CN114869162A - 一种自适应幕墙清洁机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自适应幕墙清洁机器人，所述幕墙清洁机器人包括有由负压吸盘及伸缩杆组成的吸附系统、由齿轮齿条及支架组成的运动系统、由滚刷刮板组成的清洁系统、由伺服电机及连杆组成的减速制动系统、（由风速传感器微型摄像头等组成的检测及监控系统）；还包括内置清洁剂存储箱、外接电源、安全保障绳、远程信息传输装置等设备。本发明通过电机带动齿轮再由齿轮带动齿条及导轨来实现清洁机器人的稳定运动，通过滚刷、刮板、清洁剂的综合作用高效清洁幕墙，通过物联网技术实现数据传输，具有清洁效率高、运行安全稳定的特点。
Description
技术领域
本发明涉及城市环卫领域，具体涉及一种自适应玻璃幕墙清洁机器人。
背景技术
在现代都市中，高层建筑越来越多，为了追求美观实用，玻璃幕墙作为高楼建筑外防护结构已被广泛应用，但因常年的大气尘垢和雨水的污染，使得这些玻璃幕墙表层会积累污渍而失去光泽，影响了建筑物的美观和采光性能，故此需要对这些玻璃幕墙进行定期的清洗工作，以净化建筑物外观和提高采光性能。玻璃幕墙一般面积较大,大多处于几十米甚至上百米的高处,并且周围无可攀援的支架,这就使得高空对玻璃幕墙的清洗成为一项繁重、危险、耗资的工作。如果用人去清洗,花费高、效率低也不安全。再加上目前一些国家和地区已经通过立法对包括擦窗作业在内的人工高空攀爬进行了限制,寻找一种能够代替人,而又有一定灵活性和适用性的自动机器来完成清洁迫在眉睫。高层建筑清洗机器人正是在这种背景下应运而生。它的出现将极大降低高层建筑的清洗成本,改善工人的劳动环境,提高生产效率,也必将极大地推动清洗业的发展,带来相当的社会效益、经济效益；然而，在具体的实际生产实践中，存在以下问题：
1.现有技术的幕墙清洁机器人清洗方向单一，需要借助辅助设备实现多个方向的移动。
2.现有技术的幕墙清洁机器人多采用绳吊的移动方式，由于传动距离较远，绳索存在变形现象，因此移动的距离难以精准控制。
3.现有技术的幕墙清洁机器人一般紧贴墙面，需要辅助设备才能越障，加重了机器冗余。
4.现有技术的幕墙清洁机器人对于清洁剂的利用率低，在清洁过程中需要大量添加清洁剂，即浪费了水电资源，又降低了清洁效率。
5.现有技术的幕墙清洁机器人大量安装智能化设备，机械结构复杂，制作成本较高，维护工作量大，难以大规模量产应用。
为了克服上述问题，本发明提出同时解决上述多种问题的方案。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自适应幕墙清洁机器人，包括机箱、机箱盖、吸附机构、运动机构、清洁系统、减速装置、控制检测系统、安全绳、所述把手；所述吸附机构包括伸缩杆、吸盘；所述运动机构包括步进电机、齿轮、齿轮、齿轮、齿轮轴、齿条、纵向导轨、横向导轨；所述清洁系统包括滚刷、刮板、污水泵、水箱、污水过滤器；所述减速装置包括减速装置重物、减速装置减速压杆、减速装置弹簧、减速装置滑轮、减速装置拉绳；所述控制检测系统包括一块以stm32为核心的控制器、摄像头、摄像头、激光测距模块、风速传感器；
所述吸盘固定在伸缩杆一端、在使用时绳索杆由机械结构推出将吸盘压在玻璃幕墙上，负压泵机安装在机箱内，通过软管与吸盘相连接，在吸盘被压上玻璃幕墙上后进行负压作业，以增大吸盘与幕墙之间的吸引力；吸盘需脱离幕墙时，负压泵放气，伸缩杆收回带动吸盘脱离幕墙墙面；
所述运动系统包括两组加装了齿条的导轨、原动力由步进电机提供，经齿轮、齿轮、齿轮、齿轮轴传递给齿条，以上零件除齿条外安装在机箱中；在运动时，机体主体相对幕墙保持静止，导轨在电机的驱动下滑动到预定位置，然后驱动吸附系统使导轨固定，机器再在导轨上运动达到移动目的；
