CN113455952B

CN113455952B - 一种应用于垂直平面的可越障移动吸附装置

Info

Publication number: CN113455952B
Application number: CN202110815136.8A
Authority: CN
Inventors: 王建锋; 徐浩东; 刘奇; 俞其启; 王颜霞
Original assignee: Xijing University
Current assignee: Xijing University
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2041-07-19
Also published as: CN113455952A

Abstract

一种应用于垂直平面的可越障移动吸附装置，包括壳体，壳体内集成有控制器及电源供电模块，壳体四周侧壁安装有图像采集模块，壳体的底部中间设有清扫组件，清扫组件四周均匀布置有安装槽，安装槽在壳体底部呈中心对称设置，且安装槽一端开口于壳体边缘，安装槽内设有移动吸附组件；所述电源供电模块为整个装置供电，照明模块为紫光探照灯灯带，使玻璃裂缝更加清晰可见，图像采集模块采集垂直平面环境数据并将数据传输至控制器，由控制器对数据进行处理分析后控制移动吸附组件的空间位移，并控制清扫组件对垂直平面清扫；本装置操作方便、结构轻巧、清洁彻底、智能省力，为高空自动化作业提供一种安全有效装置。

Description

一种应用于垂直平面的可越障移动吸附装置

技术领域

本发明属于清洁机器人技术领域，更具体地说，是一种应用于垂直平面的可越障移动吸附装置。

背景技术

在高层建筑中，巨大的玻璃幕墙和普通外墙的清洁通常采用传统的人工清洁方式，“蜘蛛人”在清洁工作中的危险性人所共知，且人工清洁擦窗，因客观条件制约，清洁范围及清洁程度有限，边角的地方有往往并不能充分清洁。另一方面，玻璃幕墙在使用过程中常会产生裂纹，主要原因为：1.由杂质硫化镍引起的玻璃炸裂，当含有硫化镍杂质的玻璃被安装在幕墙上时，由于外界温度升高，导致硫化镍体积发生微小变化，使玻璃内部产生微小裂缝；2.由热应力造成的玻璃幕墙破碎，当太阳光照射在玻璃幕墙表面时，玻璃受热膨胀，若玻璃受热均匀，则边角与中央同时均匀膨胀。若受热不均匀，在玻璃内部就会产生拉应力，玻璃边部瑕疵受力会逐步加大。由此带来的潜在的危险及伤害事故，给人们造成困扰，而对玻璃幕墙进行定期检测显得尤为重要。

中国专利申请CN201320885854.3记载了一种吸附移动式爬壁双向清洁机器人，是一种由驱动部分、变向部分、吸附部分、清洁部分、水循环部分、组成的吸附移动式爬壁双向清洁机器人，虽然能够调整方向与更换路径，可携带多种仪器设备，有双向清洗模式，但是该机器人结构复杂，螺杆和电磁阀等不易控制，且该机器人无法实现越障功能。

中国专利申请CN200920283411.0记载了一种高层建筑外壁面清洁机器人，由清洁机构、壁面吸附机构、机器人越障机构、机器人支援系统和GPS位姿跟踪控制系统构成，是一种高层建筑外玻璃幕墙清洁机器人，该机器人的行走越障机构为飞行器，由于机器人在高空作业，靠吸附装置与壁面接触，飞行器越障后下落吸附会造成工作的不稳定性，一旦坠落将造成严重事故，且对飞行器的控制要求较高。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种应用于垂直平面的可越障移动吸附装置，能够通过真空泵控制吸盘在垂直平面上移动及越障，并携带清洁刷及检测模块，对高层建筑玻璃幕墙进行清洁和检测，功能性强、高效省力、节约成本，适用范围广。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种应用于垂直平面的可越障移动吸附装置，包括壳体1，所述壳体1内集成有控制器及电源供电模块，壳体1四周侧壁安装有图像采集模块4，壳体1的底部中间设有清扫组件3，清扫组件3四周均匀布置有安装槽5，安装槽5在壳体1底部呈中心对称设置，且安装槽5一端开口于壳体1边缘，安装槽5内设有移动吸附组件2。

