CN109788883A - 窗户清洁机器人 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的窗户清洁机器人具有人工智能控制的可活动清洗系统，该机器人借助于布置在其上的传感器感测立面上的突起物，比如框架、线脚、复合涂层材料等，并且该机器人调节清洁刷的位置以与玻璃表面均匀接触。该机器人通过风扇根据风的速度和方向调节轴向推力以不与待清洁表面分离而使得高层建筑物中的立面清洁更安全。这允许节省立面清洁的时间、劳动力和成本。该机器人允许以安全的方式在玻璃表面和立面中进行清洁，消除了人为因素的需要。
Description
技术领域
根据本发明的产品涉及一种自动立面清洁机器人，该机器人消除了在高层建筑物中进行立面和窗户清洁期间于清洁点处的人为因素，该机器人由于其高科技传感器能够感测其周围事物，并且由于其适应环境状况的人工智能能力使得立面清洁更安全、更专业。
背景技术
目前，各种方法用于在高层建筑物中进行立面和窗户清洁。这些方法中的一些方法如下：
攀登器：这是一组攀登者通过使用绳索从建筑物的屋顶悬下而进行清洁过程的系统。在这个系统中，人是最高效的因素。在清洁期间，在供应清洗剂、水等方面存在不同的清洁方法。然而，这些方法非常耗时且成本高。
起重机：如果建筑物不是很高，清洁借助于移动式起重机进行；尽管如此，人为因素在这种方法中也是必不可少的，并且由于工作安全性与清洁成本，起重机也不是特别优选。另一方面，在低层建筑物中，清洁可以使用棒完成。
升降机：升降机是另一种用于清洁高层建筑物的系统，其比攀登器更常用。在这种方法中，清洁由连接至屋顶中的移动式起重机的篮以及位于所述篮上的清洁人员进行，人为因素是首要参数。清洁供应缺乏连续性。
在现有技术中，专利申请No.2007/02991公开了一种窗户清洁机械，其中，该窗户清洁机械包括：主体、可活动头、旋转头(棘齿表面)、喷嘴、滑动延伸杆、旋转头控制按钮、贮存器、固定闩、充电器外壳、清洗剂贮存器、清洗剂贮存器盖、能量源、喷射按钮、水管；以及全部布置在附加体上的附加体控制按钮、附加体喷射按钮、附加体贮存器、附加体固定闩、附加体充电器外壳及拖把。这种机械不方便用于在高层建筑物中使用且其必须由至少两个人使用。然而，本发明在不需要人为因素的情况下以允许清洁较高楼层的方式进行清洁过程。
发明内容
本发明涉及窗户清洁机器人，其被开发用于克服已知技术中的关于立面清洁的上述缺点并提供相关技术领域中附加的优点。
根据本发明的产品是用于高层建筑物中的窗户和立面清洁的清洁机器人。根据本发明的产品消除了高层建筑物的清洁过程期间的人为因素。在可以借助于平板控制台被远程控制的系统中，不需要人在机器人上。本发明的清洁机器人是具有人工智能装置的自动立面清洁机器人，其通过高科技计算机辅助控制单元管理。
在用于高层建筑物中的立面清洁机器人内，由Codesys基于PLC软控制系统开发的人工智能装置允许控制以下单元。
触控面板允许通过触控面板的由人工智能装置操作的基于计算机的界面手动控制机器人功能。工业面板控制系统将从传感器接收的信息传递至操作者。
利用超声波风速与方向传感器，风撞击在机器人上的速度与撞击方向得以控制，并且从而允许控制机器人上的其他单元。此外，当达到为由工作安全条例确定的单轨起重机的工作极限的30-35千米的风速时，机器人向操作者发送警告信息。自动立面清洗机器人通过传感器感测建筑物表面并调节清洗系统的距离，使得立面清洁被优化，并从而允许清洁刷与玻璃表面均匀接触。用在高层建筑物中的窗户清洁机器人通过其风速传感器保持各种天气状况在控制之下并警告操作者，且在达到机器人的工作极限时切换至安全模式。允许用于高科技电子控制与操作的机器人在立面清洁方面是革命性的。
附图说明
图1：根据本发明的窗户清洁机器人的前视立体图。
图2：根据本发明的窗户清洁机器人的后视立体图。
图3：根据本发明的窗户清洁机器人的当壳体装配好时的立体图。
部分参照的描述
1.机器人底座
2.球式轮
3.可活动轮机构
4.编码器
5.编码器连接装置
6.起重机连接装置
7.传感器连接凸缘
8.激光距离传感器
9.超声波距离传感器
10.超声波风传感器连接管
11.超声波风传感器
12.驱动器板
13.伺服马达(风扇马达)
14.叶片
15.风扇罩
16.风扇保护线
17.风扇连接凸缘
18.刷罩
19.辅助刷
20.辅助刷连接凸缘
21.辅助刷马达
22.链轮运动系统
23.辅助刷支承件
24.主刷连接凸缘