所述清洁系统滚刷和刮板暴露在机箱外；滚刷一共两个，与滚刷架相连安装在机箱下，呈上下对称分布；在工作时，滚刷架可相对机箱转动，两个滚刷架之间有弹簧机构相连接，弹簧拉力使滚刷架收缩，从而对滚刷施加压力，使滚刷紧贴与玻璃幕墙，滚刷内有出水口，水箱中的清洁剂由此释放到幕墙上；刮板有上下两片，为上下对称分布，使用柔性材料制成，下片贴合墙面有集水槽，内部有管道，两者之间有小孔，工作时污水被收集到管道中，被污水泵泵送至污水过滤器中；
所述减速装置整体集成在减速器外壳中，安装在机箱下；外壳由两个相同零件组成，减速压杆可以在外壳中伸缩，弹簧连接在外壳和减速压杆之间，压杆后端连接拉绳，拉绳通过滑轮与重物连接，外壳上设有轨道，重物可在轨道上运动；
所述把手安装在机箱上方，安全绳穿过把手吊装在幕墙顶部；进一步的，导轨与箱体之间采用多组销柱和轴承，确保箱体与导轨能够相对运动且不脱落；
进一步的，所述伸缩杆上安装有吸盘且固定在导轨上。
进一步的，所述吸盘和伸缩杆机构在每一个导轨上有四个。
进一步的，所述导轨由齿轮和齿条驱动。
进一步的，所述导轨分横向导轨和纵向导轨。
进一步的，所述导轨上安装有两组齿条。
进一步的，所述滚刷可释放清洁剂。
进一步的，机箱上安装由把手连接安全绳。
进一步的，所述刮板内设置有集水槽、集水管道。
进一步的，所述污水过滤器内置于机箱内。
本发明的有益效果：
1.针对背景技术提到的第一点问题，通过所述横向纵向两组导轨的设计，用两组相同而无接触的步进电机和齿轮来实现幕墙机器人的上下和左右的独立运动。
2.针对背景技术提到的第二点问题，通过所述步进电机控制齿轮来实现精准控制，由于传动距离小，且齿轮传动精度高，所以传动误差较小。
3.针对背景技术提到的第三点问题，通过高度可自由调节的伸缩杆来适当调节机器人与幕墙的高度，在摄像头的辅助下，机器人能够自由识别并跨越较大障碍。
4.针对背景技术提到的第四点问题，本发明设置了回收系统，通过所述刮板集水通道，水泵，污水过滤装置，将清洁剂回收利用。
5.针对背景技术提到的第五点问题，本发明精简了不必要的冗余结构，采用简单的机械构造，便于大规模生产和应用。
注：上述设计不分先后，每一条都使得本发明相对现有技术具有区别和显著的进步。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明工作示意图。
图2为本发明整体结构示意图。
图3为本发明清洗机构及污水回收装置示意图。
图4为本发明的运动装置结构及原理示意图。
图5为本发明减速装置拆解示意图。
图6为本发明控制及检测设备的安装及相对位置示意图。
图中，附图标记如下：
机箱1、机箱盖2、纵向导轨3、横向导轨4、伸缩杆5、吸盘6、齿条7、滚刷架8、滚刷9、刮板10、减速装置外壳11、滚刷架弹簧机构12、污水泵13、水箱14、污水过滤器15、步进电机17、齿轮18、齿轮19、齿轮20、齿轮轴架21、减速装置重物22、减速装置减速压杆23、减速装置弹簧24、减速装置滑轮25、减速装置拉绳26、摄像头27、摄像头28、激光测距模块29、风速传感器30、控制器31、齿轮轴32、安全绳35、把手36。
具体实施方式：
如图所示：一种幕墙清洁机器人，其特征在于：包括机箱1、机箱盖2、吸附机构、运动机构、清洁系统、减速装置、控制检测系统、安全绳35、所述把手36；所述吸附机构包括伸缩杆5、吸盘6；所述运动机构包括步进电机17、齿轮18、齿轮19、齿轮20、齿轮轴32、齿条7、纵向导轨3、横向导轨4；所述清洁系统包括滚刷9、刮板10、污水泵13、水箱14、污水过滤器15；所述减速装置包括减速装置重物22、减速装置减速压杆23、减速装置弹簧24、减速装置滑轮25、减速装置拉绳26；所述控制检测系统包括一块以stm32为核心的控制器31、摄像头27、摄像头28、激光测距模块29、风速传感器30；
所述吸盘6固定在伸缩杆5一端、在使用时绳索杆由机械结构推出将吸盘压在玻璃幕墙上，负压泵机安装在机箱内，通过软管与吸盘相连接，在吸盘被压上玻璃幕墙上后进行负压作业，以增大吸盘与幕墙之间的吸引力；吸盘需脱离幕墙时，负压泵放气，伸缩杆收回带动吸盘脱离幕墙墙面；
