CN110353554A - 一种高层建筑壁面清洗机器人 - Google Patents

Abstract

一种高层建筑壁面清洗机器人，包括机架、变角度无人机旋翼组件、供水组件及壁面擦拭清洗组件；机架为矩形平板结构，四个变角度无人机旋翼组件均布安装在机架四个顶角；机架悬吊安装；变角度无人机旋翼组件、供水组件及壁面擦拭清洗组件均采用单片机进行控制；供水组件输出水雾；壁面擦拭清洗组件包括减速电机、动力输出带轮机构、主动轴、柔性刮水滚刷带轮机构、棉质吸水滚刷带轮机构以及多根从动轴，减速电机通过动力输出带轮机构与主动轴相连，主动轴通过万向节连接两根从动轴；主动轴对侧设三根从动轴且均通过万向节相连，主动轴在侧与对侧的从动轴之间连接柔性刮水滚刷带轮机和棉质吸水滚刷带轮机构，从动轴通过缓冲复位支撑弹簧与机架相连。

Description

一种高层建筑壁面清洗机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种高层建筑壁面清洗机器人。

背景技术

目前，高层建筑的玻璃幕墙主要依靠人工方式进行清洗，而高空作业不但危险性高，而且工作环境恶劣，一旦在半空中遭遇强烈的气流，会导致载人吊车产生强烈摇摆，这会对高空作业人员和玻璃幕墙产生很大的安全隐患。

为此，一些高层建筑开始尝试利用机器人替代作业人员进行玻璃幕墙的清洗工作，现阶段，用于高层建筑玻璃幕墙清洗的机器人大多采用磁力吸附、机械硬接触吸附、真空负压吸附等方式与壁面贴合，而采用上述吸附方式与壁面贴合的清洗机器人，普遍存在越障能力差、工作效率低、移动速度慢的缺点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高层建筑壁面清洗机器人，具有越障能力强、工作效率高、移动灵活性好的特点，能够适应具有复杂壁面的高层建筑。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高层建筑壁面清洗机器人，包括机架、变角度无人机旋翼组件、供水组件及壁面擦拭清洗组件；所述机架采用矩形平板结构，所述变角度无人机旋翼组件数量为四个，四个变角度无人机旋翼组件均布安装在机架的四个顶角；所述供水组件及壁面擦拭清洗组件均安装在机架上；在所述机架顶部边沿设置有缆绳挂钩；所述变角度无人机旋翼组件、供水组件及壁面擦拭清洗组件均采用单片机进行控制。

所述变角度无人机旋翼组件包括螺旋桨、旋翼电机、电机固定架、变角度连接块及双向电调，电机固定架通过变角度连接块与机架相连，所述旋翼电机固装在电机固定架上，所述螺旋桨安装在旋翼电机的电机轴上，旋翼电机的控制端与双向电调相连，旋翼电机及双向电调均由锂电池供电。

所述供水组件包括水箱、水泵及水雾喷头，水箱固装在机架的外侧表面，水泵固装在机架的内侧表面，水雾喷头设置在机架内侧表面的下部，水泵的进水口与水箱相连通，水泵的出水口与水雾喷头相连通；在所述水泵与水箱之间的管路上安装有电磁阀，通过电磁阀控制水路的通断，水泵及电磁阀均由锂电池供电。

所述壁面擦拭清洗组件包括减速电机、动力输出带轮机构、主动轴、柔性刮水滚刷带轮机构、棉质吸水滚刷带轮机构、第一从动轴、第二从动轴、第三从动轴、第四从动轴及第五从动轴；所述减速电机固装在机架的外侧表面，减速电机由锂电池供电；所述主动轴位于机架内侧，主动轴通过第一轴承座与机架相连，主动轴与减速电机的电机轴之间通过动力输出带轮机构传动连接，主动轴一端通过第一万向节与第一从动轴一端相连，第一从动轴另一端通过第一缓冲复位支撑弹簧与机架内侧表面相连；所述主动轴另一端通过第二万向节与第二从动轴一端相连，第二从动轴另一端通过第二缓冲复位支撑弹簧与机架内侧表面相连；所述第三从动轴与第一从动轴之间通过柔性刮水滚刷带轮机构传动连接，第三从动轴一端通过第三缓冲复位支撑弹簧与机架内侧表面相连，第三从动轴另一端通过第三万向节与第四从动轴一端相连，第四从动轴另一端通过第四万向节与第五从动轴一端相连，第五从动轴另一端通过第四缓冲复位支撑弹簧与机架1内侧表面相连，第五从动轴与第二从动轴之间通过棉质吸水滚刷带轮机构传动连接；所述第四从动轴通过第二轴承座与机架相连，且第四从动轴与主动轴相平行。

