CN117717293A - 一种墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，墙面清洗机器人包括机架，安装在机架上的控制器、风机、全向行走轮、清洗组件、四组抓绳机及四组绳体，控制器与墙面清洗机器人的控制系统信号连接；抓绳机分别为设置在机架左上方、右上方、左下方、右下方的第一抓绳机、第二抓绳机、第三抓绳机及第四抓绳机，四组绳体包括第一天索绳、第二天索绳、第一地索绳及第二地索绳；控制系统预先设定好墙面清洗机器人的清洗方式，计算其的运动轨迹，墙面清洗机器人在四组抓绳机的控制下沿运动轨迹进行清洗。本发明通过通过控制四组绳体的拉紧段的收放，即可实现墙面清洗机器人在整个工作面区域任意位置的移动，有效提升了清洗效率。

Description

一种墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，具体为一种墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法。

背景技术

在高空的危险作业，采用机器人来替代人工可以有效减少安全事故。现有的高空作业，如墙面清洗、外墙喷涂、外墙安装、玻璃更换等，大部分还是采用人工作业。

如公开号为CN106476923A、CN208551642U的专利，现有的墙面清洗机器人在进行高空清洗的时候，在机器人的顶部都必须设置保险绳以防止掉落，通过保险绳吊装于建筑物顶端的卷扬机上，通过启动卷扬机，保险绳吊装机器人在建筑物竖直方向上移动，当清洗好几列时，要移动建筑物上的卷扬机才可以继续进行清洗，清洗的过程须要人工不断移动保险绳的位置，导致清洗效率低。

现有的墙面玻璃依据建筑的不同，呈现越来越丰富的线条，如图1a中墙面表面线条以横向线条为主，图1b中墙面表面线条以竖向线条为主，图1c中墙面表面线条以斜向线条为主，如何根据墙面的情况规划清洗路线和顺序，选择最优的路线和清洗形式至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，以实现墙面清洗机器人在墙面平面上的快速移动，有效提升清洗效率。本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，所述墙面清洗机器人包括机架，安装在机架上的控制器、风机、全向行走轮、清洗组件、四组抓绳机及四组绳体，控制器与墙面清洗机器人的控制系统信号连接。所述抓绳机分别为设置在机架左上方、右上方、左下方、右下方的第一抓绳机、第二抓绳机、第三抓绳机及第四抓绳机，所述四组绳体包括第一天索绳、第二天索绳、第一地索绳及第二地索绳。所述第一天索绳的一端拉紧固定于墙面上部第一侧，另一端穿过第一抓绳机并自由下垂；所述第二天索绳的一端拉紧固定于墙面上部第二侧，另一端穿过第二抓绳机并自由下垂；所述第一地索绳的一端拉紧固定于墙面下部第一侧，另一端穿过第三抓绳机并自由下垂；所述第二地索绳的一端拉紧固定于墙面下部第二侧，另一端穿过第四抓绳机并自由下垂。所述墙面上部第二侧与墙面上部第一侧间隔的距离大于机架的宽度，所述墙面下部第二侧与墙面下部第一侧间隔的距离大于机架的宽度。

所述的控制系统预先设定好墙面清洗机器人的清洗方式，计算墙面清洗机器人的运动轨迹，墙面清洗机器人在四组抓绳机的控制下沿运动轨迹进行清洗。

优选的，墙面清洗机器人在四组抓绳机的控制下沿运动轨迹进行清洗的方法为：设定第一天索绳与第一抓绳机的连接点为第一受力点，第一天索绳固定端至第一受力点为第一拉紧段；第二天索绳与第二抓绳机的连接点为第二受力点，第二天索绳固定端至第二受力点为第二拉紧段；第一地索绳与第三抓绳机的连接点为第三受力点，第一地索绳固定端至第三受力点为第三拉紧段；第二地索绳与第四抓绳机的连接点为第四受力点，第二地索绳固定端至第四受力点为第四拉紧段。将四组绳体的固定端合围形成四边形，以竖直方向为Y轴，水平向为X轴，垂直于X轴和Y轴为Z轴，任一点为原点建立坐标系。根据需要墙面清洗机器人清洗移动的目标位置的坐标，与当前的位置坐标进行比对，计算得到目标位置的第一拉紧段、第二拉紧段、第三拉紧段及第四拉紧段的收放长度。控制器控制四组抓绳机，使第一拉紧段、第二拉紧段、第三拉紧段及第四拉紧段移动收放变化长度，墙面清洗机器人即行走至目标位置。