所述运动系统包括两组加装了齿条7的导轨、原动力由步进电机17提供，经齿轮18、齿轮19、齿轮20、齿轮轴32传递给齿条，以上零件除齿条外安装在机箱1中；在运动时，机体主体相对幕墙保持静止，导轨在电机的驱动下滑动到预定位置，然后驱动吸附系统使导轨固定，机器再在导轨上运动达到移动目的；
所述清洁系统滚刷和刮板暴露在机箱外；滚刷9一共两个，与滚刷架8相连安装在机箱下，呈上下对称分布；在工作时，滚刷架可相对机箱转动，两个滚刷架之间有弹簧机构12相连接，弹簧拉力使滚刷架收缩，从而对滚刷施加压力，使滚刷紧贴与玻璃幕墙，滚刷内有出水口，水箱14中的清洁剂由此释放到幕墙上；刮板10有上下两片，为上下对称分布，使用柔性材料制成，下片贴合墙面有集水槽，内部有管道，两者之间有小孔，工作时污水被收集到管道中，被污水泵13泵送至污水过滤器15中；
所述减速装置整体集成在减速器外壳11中，安装在机箱1下；外壳由两个相同零件组成，减速压杆23可以在外壳中伸缩，弹簧24连接在外壳和减速压杆之间，压杆后端连接拉绳26，拉绳通过滑轮25与重物22连接，外壳上设有轨道，重物可在轨道上运动；
所述把手36安装在机箱1上方，安全绳35穿过把手吊装在幕墙顶部；
如图所示：所述伸缩杆共有八个，由步进电机驱动杆在杆套中伸缩，杆套焊接在工字形导轨末端，杆上连接有吸盘，吸盘通过导气管与机箱中的负压电机连接，当需要吸盘吸附幕墙时，伸缩杆伸出，将吸盘压上幕墙，而后负压电机开始工作，增大吸盘压力，当需要吸盘脱离幕墙时，则采取相反步骤；导轨上固定安装齿条，齿条与箱体之间留有间隙；导轨底部与轴承相接触，每条导轨由两组轴承固定，由此，导轨与机箱只有一个方向上的相对运动；
如图所示：所述控制及检测系统分散安装在机器人各处，控制的功能包括：控制清洁机器人的运动形态、控制机器人的清洗模式、检测所处位置、传输与接受上位机信息等；摄像头的作用为拍摄已清洁过的幕墙，当机器人向上运动时，机器人上方的幕墙未被清洗，机器人下方的幕墙已被清洗，此时安装在导轨下方的摄像头拍摄已清洗的幕墙，将数据传给控制器或上位机进行分析，检测清洁效果，机器人向下运动时则相反；风速传感器可检测机器人所处位置的风速，控制器根据风速调节清洁模式；
如图所示：所述滚刷架对称分布，两侧有弹簧组件连接，在正常工作情况下，弹簧组件被拉伸，对滚刷架形成使其闭合的力，由此给予了滚刷在工作时对幕墙的压力，确保滚刷能使污渍脱离幕墙；在越障时，滚刷脱离幕墙表面，滚刷架由于弹簧压力闭合，弹簧组件收缩到最短形态，此时弹簧仍然存在拉力，使滚刷架、弹簧组件构成一个稳定的“A”型结构，避免影响越障；所述滚刷通过输水管道与机箱内的水箱相连接，在工作时清洁剂通过滚刷输送到幕墙上；所述刮板为对称结构，上页与下页分别处于两个滚刷之外，在向下工作时，上页起作用将残余清洁剂抹去，减少因清洁剂残余而在幕墙上形成新的污渍；向上工作时下页起作用，将残余清洁剂抹去；同时刮板下页中设有集水槽，集水槽下设有孔洞，与集水管相连，集水管将集水槽收集到的污水通过污水泵泵送至机箱内的污水过滤器中，再流回水箱中二次使用。
如图所示：所述减速装置安装在机箱下方，与机箱固定连接，在机箱沿导轨向下运动时，由于机箱质量较大，在重力的影响下，极易加速运动，撞击固定在幕墙上的纵向导轨，易造成纵向导轨脱落的风险。减速器的减速压杆末端使用耐磨且摩擦因数较大的材料制造，在箱体静止时与导轨微接，当机箱与导轨产生相对运动时，能够产生轻微摩擦；机箱静止情况下，重锤通过拉绳对压杆产生的拉力与弹簧弹力平衡，此时摩擦阻力比较微小，对运动阻碍较小；在机箱到运动时，如果加速度过大，重锤产生的拉力减小弹簧弹力将减速压杆推出，此时摩擦力增大，起到减速作用。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.