CN109770779A - 一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法 - Google Patents

一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法 Download PDF

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李发元
袁铭康
梁华辉
辛月鹏
吕冰
任阿波
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Abstract

本发明公开了一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法,包括外壳体,所述外壳体的下端固定设置有机架结构,所述机架结构的内侧固定设置有底盘,所述底盘的上端两侧分别开设有安装孔,所述安装孔的内侧固定设置有涵道机构,所述底盘的上端两侧分别设置有第一固定柱、第二固定柱,所述第一固定柱分别安装在安装孔之间,所述第一固定柱的之间固定设置有来连接板,所述第二固定柱分别安装在底盘的两侧,所述第一固定柱、第二固定柱远离外壳体的一端固定设置有吸附盘,所述底盘远离外壳体的一端开设有安装槽,所述安装槽的内侧设置有真空机构,所述真空机构的输出端通过管道与吸附盘连接。本发明机器人可以高效的用于高空玻璃幕墙清洗。

Description

一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法
技术领域
本发明涉及清洁技术领域,具体为一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法。
背景技术
高空清洁技术是一直以来,受到各个清洁公司和专业人士注意的方向。爬壁机器人必须具备吸附和移动两个基本功能。吸附方式可分为负压吸附、磁吸附、静电吸附、特种吸附等。移动方式有轮式、十字框架式、履带式和步足式等。对于本文所介绍的爬壁机器人,由于其作业环境为光滑的玻璃幕墙,并且要求机器人的体积和质量不能过大,同时要求机器人移动灵活、操作简单,还有考虑到机器人要能够跨过幕墙玻璃之间的凹槽,因此机器人整体设计采用双涵道推压辅助和双通道负压吸附以及轮式移动方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法,爬壁机器人必须具备吸附和移动两个基本功能。吸附方式可分为负压吸附、磁吸附、静电吸附、特种吸附等。移动方式有轮式、十字框架式、履带式和步足式等。对于本文所介绍的爬壁机器人,由于其作业环境为光滑的玻璃幕墙,并且要求机器人的体积和质量不能过大,同时要求机器人移动灵活、操作简单,还有考虑到机器人要能够跨过幕墙玻璃之间的凹槽,因此机器人整体设计采用双涵道推压辅助和双通道负压吸附以及轮式移动方式。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法,包括外壳体,所述外壳体的下端固定设置有机架结构,所述机架结构的内侧固定设置有底盘,所述底盘的上端两侧分别开设有安装孔,所述安装孔的内侧固定设置有涵道机构,所述底盘的上端两侧分别设置有第一固定柱、第二固定柱,所述第一固定柱分别安装在安装孔之间,所述第一固定柱的之间固定设置有来连接板,所述第二固定柱分别安装在底盘的两侧,所述第一固定柱、第二固定柱远离外壳体的一端固定设置有吸附盘,所述底盘远离外壳体的一端开设有安装槽,所述安装槽的内侧设置有真空机构,所述真空机构的输出端通过管道与吸附盘连接,所述底盘远离外壳体的一侧两端安装座上分别固定设置有四个驱动机构,四个所述驱动机构的输出轴端通过联轴器传动连接有移动轮,所述外壳体的外侧固定设置有两对负重轮。
进一步,所述涵道机构包括涡轮风扇和涡扇叶片,所述涡轮风扇安装在安装孔的内侧,所述涡轮风扇的转轴通过螺栓与外壳体固定连接,所述涡轮叶片固定安装在涡轮风扇所在转轴的外侧。
