CN112123316A - 高空作业机器人、控制系统以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高空机器人领域，具体涉及一种高空作业机器人、控制方法及控制系统。本发明的高空作业机器人，包括：底盘，底盘上具有至少两个负压腔，各负压腔分别通过独立的负压电机作用，以形成负压环境；负压传感器，固设于底盘上且与对应的负压腔连通；两组履带行走机构，两组履带行走机构分别安装于底盘的两侧；清洁组件，清洁组件设置在底盘的前端并位于两组履带行走机构之间；挡水组件，设于底盘的后端，挡水组件沿底盘的宽度方向延伸。通过上述设置方式，高空作业机器人通过负压腔实现在待清洁的壁面上的吸附，能够减轻高空作业机器人的重量，便于吸附。同时，对壁面的材料没有限制，通用性更好。

Description

高空作业机器人、控制系统以及控制方法

技术领域

本发明涉及高空机器人领域，尤其涉及一种高空作业机器人、一种控制方法以及一种控制系统。

背景技术

在对玻璃幕墙等高空设备进行维护或清洁时，多会用到高空作业设备。现有高空作业设备通过电磁铁接触方式吸附在垂直的金属壁上，同时使用履带推动机器移动；或者采用多足负压吸盘，采用吸盘或密闭腔体形成负压的吸力方式吸附在垂直的墙壁或者玻璃壁上，同时使用交替开启和关闭不同负压腔移动负压足移动。

但是，在现有技术中，若采用电磁铁吸附方式，则设备只适用于磁性材料构成的壁面，维持吸附力需要电能，且电磁铁本身重量大，导致设备自重较大；而采用多足吸盘结构，则需要设置多个行走足，不仅导致产品结构复杂，控制策略繁复，且移动方式为间歇性，导致移动速度较慢，影响工作效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高空作业机器人，至少部分解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种高空作业机器人，包括：底盘，底盘上具有至少两个负压腔，各负压腔分别通过独立的负压电机作用，以形成负压环境；负压传感器，固设于底盘上且与对应的负压腔连通；两组履带行走机构，两组履带行走机构分别安装于底盘的两侧；清洁组件，清洁组件设置在底盘的前端并位于两组履带行走机构之间；挡水组件，设于底盘的后端，挡水组件沿底盘的宽度方向延伸。

本方案中，高空作业机器人通过负压腔实现在待清洁的壁面上的吸附，能够减轻高空作业机器人的重量，便于吸附。同时，对壁面的材料没有限制，通用性更好。

具体来说，高空作业机器人通过负压腔实现在壁面上的吸附。同时，通过履带行走机构实现在壁面上的移动，清洁组件能够对壁面进行清洁，挡水组件能够实现挡水的作用，防止清洁的水留下导致壁面污损。

还需指出，本方案中负压腔为至少两个，且每个负压腔分别通过独立的负压电机形成负压环境，当单个负压腔失效时，另一个负压腔能够提供吸附力，防止高空作业机器人从壁面上脱落，提高工作的稳定性和可靠性。

在上述技术方案中，优选地，高空作业机器人还包括：橡胶刮板，活动设于底盘上且位于清洁组件与挡水组件之间；刮板驱动装置，与刮板通过传动结构连接，刮板驱动装置能驱动刮板从底盘下侧伸出，或使刮板收回至底盘内。

在上述任一技术方案中，优选地，高空作业机器人还包括：旋转杆，转动设于底盘上侧，旋转杆与底盘之间具有姿态检测传感器，旋转杆与安全缆绳通过拉力检测传感器连接。

在上述任一技术方案中，优选地，履带行走机构包括：履带电机，履带电机安装于底盘上；履带同步轮，履带同步轮转动设于底盘上且与履带电机传动连接；履带，履带套设于履带同步轮上。

本发明第二方面的技术方案提供了一种控制方法，用于第一方面任一技术方案中的高空作业机器人，控制方法包括：获取遥控指令，并根据遥控指令调节履带电机的转速；获取负压腔内的压力，并根据负压腔内的压力调节负压电机的转速。

在上述技术方案中，优选地，获取遥控指令，并根据遥控指令调节履带电机的转速，具体包括：当遥控指令为转弯时，确定转弯路径，并根据转弯路径分别确定两个履带电机的转速。

在上述任一技术方案中，优选地，高空作业机器人还包括LED灯以及蜂鸣器，控制方法还包括：获取高空作业机器人的工作状态；根据工作状态，确定LED灯和蜂鸣器的工作模式；根据确定的工作模式控制LED灯以及蜂鸣器工作。

本发明第三方面的技术方案提供了一种控制系统，用于第一方面任一技术方案中的高空作业机器人，控制系统包括：履带调节单元，履带调节单元用于获取遥控指令，并根据遥控指令调节履带电机的转速；负压腔调节单元，负压腔调节单元用于获取负压腔内的压力，并根据负压腔内的压力调节负压电机的转速。