一种幕墙清洁机器人，其特征在于：包括机箱（1）、机箱盖（2）、吸附机构、运动机构、清洁系统、减速装置、控制检测系统、安全绳（35）、所述把手（36）；所述吸附机构包括伸缩杆（5）、吸盘（6）；所述运动机构包括步进电机（17）、齿轮（18）、齿轮（19）、齿轮（20）、齿轮轴（32）、齿条（7）、纵向导轨（3）、横向导轨（4）；所述清洁系统包括滚刷（9）、刮板（10）、污水泵（13）、水箱（14）、污水过滤器（15）；所述减速装置包括减速装置重物（22）、减速装置减速压杆（23）、减速装置弹簧（24）、减速装置滑轮（25）、减速装置拉绳（26）；所述控制检测系统包括一块以stm32为核心的控制器（31）、摄像头（27）、摄像头（28）、激光测距模块（29）、风速传感器（30）；
所述吸盘（6）固定在伸缩杆（5）一端、在使用时绳索杆由机械结构推出将吸盘压在玻璃幕墙上，负压泵机安装在机箱内，通过软管与吸盘相连接，在吸盘被压上玻璃幕墙上后进行负压作业，以增大吸盘与幕墙之间的吸引力；吸盘需脱离幕墙时，负压泵放气，伸缩杆收回带动吸盘脱离幕墙墙面；
所述运动系统包括两组加装了齿条（7）的导轨、原动力由步进电机（17）提供，经齿轮（18）、齿轮（19）、齿轮（20）、齿轮轴（32）传递给齿条，以上零件除齿条外安装在机箱（1）中；在运动时，机体主体相对幕墙保持静止，导轨在电机的驱动下滑动到预定位置，然后驱动吸附系统使导轨固定，机器再在导轨上运动达到移动目的；
所述清洁系统滚刷和刮板暴露在机箱外；滚刷（9）一共两个，与滚刷架（8）相连安装在机箱下，呈上下对称分布；在工作时，滚刷架可相对机箱转动，两个滚刷架之间有弹簧机构（12）相连接，弹簧拉力使滚刷架收缩，从而对滚刷施加压力，使滚刷紧贴与玻璃幕墙，滚刷内有出水口，水箱（14）中的清洁剂由此释放到幕墙上；刮板（10）有上下两片，为上下对称分布，使用柔性材料制成，下片贴合墙面有集水槽，内部有管道，两者之间有小孔，工作时污水被收集到管道中，被污水泵（13）泵送至污水过滤器（15）中；
所述减速装置整体集成在减速器外壳（11）中，安装在机箱（1）下；外壳由两个相同零件组成，减速压杆（23）可以在外壳中伸缩，弹簧（24）连接在外壳和减速压杆之间，压杆后端连接拉绳（26），拉绳通过滑轮（25）与重物（22）连接，外壳上设有轨道，重物可在轨道上运动；
所述把手（36）安装在机箱（1）上方，安全绳（35）穿过把手吊装在幕墙顶部。
2.根据权利要求 1 所述一种幕墙清洁机器人，其特征在于：所述伸缩杆（5）上安装有吸盘（6）且固定在导轨上。
3.根据权利要求 1 所述一种幕墙清洁机器人，其特征在于：所述吸盘（6）和伸缩杆机构（5）在每一个导轨上有四个。
4.根据权利要求 1 所述一种幕墙清洁机器人，其特征在于：所述导轨由齿轮（20）和齿条（7）驱动。
5.根据权利要求 1 所述一种幕墙清洁机器人，其特征在于：所述导轨分横向导轨（3）和纵向导轨（4）。
6.根据权利要求 1 所述一种幕墙清洁机器人，其特征在于：所述导轨上安装有两组齿条。
7.根据权利要求 1 所述一种幕墙清洁机器人，其特征在于：所述滚刷（9）可释放清洁剂。
8.根据权利要求 1 所述一种幕墙清洁机器人，其特征在于：机箱上安装由把手（36）连接安全绳（35）。
9.根据权利要求 1 所述一种幕墙清洁机器人，其特征在于：所述刮板（10）内设置有集水槽、集水管道。
10.根据权利要求 1 所述一种幕墙清洁机器人，其特征在于：所述污水过滤器（15）内置于机箱内。
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Cited By (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220809 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |