盘25不再吸附于玻璃面上。因此，随着齿形履带24转动，齿形履带24上的六个吸盘25按照上述过程周而复始地被抽真空与玻璃面吸附，随着继续转动又与玻璃面脱离，使得本机器人能够固定于玻璃面上和能够前进两种状态。

如图4所示，浮动清洗滚刷4包括筒状海绵41，筒状海绵41固定于滚刷转轴42上，滚刷转轴42通过滚刷电机43驱动，滚刷转轴42的两端固定连接于滚刷气缸44上。滚刷气缸44固定于箱体1内，至少保证在滚刷气缸44的活塞杆收缩到极限时，浮动清洗滚刷4位于箱体1内部，以方便机器人跨越障碍。刮条5的截面为呈倒V型，从固定端到邻近玻璃的一端厚度逐渐减小。

如图5所示，清洁机械臂3包括固定于箱体1上的清洁臂底座32，以及转动连接于清洁臂底座32上的支臂33。清洁臂底座32内部安装有减速电机。支臂33包括多节连杆依次铰接而成，每根连杆通过对应的气缸驱动。清洁机械臂3即为一个常规的且小型的机械臂，其为现有技术，对其详细的结构此处不再赘述。清洁盘31连接于清洁盘电机311上，清洁盘电机311固定于清洁机械臂3上。

箱体1内设置控制箱，箱体1的顶部盖合有箱盖。控制箱内设置有电源、控制器和蓝牙通讯模块等。控制器采用型号为STM32F103C8T6的单片机，上述涉及到的每个气缸均通过电磁阀控制其内部气路的通断，电磁阀通过对应的继电器控制该电磁阀的启停，配气盘26上连接的真空泵同样通过继电器控制，涉及到的继电器优选型号为JY12H-K，每个电机均通过对应的电机驱动芯片控制，电机驱动芯片优选L9110S。电源用于给所有的电器元件供电。控制器以通过蓝牙通讯模块接收到的信号来控制所有继电器和电机驱动芯片的动作。

蓝牙通讯模块是基于蓝牙通讯4.0的设备，其采用型号为CC2450F128的芯片作为蓝牙通信芯片。该芯片能够运行应用程序和BLE协议栈，其内部集成了高性能低功耗的8051微处理器核，片内提供来了128KB的Flash存储空间，对外支持UART和USB通信接口。蓝牙通讯模块与支持蓝牙4.0的手持式设备蓝牙连接，操作者通过操作手持式设备来控制本机器人的动作。

蓝牙使用2.4G频段，采用快跳频技术进行通信，因而具有较高的抗干扰能力和安全性能。蓝牙技术可以支持数据和语音传输，最高速率为1Mbps，其作用范围视微波发射功率而定：0dbm的功率的作用距离为10米，20dbm的功率作用距离为100米。蓝牙技术支持一种灵活的组网方式，即通过无线方式将若干蓝牙设备组织成微微网(pico―net)，多个微微网之间又可以互连成为分散网(Scatter-net)。并且，蓝牙也是唯一能够嵌入在手机中的短距离全向射频通信技术，可实现通过手机控制本机器人的动作，更有利于本机器人在家用电器应用中的推广。

Claims (6)

1.一种玻璃清洁机器人，其特征在于，包括箱体（1），所述箱体（1）的两侧设置有行走机构（2）和清洁机械臂（3），所述清洁机械臂（3）的端部转动连接有清洁盘（31），所述箱体（1）的底部设置有浮动清洗滚刷（4），所述浮动清洗滚刷（4）的前端和后端分别设置有刮条（5）；

所述行走机构（2）包括行走电机（21）和并排设置的主动齿轮（22）和从动齿轮（23），所述行走电机（21）驱动所述主动齿轮（22）转动，所述主动齿轮（22）带动所述从动齿轮（23）转动，所述主动齿轮（22）和所述从动齿轮（23）外啮合有环形齿形履带（24），所述齿形履带（24）上间隔设置有多个吸盘（25），每个所述吸盘（25）均与同步转动的配气盘（26）连通；

所述箱体（1）两侧的前端和后端分别设置有一个行走机构（2）；位于所述箱体（1）同侧的两个行走机构（2）共用一个所述行走电机（21），同侧的两个所述行走机构（2）的所述主动齿轮（22）通过中间齿轮（27）同步转动连接；

每个所述行走机构（2）与所述箱体（1）之间设置有控制所述行走机构（2）倾斜的牵引机构（6）。

2.根据权利要求1所述的玻璃清洁机器人，其特征在于，所述牵引机构（6）包括固定于所述箱体（1）上的支杆（61），所述支杆（61）的端部铰接于牵引气缸（62）的一端，所述牵引气缸（62）的另一端固定于所述从动齿轮（23）的转轴上。

3.根据权利要求1所述的玻璃清洁机器人，其特征在于，所述浮动清洗滚刷（4）包括筒状海绵（41），所述筒状海绵（41）固定于滚刷转轴（42）上，所述滚刷转轴（42）通过滚刷电机（43）驱动，所述滚刷转轴（42）的两端固定连接于滚刷气缸（44）上。

4.根据权利要求3所述的玻璃清洁机器人，其特征在于，所述滚刷气缸（44）固定于所述箱体（1）内。

5.根据权利要求1所述的玻璃清洁机器人，其特征在于，所述清洁机械臂（3）包括固定于所述箱体（1）上的清洁臂底座（32），以及转动连接于清洁臂底座（32）上的支臂（33），所述支臂（33）包括多节连杆依次铰接而成，每根连杆通过对应的气缸驱动。

6.根据权利要求1所述的玻璃清洁机器人，其特征在于，所述清洁盘（31）连接于清洁盘电机（311）上，所述清洁盘电机（311）固定于所述清洁机械臂（3）上。