进一步,所述真空机构包括真空吸盘组件、真空发生器、220V双缸电动气泵、AR2000气体调压阀和6*4mm和8*5mm的气管,所述220V双缸电动气泵通过气体调压阀与真空发生器的进气孔连接,所述真空发生器利用射流原理,卷吸空气在真空发生器的吸入孔,从而形成真空环境,并将真空吸盘组件的接口通过多通管与真空发生器的吸入孔相连,从而在吸盘内产生负压,使得吸盘牢固地吸附在墙壁上。
进一步,其中还包括控制系统,所述控制系统包括控制终端、传感器、驱动部分和执行器,其中所述传感器主要包括安放在机器人四角的压力传感器和安放在机器人四边的超声波测距传感器。
进一步,所述涡轮风扇采用上下分块工作模式和可持续不间断工作模式。
进一步,其使用方法包括以下步骤:步骤S101:当进行高空作业的时候,该装置可以从高空中落下,后启动内腔气压装置,带动电机进行吹气。风扇的吹动空气的力能够让吸盘向玻璃方向施加力,通过大气压的气压差,将装置牢固的吸附在玻璃上;步骤S102:随着装置四周轮子的转动,整个装置轮子带着向固定方向移动;步骤S103:当装置碰到玻璃之间的整块间隙的时候,由于空隙的存在会导致装置的一边的吸盘由于进入空气,从而大气压力不够,造成一边的脱落;步骤S104:在装置的一侧吸盘系统跨过玻璃的间隙时,内腔气压装置再次启动,重复步骤S101,从而让装置再次的贴合玻璃,不会掉落。
进一步,所述驱动机构为4个12V直流减速电机。
进一步,所述吸盘通过硅橡胶材料制成。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)采用真空负压与涵道推压相互配合的方式提高安全性。
(2)使用轮式驱动的方式使得机器人能在玻璃幕墙上灵活移动。
(3)通过机械结构的设计,使机器人能在连续玻璃幕墙上工作,防脱落和暂停系统增强机器人的安全性。
(4)采用单片机控制方式,使得机器人实现智能巡航和避障,提高机器人的智能化。
(5)本发明采用的是涵道和真空负压相结合的机构实现爬壁机器人的吸附功能,因涵道风扇相较同样直径的孤立风扇能产生更大的升力,且风扇装置括在涵道内,即可阻挡风扇气动声向外传播,结构紧凑、安全性高;气泵与真空吸盘结合组成负压结构,产生的大流量空气负压提供爬壁机器人的主要吸力,通过推压和负压的相互配合,一方面提高爬壁机器人的负重能力完成更多的功能,另一方面推压和负压的交替使用互相弥补各自吸附能力的不足够提高安全系数,同时,大扭矩的四电机轮式结构移动方式具有移动灵活、操作简单的优点,满足清理玻璃幕墙的工作要求。
附图说明
图1为本发明一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法结构示意图;
图2为本发明一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法俯视图;
图3为本发明一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法流程图。
图中:1、外壳体;2、机架结构;3、底盘;31、安装孔;4、涵道机构;41、涡轮风扇;42、涡扇叶片;5、第一固定柱;6、第二固定柱;7、连接板;8、吸附盘;9、安装槽;10、真空机构;11、驱动机构;12、移动轮;13、控制系统;131、控制终端;132、传感器;133、驱动部分;134、执行器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3,本发明提供一种技术方案:一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法,包括外壳体1,所述外壳体1的下端固定设置有机架结构2,所述机架结构2的内侧固定设置有底盘3,所述底盘3的上端两侧分别开设有安装孔31,所述安装孔31的内侧固定设置有涵道机构4,所述底盘3的上端两侧分别设置有第一固定柱5、第二固定柱6,所述第一固定柱5分别安装在安装孔31之间,所述第一固定柱5的之间固定设置有连接板7,所述第二固定柱6分别安装在底盘3的两侧,所述第一固定柱5、第二固定柱6远离外壳体1的一端固定设置有吸附盘8,所述底盘3远离外壳体1的一端开设有安装槽9,所述安装槽9的内侧设置有真空机构10,所述真空机构10的输出端通过管道与吸附盘8连接,所述底盘3远离外壳体1的一侧两端安装座上分别固定设置有四个驱动机构11,四个所述驱动机构11的输出轴端通过联轴器传动连接有移动轮12,所述外壳体1的外侧固定设置有两对负重轮。
