CN110123188A - 自适应吸盘装置及其可越障擦窗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自适应功能的吸盘装置及其可越障擦窗机器人，与常规固定连接方式不同，吸附装置与机器人壳体通过铰链结构相连，从而使吸附装置能够相对机器人壳体具有一定的转动量，实现自适应性，弥补越障过程中机器人底部与玻璃壁面的夹角和间隙，可越障机器人由两个分主体与连接手柄构成，每个分主体都含有吸附装置、清洗单元、移动单元、控制单元、越障单元和壳体，其中自适应吸盘装置属于吸附装置，本发明通过自适应吸盘装置和分主体结构设计，实现了擦窗机器人的稳定越障功能。

Description

自适应吸盘装置及其可越障擦窗机器人

技术领域

本发明属于日用小家电制造技术领域，特别涉及一种自适应吸盘装置及其可越障擦窗机器。

背景技术

随着高楼幕墙日益增多，高层外侧玻璃的擦洗难题越来越得到人们重视。目前，除了通过蜘蛛人进行窗户擦洗，人们还可以借助各类擦窗机械设备来完成幕墙的清洁。由于大型擦窗设备体积和质量的限制，该类设备通常不直接吸附在玻璃面上，而是依靠缆绳、框架轨道来完成移动和固定。同时人们也研发出一类小型的擦窗机器人，通过自身的吸附装置直接吸附在玻璃面上。常见的吸附装置主要包括硅胶吸盘、风机以及软硬结合的新型吸盘结构。

当采用硅胶吸盘时，虽然能够获得很好的吸附性能，但是该类吸盘只能固定点吸附和易吸附难脱离，只能应用在足式和滑轨式擦窗机器人上。因此现有成熟的擦窗机器人产品均不采用该类吸盘实现吸附性能。

通过风机实现吸附性能，例如中国专利201310062252.2中设计的吸附装置，以及通过软硬结合的新型吸盘结构实现吸附性能，例如中国专利201210374843.9中设计的吸盘装置，均可以实现移动过程中的连续稳定吸附。但是该类吸附装置在与壁面初始贴附时，对平行度要求较高。如果机器人初始放置时与壁面产生一定倾角，使吸附装置与壁面间产生一定的间隙，不能够顺利形成负压值，则机器人不能顺利吸附在壁面上。

另一方面，从安全角度考虑，许多玻璃窗户和幕墙在设计时都带有边框。为了能够顺利完成擦洗任务，擦窗机器人必须具备自主的越障功能。但是对于具有越障功能的擦窗机器人，例如中国专利201710065488.X中的擦窗机器人，这两类吸附装置不能够满足机器人工作的整个过程。由于受幕墙承重能力限制，直接吸附在玻璃面上的机器人在设计时整体重量都较小，许多结构强度不能够保证机器人越障过程中吸附装置与壁面所需的平行要求。由于这两类吸附装置不具有适应该类缝隙的功能，采用这两种吸附装置的擦窗机器人不具备越障功能，因此目前该类吸附装置应用在只能完成单块玻璃面擦洗机器人上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提出一种具有自适应结构的吸附装置以及采用该种装置的擦窗机器人。利用吸附装置在负压下的尺寸变化以及活动铰链的适应性，使吸附装置在机器人越过边框时能够自动弥补因强度不足造成的壳体与壁面间的夹角，从而使机器人再次稳定吸附，顺利完成越障功能。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现。

一种自适应吸盘装置，包含吸盘架、吸盘软垫、吸盘盖、硬垫和压簧，其中所述吸盘架通过铰链结构与机器人壳体连接，吸盘架与机器人壳体间留有间隙，吸盘架通过铰链结构可以相对于机器人壳体转动；所述吸盘架与吸盘盖通过卡扣结构连接，吸盘架与吸盘盖间能够相对运动，吸盘盖和吸盘架都设有环形槽；所述吸盘软垫位于吸盘盖与吸盘架中间，同时吸盘软垫位于吸盘盖与吸盘架的环形槽内，防止吸盘软垫压缩过程中不合理变形造成的密封失效，吸盘软垫用于确保吸盘架与吸盘盖间的密封性；所述吸盘盖靠近玻璃面一侧设有凹槽，硬垫安装在凹槽内，硬垫代替吸盘盖与玻璃面接触，硬垫确保吸盘盖与玻璃面之间的密封性；所述压簧位于吸盘架与机器人壳体的间隙处，压簧至少与吸盘架和机器人壳体中的一个固定连接，压簧对称分布于吸盘架范围内，通过压簧可以使吸盘盖与玻璃面脱离后，吸盘架自动恢复到最初平衡位置。

