CN115429168B - 一种基于并联绳索控制的幕墙清洗机器人 - Google Patents

一种基于并联绳索控制的幕墙清洗机器人 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于并联绳索控制的幕墙清洗机器人，包括机器人本体、卷扬牵引装置；机器人本体上设有清洗组件；卷扬牵引装置为四组，分别设于幕墙楼顶两端和幕墙楼底两端，每组卷扬牵引装置均包括卷扬机和缠绕在所述卷扬机上的缆绳；机器人本体上部和下部分别设有至少一个锚固点；位于幕墙楼顶两端的两组缆绳的自由端与机器人本体上部的锚固点连接，位于幕墙楼底两端的两组缆绳的自由端与机器人本体下部的锚固点连接；机器人本体上部的锚固点位于通过机器人本体处于垂直清洗状态的重心线且与机器人本体的清洗工作面垂直的平面上。本申请涉及幕墙清洗技术领域，解决了现有幕墙清洗机器人无法全部覆盖幕墙清洗区域且稳定性较差的问题。

Description

一种基于并联绳索控制的幕墙清洗机器人
技术领域
本申请涉及幕墙清洗技术领域，具体涉及一种基于并联绳索控制的幕墙清洗机器人。
背景技术
传统的幕墙清洗主要是由“蜘蛛人”携带挂水器、刮条和水桶，通过吊绳加座板的形式清洗玻璃。这种通过人力清洁的方式，存在资质混杂、工作效率低、清洁成本高、工作危险系数高等问题。
现有的市场上幕墙清洗机器人在运动方面，主要通过上端悬臂梁、钢丝绳索卷扬机吊动机器人本体，运动吊装用的钢丝绳索有一根、两根或四根等。采用一根或两根钢丝绳索悬吊时，对不同横向位置进行清洗需要对卷扬机进行多次布置，从而使布置时间过长导致整体作业效率偏低；采用四根钢丝绳索悬吊时，存在清洗区域无法全部覆盖的问题，且在使用中机器人本体稳定性差，安全系数低。
发明内容
本申请通过提供一种基于并联绳索控制的幕墙清洗机器人，以解决现有幕墙清洗机器人在悬吊清洗时清洗效率低，无法实现清洗区域全部覆盖，且在牵引移动过程中稳定性较差的问题。
为达到上述目的，本申请主要提供如下技术方案：
本申请提供了一种基于并联绳索控制的幕墙清洗机器人，包括机器人本体、卷扬牵引装置；所述机器人本体上设有清洗组件；
所述卷扬牵引装置为四组，分别设于幕墙楼顶两端和幕墙楼底两端，每组卷扬牵引装置均包括卷扬机和缠绕在所述卷扬机上的缆绳；所述机器人本体上部和下部分别设有至少一个锚固点；
位于幕墙楼顶两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳的自由端与机器人本体上部的锚固点连接，位于幕墙楼底两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳的自由端与机器人本体下部的锚固点连接，用于将机器人本体悬吊在幕墙壁面上；
所述机器人本体上部的锚固点位于通过机器人本体处于垂直清洗状态的重心线且与机器人本体的清洗工作面垂直的平面上。
优选地，所述机器人本体上部的锚固点位于机器人本体处于垂直清洗状态的重心线上。
优选地，所述位于幕墙楼顶两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳的自由端与机器人本体上部的同一锚固点连接。
优选地，所述机器人本体上部的锚固点设有Y形或V形连接座，所述Y形或V形连接座的下端与机器人本体上部固定连接，所述Y形或V形连接座的上两端分别与位于幕墙楼顶两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳连接。
优选地，所述机器人本体下部的锚固点位于通过机器人本体处于垂直清洗状态的重心线且与机器人本体的清洗工作面垂直的平面上。
优选地，所述机器人本体下部的锚固点位于机器人本体处于垂直清洗状态的重心线上。
优选地，所述位于幕墙楼底两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳的自由端与机器人本体下部的同一锚固点连接。
优选地，所述机器人本体下部的锚固点设有倒Y形或倒V形连接座，所述倒Y形或倒V形连接座的上端与机器人本体下部固定连接，所述倒Y形或倒V形连接座的下两端分别与位于幕墙楼底两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳连接。