所述移动吸附组件2包括沿安装槽5长度方向设置的伸缩基座6，伸缩基座6一侧壁设有第一齿条槽13，第一齿条槽13内啮合有第一齿轮14，第一齿轮14中心通过传动轴与齿轮电机18的动力输出端相连接，齿轮电机18的固定端固定于安装槽5内侧壁；伸缩基座6内设有滑轨15，滑轨15与安装槽5封闭端水平设置的滑杆16相适配连接，安装槽5的封闭端与伸缩基座6的封闭端之间还连接有伸缩弹簧17；伸缩基座6内还安装有真空泵7，真空泵7抽吸口通过电磁阀8与若干空心伸缩杆9的固定端相连，空心伸缩杆9的伸缩端穿过伸缩装置11与吸盘10相连接；伸缩装置11的外夹层11-1固定于电磁阀8上，伸缩装置11的中间伸缩层11-2与空心伸缩杆9伸缩端的外周固定连接，伸缩装置11外夹层11-1一侧设置有伸缩电机12，伸缩电机12的动力输出端连接有第二齿轮12-1，第二齿轮12-1与中间伸缩层11-2一侧的第二齿条槽11-3相啮合。

所述清扫组件3包括清洁刷头3-1，清洁刷头3-1底端设有若干电控喷头3-2，电控喷头3-2顶端与清洁刷头3-1顶部的清洁液盒3-3相连通，清洁刷头3-1顶部正中与清洁电机3-4的动力输出端相连接，清洁电机3-4的底座固定于壳体1底部中间。

所述图像采集模块4包括活动连接于壳体1侧壁的灯罩4-1，灯罩4-1的下方安装有探照灯管4-2，灯罩4-1上方安装有摄像头自动支架4-3，摄像头自动支架4-3顶端安装有摄像头4-4。

所述单个移动吸附组件2上连接的吸盘10的吸力大于装置重量。

所述摄像头自动支架4-3可根据需求转动调整角度。

所述探照灯管4-2采用紫光探照灯光源。

所述电源供电模块为整个装置供电，图像采集模块4的信号输出端与控制器的信号输入端相连接，控制器的信号输出端与图像采集模块4信号输入端相连接，控制图像采集模块4的摄像头自动支架4-3调整转动角度；控制器的信号输出端通过电磁阀8控制真空泵7的工作状态，控制器的信号输出端分别通过电机控制器控制伸缩电机12、齿轮电机18与清洁电机3-4的工作状态，控制器的信号输出端与电控喷头3-2的信号输入端相连接，控制电控喷头3-2的工作状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明在控制器的控制下，通过移动吸附组件中的真空泵7及吸盘10实现对物体表面的吸附，通过伸缩电机12、齿轮电机18与真空泵7及吸盘10配合实现装置在平面移动及越障，清扫组件3可实现垂直平面的移动清扫，通过图像采集模块4采集环境情况数据，传输至控制器处理，一方面对玻璃外墙进行检测，另一方面控制移动吸附组件2、清扫组件3的协同工作，对外墙进行清洁，操作方便、结构轻巧、清洁彻底、智能省力，且实用高效。

附图说明

图1为本发明的三维结构示意图。

图2为本发明的正视图。

图3为本发明的仰视图。

图4为本发明的移动吸附组件2的结构图。

图5为本发明的伸缩装置11的结构图。

图6为本发明的伸缩装置11的剖视图。

图7为本发明的清扫组件3的结构图。

图8为本发明的图像采集模块4的结构图。

图9为本发明的控制系统示意图。

图10为本发明的清扫流程示意图。

图11为本发明的运动方向示例图。

图12为本发明的移动吸附流程示意图。

图13为本发明的攀爬越障流程示意图。

图中：1、壳体；2、移动吸附组件；3、清扫组件；3-1、清洁刷头；3-2、电控喷头；3-3、清洁液盒；3-4、清洁电机；4、图像采集模块；4-1、灯罩；4-2、探照灯管；4-3、摄像头自动支架；4-4、摄像头；5、安装槽；6、伸缩基座；7、真空泵；8、电磁阀；9、空心挺杆；10、吸盘；11、伸缩装置；11-1、外夹层；11-2、中间伸缩层；11-3、第二齿条槽；12、伸缩电机；12-1、第二齿轮；13、齿条槽；14、第一齿轮；15、滑轨；16、滑杆；17、伸缩弹簧；18、齿轮电机。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明做进一步清楚完整的描述。

