CN110448237B - 一种建筑外墙清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化设备领域，具体涉及一种建筑外墙清洁机器人。其包括执行机、主机和套管，套管联接执行机和主机，执行机包括行走组件、清洁件、控制盒和机壳。行走组件包括第一吸盘组件、第二吸盘组件、第一电机、第二电机、丝杆和滑台和支撑件，控制盒包括单片机、电机控制模块、阀门控制模块和通信模块。本发明通过行走组件实现执行机在建筑外墙上的行走，清洁件对建筑外墙进行清洁，控制盒驱动控制执行机的行走和清洁。本发明设计巧妙，结构简单，适合于实际应用。

Description

一种建筑外墙清洁机器人

技术领域

本发明涉及涉及自动化设备领域，具体涉及一种建筑外墙清洁机器人。

背景技术

对于建筑外墙的清洁，一般需要清洁工通过坠绳从顶层下坠不断下降，靠近建筑外墙进行清洁，其操作难度和危险性较大，清洁成本高，尤其是对超高层建筑，清洁工长期吊绳索，对其体力也是很大的考验。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种建筑外墙清洁机器人，其技术方案如下：

一种建筑外墙清洁机器人，包括执行机，该执行机包括机壳和：

行走组件，其包括第一吸盘组件、第二吸盘组件、第一电机、第二电机、丝杆和滑台和支撑件，该支撑件与所述丝杆两端的一侧联接，所述丝杆的两端另一侧联接所述第一吸盘组件，该第一电机同轴联接于所述丝杆的一端且用于驱动其转动，该滑台螺纹套设于该丝杆上，该滑台一侧联接所述第二吸盘组件，所述支撑件具有相对所述滑台另一侧的并固定于该支撑件中心位置的支撑台，该支撑台上固定第二电机，该第二电机用于驱动所述支撑件转动；

清洁组件，其包括外第三电机和清洁件，该清洁件同轴固定于该第三电机输出轴上，该第三电机固定于所述机壳上。

控制盒，其用于控制所述第一吸盘组件、所述第二吸盘组件、所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机的动作；

其中，所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机均为步进电机。

本发明实施例提供的技术方案至少包括以下有益效果：

该建筑外墙清洁机器人通过第一吸盘组件和第二吸盘组件实现其在建筑外墙上定位和行走，并通过电机驱动其清扫，设计巧妙，结构简单，适合于实际应用。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”术语应做广义理解，能够是静联接或动联接，也可以是不可拆卸联接或可拆卸联接；“连接”是直接相连成一体，“联接”是可拆卸式联接，“固定”是静联接；“套接”可以是套在某部件的外部而不接触、套在某部件外部并与其螺纹联接、或套在某部件外可拆卸式联接；“螺纹联接”即是指通过螺纹咬合、旋转式联接；“转动联接”即是指通过滚珠、滚轮等联接，且两个联接件中之一或二者均可自转；“传动联接”即是指通过链条、传送带或连杆等方式的间接联接且同步动作的联接方式；“连通”是指“固定”或“连接”在一起且内部空间相通；“电连接”即是指电子元件用导电介质连接起来；除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，能够根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

附图说明

图1是本发明实施例提供的建筑外墙清洁机器人示意图；

图2是图1中的A处放大图；

图中：

1行走组件、10第一吸盘组件、100第一吸盘头、101第一吸套、102第一弹簧、103第一正压气管、104第一正压截止阀、105第一正压压放空阀、106第一负压气管、107第一负压截止阀、108第一负压放空阀、11第二吸盘组件、第二吸盘头110、111第二吸套、1110第二轴承、112第二弹簧、113第二正压气管、114第二正压截止阀、115第二负压放空阀、116第二负压气管、117第二负压截止阀、118第二负压放空阀、12第一电机、13第二电机、14丝杆、15滑台、16支撑件、160支撑台、17第一轴承

2清洁组件、20第三电机、21清洁件、22水管、23喷头、24水管截止阀

3控制盒

4机壳

5主机

6套管

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。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，均属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1-2，一种建筑外墙清洁机器人，包括执行机，该执行机包括机壳4和：

行走组件1，其包括第一吸盘组件10、第二吸盘组件11、第一电机12、第二电机13、丝杆14和滑台15和支撑件16，支撑件16与丝杆14两端的一侧联接，丝杆14的两端另一侧联接第一吸盘组件10，第一电机10同轴联接于丝杆14的一端且用于驱动其转动，滑台15螺纹套设于丝杆14上，滑台15一侧联接第二吸盘组件11，支撑件16具有相对滑台15另一侧的并固定于支撑件16中心位置的支撑台160，支撑台160上固定第二电机13，第二电机13用于驱动支撑件16转动；

清洁组件2，其包括第三电机20和清洁件21，清洁件21同轴固定于第三电机20输出轴上，，如此第三电机20驱动清洁件21旋转对建筑外墙进行清洁。

控制盒3，其用于控制第一吸盘组件10、第二吸盘组件11、第一电机12、第二电机13和第三电机20的动作；

第一轴承17，其一端外圈同轴固定于第三电机20的输出轴、另一端内圈同轴固定于第二电机13上。如此，保证第三电机驱动清洁件21转动时不带动第二电机13转动，并同保证地第二电机13与其同轴。

其中，第一电机12、第二电机13和第三电机20均为步进电机。

具体地，第一吸盘组件10包括第一吸盘头100、第一吸套101、第一弹簧102、第一正压气管103、第一正压截止阀104、第一正压压放空阀105、第一负压气管106、第一负压截止阀107和第一负压放空阀108；第一吸盘头100套设于第一吸套101内的一端通过第一弹簧102与第一吸套101滑动联接，第一正压气管103一端连通第一吸套101、其另一端延伸至设置于控制盒3内的正压端口、并在其抵近正压端口时依次连通有第一正压放空阀105和第一正压截止阀104，第一负压气管106一端连通第一吸盘头100、其另一端延伸至设置于3控制盒内的负压端口、并在其抵近负压端口时依次连通有第一负压放空阀108和第一负压截止阀107；

第二吸盘组件11还包括第二吸盘头110、第二吸套111、第二弹簧112、第二轴承1110、第二正压气管113、第二正压截止阀114、第二负压放空阀115、第二负压气管116、第二负压截止阀117和第二负压放空阀118，第二吸盘头110套设于第二吸套111内的一端通过第二弹簧112与第二吸套111滑动联接，第二吸套111固定于第二轴承1110的外圈、第二轴承1110的内圈固定于滑台15的底面，如此实现第二电机13带动支撑件16、丝杆14和滑台15一起以第二吸盘组件11联接的滑台15为中心轴旋转，第二正压气管113一端连通第二吸套111、其另一端延伸至设置于3控制盒内的正压端口、并在其抵近正压端口时依次连通有第二正压放空阀115和第二正压截止阀114，第二负压气管116一端连通第二吸盘头110、其另一端延伸至设置于控制盒3内的负压端口、并在其抵近负压端口时依次连通有第二负压放空阀118和第二负压截止阀117；

其中，第一正压气管103、第一负压气管106、第二正压气管113和第二负压气管116从支撑台160穿出、并穿过清洁件21中心形成的圆孔、之间的管道为柔性管道；第二正压气管113和第二负压气管116从滑台15中心穿出至支撑台160之间的管道为柔性管道，并且此段管道长度应保证滑台15移动至丝杆14一端所需要的长度。

其中，第一正压截止阀104、第一正压压放空阀105、第一负压截止阀107、第一负压放空阀108、第二正压截止阀114、第二正压压放空阀115、第二负压截止阀117和第二负压放空阀118均为电磁阀。

清扫组件2还包括水管22、喷头23和水管截止阀24，该水管22一端延伸至该机壳4内抵近清洁件21的末端、其另一端延伸至连通控制盒3内的水管截止阀24。水管截止阀24为气动控制阀，其气流于所述控制盒3内的正压端口连通。