本发明所述涵道机构4包括涡轮风扇41和涡扇叶片42,所述涡轮风扇41安装在安装孔31的内侧,所述涡轮风扇41的转轴通过螺栓与外壳体1固定连接,所述涡扇叶片42固定安装在涡轮风扇41所在转轴的外侧。
本发明所述真空机构10包括真空吸附盘8组件、真空发生器、220V双缸电动气泵、AR2000气体调压阀和6*4mm和8*5mm的气管,220V双缸电动气泵通过气体调压阀与真空发生器的进气孔连接,真空发生器利用射流原理,卷吸空气在真空发生器的吸入孔,从而形成真空环境,并将真空吸附盘8组件的接口通过多通管与真空发生器的吸入孔相连,从而在吸附盘8内产生负压,使得吸附盘8牢固地吸附在墙壁上。
本发明其中还包括控制系统13,所述控制系统13包括控制终端131、传感器132、驱动部分133和执行器134,其中所述传感器132主要包括安放在机器人四角的压力传感器132和安放在机器人四边的超声波测距传感器132。
本发明所述涡轮风扇41采用上下分块工作模式和可持续不间断工作模式。
本发明其使用方法包括以下步骤:步骤S101:当进行高空作业的时候,该装置可以从高空中落下,后启动内腔气压装置,带动电机进行吹气,风扇的吹动空气的力能够让吸附盘8向玻璃方向施加力,通过大气压的气压差,将装置牢固的吸附在玻璃上;步骤S102:随着装置四周移动轮12的转动,整个装置移动轮12带着向固定方向移动;步骤S103:当装置碰到玻璃之间的整块间隙的时候,由于空隙的存在会导致装置的一边的吸附盘8由于进入空气,从而大气压力不够,造成一边的脱落;步骤S104:在装置的一侧吸附盘8系统跨过玻璃的间隙时,内腔气压装置再次启动,重复步骤S101,从而让装置再次的贴合玻璃,不会掉落。
本发明所述驱动机构11为4个12V直流减速电机。
本发明所述吸附盘8通过硅橡胶材料制成。
工作原理:使用时,通过压力传感器132获取数据判断机器人是否与幕墙紧密贴合,若真空装置某部分漏气,由于机器人的重力作用,漏气部分所对应的压力传感器132的压力值将会下降,控制终端131一旦发现这种情况便会立即启动涵道装置,通过将涵道信号线的PWM调到最大值使得涵道在极短时间内达到最大转速,提供足够推压将机器人继续安全贴合在玻璃幕墙上直至机器人安全通过漏气处,超声波测距传感器132主要用于机器人的智能避障,躲避处于打开状态或被突然打开的窗户,由于机器人目前正处于研发阶段,在此不做详细介绍,具体说明将在后续研发过程中给出,在机器人的前方将安装摄像头用来检测机器人对玻璃幕墙的清洗状态,用STM32F103芯片进行机器人的智能巡航,将真空吸附盘8组件和真空发生器对等地分为两个相同的吸附系统,这种做法的好处就是在遇到两块玻璃之间的凹槽时,其中一边虽然漏气但另一边仍然能吸附在玻璃上,使得机器人不至于因为瞬间的漏气而摔落,并且给予了涵道装置提供辅助推压的短暂时间,利用漏气所在部位的涵道推压使得机器人仍能继续前进,从而增加了爬壁机器人的安全性和实用性,利用安全绳把机器人提升到待清洗的幕墙的最高处一侧,启动涵道装置,涵道风扇高速转动产生推动机器人靠近玻璃的作用力,平稳贴近幕墙,使得真空吸附盘8吸附在幕墙上,当机器人经过玻璃幕墙之间的凹槽或不平处,真空装置的一个或全部两个子系统可能会处于非吸附状态,气压传感器132和压力传感器132便会报警,使得控制装置命令涵道装置对应的真空装置子系统的涵道将由最小转速迅速转变为最大转速,从而在真空装置处于非正常工作状态时为机器人提供最大的辅助推压,保持机器人的正常移动直至真空装置恢复正常的工作状态,通过4个12V直流减速电机驱动4个主动轮,保证了机器人有足够的驱动力来克服自身重力和所受摩擦力,能够在玻璃面移动并且完成清洗作业,电机减速器输出轴通过刚性联轴器和移动轮12相连。