参见图1至图3，一种应用于垂直平面的可越障移动吸附装置，包括壳体1，所述壳体1内集成有控制器及电源供电模块，壳体1四周侧壁安装有图像采集模块4，壳体1的底部中间设有清扫组件3，清扫组件3四周均匀布置有安装槽5，安装槽5在壳体1底部呈中心对称设置，且安装槽5一端开口于壳体1边缘，安装槽5内设有移动吸附组件2。

参见图4至图6，所述移动吸附组件2包括沿安装槽5长度方向设置的伸缩基座6，伸缩基座6一侧壁设有第一齿条槽13，第一齿条槽13内啮合有第一齿轮14，第一齿轮14中心通过传动轴与齿轮电机18的动力输出端相连接，齿轮电机18的固定端固定于安装槽5内侧壁；伸缩基座6内设有滑轨15，滑轨15与安装槽5封闭端水平设置的滑杆16相适配连接，安装槽5的封闭端与伸缩基座6的封闭端之间还连接有伸缩弹簧17；伸缩基座6内还安装有真空泵7，真空泵7抽吸口通过电磁阀8与若干空心伸缩杆9的固定端相连，空心伸缩杆9的伸缩端穿过伸缩装置11与吸盘10相连接；伸缩装置11的外夹层11-1固定于电磁阀8上，伸缩装置11的中间伸缩层11-2与空心伸缩杆9伸缩端的外周固定连接，伸缩装置11外夹层11-1一侧设置有伸缩电机12，伸缩电机12的动力输出端连接有第二齿轮12-1，第二齿轮12-1与中间伸缩层11-2一侧的第二齿条槽11-3相啮合。

参见图7，所述清扫组件3包括清洁刷头3-1，清洁刷头3-1底端设有若干电控喷头3-2，电控喷头3-2顶端与清洁刷头3-1顶部的清洁液盒3-3相连通，清洁刷头3-1顶部正中与清洁电机3-4的动力输出端相连接，清洁电机3-4的底座固定于壳体1底部中间。

参见图8，所述图像采集模块4包括活动连接于壳体1侧壁的灯罩4-1，灯罩4-1的下方安装有探照灯管4-2，灯罩4-1上方安装有摄像头自动支架4-3，摄像头自动支架4-3顶端安装有摄像头4-4。

所述摄像头自动支架4-3可根据需求转动调整角度。

所述探照灯管4-2采用紫光探照灯光源，使得玻璃裂纹更加清晰可见。

参见图9，所述电源供电模块为整个装置供电，图像采集模块4的信号输出端与控制器的信号输入端相连接，控制器的信号输出端与图像采集模块4信号输入端相连接，控制图像采集模块4的摄像头自动支架4-3调整转动角度；控制器的信号输出端通过电磁阀8控制真空泵7的工作状态，控制器的信号输出端分别通过电机控制器控制伸缩电机12、齿轮电机18与清洁电机3-4的工作状态，控制器的信号输出端与电控喷头3-2的信号输入端相连接，控制电控喷头3-2的工作状态。

参加图10至图12，本发明既可应用于垂直玻璃平面，也可用于攀爬一定的障碍物，具体工作原理为：

图像采集模块4采集玻璃外墙平面环境状况数据，并将数据传输至控制器判断是否有障碍物或裂缝，若有障碍物,则进行越障攀爬或避障，有裂缝则进行数据回传；若无障碍物,则控制移动吸附组件及清扫组件进行移动和清洁；直至整个垂直平面清扫完毕。