进一步的，所述机架上安装有传感器及摄像头；机器人移动至各轨迹节点位置后，传感器将墙面清洗机器人的当前姿态发送至控制系统，控制系统将当前姿态与设定的姿态进行对比，控制调整墙面清洗机器人至设定的姿态。所述墙面清洗机器人移动至各轨迹节点位置后，摄像头获取轨迹清洗时的清扫照片并发送至控制系统，控制系统判断清扫照片中清扫程度是否符合要求，若不符合要求，则重新进行清扫。

进一步的，所述全向行走轮安装在清洗组件两端，或机架的上下两侧，所述清洗组件端面凸出于全向行走轮端面2-8mm。

优选的，所述第一地索绳及第二地索绳的固定端固定于地锚或者配重块处；所述第一地索绳的固定端与第一天索绳的固定端位于同一竖直面上，所述第二地索绳的固定端与第二天索绳的固定端位于同一竖直面上。

其中，所述墙面清洗机器人依据墙面表面线条形式判断清洗的方式，若墙面表面线条以横向线条为主，则横向清洗；若墙面表面线条以竖向线条为主，则竖向清洗；若墙面表面线条以斜向线条为主，则斜向清洗；若墙面表面没有线条，则依其形状选择。

其中，所述横向清洗的运动轨迹为从上往下进行一次清洗或者二次清洗；将墙面从上方往下方间隔一定的幅宽H1划分为若干横向清洗层，幅宽H1小于清洗组件的宽度。

所述一次清洗包括步骤：Sa1.从横向清洗层的第一侧往第二侧横向移动进行清洗；Sa2.从第二侧沿竖向移动至下面一层的横向清洗层；Sa3.沿第二侧往第一侧横向移动进行清洗；Sa4.从第一侧沿竖向移动至下面一层的横向清洗层；重复步骤Sa1～Sa4直至清洗完最下层的横向清洗层。

所述二次清洗包括步骤：Sb1.从横向清洗层的第一侧往第二侧横向移动进行清洗；然后返回，从第二侧往第一侧横向移动进行二次清洗；Sb2.从第一侧沿竖向移动至下面一层的横向清洗层；重复步骤Sb1～Sb2直至清洗完最下层的横向清洗层。

其中，所述竖向清洗的运动轨迹为：将墙面从一侧往另一侧间隔一定的幅宽H2划分为若干竖向清洗层，幅宽H2小于清洗组件的宽度；包括以下步骤：Sc1.从竖向清洗层的下端往上端竖向移动进行清洗；然后返回，从上端往下端竖向移动进行二次清洗；Sc2.沿横向移动至相邻的竖向清洗层；重复步骤Sc1～Sc2直至清洗完所有的竖向清洗层。

其中，所述斜向清洗的运动轨迹为沿平行于斜向线条的方向进行一次清洗或者二次清洗；将墙面沿平行于斜向线条的方向间隔一定的幅宽H3划分为若干斜向清洗层，幅宽H3小于清洗组件的宽度。

所述一次清洗包括步骤：Sc1.从斜向清洗层的第一侧往第二侧斜向移动进行清洗；Sc2.从第二侧沿竖向或者横向移动至下面一层的斜向清洗层；Sc3.沿第二侧往第一侧斜向移动进行清洗；Sc4.从第一侧沿竖向或者横向移动至下面一层的斜向清洗层；重复步骤Sc1～Sc4直至清洗完最下层的斜向清洗层。

所述二次清洗包括步骤：Sd1.从斜向清洗层的斜下侧往斜上侧斜向移动进行清洗；然后返回，从斜上侧往斜下侧斜向移动进行二次清洗；Sd2.从斜下侧沿竖向或者横向移动至下一层的斜向清洗层；重复步骤Sd1～Sd2直至清洗完最下层的斜向清洗层。

进一步的，设定墙面清洗机器人于第一地索绳固定端为坐标原点建立坐标系，h为机架高度，b为机架宽度，第一天索绳固定端的坐标为(0，H，0)，第二天索绳固定端的坐标为(B，H，0)，第一地索绳固定端的坐标为(0，0，0)，第二地索绳固定端的坐标为(B，0，0)。

设定机架第一受力点的坐标为(X₁，Y₁，Z₁)，第二受力点的坐标为(X₂，Y₂，Z₂)，第三受力点的坐标为(X₃，Y₃，Z₃)，第四受力点的坐标为(X₄，Y₄,Z₄)；则第一拉紧段长度L₁、第二拉紧段长度L₂、第三拉紧段长度L₃、第四拉紧段长度L₄的计算公式如下：

优选的，计算当前的位置坐标至目标位置坐标的第一拉紧段、第二拉紧段、第三拉紧段及第四拉紧段差值，分别为△L₁、△L₂、△L₃、△L₄，差值为正值为收紧绳体，差值为负值为放松绳体，则设定机器人行走的时间为t，则四组绳体的收放速度分别为：V₁＝△L₁/t，V₂＝△L₂/t，V₃＝△L₃/t，V₄＝△L₄/t。

进一步的，墙面表面线条为斜向线条时，斜向线条与竖直方向的倾角为β，墙面清洗机器人的机架沿竖直位置的中心对应旋转β角，旋转β角后第一受力点的坐标为(X₁’，Y₁’，Z₁’)，第二受力点的坐标为(X₂’，Y₂’，Z₂’)，第三受力点的坐标为(X₃’，Y₃’，Z₃’)，第四受力点的坐标为(X₄’，Y₄’，Z₄’)，对应的第一拉紧段长度L₁’、第二拉紧段长度L₂’、第三拉紧段长度L₃’、第四拉紧段长度L₄’；则X₁’＝X₁+cosr*K，Y₁’＝Y₁+sinr*K，X₂’＝X₂+sinr*K，Y₁’＝Y₁-cosr*K，X₃’＝X₃-cosr*K，Y₃’＝Y₃-sinr*K，X₄’＝X₄-sinr*K，Y₄’＝Y₄+cosr*K；

其中，h为机架高度，b为机架宽度；r＝(180-β)/2-n，n＝atan(h/b)；

由于采用了上述结构，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过设置四根受力绳体，通过控制四组绳体的拉紧段的收放，只需在施工前固定好四根绳体的固定端，即可实现墙面清洗机器人在整个工作面区域任意位置的移动，实现墙面清洗机器人的自由行走，有效的提升了清洗效率。

2、本发明根据墙面表面线条的方向选择不同的清洗轨迹和清洗形式，可以节约清洗时间，提高清洗效率，且清洗得更加干净。

3、本发明通过计算当前位置和目标位置坐标的差值，得到各绳体的收放长度，从而使得位置的控制更加精准，通用性好。

附图说明

图1是背景技术中不同建筑墙面表面线条的示意图。

图2是本发明的墙面清洗机器人的结构示意图。

图3是图2的主视示意图。

图4是图2中隐藏风机的示意图。

图5是图4的A-A剖面示意图。

图6是本发明墙面清洗机器人清洗墙面的状态示意图。

图7是墙面清洗机器人横向清洗的轨迹示意图(一次清洗轨迹)。

图8是墙面清洗机器人横向清洗的轨迹示意图(二次清洗轨迹)。

图9是墙面清洗机器人竖向清洗的轨迹示意图。

图10是墙面清洗机器人斜向向清洗的轨迹示意图(一次清洗轨迹)。

图11是墙面清洗机器人斜向清洗的轨迹示意图(二次清洗轨迹)。

图12是墙面清洗机器人斜向旋转β角的示意图。

图13是全向行走轮与清洗组件连接的局部剖视图。

图14是图13的B向剖面示意图。

图15是墙面清洗机器人于墙面在Z轴方向的示意图。

主要组件符号说明：

1：机架，2：风机，3：抓绳机，31：第一抓绳机，32：第二抓绳机，33：第三抓绳机，34：第四抓绳机，4：绳体，41：第一天索绳，41a：第一拉紧段，42：第二天索绳，42a：第二拉紧段，43：第一地索绳，43a：第三拉紧段，44：第二地索绳，44a：第四拉紧段，5：清洗组件，51：滚刷，52：喷水管，6：全向行走轮。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

如图3～图6所示，本发明公开了一种墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，为了实现在高空墙面面上自由移动，本发明的墙面清洗机器人包括机架1，控制系统，安装在机架1上的控制器、传感器、摄像头、风机2、全向行走轮6、四组抓绳机3、四组绳体4及清洗组件5。