优选地，所述机器人本体下部设有分别位于机器人本体下部两侧的两个锚固点。
优选地，所述机器人本体下部的两个锚固点位于通过机器人本体处于垂直清洗状态的重心线且与机器人本体的清洗工作面平行的平面上。
优选地，所述机器人本体下部两侧分别设有向外侧延伸的锚固支架，所述机器人本体下部的两个锚固点分别位于所述锚固支架的末端。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请提供的幕墙清洗机器人通过改变常规的悬吊牵引方式，采用四根缆绳悬吊并将机器人本体上部的吊点位置设置在通过机器人本体处于垂直清洗状态的重心线且与机器人本体的清洗工作面垂直的平面上，可使机器人本体在被牵引至幕墙任何位置时，均能在左右横向方向上保持平衡。由于缆绳的拉力无需克服重力在横向方向的扭矩，降低了对缆绳的拉力需求，故在缆绳拉力承受范围内，清洗机器人能稳定牵引至幕墙左上角或右上角，从而增大了清洗机器人的移动清洗覆盖范围。
本申请提供的悬吊牵引方式增加了清洗机器人在被牵引移动过程中系统的稳定性，能实现对幕墙壁面的有效清洁，提高了清洁效率和清洁质量；
本申请提供的幕墙清洗机器人在幕墙清洗作业时无需多次布置，仅单次布置即可实现幕墙全部区域的清洗，从而提高了清洗作业的效率；
本申请提供的幕墙清洗机器人采用四根缆绳悬吊方式，提高了清扫机器人的抗外力能力，故提高了清洗作业的安全性。
附图说明
图1为现有幕墙清洗机器人的幕墙悬吊示意图；
图2为本申请一实施例提供的幕墙清洗机器人的幕墙悬吊示意图；
图3为本申请一实施例提供的幕墙清洗机器人的结构示意图；
图4为本申请另一实施例提供的幕墙清洗机器人的幕墙悬吊示意图；
图5为本申请另一实施例提供的幕墙清洗机器人的幕墙悬吊示意图；
图6为本申请实施例提供的幕墙清洗机器人牵引移动范围的仿真测试图；
图7为本申请实施例提供的幕墙清洗机器人牵引移动范围的另一仿真测试图；
图8为本申请对比例提供的幕墙清洗机器人牵引移动范围的仿真测试图；
图9为本申请对比例提供的幕墙清洗机器人牵引移动范围的另一仿真测试图。
具体实施方式
为更进一步阐述本申请为达成预定申请目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
需要说明的是，本申请中不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。应当理解，本申请实施例是对本申请方案的解释说明，不作为对本申请保护范围的限定。
如图1所示，现有幕墙清洗机器人采用四根缆绳悬吊清洗机器人时，一般连接机器人本体1的四角，机器人本体1上方两根缆绳的拉力需要提供水平分力和重力扭矩平衡。当机器人朝幕墙左上角牵引时，机器人本体1上方左侧缆绳的拉力与重力的角度逐渐接近180度，其水平分力逐渐变小，垂直分力逐渐变大，此时右侧缆绳的拉力逐渐趋于水平，其在水平方向的分力逐渐变大，而在垂直方向上的分力逐渐变小。为了克服机器人本体的重力扭矩，使机器人本体保持姿态稳定，右侧缆绳的拉力需要达到足够大，垂直分力才能够克服重力扭矩。而缆绳所能承受的拉力有限，因此在右侧缆绳所能承受的拉力范围内，机器人本体往幕墙左上角牵引时，无法保持姿态稳定，进而会偏移原有清洗路径，即机器人本体无法稳定牵引至幕墙左上角进行清洗。同样地，机器人本体也无法稳定牵引至幕墙右上角进行清洗。因此，目前幕墙清洗机器人的吊装方式无法实现清洗范围全部覆盖。
基于上述不足之处，本申请提供了一种幕墙清洗机器人，如图2所示，包括机器人本体1、卷扬牵引装置2；该机器人本体1上设有清洗组件；
上述卷扬牵引装置2为四组，分别设于幕墙楼顶两端和幕墙楼底两端，每组卷扬牵引装置2均包括卷扬机21和缠绕在该卷扬机上的缆绳22；上述机器人本体1上部和下部分别设有至少一个锚固点；
位于幕墙楼顶两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳的自由端与机器人本体上部的锚固点111连接，位于幕墙楼底两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳的自由端与机器人本体下部的锚固点112连接，用于将机器人本体1悬吊在幕墙壁面上；