25.主刷支承件
26.主刷运动机构
27.致动器连接段
28.致动器
29.致动器连接凸缘
30.线性距离传感器
31.减速器
32.减速器连接凸缘
33.主刷驱动伺服马达
34.主刷
35.溶液槽
36.超声波液位传感器
37.溶液过滤器
38.溶液槽连接装置
39.溶液槽台
40.溶液泵
41.喷嘴
42.线缆连接装置
43.线缆连接凸缘
44.电连接插座
45.电面板
46.指令与控制显示
47.控制面板
48.继电器面板
49.电面板
50.Tosibox
51.Tosibox面板
52.电面板
53.无线路由器
54.远程接收器
55.远程控制装置
56.数字摄像机
57.警示灯
58.外部壳体
59.支撑支架
60.减震器平衡弹簧
61.减震器硅胶棒
62.减震器连接装置
63.电操作阀(槽选择器)
64.槽排放阀
具体实施方式
根据本发明的窗户清洁机器人是用于窗户和立面清洁操作中的不需要人为因素的清洁机器人，该清洁机器人通过布置在其上的传感器感测立面上的突起物，比如框架、线脚、复合涂层材料等，并且该清洁机器人由人工智能装置控制，人工智能装置使清洁机器人能够调节清洁刷的位置以与玻璃表面均匀接触。
图1、图2和图3示出了从不同的角度且还在关闭位置中的立体图，以及部分附图标记。用于高层建筑物的立面清洁机器人包括：由钛型材制成的机器人底座(1)；球式轮(2)，球式轮(2)涂覆有硅胶防滑层且行走于玻璃表面上；可活动轮机构(3)，可活动轮机构(3)调节机器人与待清洁表面之间的距离；编码器(4)，编码器(4)将机器人的上、下速度以及方向信息传递至人工智能装置；编码器连接装置(5)；起重机连接装置(6)；传感器连接凸缘(7)；激光距离传感器(8)，机器人从激光距离传感器(8)接收下部及上部距离信息；测量机器人与窗户之间的距离的超声波距离传感器(9)；超声波风传感器连接管(10)；测量工作环境中的风及风速的超声波风传感器(11)；用于风扇马达(13)的灵敏控制的伺服马达驱动器板(12)；具有高速度与转矩的风扇马达(伺服马达)(13)；提供高轴向推力的特别制造的叶片(14)；特别设计的风扇罩(15)，该风扇罩(15)增大待清洁表面上的真空效应并提供轴向推力；风扇保护线(16)；风扇连接凸缘(17)；围封主刷的刷罩(18)；在清洁和干燥过程中进行辅助的辅助刷(19)；辅助刷连接凸缘(20)；驱动辅助刷的辅助刷马达(21)；辅助刷链轮运动系统(22)；辅助刷支承件(23)；主刷连接凸缘(24)；主刷支承件(25)；主刷运动机构(26)；致动器连接件(27)；为清洗系统提供前后运动的致动器(28)；致动器连接凸缘(29)；测量刷与窗户之间的距离的线性距离传感器(30)；增加主刷的转矩的减速器(31)；减速器连接凸缘(32)；主刷驱动伺服马达(33)；主刷(34)，主刷(34)通过其清洗机构进行清洁操作且特别制造用于双层玻璃；溶液槽(35)；以及测量溶液槽中的溶液的量的超声波液位传感器(36)。
清洗系统由溶液过滤器(37)、溶液槽连接装置(38)、溶液槽台(39)、从溶液槽中抽出溶液并压力传递至喷嘴的溶液泵(40)、以及用微粒子清洗待清洁表面的喷嘴(41)构成。
本发明还包括：用于将电缆安装至机器人底座(1)的连接装置(42)、电连接插座(44)和线缆连接凸缘(43)；用于电力分配的保险丝的剩余电流继电器；符合IP65标准的电面板(45)，该电面板(45)包括接触器；软触摸指令及控制显示器(46)，通过软触摸指令及控制显示器(46)，进行机器人调节并将系统状态信息传递至用户；符合IP67标准的控制面板(47)，软控制和电源存在于该控制面板(47)中；符合IP67标准的继电器面板(48)；符合IP67标准的电面板(49)，驱动辅助刷的伺服马达的驱动器和电源布置在电面板(49)中；允许远程访问并干预机器人的Tosibox(50)；符合IP67标准的Tosibox面板(51)；符合IP67标准的电面板(52)，驱动主刷的马达的驱动器和摄像机记录仪布置在电面板(52)中；允许机器人与远程控制装置之间的无线信息传输的无线路由器(53)；允许机器人与远程控制装置之间的射频通信的远程接收器(54)；远程控制装置(55)，远程控制装置(55)允许控制平板PC和软控制系统且同时通过布置在机器人上的摄像机监测待清洁的表面；用于远程监测待清洁表面并检测待清洁表面上的任何污垢的高分辨率数字摄像机(56)；警示灯(57)；特别制造的模制的外部壳体(58)，外部壳体(58)的空气动力学结构在计算机环境中设计；确保外部壳体与底座之间的连接的支撑支架(59)；减震器平衡弹簧(60)；用于平衡弹簧中的减震器硅胶棒(61)；减震器连接装置(62)；允许在溶液槽之间通过的电操作阀系统(63)；以及使清洗系统排气并用于排放槽的槽排放阀(64)。