当需要吸附在垂直玻璃平面时：

将装置放置到垂直玻璃平面后，开启装置，硬件初始化后开始工作，若干个吸盘10紧贴在玻璃表面，伸缩基座6内的真空泵7工作，电磁阀8打开，抽空吸盘10内的空气，使其产生真空负压，进而吸附于玻璃表面。

参见图11，当需要移动时：(①、②、③、④表示方向)以向①方向移动为例：

1)除①侧移动吸附组件2以外的其他三组移动吸附组件2内的真空泵保持工作状态；

2)①侧移动吸附组件2的真空泵停止工作，同时打开电磁阀8，吸盘10内的压力回升，不能再吸附于垂直平面上，吸盘10脱离垂直平面；

3)①侧移动吸附组件2的齿轮电机18带动齿轮14转动，进而通过齿条槽13带动伸缩基座6沿水平设置的滑杆16移动，带动移动侧移动吸附组件整体移动，当移动至设定距离后，移动侧移动吸附组件2的电磁阀8关闭，真空泵7重新开始工作，吸盘10内产生负压，重新吸附在垂直表面上；

4)与①侧移动吸附组件2垂直方向的②、③移动吸附组件2的真空泵7停止工作，电磁阀8打开，吸盘10内的压力回升，吸盘10脱离吸附在垂直表面上；

5)①侧移动吸附组件2的齿轮电机18反向转动，同时对侧的④移动吸附组件2的齿轮电机18正向转动，从而，①侧的移动吸附组件2的缩回壳体1的安装槽5内，而对侧的④移动吸附组件2伸出壳体1，壳体1在两侧弹簧17辅助作用下横向移动；

6)达到位置后，②、③移动吸附组件2中的电磁阀8关闭，真空泵7重新工作，吸盘10吸附于垂直平面上；

7)对侧的④移动吸附组件2中的真空泵7停止工作，电磁阀8打开，吸盘10脱离吸附，齿轮电机18反向转动，将④移动吸附组件2拉回壳体1，然后，电磁阀8关闭，真空泵7重新工作，吸盘10吸附于垂直平面上，完成整个装置的某一方向的移动；

8)装置移动的同时，清扫组件3的电控喷头3-2喷洒清洁液进行清扫。

参见图12，当需要越障时：

当装置的摄像头监测到前方有障碍物，则装置在设定的距离障碍物位置停下，并开始新一轮的移动过程；

当装置运动的①方向出现具有设定高度范围内的障碍物，伸缩装置11侧边的伸缩电机12工作，伸缩装置11的中部伸缩层纵向伸长，并带动空心伸缩杆9纵向延伸，从而使整个装置高度升高，

解除①侧的移动吸附组件2的吸盘10吸力，将①侧的移动吸附组件2中的伸缩装置11缩回至可跨越障碍物高度位置，然后，将伸缩基座6伸出，跨越障碍物后，伸缩装置11伸出，真空泵使吸盘10吸附于垂直平面，②、③移动吸附组件2解除吸附，将②、③移动吸附组件2中的伸缩装置11缩回至可跨越障碍物高度位置；此时，①侧移动吸附组件2的齿轮电机18反向转动，同时对侧的④移动吸附组件2的齿轮电机18正向转动，从而，①侧的移动吸附组件2的缩回壳体1的安装槽5内，而对侧的④移动吸附组件2伸出壳体1，壳体1在两侧弹簧17辅助作用下横向移动；最后④移动吸附组件2解除吸附，将④移动吸附组件2中的伸缩装置11缩回至可跨越障碍物高度位置，④移动吸附组件2中的真空泵7停止工作，电磁阀8打开，吸盘10脱离吸附，齿轮电机18反向转动，将④移动吸附组件2拉回壳体1，然后，电磁阀8关闭，真空泵7重新工作，吸盘10吸附于垂直平面上，完成整个装置的某一方向的越障。

本装置可适用于不同宽度障碍物越障，当障碍物超出设定的宽度范围时，可采取分步越障的方法，移动及越障原理同上，程序设定由技术人员根据实际工作需要设定，不在本发明保护范围之列。本发明在越障方面，可以实现跨越具有一定装置障碍物，一方面可以进行玻璃的清洁工作，同时可以完成玻璃安全状况的检测。但本发明的吸附移动装置并不局限于所提出的领域，仍可应用于所有垂直表面需要实现移动吸附和越障功能的地方。