机器人本体上部的锚固点111位于通过机器人本体处于垂直清洗状态的重心线且与机器人本体的清洗工作面垂直的平面上。
当需要对幕墙进行清洗时，将四组卷扬机分别固定安装在幕墙楼顶两端和幕墙楼底两端，将四组卷扬牵引装置中的缆绳分别与机器人本体上的锚固点连接，即可通过四组缆绳将机器人本体悬吊在幕墙壁面上，使机器人本体通过清洗组件对垂直壁面进行清洗，四组卷扬机通过收放缆绳可牵引机器人本体在幕墙壁面上移动。为了使机器人本体在幕墙壁面上稳定悬吊，幕墙楼顶两端的缆绳与机器人本体上部的锚固点连接，幕墙楼底两端的缆绳与机器人本体下部的锚固点连接。
本申请通过将机器人本体上部的锚固点设置在通过机器人本体处于垂直清洗状态的重心线且与机器人本体的清洗工作面垂直的平面上，当机器人本体在幕墙的任何位置被上方两根缆绳吊起时，重力在机器人本体左右横向方向上的扭矩均为零，故机器人本体在左右横向方向上可始终保持平衡。需要说明的是，机器人本体处于垂直清洗状态是指机器人本体沿幕墙壁面攀爬清洗时，其清洗工作面与幕墙壁面平行，即机器人本体的清洗工作面处于与地面垂直的状态。由于缆绳的拉力无需克服重力在横向方向的扭矩，降低了对缆绳的拉力需求，故在缆绳拉力承受范围内，清洗机器人能稳定牵引至幕墙左上角或右上角，从而增大了清洗机器人的移动清洗覆盖范围。另外，机器人本体在移动牵引过程中可在左右横向方向上始终保持平衡，在缆绳收放过程中对机器人本体姿态的调整更容易，提高了系统的稳定性，同时提高了作业效率。需要说明的是，机器人本体处于垂直清洗状态的重心线是指机器人本体处于垂直清洗状态时过机器人本体重心的垂直线。
本申请提供的上述悬吊牵引方式增加了清洗机器人在被牵引移动过程中系统的稳定性，能实现对幕墙壁面的有效清洁，提高了清洁效率和清洁质量。
本申请提供的幕墙清洗机器人在幕墙清洗作业时无需多次布置，仅单次布置即可实现幕墙全部区域的清洗，从而提高了清洗作业的效率；且采用四根缆绳悬吊方式，提高了清扫机器人的抗外力能力，故提高了清洗作业的安全性。
具体地，机器人本体上部和下部的锚固点可设置常规缆绳锚固结构，如卡扣式结构，即缆绳末端设有活动卡扣，机器人本体上部和下部的锚固点设置吊环座。
作为本申请的一种优选方式，上述机器人本体上部的锚固点111位于机器人本体1的重心线上。通过该设置，在机器人本体被幕墙楼顶两端的两根缆绳吊起时，可使机器人本体处于自然垂直吊挂状态，不仅使机器人本体的左右保持平衡，而且使机器人本体底部和顶部之间保持平衡，该方式可使机器人本体在牵引过程中的姿态调整更容易，并进一步增加牵引攀爬过程中系统的稳定性。
作为本申请的一种优选方式，上述位于幕墙楼顶两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳的自由端与机器人本体上部的同一锚固点连接。通过该设置，当机器人本体上方两根缆绳的拉力变化时，对机器人本体的左右平衡影响较小，仅需考虑机器人本体下方两根缆绳的拉力变化对机器人平衡和稳定性的影响，从而提高了机器人在牵引攀爬过程中的可操控性。
更优选地，如图3所示，机器人本体上部的锚固点111设有Y形或V形连接座，机器人本体上方的两根缆绳通过该Y形或V形连接座与机器人本体上部连接，即该Y形或V形连接座的下端与机器人本体1上部固定连接，上两端分别与位于幕墙楼顶两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳连接。通过该设置，可减少机器人本体在竖直轴向方向上产生旋转的可能性，从而增加其旋向稳定性，使机器人本体的姿态调整更可控。为了避免机器人本体的左右平衡受重力扭矩的影响，Y形或V形连接座的上两端的宽度应远低于机器人本体的宽度。具体地，Y形或V形连接座的下端与机器人本体上部的连接点位于通过机器人本体处于垂直清洗状态的重心线且与机器人本体的清洗工作面垂直的平面上。
作为本申请的一种优选方式，如图2所示，机器人本体下部的锚固点112位于通过机器人本体处于垂直清洗状态的重心线且与机器人本体的清洗工作面垂直的平面上。通过该设置，可使下方缆绳拉力的作用点均位于机器人本体的重心线附近，机器人本体的左右平衡受下方两根缆绳的拉力影响较小，机器人本体在垂直清洗状态更稳定。更优选地，上述机器人本体下部的锚固点112位于机器人本体处于垂直清洗状态的重心线上。通过该设置，机器人本体不仅在左右方向上容易保持平衡，而且与幕墙壁面垂直的方向上也易维持平衡，从而使机器人本体姿态调整更容易。