在上述技术方案中，优选地，履带调节单元具体包括：转弯调节单元，转弯调节单元用于当遥控指令为转弯时，确定转弯路径，并根据转弯路径分别确定两个履带电机的转速。

在上述任一技术方案中，优选地，高空作业机器人还包括LED灯以及蜂鸣器，控制系统还包括：工作状态获取单元，用于获取高空作业机器人的工作状态；工作模式确定单元，用于根据工作状态，确定LED灯和蜂鸣器的工作模式；工作模式控制单元，用于根据确定的工作模式控制LED灯以及蜂鸣器工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是根据本发明的一个实施例的高空作业机器人的俯视图；

图2是根据本发明的一个实施例的高空作业机器人的侧视图；

图3是根据本发明的一个实施例的高空作业机器人部分结构的俯视图；

图4是根据本发明的一个实施例的高空作业机器人的仰视图；

图5是根据本发明的一个实施例的控制方法的流程示意图。

其中，图1至图5中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1底盘，2负压腔，3履带行走机构，31履带电机，32履带同步轮，33履带，4挡水组件，41滚刷电机，42滚刷，5橡胶刮板，6刮板驱动装置，7旋转杆，8外壳，9拉力传感器，10安全线缆连接扣，11主控制盒，12电器滑环，13姿态传感器，14电气滑环，15负压电机，16负压传感器，17环形海绵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

下面参照图1至图5描述根据本发明的一些实施例。

如图1至图4所示，本发明的实施例提供了一种高空作业机器人，包括：底盘1，底盘1上具有至少两个负压腔2，各负压腔2分别通过独立的负压电机15作用，以形成负压环境；负压传感器16，固设于底盘1上且与对应的负压腔2连通；两组履带行走机构3，两组履带行走机构3分别安装于底盘1的两侧；清洁组件，清洁组件设置在底盘1的前端并位于两组履带行走机构3之间；挡水组件4，设于底盘1的后端，挡水组件4沿底盘1的宽度方向延伸。

本方案中，高空作业机器人通过负压腔2实现在待清洁的壁面上的吸附，能够减轻高空作业机器人的重量，便于吸附。同时，对壁面的材料没有限制，通用性更好。

具体来说，高空作业机器人通过负压腔2实现在壁面上的吸附。同时，通过履带行走机构3实现在壁面上的移动，清洁组件能够对壁面进行清洁，挡水组件4能够实现挡水的作用，防止清洁的水留下导致壁面污损。

还需指出，本方案中负压腔2为至少两个，且每个负压腔2分别通过独立的负压电机15形成负压环境，当单个负压腔2失效时，另一个负压腔2能够提供吸附力，防止高空作业机器人从壁面上脱落，提高工作的稳定性和可靠性。

在上述实施例中，优选地，高空作业机器人还包括：橡胶刮板5，活动设于底盘1上且位于清洁组件与挡水组件4之间；刮板驱动装置6，与刮板通过传动结构连接，刮板驱动装置6能驱动刮板从底盘1下侧伸出，或使刮板收回至底盘1内。

本方案中，当清洁组件工作时，刮板驱动装置6能驱动刮板从底盘1下侧伸出，从而能将壁面上的水渍刮净。当清洁组件停止工作时，刮板驱动装置6能驱动刮板收回至底盘1内，以使刮板收回至底盘1内，这样能减少高空作业机器人与壁面之间的摩擦力，便于高空作业机器人快速行进。

在一种可能的实施方式中，刮板驱动装置6为电机，橡胶刮板5滑动设置在底盘上，电机与橡胶刮板5通过齿轮齿条连接，电机正反转时，齿轮带动齿条直线往复运动，以使橡胶刮板5从底盘1下侧伸出，或使橡胶刮板5收回至底盘1内。

在一种可能的实施方式中，底盘1上设有通槽，橡胶刮板嵌入通槽内并能沿通槽滑动，以实现橡胶刮板5在底盘1上的滑动设置。

在上述任一实施例中，优选地，高空作业机器人还包括：旋转杆7，转动设于底盘1上侧，旋转杆7与底盘1之间具有姿态检测传感器，旋转杆7与安全缆绳通过拉力检测传感器连接。

本方案中，通过设置姿态传感器，能够检测高空作业机器人的姿态，以便于对高空作业机器人进行姿态调整。

在一种可能的实施方式中，姿态传感器为角度传感器。

进一步地，底盘1与旋转杆7连接的部位设有电气滑环14，电气滑环14与外接电源连接，以实现高空作业机器人整体的供电或充电。

其中，电气滑环14为现有结构，此处不再赘述。

在上述任一实施例中，优选地，履带行走机构3包括：履带电机31，履带电机31安装于底盘1上；履带同步轮32，履带同步轮32转动设于底盘1上且与履带电机31传动连接；履带33，履带33套设于履带同步轮32上。