控制盒3内包括单片机、电机控制模块、阀门控制模块和通信模块，电机控制模块、阀门控制模块和通信模块分别与单片机通信连接，电机控制模块分别与第一电机的驱动控制器、第二电机的驱动控制器和第三电机的驱动控制器通信联接，阀门控制器分别与第一正压截止阀104、第一正压放空阀105、第一负压截止阀107、第一负压放空阀108、第二正压截止阀114、第二正压压放空阀115、第二负压截止阀117和第二负压放空阀118电联接。单片机采用DSP嵌入式芯片，型号为TMS320F2812,电机控制模块型号为DMA86OH，阀门控制模块采用BVS310数字式电动阀门控制器，通信模块采用ZigBee无线通信模块，型号为WLT2408NZ。单片机对气路和水路的阀门、电机进行整体控制，通信模块能够和外部进行同学实现远程控制。

本发明实施例提供的建筑外墙清洁机器人，还包括主机5和套管6，套管6一端连接机壳4、另一端连接主机5，主机5包括气泵50、空压机51、电源52和水源53，套管6包括正压气源管60、负压气源管61、电源线62和水管63，正压气源管60一端连通控制盒3内的正压端口、另一端连通空压机51，负压气源管61一端连通控制盒3内的负压端口、另一端连通气泵50，电源52用于给执行机供电，水管22连通水源53，如此，主机5对执行机提供水源、电源、正压和负压，通过分体式设计，能够减轻执行机的重量，具体地，套管的长度应满足一定的要求，如不低于50m，使得执行机在建筑外墙上移动的距离足够远，而不必时刻采用人工进行清洁；进一步地，执行机中的丝杆14、滑台15和支撑件16和机壳4均采用轻型硬质材料制成，如铝锂合金材料、高强度硬质碳纤维材料或高强度碳纤维树脂材料制成，如此，能够进一步减轻执行机的重要，减少其固定和行走于建筑外墙时的负载。

工作原理：

1)吸附并清扫

单片机对阀门控制模块发出指令信号，阀门控制模块驱动第一正压气管上的截止阀打开，对其供气，如此第一吸套内产生正压，推动第一吸盘头动作抵压至建筑外墙；单片机经过时序控制后再此向阀门控制模块发出指令信号，阀门控制模块驱动第一正压气管上的第一正压截止阀关闭、第一正压放空阀打开，同时驱动第一负压气管上的第一负压截止阀打开，使得第一负压气管产生负压，如此使得第一吸盘头吸附在建筑外墙上；单片机经过时序控制后向电机控制模块和阀门控制模块发出指令信号，电机控制模块控制第三电机启动带动清扫件转动进行清扫，同时阀门控制模块驱动水管上的气动阀打开，对建筑外墙进行喷水，如此开始清扫；

2)行走

当执行机在建筑外墙一处清扫完成后，单片机经过时序控制后向电机控制模块和阀门控制模块发出时序动作指令信号，阀门控制模块先驱动第二正压气管的第二正压截止阀打开和第二负压气管的第二负压截止阀打开，使得第二吸盘头抵压并吸附于建筑外墙，然后阀门控制模块再驱动第一正压气管上的第一正压截止阀关闭、第一正压放空阀打开，同时第一负压气管上的第一负压截止阀关闭、第一负压放空阀打开，如此第一吸盘头在第一弹簧的作用下离开建筑外墙；

此时，执行机通过第二吸盘头吸附于建筑外墙，然后再由单片机发出指令信号至电机控制模块，其先驱动第二电机转动带动丝杆、第一吸盘组件、机壳和支撑件一起转动一定角度后，如此确定行走角度；再驱动第一电机带动丝杆转动，由于滑台被第二吸盘组件固定于建筑外墙而第一吸盘组件离开建筑外墙上，如此即使得第一吸盘组件、机壳和支撑件被丝杆带动移动至滑台位于丝杆相对的一端；然后重复对第一吸盘组件的控制动作使得第一吸盘头吸附并固定于建筑外墙，再重复对第二吸盘组件的控制使其离开建筑外墙，再控制第一电机反转同样的角度使得滑台移动至相对于丝杆的中心位置，如此即使的执行机沿着第二电机驱动转动后的方向移动了半个丝杆的距离。如此往复操作，即可实现执行机在建筑外墙上的行走和定位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (4)