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法,包括外壳体(1),其特征在于:所述外壳体(1)的下端固定设置有机架结构(2),所述机架结构(2)的内侧固定设置有底盘(3),所述底盘(3)的上端两侧分别开设有安装孔(31),所述安装孔(31)的内侧固定设置有涵道机构(4),所述底盘(3)的上端两侧分别设置有第一固定柱(5)、第二固定柱(6),所述第一固定柱(5)分别安装在安装孔(31)之间,所述第一固定柱(5)的之间固定设置有连接板(7),所述第二固定柱(6)分别安装在底盘(3)的两侧,所述第一固定柱(5)、第二固定柱(6)远离外壳体(1)的一端固定设置有吸附盘(8),所述底盘(3)远离外壳体(1)的一端开设有安装槽(9),所述安装槽(9)的内侧设置有真空机构(10),所述真空机构(10)的输出端通过管道与吸附盘(8)连接,所述底盘(3)远离外壳体(1)的一侧两端安装座上分别固定设置有四个驱动机构(11),四个所述驱动机构(11)的输出轴端通过联轴器传动连接有移动轮(12),所述外壳体(1)的外侧固定设置有两对负重轮。
2.根据权利要求1所述的一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法,其特征在于:所述涵道机构(4)包括涡轮风扇(41)和涡扇叶片(42),所述涡轮风扇(41)安装在安装孔(31)的内侧,所述涡轮风扇(41)的转轴通过螺栓与外壳体(1)固定连接,所述涡扇叶片(42)固定安装在涡轮风扇(41)所在转轴的外侧。
3.根据权利要求1所述的一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法,其特征在于:所述真空机构(10)包括真空吸附盘(8)组件、真空发生器、220V双缸电动气泵、AR2000气体调压阀和6*4mm和8*5mm的气管,220V双缸电动气泵通过气体调压阀与真空发生器的进气孔连接,真空发生器利用射流原理,卷吸空气在真空发生器的吸入孔,从而形成真空环境,并将真空吸附盘(8)组件的接口通过多通管与真空发生器的吸入孔相连,从而在吸附盘(8)内产生负压,使得吸附盘(8)牢固地吸附在墙壁上。
4.根据权利要求1所述的一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法,其特征在于:其中还包括控制系统(13),所述控制系统(13)包括控制终端(131)、传感器(132)、驱动部分(133)和执行器(134),其中所述传感器(132)主要包括安放在机器人四角的压力传感器(132)和安放在机器人四边的超声波测距传感器(132)。
5.根据权利要求2所述的一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法,其特征在于:所述涡轮风扇(41)采用上下分块工作模式和可持续不间断工作模式。
6.根据权利要求1所述的一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法,其特征在于:其使用方法包括以下步骤:
步骤S101:当进行高空作业的时候,该装置可以从高空中落下,后启动内腔气压装置,带动电机进行吹气,风扇的吹动空气的力能够让吸附盘(8)向玻璃方向施加力,通过大气压的气压差,将装置牢固的吸附在玻璃上;
步骤S102:随着装置四周移动轮(12)的转动,整个装置移动轮(12)带着向固定方向移动;
步骤S103:当装置碰到玻璃之间的整块间隙的时候,由于空隙的存在会导致装置的一边的吸附盘(8)由于进入空气,从而大气压力不够,造成一边的脱落;
步骤S104:在装置的一侧吸附盘(8)系统跨过玻璃的间隙时,内腔气压装置再次启动,重复步骤S101,从而让装置再次的贴合玻璃,不会掉落。
7.根据权利要求1所述的一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法,其特征在于:所述驱动机构(11)为4个12V直流减速电机。
8.根据权利要求1所述的一种高空玻璃幕墙清洗机器人及其使用方法,其特征在于:所述吸附盘(8)通过硅橡胶材料制成。
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