优选地，位于幕墙楼底两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳的自由端与机器人本体下部的同一锚固点112连接。通过该设置，可以增加机器人本体在牵引攀爬过程中的左右平衡稳定性。
更优选地，如图3所示，机器人本体下部的锚固点112设有倒Y形或倒V形连接座，机器人本体下方的两根缆绳通过该倒Y形或倒V形连接座与机器人本体下部连接，即该倒Y形或倒V形连接座的上端与机器人本体下部固定连接，下两端分别与位于幕墙楼底两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳连接。通过该设置，可减少机器人本体在竖直轴向方向上产生旋转的可能性，从而增加其旋向稳定性，使机器人本体的姿态调整更可控。具体地，倒Y形或倒V形连接座的上端与机器人本体下部的连接点位于通过机器人本体处于垂直清洗状态的重心线且与机器人本体的清洗工作面垂直的平面上。
作为本申请的另一种优选方式，如图4所示，上述机器人本体1下部设有分别位于机器人本体1下部两侧的两个锚固点112。通过该设置，可提高机器人本体在绕竖直轴方向上的稳定性，使机器人本体的姿态调控更容易。具体地，位于机器人本体左下方的缆绳与机器人本体下部左侧的锚固点连接，位于机器人本体右下方的缆绳与机器人本体下部右侧的锚固点连接。
更优选地，如图5所示，上述机器人本体下部两侧分别设有向外侧延伸的锚固支架12，上述机器人本体下部的两个锚固点112分别位于该锚固支架的末端。通过该设置，可增加机器人本体下方的两根缆绳作用于机器人本体上的拉力的力臂，在同样扭矩需求情况下减小对缆绳拉力的需求，同时可进一步提高机器人本体在绕竖直轴方向上的稳定性。如图4和图5所示，在机器人本体下部两侧设有锚固点的情况下，为了提高机器人本体在幕墙两侧的牵引覆盖范围，可适度拓宽幕墙楼底两组卷扬机中缆绳挂点的宽度。
具体地，机器人本体下部两侧的两个锚固点112均可设置常规缆绳锚固结构，如卡扣式结构，即缆绳末端设有活动卡扣，机器人本体下部两侧的锚固点设置吊环座，也可采用其它形式的锚固结构
具体地，上述幕墙清洗机器人还包括水电复合线缆，用于向机器人本体供应水和电；该水电复合线缆由电线、给水管和外包的防护套组成，该水电复合线缆可采用单独的水电共用盘管器进行收放，也可集成到卷扬牵引装置中用于悬吊机器人本体的缆绳上，使卷扬机对水电复合线缆和缆绳进行同步收放。
具体地，卷扬牵引装置还包括卷扬驱动装置和卷扬机编码器，卷扬驱动装置用于驱动卷扬机旋转以实现对缆绳的收放，卷扬机编码器用于获取卷扬机转动速度和方向。
具体地，上述幕墙清洗机器人还包括机器人控制系统、四组拉力传感器、姿态传感器、位置传感器；四组拉力传感器分别设置在机器人本体与缆绳的连接处，用于分别获取四根缆绳对机器人本体的拉力；上述姿态传感器和位置传感器均位于机器人本体上，姿态传感器用于获取机器人本体的姿态，位置传感器用于获取机器人本体所处方位、移动速度和移动位移。机器人控制系统还与卷扬牵引装置无线信号连接。
机器人控制系统根据拉力传感器、姿态传感器、位置传感器获取到的缆绳拉力、机器人本体位置、机器人本体移动速度、机器人本体移动方向数据，控制卷扬驱动装置驱动卷扬机旋转，卷扬机编码器将获取到的卷扬机转动速度和方向数据反馈至机器人控制系统。
上述机器人本体还包括旋翼；旋翼可设于机器人本体顶部，通过旋转产生指向壁面的推力，使机器人本体能够贴于壁面进行清洗，且清洗工作面的正压力稳定可靠，从而提高清洁效果。
实施例
本实施例提供了如图2所示的幕墙清洗机器人，包括机器人本体1、四组卷扬牵引装置2；机器人本体上设有清洗组件；四组卷扬牵引装置分别设于幕墙楼顶两端和幕墙楼底两端，每组卷扬牵引装置均包括卷扬机21和缠绕在卷扬机上的缆绳22；机器人本体上部的锚固点111和下部的锚固点112均位于机器人本体处于垂直清洗状态的重心线上，幕墙楼顶两端的缆绳与机器人本体上部的同一锚固点连接，幕墙楼底两端的缆绳与机器人本体下部的同一锚固点连接；机器人本体上部和下部的锚固点均设置吊环座，机器人本体上部和下部的缆绳通过自由端设置的卡扣与吊环座连接。