在所述柔性刮水滚刷带轮机构的皮带外表面均布有若干柔性刮水片，柔性刮水片与皮带回转中心线具有夹角，柔性刮水片随皮带同步转动。

在所述棉质吸水滚刷带轮机构的皮带外表面均布有若干棉质吸水片，棉质吸水片与皮带回转中心线具有夹角，棉质吸水片随皮带同步转动。

所述柔性刮水滚刷带轮机构的皮带与棉质吸水滚刷带轮机构的皮带对称设置，且柔性刮水滚刷带轮机构的皮带与棉质吸水滚刷带轮机构的皮带之间具有夹角。

在所述机架的内侧表面设置有玻璃透明度传感器。

本发明的有益效果：

本发明的高层建筑壁面清洗机器人，具有越障能力强、工作效率高、移动灵活性好的特点，能够适应具有复杂壁面的高层建筑。

附图说明

图1为本发明的一种高层建筑壁面清洗机器人的后视立体图；

图2为本发明的一种高层建筑壁面清洗机器人的后视图；

图3为本发明的一种高层建筑壁面清洗机器人的前视立体图；

图4为本发明的壁面擦拭清洗组件的结构示意图；

图5为本发明的一种高层建筑壁面清洗机器人的作业状态图；

图中，1—机架，2—变角度无人机旋翼组件，3—水箱，4—水泵，5—水雾喷头，6—减速电机，7—动力输出带轮机构，8—主动轴，9—柔性刮水滚刷带轮机构，10—棉质吸水滚刷带轮机构，11—第一从动轴，12—第二从动轴，13—第三从动轴，14—第四从动轴，15—第五从动轴，16—第一万向节，17—第一缓冲复位支撑弹簧，18—第二万向节，19—第二缓冲复位支撑弹簧，20—第三缓冲复位支撑弹簧，21—第三万向节，22—第四万向节，23—第四缓冲复位支撑弹簧，24—第一轴承座，25—第二轴承座，26—缆绳挂钩，27—玻璃透明度传感器，28—玻璃幕墙，29—障碍物，30—壁面清洗机器人。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～5所示，一种高层建筑壁面清洗机器人，包括机架1、变角度无人机旋翼组件2、供水组件及壁面擦拭清洗组件；所述机架1采用矩形平板结构，所述变角度无人机旋翼组件2数量为四个，四个变角度无人机旋翼组件2均布安装在机架1的四个顶角；所述供水组件及壁面擦拭清洗组件均安装在机架1上；在所述机架1顶部边沿设置有缆绳挂钩26；所述变角度无人机旋翼组件2、供水组件及壁面擦拭清洗组件均采用单片机进行控制。

所述变角度无人机旋翼组件2包括螺旋桨、旋翼电机、电机固定架、变角度连接块及双向电调，电机固定架通过变角度连接块与机架1相连，所述旋翼电机固装在电机固定架上，所述螺旋桨安装在旋翼电机的电机轴上，旋翼电机的控制端与双向电调相连，旋翼电机及双向电调均由锂电池供电。

所述供水组件包括水箱3、水泵4及水雾喷头5，水箱3固装在机架1的外侧表面，水泵4固装在机架1的内侧表面，水雾喷头5设置在机架1内侧表面的下部，水泵4的进水口与水箱3相连通，水泵4的出水口与水雾喷头5相连通；在所述水泵4与水箱3之间的管路上安装有电磁阀，通过电磁阀控制水路的通断，水泵4及电磁阀均由锂电池供电。

所述壁面擦拭清洗组件包括减速电机6、动力输出带轮机构7、主动轴8、柔性刮水滚刷带轮机构9、棉质吸水滚刷带轮机构10、第一从动轴11、第二从动轴12、第三从动轴13、第四从动轴14及第五从动轴15；所述减速电机6固装在机架1的外侧表面，减速电机6由锂电池供电；所述主动轴8位于机架1内侧，主动轴8通过第一轴承座24与机架1相连，主动轴8与减速电机6的电机轴之间通过动力输出带轮机构7传动连接，主动轴8一端通过第一万向节16与第一从动轴11一端相连，第一从动轴11另一端通过第一缓冲复位支撑弹簧17与机架1内侧表面相连；所述主动轴8另一端通过第二万向节18与第二从动轴12一端相连，第二从动轴12另一端通过第二缓冲复位支撑弹簧19与机架1内侧表面相连；所述第三从动轴13与第一从动轴11之间通过柔性刮水滚刷带轮机构9传动连接，第三从动轴13一端通过第三缓冲复位支撑弹簧20与机架1内侧表面相连，第三从动轴13另一端通过第三万向节21与第四从动轴14一端相连，第四从动轴14另一端通过第四万向节22与第五从动轴15一端相连，第五从动轴15另一端通过第四缓冲复位支撑弹簧23与机架1内侧表面相连，第五从动轴15与第二从动轴12之间通过棉质吸水滚刷带轮机构10传动连接；所述第四从动轴14通过第二轴承座25与机架1相连，且第四从动轴14与主动轴8相平行。