1.一种建筑外墙清洁机器人，包括执行机，其特征在于，该执行机包括机壳和：

行走组件，其包括第一吸盘组件、第二吸盘组件、第一电机、第二电机、丝杆和滑台和支撑件，所述丝杆固定连接于所述支撑件，所述丝杆的两端分别联接一所述第一吸盘组件，所述丝杆同轴固定于所述第一电机的输出轴上，所述滑台螺纹套设于所述丝杆上，所述滑台一侧联接所述第二吸盘组件，所述支撑件具有相对所述滑台另一侧的并固定于该支撑件中心位置的支撑台，该支撑台上固定第二电机，该第二电机用于驱动所述支撑件转动；

清洁组件，其包括外第三电机、清洁件，该第三电机固定于所述机壳上，该清洁件同轴固定于该第三电机输出轴上，还包括第一轴承，所述第一轴承一端外圈同轴固定于所述第三电机的输出轴、另一端内圈同轴固定于所述第二电机上；

控制盒，其用于控制所述第一吸盘组件、所述第二吸盘组件、所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机的动作；

其中，所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机均为步进电机；

所述第一吸盘组件包括第一吸盘头、第一吸套、第一弹簧、第一正压气管、第一正压截止阀、第一正压放空阀、第一负压气管、第一负压截止阀和第一负压放空阀；该第一吸盘头套设于该第一吸套内的一端通过该第一弹簧与所述第一吸套滑动联接，该第一正压气管一端连通该第一吸套、其另一端延伸至设置于所述控制盒内的正压端口、并在其抵近所述正压端口时依次连通有该第一正压放空阀和该第一正压截止阀，该第一负压气管一端连通该第一吸盘头、其另一端延伸至设置于所述控制盒内的负压端口、并在其抵近所述负压端口时依次连通有该第一负压放空阀和该第一负压截止阀；

所述第二吸盘组件还包括第二吸盘头、第二吸套、第二弹簧、第二轴承、第二正压气管、第二正压截止阀、第二正 压放空阀、第二负压气管、第二负压截止阀和第二负压放空阀，该第二吸盘头套设于该第二吸套内的一端通过该第二弹簧与所述第二吸套滑动联接，该第二吸套固定于该第二轴承的外圈、该第二轴承的内圈固定于所述滑台的底面，该第二正压气管一端连通该第二吸套、其另一端延伸至设置于所述控制盒内的正压端口、并在其抵近所述正压端口时依次连通有该第二正压放空阀和该第二正压截止阀，该第二负压气管一端连通该第二吸盘头、其另一端延伸至设置于所述控制盒内的负压端口、并在其抵近所述负压端口时依次连通有该第二负压放空阀和该第二负压截止阀；

其中，所述第一正压截止阀、所述第一正压放空阀、所述第一负压截止阀、所述第一负压放空阀、所述第二正压截止阀、所述第二正压放空阀、所述第二负压截止阀和所述第二负压放空阀均为电磁阀。

2.根据权利要求1所述的建筑外墙清洁机器人，其特征在于，所述清洁组件还包括水管、喷头和水管截止阀，该水管一端延伸至该机壳内抵近所述清洁件的末端、其另一端延伸至连通设置于所述控制盒内的所述水管截止阀。

3.根据权利要求2所述的建筑外墙清洁机器人，其特征在于，所述控制盒内包括单片机、电机控制模块、阀门控制模块和通信模块，该电机控制模块、该阀门控制模块和该通信模块分别与该单片机通信连接，该电机控制模块分别与所述第一电机的驱动控制器、所述第二电机的驱动控制器和第三电机的驱动控制器通信联接，该阀门控制模块分别与所述第一正压截止阀、所述第一正压放空阀、所述第一负压截止阀、所述第一负压放空阀、所述第二正压截止阀、所述第二正压放空阀、所述第二负压截止阀和所述第二负压放空阀电联接。

4.根据权利要求3所述的建筑外墙清洁机器人，其特征在于，还包括主机和套管，该套管一端连接所述机壳、另一端连接该主机，该主机包括气泵、空压机、电源和水源，所述套管包括正压气源管、负压气源管、电源线和水管，该正压气源管一端连通所述控制盒内的正压端口、另一端连通该空压机，该负压气源管一端连通所述控制盒内的负压端口、另一端连通该气泵，该电源用于给执行机供电，该水管连通该水源。

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