在上述任一实施例中，优选地，底盘1的底部还具有喷嘴，喷嘴通过水管与外接水源连接，在需要冲洗时，喷嘴开启，以对壁面进行冲洗。喷嘴位于两个履带行走机构3之间，且位于橡胶刮板5的前侧。

其中，在一种可能的实施方式中，喷嘴部位设置电磁阀，在需要进行冲洗时，电磁阀开启，以使喷嘴开启；在冲洗完毕后，电磁阀断开，喷嘴关闭。

在一种可替换的实施方式中，底盘上固设有水箱，水箱通过水管与喷嘴连接，水箱与水管之间具有微型水泵，以通过喷嘴实现冲洗。本方案中不必外接水源，适用性更好，高空作业机器人能进行大范围移动。

在一种可能的实施方式中，履带33的外层为胶层或聚氨酯层，以能增大履带33与壁面之间的摩擦力，便于高空作业机器人在壁面上行进。

本发明第二方面的实施例提供了一种控制方法，用于第一方面任一实施例中的高空作业机器人，控制方法包括：获取遥控指令，并根据遥控指令调节履带电机31的转速；获取负压腔2内的压力，并根据负压腔2内的压力调节负压电机15的转速。

本方案中，在高空作业机器人运动的过程中，当负压腔2内的压力波动时，能够根据负压腔2内的压力调节负压电机15转速，以维持负压腔2压力稳定，防止高空作业机器人脱落。

具体来说，当负压腔2压力在预设范围内时，维持负压电机15当前转速；当负压腔2内的压力降低，则提高负压电机15的转速。

通过本方案，能在壁面的粗糙度变化时维持负压腔2压力稳定。

在上述实施例中，优选地，获取遥控指令，并根据遥控指令调节履带电机31的转速，具体包括：当遥控指令为转弯时，确定转弯路径，并根据转弯路径分别确定两个履带电机31的转速。

本方案中，获取遥控指令后，通过要要控制指令确定转弯路径，并根据转弯路径确定两个电机的转速，以通过差速实现转弯。

在上述任一实施例中，优选地，高空作业机器人还包括LED灯以及蜂鸣器，控制方法还包括：获取高空作业机器人的工作状态；根据工作状态，确定LED灯和蜂鸣器的工作模式；根据确定的工作模式控制LED灯以及蜂鸣器工作。

本方案中，能利用LED灯和蜂鸣器的工作模式指示高空作业机器人的不同工作状态。

参照图5，在一种具体实施方式中，控制方法包括：步骤S102，初始化硬件模块；步骤S104，加载保存的控制参数；步骤S106，初始化控制参数；步骤S108，获取遥控指令，并根据遥控指令调节履带电机31的转速。

具体来说，获取遥控指令，进而确定高空作业机器人的目标姿态；根据姿态传感器确定高空作业机器人的当前姿态；随后根据当前姿态以及目标姿态确定所需航速和转向半径，最后根据所需航速和转向半径确定履带电机31的转速。即当高空作业机器人转向时，根据所需航速和转向半径，分别确定两个履带电机31的转速，以实现高空作业机器人的转向。同时，当高空作业机器人直线前进时，两个履带电机31的转速相同。

步骤S110，获取负压腔2内的压力，并根据负压腔2内的压力调节负压电机15的转速。

具体来说，在高空作业机器人移动的过程中，壁面的粗糙度会变化，进而影响负压腔2的密封。此时根据负压腔2的压力调节负压电机15的转速，以能在负压腔2的压力增大时增大负压电机15的转速，使负压腔2内压力稳定，进而使高空作业机器人能稳定吸附，防止高空作业机器人脱落。

在进行清洁时，控制器控制喷嘴开启，同时履带行走机构3工作，高空作业机器人向前移动，喷嘴壁面进行冲洗，同时橡胶刮板5能将壁面上的水刮净，以实现对壁面的清洁。

步骤S112，获取高空作业机器人的工作状态，根据工作状态，确定LED灯和蜂鸣器的工作模式；步骤S114，根据确定的工作模式控制LED灯以及蜂鸣器工作，从而能使用户根据LED灯以及蜂鸣器的工作模式知晓高空作业机器人的工作状态。

当需要调整高空作业机器人的姿态时，喷嘴关闭，通过调整两个履带电机31的转速实现转向，重新调整好姿态后，高空作业机器人向前运动，同时喷嘴开启，以此循环，直至将整体壁面清洁完毕。