在所述柔性刮水滚刷带轮机构9的皮带外表面均布有若干柔性刮水片，柔性刮水片与皮带回转中心线具有夹角，柔性刮水片随皮带同步转动。

在所述棉质吸水滚刷带轮机构10的皮带外表面均布有若干棉质吸水片，棉质吸水片与皮带回转中心线具有夹角，棉质吸水片随皮带同步转动。

所述柔性刮水滚刷带轮机构的皮带与棉质吸水滚刷带轮机构的皮带对称设置，且柔性刮水滚刷带轮机构的皮带与棉质吸水滚刷带轮机构的皮带之间具有夹角，与二者平行设置相比，由于皮带倾斜，可使皮带拥有更大的扫过面积，因此可具有更高的清洗效率。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

在高层建筑的楼顶安装卷扬机，将卷扬机的钢丝缆绳27固连到机架1顶部边沿的缆绳挂钩26上，壁面清洗机器人30整体悬吊在钢丝缆绳27上，控制卷扬机收绳和放绳，可实现壁面清洗机器人30悬吊高度的调整。当壁面清洗机器人30被悬吊在指定高度后，开始对玻璃幕墙28进行清洗。

启动水泵4，同时开启电磁阀，通过水泵4可将水箱3中的水输送至水雾喷头5中，再通过水雾喷头5将水以水雾形式喷向玻璃幕墙28，对玻璃幕墙28的外表面进行润湿。

启动减速电机6，通过动力输出带轮机构7带动主动轴8转动，进而带动第一从动轴11和第二从动轴12转动，最终带动柔性刮水滚刷带轮机构9和棉质吸水滚刷带轮机构10同步转动，而第三从动轴13、第四从动轴14及第五从动轴15与柔性刮水滚刷带轮机构9和棉质吸水滚刷带轮机构10进行同步随动转动。

为了使壁面清洗机器人30整体能够稳定的贴附在玻璃幕墙28的外表面，需要启动机架1四个顶角处的变角度无人机旋翼组件2，变角度无人机旋翼组件2中的螺旋桨产生的推力朝外，而产生的反作用力则会将壁面清洗机器人30压在玻璃幕墙28外表面，并且反作用力要大于柔性刮水片和棉质吸水片与玻璃幕墙28之间的滑动摩擦力，此时柔性刮水滚刷带轮机构9和棉质吸水滚刷带轮机构10才能够正常进行清洗工作。

为了使壁面清洗机器人30能够以移动状态对玻璃幕墙28外表面进行擦拭清洗，壁面清洗机器人30需要贴着玻璃幕墙28外表面进行平动，此时需要调整变角度无人机旋翼组件2中螺旋桨的倾角，即螺旋桨的旋转平面与玻璃幕墙28外表面形成夹角，此时产生的反作用力也不再垂直于玻璃幕墙28，而是与玻璃幕墙28具有倾角，该反作用力将产生两个分力，其中一个分力垂直于玻璃幕墙28，用于保持壁面清洗机器人30的贴附状态，另一个分力平行于玻璃幕墙28，用于驱动壁面清洗机器人30实现平动，在水平方向移动时，由于钢丝缆绳27的限制，壁面清洗机器人30的水平移动实际为绕卷扬机导线轮圆心的单摆运动。当壁面清洗机器人30需要下降高度进行玻璃幕墙28清洗时，先控制卷扬机进行放绳动作，同时改变螺旋桨的倾转方向，使反作用力中平行于玻璃幕墙28的分力为竖直朝向，壁面清洗机器人30可在竖直方向上完成玻璃幕墙28的清洗。

当清洗玻璃幕墙28过程中遇到障碍物29时，玻璃透明度传感器27检测的透明度信号发生改变，而单片机接收到透明度改变的信号后，控制水泵4关停，然后开始进行越障，通过改变螺旋桨的旋转方向，使螺旋桨产生的推力朝向玻璃幕墙28，而产生的反作用力则会将壁面清洗机器人30推离玻璃幕墙28，当壁面清洗机器人30与玻璃幕墙28之间的距离大于障碍物29的高度时，改变螺旋桨的倾角，使壁面清洗机器人30移动并越过障碍物29。