根据本发明的产品通过借助于两个高速风扇马达(13)在待清洁表面上引起真空效应而在清洁溶液的干燥过程中进行辅助。根据本发明的产品通过借助于其可以被灵敏控制的具有高转矩的伺服马达调节轴向推力，确保了机器人以恒定的力与待清洁表面接触。叶片(14)与连接元件被设计成用于调节空气流动特性并增大吸气与排气之间的比率(yield)，从而确保空气流动遵从该机器的工作原理。叶片(14)被设计为使得其将不仅调节空气流动还提供轴向推力以便防止在高风速时机器人与待清洁表面分离。
为了制造被设计成用于在高层建筑物中工作的机器人的机器人底座(1)，使用了还被用在飞机的机身的制造中的高强度2级钛。
用在立面清洁机器人中的刷机构可以呈两种形式：移动与静止。用在清洗系统中的刷具有专用刷毛设计，用于普通和涂层玻璃但不会损坏双层玻璃。
如果机器人移动离开窗户，借助于超声波距离传感器(9)瞬时控制机器人与玻璃之间的距离的人工智能装置改变风扇的速度并增大/减小轴向推力，从而确保机器人以恒定的方式与待清洁表面接触。人工智能装置还控制可活动轮机构(3)，人工智能装置通过根据来自传感器的信息将机器人底座(1)定位成平行于待清洁表面而使得轮子能够与待清洁表面均匀接触。
该机器人是根据从超声波距离传感器(9)接收的距离信息通过可活动轮机构(3)自动调节机器人与待清洁表面之间的距离的机构。机器人与立面上的任何障碍物重合时，通过将其与待清洁表面之间的距离调节成同障碍物一样高来进行清洁过程。
在机器人的壳体部分的后部处设有减震器平衡装置。这用于防止：如果在当机器人清洁建筑物表面时发生电力中断的情况下或者在提供轴向推力的风扇马达(13)中发生任何故障的情况下机器人由于风而移动离开建筑物表面或围绕其自身轴线旋转，机器人的壳体(58)和底座(1)撞击待清洁表面。减震器被设计成通过其软硅胶结构以吸收自身上的震动的方式，作为抵抗发生机器人撞击玻璃表面时对机器人和立面两者的任何损坏的预防措施。
虽然现有技术的设备允许在50米的最大高度处工作，但是根据本发明的产品被设计为使得其允许在250米的高度或更高处工作。由于撞击建筑物表面的风的速度会以某种方式改变其方向，因此在建筑物表面上测量的风值与在建筑物上测量的风值不同。本系统被设计成使得其在50-55千米的风速下工作，其中，本系统的外壳具有在计算机环境中根据横向风仿真和建模的空气动力学结构。
布置在机器人上的高分辨率数字摄像机(56)使得操作者能够瞬时控制已清洁表面或待清洁表面。数字摄像机(56)图像由NVR记录仪记录。由于摄像机的红外照明特性，在夜间进行清洁操作时待清洁表面可以被容易地监测。
已经开发了智能配量系统，该智能配量系统允许通过人工智能控制的溶液泵将高压清洁溶液经喷嘴(41)均匀喷射至清洁刷(19，34)。人工智能装置根据从布置在可活动轮机构(3)中的编码器(4)接收的起重机速度信息决定用于清洁的溶液的量。
机器人上设置有两个特别设计的溶液槽(35)。自动控制存储系统可以同时施用两种不同类型的清洁溶液；此外，在使用单个类型溶液的应用中储存的溶液的量加倍。由于建筑物立面上的污垢具有不同的化学特性，可以使用不同类型的溶液进行清洗和漂洗操作。待使用的溶液从槽的排放点通过软管传递至槽选择器(63)系统。专用液位传感器(36)被用于测量所有槽的溶液的量。从液位传感器(36)接收的信息被发送至人工智能装置，从而溶液槽中的溶液的量可以被瞬时监测。
人工智能控制的自动存储选择器(63)系统允许根据被应用至立面的清洁方法顺序地使用具有不同特性的溶液，所述系统存在于溶液槽与高压溶液泵(40)之间。
布置在机器人上的Tosibox(50)调制解调器允许经由互联网访问软控制系统和人工智能界面。这确保在与机器人的每次通信期间使用不同的1024位加密类型实现与机器人的安全连接。Tosibox(50)调制解调器允许远程监测和控制机器人的功能并且当在需要定期维护及部件更换的情况下时能够发送信息至技术服务人员。这用于在需要对机器人进行远程干预的情况下快速寻找解决方案。
通过经由触摸屏计算机控制的远程控制访问软控制屏，可以远程访问机器人的所有功能。布置在机器人上的摄像机的图像通过主指令控制计算机传送至操作者。机器人与主控制台指令之间的通信由下述两个通信系统确保：无线通信系统和射频通信系统。
Claims (15)
1.一种用作窗户清洁机器人的机器人设备，其特征在于，所述机器人设备的操作机构能够借助于高科技传感器感测所述机器人的工作方向、起重机的速度和高度信息、以及机器人与待清洁表面之间的距离信息；所述机器人设备能够感测清洁区域中的风及风速，并在通过调节轴向推力风扇而不与所述待清洁表面分离的情况下借助于可活动清洗机构使刷系统前后移动；所述机器人设备能够测量所述刷与立面上的窗户之间的距离以及溶液槽中的溶液的量；所述机器人设备能够感测所述表面上的污垢的量并相应地制备合适的溶液混合物；并且所述机器人设备包括以雾化且均匀的方式喷射溶液的系统。
2.一种用作窗户清洁机器人的机器人设备，其特征在于，清洁高层建筑物的立面的所述窗户清洁机器人包括：由钛型材制成的机器人底座(1)；涂覆有硅胶防滑层且行走于玻璃表面上的球式轮(2)；可活动轮机构(3)，所述可活动轮机构(3)的所述球式轮能够被调节；将所述机器人的上、下速度以及方向信息传递至人工智能装置的编码器(4)；激光距离传感器(8)，所述机器人从所述激光距离传感器(8)接收上部及下部距离信息；测量所述机器人与窗户之间的距离的超声波距离传感器(9)；测量工作环境中的风及风速的超声波风传感器(11)；用于风扇马达(13)的灵敏控制的驱动器板(12)；具有高速度与转矩的风扇马达(伺服马达)(13)；提供高轴向推力的特别制造的叶片(14)；增大待清洁表面上的真空效应并提供轴向推力的特别设计的风扇罩(15)；风扇保护线(16)；风扇连接凸缘(17)；围封主刷的刷罩(18)；在清洁和干燥过程中进行辅助的辅助刷(19))；辅助刷连接凸缘(20)；驱动所述辅助刷的辅助刷马达(21)；辅助刷链轮运动系统(22)；主刷连接凸缘(24)；主刷支承件(25)；主刷运动机构(26)；致动器连接件(27)；为清洗系统提供前后运动的致动器(28)；致动器连接凸缘(29)；测量所述刷与窗户之间的距离的线性距离传感器(30)；增加主刷的转矩的减速器(31)；减速器连接凸缘(32)；主刷驱动伺服马达(33)；主刷(34)，所述主刷(34)通过所述主刷(34)的清洗机构进行清洁操作且特别制造用于双层玻璃；溶液槽(35)；以及测量所述溶液槽中的溶液的量的超声波液位传感器(36)。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人设备，其特征在于，产品通过借助于两个高速风扇马达(13)在待清洁表面上产生真空效应而在清洁溶液的干燥过程中进行辅助，并且所述产品通过借助于所述产品的能够被灵敏控制的具有高转矩的伺服马达调节轴向推力还确保了所述机器人以恒定的力与待清洁表面接触。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人设备，其特征在于，所述机器人设备包括叶片(14)和连接元件，所述叶片(14)和所述连接元件被设计成用于调节空气流动特性并增大吸气与排气之间的比率，从而确保空气流动遵从该机器的工作原理，其中，所述叶片(14)被设计成使得所述叶片(14)将不仅调节空气流动还提供轴向推力以便防止在高风速时所述机器人与待清洁表面分离。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人设备，其特征在于，所述机器人设备包括机器人底座(1)，所述机器人底座(1)中使用了被用在飞机的机身的制造中的高强度2级钛。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人设备，其特征在于，所述机器人设备包括超声波距离传感器(9)，所述超声波距离传感器(9)通过人工智能装置感测所述机器人与玻璃之间的距离，所述人工智能装置在所述机器人移动离开窗户时提供瞬时控制，从而改变风扇的速度并增大/减小轴向推力，并因而确保所述机器人以恒定的方式与待清洁表面接触；其中，还控制所述可活动轮机构(3)的所述人工智能装置通过根据来自所述传感器的信息将所述机器人底座(1)定位成平行于待清洁表面而使得所述轮能够与待清洁表面均匀接触。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人设备，其特征在于，所述机器人设备是根据从所述超声波距离传感器(9)接收的距离信息通过所述可活动轮机构(3)自动调节所述机器人与待清洁表面之间的距离的机构；并且所述机器人设备在所述机器人与立面上的任何障碍物重合时，通过将所述机器人设备与待清洁表面之间的距离调节成同所述障碍物一样高来进行清洁过程。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人设备，其特征在于，所述机器人设备包括位于所述机器人的壳体(58)部分的后部处的减震器平衡装置；所述减震器平衡装置用于防止：如果在当所述机器人清洁建筑物表面时发生电力中断的情况下或者在提供轴向推力的风扇马达(13)发生任何故障的情况下所述机器人由于风而移动离开所述建筑物表面或者绕所述机器人自身的轴线旋转，所述机器人的所述壳体(58)和所述底座(1)撞击待清洁表面；并且所述减震器被设计成通过所述减震器平衡装置的软硅胶结构，以吸收自身上的震动的方式，作为抵抗发生所述机器人撞击玻璃表面时对所述机器人和立面两者的任何损坏的预防措施。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人设备，其特征在于，所述产品被设计成使得所述产品将在50-55千米的风速下及在250米的高度或更高处工作，其中，所述产品的外部壳体具有在计算机环境中根据横向风仿真和建模的空气动力学结构。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人设备，其特征在于，布置在所述机器人上的高分辨率数字摄像机(56)使得操作者能够瞬时控制已清洁表面或待清洁表面；所述数字摄像机(56)图像由NVR记录仪记录；并且由于摄像机的红外照明特性，在夜间进行清洁操作时待清洁表面能够被容易地监测。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人设备，其特征在于，已经开发了智能配量系统，所述智能配量系统允许通过所述人工智能控制的溶液泵(40)将高压清洁溶液经喷嘴(41)均匀喷射至所述清洁刷(19，34)；并且所述人工智能装置根据从布置在所述可活动轮机构(3)中的所述编码器(4)接收的起重机速度信息决定用于清洁的溶液的量。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人设备，其特征在于，所述机器人设备包括位于所述机器人上的两个特别设计的溶液槽(35)；自动控制存储系统能够同时施用两种不同类型的清洁溶液，且在使用单个类型溶液的应用中使储存的溶液的量加倍；由于建筑物立面上的污垢具有不同的化学特性，所述机器人设备允许使用不同类型的溶液进行清洗和漂洗操作；待使用的溶液从所述槽的排放点通过软管传递至槽选择器(63)系统；专用液位传感器(36)被用于测量所有槽的溶液的量；以及从所述液位传感器(36)接收的信息被发送至所述人工智能装置，因此所述溶液槽中的溶液的量能够被瞬时监测。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人设备，其特征在于，所述人工智能控制的自动存储选择器(63)系统允许根据被应用于立面的清洁方法顺序地使用具有不同特性的溶液，所述系统存在于所述溶液槽与高压溶液泵(40)之间。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人设备，其特征在于，布置在所述机器人上的Tosibox(50)调制解调器允许经由互联网访问软控制系统和人工智能界面；所述Tosibox(50)确保在与所述机器人的每次通信期间使用不同的1024位加密类型实现与所述机器人的安全连接；所述Tosibox(50)允许远程监测和控制所述机器人的功能并且当在需要定期维护及部件更换的情况下时能够将信息发送至技术服务人员；所述Tosibox(50)用于在需要对所述机器人进行远程干预的情况下快速寻找解决方案。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人设备，其特征在于，通过触摸屏计算机控制的远程控制访问软控制屏，能够远程访问所述机器人的所有功能；布置在所述机器人上的摄像机的图像通过主指令控制计算机传送至操作者；以及所述机器人与主控制台指令之间的通信由下述两个通信系统确保：无线通信系统和射频通信系统。
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