进一步地，所述的自适应吸盘装置，其特征在于，吸盘架上设有气嘴，气嘴通过管子与安装在机器人壳体内的真空泵连接，吸盘架由硬质塑料制成，吸盘架上设有增强强度的加强筋。

进一步地，所述的自适应吸盘装置，其特征在于，吸盘装置放置在玻璃面上，通过从吸盘架的气嘴不断抽气，吸盘装置与玻璃面间便可形成负压状态。

进一步地，所述的自适应吸盘装置，其特征在于，吸盘软垫由具有较大压缩量的弹性材料制成，吸盘软垫一直处于压缩状态。

进一步地，所述的自适应吸盘装置，其特征在于，吸盘盖由硬质塑料制成，硬垫由摩擦系数较小、表面光滑的硬胶材料制成。

本发明还提供一种可越障擦窗机器人，包括两个分主体和连接手柄，其中每个分主体都包括吸附装置、清洗单元、移动单元、控制单元、越障单元和壳体，两个分主体通过连接手柄连接，更具体的是连接手柄与分主体内的越障单元连接，所述每个分主体的移动单元、控制单元、越障单元均安装在分主体壳体内，同时移动单元的移动部件，例如履带，从壳体底部伸出，所述每个分主体的吸附装置、清洗单元安装在分主体壳体底部外侧，移动单元的伸出部分与吸附装置、清洗单元在一个面上，所述吸附装置包括如权利要求1-5所述的自适应吸盘装置，同时还包括气管和真空泵。

进一步地，一种可越障擦窗机器人，其特征在于，机器人吸附装置中的硬垫相距机器人壳体底部外侧的距离a（a>0），清洗单元的最外侧相距机器人壳体底部外侧的距离b（b>0），移动单元伸出部分最外侧相距机器人壳体底部外侧的距离c（c>0），abc三者满足a>b>c的关系。

附图说明

图1为本发明吸盘装置结构示意图。

图2为本发明吸盘装置爆炸结构示意图。

图3为本发明吸盘装置中吸盘架的侧视示意图。

图4为本发明吸盘装置中吸盘盖的仰视示意图。

图5为本发明可越障擦窗机器人整体示意图。

图6为本发明可越障擦窗机器人单个分主体的仰视示意图。

图7为本发明可越障擦窗机器人单个分主体的侧视示意图。

图8为图7中A-A剖视示意图。

图9为机器人越障时壳体相对玻璃面倾斜情况下实现吸附的示意图。

图10为本发明吸盘装置的示意图。

图11为采用球绞结构的吸盘装置在单个分主体下的剖视示意图（类比图8）。

附图标记：

1.吸附装置 2.清洗单元 3.移动单元 4.控制单元

5.越障单元 6.壳体 7.连接手柄 8.玻璃面

11.吸盘装置 12.气管 13.真空泵 111.吸盘架

112.吸盘软垫 113.吸盘盖 114.硬垫 115.压簧

116.圆轴 117.固定螺母 1111.吸盘架铰链架 1112.吸盘架气嘴

1113.吸盘架凹槽 1114.吸盘架加强筋 1115.吸盘架卡扣 1117.吸盘架球形铰链

1131.吸盘盖卡扣槽 1132.吸盘盖凹槽 1133.吸盘盖硬垫槽 61.壳体铰链架

62.壳体压簧固定孔 。

具体实施方式

如图5所示，本发明涉及的可越障擦窗机器人由两个完全一样的分主体A(B)和连接手柄7构成，其中每个分主体包括吸附装置1、清洗单元2、移动单元3、控制单元4、越障单元5和壳体6。每个分主体的移动单元3、控制单元4、越障单元5均安装在分主体壳体6内，同时越障单元5与连接手柄7连接。当机器人需要跨越玻璃边框时，首先分主体A停止与玻璃面吸附，通过分主体A( B )内的越障单元5同时工作，带动连接手柄7抬升和旋转，使分主体A越过玻璃边框，随后连接手柄7下压，分主体A与玻璃面重新稳定吸附，重复上述动作，使分主体B也越过边框，从而完成越障。

如图6所示每个分主体的吸附装置1中的吸盘装置11、清洗单元2都安装在分主体壳体6底部外侧，移动单元3的移动部件（例如履带）从壳体6伸出并且与吸附装置1、清洗单元2在一个面上，吸盘装置11通过气管12与安装在壳体6内的真空泵13相连。在一块玻璃面上时，机器人通过吸附装置1中的吸盘装置11吸附于玻璃表面，通过控制单元4控制移动单元3移动，借助清洗单元2实现玻璃面的擦洗。

需要说明的是，移动单元3、清洗单元2、控制单元4、越障单元5均为现有技术，在此不再赘述。

吸盘装置实施例1。

如图1图2所示，本发明涉及的吸盘装置11包含吸盘架111、吸盘软垫112、吸盘盖113、硬垫114，其中吸盘架111由硬质塑料制成，吸盘架上设有加强筋1114，确保吸盘架111拥有足够强度，吸盘架上设有吸盘架铰链架1111用于与机器人壳体6连接，吸盘架111中设有吸盘架凹槽1113用于放置吸盘软垫112，吸盘架111上设有吸盘架卡扣1115；吸盘软垫112由具有较大压缩量的软质材料制成，吸盘软垫112位于吸盘盖113与吸盘架111中间，吸盘软垫112一直处于压缩状态；吸盘盖113由硬质塑料制成，吸盘盖113与玻璃面接触一侧设有凹槽1133，用于安装硬垫114，硬垫114选用摩擦系数较小的硬胶材料，吸盘盖113上设有吸盘盖卡扣槽1131与吸盘架111的吸盘架卡扣1115配合，卡扣结构用于限制吸盘盖113相对于吸盘架111的运动，同时使吸盘软垫112形成预压缩，确保了吸盘软垫112与吸盘盖113的接触面、吸盘软垫112与吸盘架111的接触面的密封。

进一步地，如图3所示，吸盘架111上设有吸盘架气嘴1112，如图4所示，吸盘盖113设有吸盘盖凹槽1132，用于放置吸盘软垫112。

进一步地，如图7所示，清洗单元2、移动单元3和吸盘装置11在机器人壳体6上安装后有一定的尺寸要求，吸盘装置11是机器人壳体6底部的最高部件，即与壳体底部的清洗单元2、移动单元3的伸出部件相比，在机器人与壁面实现吸附过程中，吸盘装置11中的硬垫114是第一个与壁面接触的部件。其次，由于清洗单元2（例如抹布）具有可压缩性，为了能够清洗干净，清洗单元2的高度应该高于移动单元3的移动部件（例如履带）。当机器人完全吸附在玻璃面上时，受到负压的作用，经过不同程度的压缩，清洗单元2、移动单元3的移动部件（例如履带）和吸盘装置11的硬垫114处于同一平面上。

进一步地，如图8所示，吸盘架111中的吸盘架铰链架1111通过圆轴116与壳体6中的壳体铰链架61相连，从而实现吸盘装置11与壳体6的连接。吸盘架111与机器人壳体6之间存在间距，该间距确保了吸盘架111能够相对机器人壳体6转动。压簧115位于吸盘架111与机器人壳体6之间，压簧115安装固定在机器人壳体6的壳体压簧固定孔62内，压簧115对称分布于吸盘架111范围内，使吸盘架111相对与机器人壳体6旋转后能够恢复到平衡位置。

如图9所示，当机器人越障时，受到重力等因素影响，连接手柄7下压过程中，机器人壳体6与玻璃面8之间会产生一定的倾角。由于吸盘装置11中的硬垫114是机器人壳体6底部最高部位，因此下压过程中硬垫114首先与玻璃面8接触；借助连接手柄7的下压力，吸盘架铰链架1111相对圆轴116转动，使硬垫114完全贴合上玻璃面8；通过真空泵13的不断抽气，吸盘架111、吸盘盖113和玻璃面8三者所围成空间负压值不断增大，气压差产生的压力通过圆轴116传递给壳体铰链架61，从而克服重力等因素产生的壳体6与玻璃面8之间的倾斜，使机器人完全吸附在玻璃面8上。