步骤S116，下载各个执行器的工作参数，并上传工作参数。

本发明第三方面的实施例提供了一种控制系统，用于第一方面任一实施例中的高空作业机器人，控制系统包括：履带33调节单元，履带33调节单元用于获取遥控指令，并根据遥控指令调节履带电机31的转速；负压腔2调节单元，负压腔2调节单元用于获取负压腔2内的压力，并根据负压腔2内的压力调节负压电机15的转速。

本方案中，在高空作业机器人运动的过程中，当负压腔2内的压力波动时，能够根据负压腔2内的压力调节负压电机15转速，以维持负压腔2压力稳定，防止高空作业机器人脱落。

具体来说，当负压腔2压力在预设范围内时，维持负压电机15当前转速；当负压腔2内的压力降低，则提高负压电机15的转速。

通过本方案，能在壁面的粗糙度变化时维持负压腔2压力稳定。

在上述实施例中，优选地，履带33调节单元具体包括：转弯调节单元，转弯调节单元用于当遥控指令为转弯时，确定转弯路径，并根据转弯路径分别确定两个履带电机31的转速。

本方案中，获取遥控指令后，通过要要控制指令确定转弯路径，并根据转弯路径确定两个电机的转速，以通过差速实现转弯。

在上述任一实施例中，优选地，高空作业机器人还包括LED灯以及蜂鸣器，控制系统还包括：工作状态获取单元，用于获取高空作业机器人的工作状态；工作模式确定单元，用于根据工作状态，确定LED灯和蜂鸣器的工作模式；工作模式控制单元，用于根据确定的工作模式控制LED灯以及蜂鸣器工作。

本方案中，能利用LED灯和蜂鸣器的工作模式指示高空作业机器人的不同工作状态。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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单元必须具有特定的方向、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。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种高空作业机器人，其特征在于，包括：

底盘，所述底盘上具有至少两个负压腔，各所述负压腔分别通过独立的负压电机作用，以形成负压环境；

负压传感器，固设于所述底盘上且与对应的所述负压腔连通；

两组履带行走机构，两组所述履带行走机构分别安装于所述底盘的两侧；

清洁组件，所述清洁组件设置在所述底盘的前端并位于两组所述履带行走机构之间；

挡水组件，设于所述底盘的后端，所述挡水组件沿所述底盘的宽度方向延伸。

2.根据权利要求1所述的高空作业机器人，其特征在于，还包括：

橡胶刮板，活动设于所述底盘上且位于所述清洁组件与所述挡水组件之间；

刮板驱动装置，与所述刮板通过传动结构连接，所述刮板驱动装置能驱动所述刮板从所述底盘下侧伸出，或使所述刮板收回至所述底盘内。

3.根据权利要求1所述的高空作业机器人，其特征在于，还包括：

旋转杆，转动设于所述底盘上侧，所述旋转杆与所述底盘之间具有姿态检测传感器，所述旋转杆与安全缆绳通过拉力检测传感器连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的高空作业机器人，其特征在于，所述履带行走机构包括：

履带电机，所述履带电机安装于所述底盘上；

履带同步轮，所述履带同步轮转动设于所述底盘上且与所述履带电机传动连接；

履带，所述履带套设于所述履带同步轮上。

5.一种控制方法，用于如权利要求1至4中任一项所述的高空作业机器人，其特征在于，包括：

获取遥控指令，并根据所述遥控指令调节履带电机的转速；

获取负压腔内的压力，并根据所述负压腔内的压力调节负压电机的转速。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述获取遥控指令，并根据所述遥控指令调节所述履带电机的转速，具体包括：

当所述遥控指令为转弯时，确定转弯路径，并根据转弯路径分别确定两个所述履带电机的转速。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，高空作业机器人还包括LED灯以及蜂鸣器，所述控制方法还包括：

获取高空作业机器人的工作状态；

根据所述工作状态，确定所述LED灯和所述蜂鸣器的工作模式；

根据确定的所述工作模式控制所述LED灯以及所述蜂鸣器工作。

8.一种控制系统，用于如权利要求1至4中任一项所述的高空作业机器人，其特征在于，包括：

履带调节单元，所述履带调节单元用于获取遥控指令，并根据所述遥控指令调节所述履带电机的转速；

负压腔调节单元，所述负压腔调节单元用于获取负压腔内的压力，并根据所述负压腔内的压力调节负压电机的转速。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述履带调节单元具体包括：

转弯调节单元，所述转弯调节单元用于当所述遥控指令为转弯时，确定转弯路径，并根据转弯路径分别确定两个所述履带电机的转速。

10.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，高空作业机器人还包括LED灯以及蜂鸣器，所述控制系统还包括：

工作状态获取单元，用于获取高空作业机器人的工作状态；

工作模式确定单元，用于根据所述工作状态，确定所述LED灯和所述蜂鸣器的工作模式；

工作模式控制单元，用于根据确定的所述工作模式控制所述LED灯以及所述蜂鸣器工作。

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