当壁面清洗机器人30越过障碍物29后，再次改变螺旋桨的旋转方向，使螺旋桨产生的推力再次朝外，壁面清洗机器人30在反作用力下重新贴附到玻璃幕墙28外表面，同时通过四个缓冲复位支撑弹簧来减轻壁面清洗机器人30受到的冲击力，重新启动水泵4，继续对玻璃幕墙28进行清洗。

对于横梁类障碍物来说，如果障碍物的高度较低，壁面清洗机器人30不用脱离玻璃幕墙28外表面，也不用改变螺旋桨的旋转方向，并且由于柔性刮水滚刷带轮机构和棉质吸水滚刷带轮机构的皮带倾斜布置，壁面清洗机器人30可直接平动越过障碍物，实现了快速越障。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (8)

1.一种高层建筑壁面清洗机器人，其特征在于：包括机架、变角度无人机旋翼组件、供水组件及壁面擦拭清洗组件；所述机架采用矩形平板结构，所述变角度无人机旋翼组件数量为四个，四个变角度无人机旋翼组件均布安装在机架的四个顶角；所述供水组件及壁面擦拭清洗组件均安装在机架上；在所述机架顶部边沿设置有缆绳挂钩；所述变角度无人机旋翼组件、供水组件及壁面擦拭清洗组件均采用单片机进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种高层建筑壁面清洗机器人，其特征在于：所述变角度无人机旋翼组件包括螺旋桨、旋翼电机、电机固定架、变角度连接块及双向电调，电机固定架通过变角度连接块与机架相连，所述旋翼电机固装在电机固定架上，所述螺旋桨安装在旋翼电机的电机轴上，旋翼电机的控制端与双向电调相连，旋翼电机及双向电调均由锂电池供电。

3.根据权利要求1所述的一种高层建筑壁面清洗机器人，其特征在于：所述供水组件包括水箱、水泵及水雾喷头，水箱固装在机架的外侧表面，水泵固装在机架的内侧表面，水雾喷头设置在机架内侧表面的下部，水泵的进水口与水箱相连通，水泵的出水口与水雾喷头相连通；在所述水泵与水箱之间的管路上安装有电磁阀，通过电磁阀控制水路的通断，水泵及电磁阀均由锂电池供电。

4.根据权利要求1所述的一种高层建筑壁面清洗机器人，其特征在于：所述壁面擦拭清洗组件包括减速电机、动力输出带轮机构、主动轴、柔性刮水滚刷带轮机构、棉质吸水滚刷带轮机构、第一从动轴、第二从动轴、第三从动轴、第四从动轴及第五从动轴；所述减速电机固装在机架的外侧表面，减速电机由锂电池供电；所述主动轴位于机架内侧，主动轴通过第一轴承座与机架相连，主动轴与减速电机的电机轴之间通过动力输出带轮机构传动连接，主动轴一端通过第一万向节与第一从动轴一端相连，第一从动轴另一端通过第一缓冲复位支撑弹簧与机架内侧表面相连；所述主动轴另一端通过第二万向节与第二从动轴一端相连，第二从动轴另一端通过第二缓冲复位支撑弹簧与机架内侧表面相连；所述第三从动轴与第一从动轴之间通过柔性刮水滚刷带轮机构传动连接，第三从动轴一端通过第三缓冲复位支撑弹簧与机架内侧表面相连，第三从动轴另一端通过第三万向节与第四从动轴一端相连，第四从动轴另一端通过第四万向节与第五从动轴一端相连，第五从动轴另一端通过第四缓冲复位支撑弹簧与机架1内侧表面相连，第五从动轴与第二从动轴之间通过棉质吸水滚刷带轮机构传动连接；所述第四从动轴通过第二轴承座与机架相连，且第四从动轴与主动轴相平行。

5.根据权利要求1所述的一种高层建筑壁面清洗机器人，其特征在于：在所述柔性刮水滚刷带轮机构的皮带外表面均布有若干柔性刮水片，柔性刮水片与皮带回转中心线具有夹角，柔性刮水片随皮带同步转动。

6.根据权利要求1所述的一种高层建筑壁面清洗机器人，其特征在于：在所述棉质吸水滚刷带轮机构的皮带外表面均布有若干棉质吸水片，棉质吸水片与皮带回转中心线具有夹角，棉质吸水片随皮带同步转动。

7.根据权利要求1所述的一种高层建筑壁面清洗机器人，其特征在于：所述柔性刮水滚刷带轮机构的皮带与棉质吸水滚刷带轮机构的皮带对称设置，且柔性刮水滚刷带轮机构的皮带与棉质吸水滚刷带轮机构的皮带之间具有夹角。

8.根据权利要求1所述的一种高层建筑壁面清洗机器人，其特征在于：在所述机架的内侧表面设置有玻璃透明度传感器。