采用仿真模拟软件对上述幕墙清洗机器人在幕墙壁面上的悬吊牵引进行模拟，并对四根缆绳分别施加2500N和5000N的极限拉力，得到如图6和图7所示的机器人牵引移动覆盖范围，其中在2500N和5000N的极限拉力下分别得到97.5％和98.5％的墙面清洗覆盖率。
对比例
本对比例提供的幕墙清洗机器人如图1所示，与上述实施例的幕墙清洗机器人的不同之处在于，将四根缆绳锚固在机器人本体的四角上，其余均相同；采用仿真模拟软件对该幕墙清洗机器人在幕墙壁面上的悬吊牵引进行模拟，并对四根缆绳分别施加2500N和5000N的极限拉力，得到如图8和图9所示的机器人牵引移动覆盖范围，其中在2500N和5000N的极限拉力下分别得到75.4％和87.5％的墙面清洗覆盖率。
通过上述实施例和对比例的对比可以看出，将机器人本体上部的锚固点设置在机器人本体处于垂直清洗状态的重心线上时，可大大提高机器人的墙面清洗覆盖率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于并联绳索控制的幕墙清洗机器人，其特征在于，
包括机器人本体、卷扬牵引装置；所述机器人本体上设有清洗组件；
所述卷扬牵引装置为四组，分别设于幕墙楼顶两端和幕墙楼底两端，每组卷扬牵引装置均包括卷扬机和缠绕在所述卷扬机上的缆绳；所述机器人本体上部和下部分别设有至少一个锚固点；
位于幕墙楼顶两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳的自由端与机器人本体上部的锚固点连接，位于幕墙楼底两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳的自由端与机器人本体下部的锚固点连接，用于将机器人本体悬吊在幕墙壁面上；
所述机器人本体上部的锚固点位于通过机器人本体处于垂直清洗状态的重心线且与机器人本体的清洗工作面垂直的平面上，所述机器人本体下部的锚固点位于通过机器人本体处于垂直清洗状态的重心线且与机器人本体的清洗工作面垂直的平面上，当机器人本体在幕墙的任何位置被上方两根缆绳吊起时，使重力在机器人本体左右横向方向上的扭矩均为零。
2.根据权利要求1所述的幕墙清洗机器人，其特征在于，
所述机器人本体上部的锚固点位于机器人本体处于垂直清洗状态的重心线上。
3.根据权利要求1所述的幕墙清洗机器人，其特征在于，
所述位于幕墙楼顶两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳的自由端与机器人本体上部的同一锚固点连接。
4.根据权利要求3所述的幕墙清洗机器人，其特征在于，
所述机器人本体上部的锚固点设有Y形或V形连接座，所述Y形或V形连接座的下端与机器人本体上部固定连接，所述Y形或V形连接座的上两端分别与位于幕墙楼顶两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳连接。
5.根据权利要求1所述的幕墙清洗机器人，其特征在于，
所述机器人本体下部的锚固点位于机器人本体处于垂直清洗状态的重心线上。
6.根据权利要求1所述的幕墙清洗机器人，其特征在于，
所述位于幕墙楼底两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳的自由端与机器人本体下部的同一锚固点连接。
7.根据权利要求6所述的幕墙清洗机器人，其特征在于，
所述机器人本体下部的锚固点设有倒Y形或倒V形连接座，所述倒Y形或倒V形连接座的上端与机器人本体下部固定连接，所述倒Y形或倒V形连接座的下两端分别与位于幕墙楼底两端的两组卷扬牵引装置中的缆绳连接。
8.根据权利要求1所述的幕墙清洗机器人，其特征在于，
所述机器人本体下部设有分别位于机器人本体下部两侧的两个锚固点。
9.根据权利要求8所述的幕墙清洗机器人，其特征在于，
所述机器人本体下部的两个锚固点位于通过机器人本体处于垂直清洗状态的重心线且与机器人本体的清洗工作面平行的平面上。
10.根据权利要求8所述的幕墙清洗机器人，其特征在于，
所述机器人本体下部两侧分别设有向外侧延伸的锚固支架，所述机器人本体下部的两个锚固点分别位于所述锚固支架的末端。
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