吸盘装置实施例2。

如图10所示，本发明涉及的吸盘装置11包含的吸盘架111的铰链结构还可以是吸盘架球铰结构1117，相比于图3中的吸盘架铰链架1111的单个自由度转动，吸盘架球铰结构1117可以拥有两个自由度的转动，自适应性更好。如图11所示，采用吸盘架球铰结构1117的吸盘架与机器人壳体6通过固定螺母117连接。吸盘架球铰结构1117的制造较吸盘架铰链架1111稍微复杂一些，因此可以根据自适应的需求合理选择一个自由度（两个自由度）的自适应吸盘架结构。

需要说明的是，本发明设计思路主要是将吸盘装置从机器人主体上脱离出来，通过活动铰链连接方式替代固定连接方式，使吸盘装置相对机器人主体拥有一定的活动量和自适应性，使吸盘能够在机器人主体与玻璃面存在一定夹角时依然能够实现稳定吸附功能。针对实际需求，吸盘装置中吸盘架与机器人壳体的连接可以采用其他铰链方式连接，本发明在此不一一列举。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自适应吸盘装置，包含吸盘架、吸盘软垫、吸盘盖、硬垫和压簧，其中所述吸盘架设有铰链结构与机器人壳体连接，吸盘架与机器人壳体间留有间隙，吸盘架通过铰链结构可以相对于机器人壳体转动，所述吸盘架与吸盘盖通过卡扣结构连接，吸盘架与吸盘盖间能够相对运动，吸盘盖和吸盘架都设有环形槽，所述吸盘软垫位于吸盘盖与吸盘架中间，同时吸盘软垫位于吸盘盖与吸盘架的环形槽内，所述吸盘盖靠近玻璃面一侧设有凹槽，硬垫安装在凹槽内，硬垫代替吸盘盖与玻璃面接触，所述压簧位于吸盘架与机器人壳体的间隙处，压簧至少与吸盘架和机器人壳体中的一个固定连接，压簧对称分布于吸盘架范围内。

2.如权利要求1所述的自适应吸盘装置，其特征在于，吸盘架上设有气嘴，气嘴通过管子与安装在机器人壳体内的真空泵连接，吸盘架由硬质塑料制成，吸盘架上设有增强强度的加强筋。

3.如权利要求1所述的自适应吸盘装置，其特征在于，吸盘装置放置在玻璃面上，通过从吸盘架的气嘴不断抽气，吸盘装置与玻璃面间便可形成负压状态。

4.如权利要求1所述的自适应吸盘装置，其特征在于，吸盘软垫由具有较大压缩量的弹性材料制成，吸盘软垫一直处于压缩状态。

5.如权利要求1所述的自适应吸盘装置，其特征在于，吸盘盖由硬质塑料制成，硬垫由摩擦系数较小、表面光滑的硬胶材料制成。

6.一种可越障擦窗机器人，包括两个分主体和连接手柄，其中每个分主体都包括吸附装置、清洗单元、移动单元、控制单元、越障单元和壳体，两个分主体通过连接手柄连接，更具体的是连接手柄与分主体内的越障单元连接，所述每个分主体的移动单元、控制单元、越障单元均安装在分主体壳体内，同时移动单元的移动部件，例如履带，从壳体底部伸出，所述每个分主体的吸附装置、清洗单元安装在分主体壳体底部外侧，移动单元的伸出部分与吸附装置、清洗单元在一个面上，所述吸附装置包括如权利要求1-5所述的自适应吸盘装置，同时还包括气管和真空泵。

7.如权利要求6所述的一种可越障擦窗机器人，其特征在于，机器人吸附装置中的硬垫相距机器人壳体底部外侧的距离a（a>0），清洗单元的最外侧相距机器人壳体底部外侧的距离b（b>0），移动单元伸出部分最外侧相距机器人壳体底部外侧的距离c（c>0），abc三者满足a>b>c的关系。