Claims

1.一种应用于垂直平面的可越障移动吸附装置，包括壳体（1），其特征在于：所述壳体（1）内集成有控制器及电源供电模块，壳体（1）四周侧壁安装有图像采集模块（4），壳体（1）的底部中间设有清扫组件（3），清扫组件（3）四周均匀布置有安装槽（5），安装槽（5）在壳体（1）底部呈中心对称设置，且安装槽（5）一端开口于壳体（1）边缘，安装槽（5）内设有移动吸附组件（2）；

所述移动吸附组件（2）包括沿安装槽（5）长度方向设置的伸缩基座（6），伸缩基座（6）一侧壁设有第一齿条槽（13），第一齿条槽（13）内啮合有第一齿轮（14），第一齿轮（14）中心通过传动轴与齿轮电机（18）的动力输出端相连接，齿轮电机（18）的固定端固定于安装槽（5）内侧壁；伸缩基座（6）内设有滑轨（15），滑轨（15）与安装槽（5）封闭端水平设置的滑杆（16）相适配连接，安装槽（5）的封闭端与伸缩基座（6）的封闭端之间还连接有伸缩弹簧（17）；伸缩基座（6）内还安装有真空泵（7），真空泵（7）抽吸口通过电磁阀（8）与若干空心伸缩杆（9）的固定端相连，空心伸缩杆（9）的伸缩端穿过伸缩装置（11）与吸盘（10）相连接；伸缩装置（11）的外夹层（11-1）固定于电磁阀（8）上，伸缩装置（11）的中间伸缩层（11-2）与空心伸缩杆（9）伸缩端的外周固定连接，伸缩装置（11）外夹层（11-1）一侧设置有伸缩电机（12），伸缩电机（12）的动力输出端连接有第二齿轮（12-1），第二齿轮（12-1）与中间伸缩层（11-2）一侧的第二齿条槽（11-3）相啮合；

所述清扫组件（3）包括清洁刷头（3-1），清洁刷头（3-1）底端设有若干电控喷头（3-2），电控喷头（3-2）顶端与清洁刷头（3-1）顶部的清洁液盒（3-3）相连通，清洁刷头（3-1）顶部正中与清洁电机（3-4）的动力输出端相连接，清洁电机（3-4）的底座固定于壳体（1）底部中间；

所述图像采集模块（4）包括活动连接于壳体（1）侧壁的灯罩（4-1），灯罩（4-1）的下方安装有探照灯管（4-2），灯罩（4-1）上方安装有摄像头自动支架（4-3），摄像头自动支架（4-3）顶端安装有摄像头（4-4）。

2.根据权利要求1所述的一种应用于垂直平面的可越障移动吸附装置，其特征在于：单个所述的移动吸附组件（2）上连接的吸盘（10）的吸力大于装置重量。

3.根据权利要求1所述的一种应用于垂直平面的可越障移动吸附装置，其特征在于：所述摄像头自动支架（4-3）可根据需求转动调整角度。

4.根据权利要求1所述的一种应用于垂直平面的可越障移动吸附装置，其特征在于：所述探照灯管（4-2）采用紫光探照灯光源。

5.根据权利要求1所述的一种应用于垂直平面的可越障移动吸附装置，其特征在于：所述电源供电模块为整个装置供电，图像采集模块（4）的信号输出端与控制器的信号输入端相连接，控制器的信号输出端与图像采集模块（4）信号输入端相连接，控制图像采集模块（4）的摄像头自动支架（4-3）调整转动角度；控制器的信号输出端通过电磁阀（8）控制真空泵（7）的工作状态，控制器的信号输出端分别通过电机控制器控制伸缩电机（12）、齿轮电机（18）与清洁电机（3-4）的工作状态，控制器的信号输出端与电控喷头（3-2）的信号输入端相连接，控制电控喷头（3-2）的工作状态。