传感器、摄像头、控制器及控制系统在图中未示出。传感器包括测距传感器和角度传感器，测距传感器可以选用现有的红外测距传感器、光电测距传感器、激光位移测距传感器等，用于测量机架的位置。角度传感器可以选用现有的倾角传感器(建大仁科RS485)、陀螺仪姿态角度传感器BWT61CL等，用于测量机架的偏移角度。摄像头用于拍摄墙面的照片，以判断是否清洗干净。控制器用于对四组抓绳机3以及若干组风机2进行控制，控制抓绳机3收紧或放松绳体4，以及控制风机2以某一速度启动或者减速或者关闭。控制系统一般设置于地面上，与控制器实现信号连接。控制系统可以是遥控器、电脑或者手机。

风机2设置两组，用于给机架1施加水平推力，其合力与机架重心吻合，使清洗组件(滚刷)贴合压在墙面上。

清洗组件5用于清洗墙面，清洗组件5可以包括滚刷、刮板、盘刷、喷水管、清洁海绵等结构，如公开号为：CN210631148U、CN208371716U、CN206381134U、CN208023985U等公开的结构。如图13所示，本实施中清洗组件5包括滚刷51和喷水管52。

全向行走轮6安装在滚刷51的两端，或者安装于机架1的上下两端。清洗组件5的端面凸出于全向行走轮端面2-8mm，即图14中距离G＝2-8mm。当四组绳体4的固定端合围形成的立面与墙面间距小于四组绳索受力点与全向行走轮外缘距离时，在自重作用下全向行走轮6贴压在墙面上，如图15所示。当四组绳体4的固定端合围形成的立面与墙面间距大于四组绳索受力点与全向行走轮外缘距离时，全向行走轮6脱离墙面，风机2工作产生水平推力将墙面清洗机器人推向墙面，全向行走轮6贴压在墙面上。

结合图3、图4所示，抓绳机3分别为设置在左上方、右上方、左下方、右下方的第一抓绳机31、第二抓绳机32、第三抓绳机33及第四抓绳机34。抓绳机3可以采用公开号为：CN114105052A、CN111675164A公开的结构，或者市售的现有抓绳机。四组绳体4分别为安装在第一抓绳机31上的第一天索绳41、安装在第二抓绳机32上的第二天索绳42、安装在第三抓绳机33上的第一地索绳43、安装在第四抓绳机34上的第二地索绳44。

结合图5、图6所示，四组绳体4均包括固定端及自由端，固定端固定在不移动物体上，自由端向下自由垂放。

第一天索绳41的一端(即固定端D1)拉紧固定于墙面上部第一侧，另一端(即自由端F1)穿过第一抓绳机并自由下垂，第一天索绳41与第一抓绳机31的连接点为第一受力点S1，第一天索绳固定端D1至第一受力点S1为第一拉紧段41a。

第二天索绳42的一端(即固定端D2)拉紧固定于墙面上部第二侧，另一端(即自由端F2)穿过第二抓绳机32并自由下垂，第二天索绳42与第二抓绳机32的连接点为第二受力点S2，第二天索绳固定端D2至第二受力点S2为第二拉紧段42a。

第一地索绳43的一端(即固定端D3)拉紧固定于墙面下部第一侧，可以先在地面打地锚，或者设置配重块，将第一地索绳43的固定端固定于地锚或者配重块处。第一地索绳的另一端(即自由端F3)穿过第三抓绳机33并自由下垂，第一地索绳43与第三抓绳机33的连接点为第三受力点S3，第一地索绳固定端D3至第三受力点S3为第三拉紧段43a。

第二地索绳44的一端(即固定端D4)拉紧固定于墙面下部第二侧，可以先在地面打地锚，或者设置配重块，将第二地索绳44的固定端固定于地锚或者配重块处。第二地索绳的另一端(即自由端F4)穿过第四抓绳机34并自由下垂，第二地索绳44与第四抓绳机34的连接点为第四受力点S4，第二地索绳固定端D4至第四受力点S4为第四拉紧段44a。

墙面上部第二侧与墙面上部第一侧间隔的距离大于机架1的宽度，墙面下部第二侧与墙面下部第一侧间隔的距离大于机架1的宽度。为了便于墙面平面的清洗，墙面上部第二侧及墙面下部第二侧为墙面最右侧，墙面上部第一侧及墙面下部第一侧为墙面最左侧。

本发明墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法为：

a.控制系统预先设定好墙面清洗机器人的清洗方式。墙面清洗机器人依据墙面表面线条的走向判断清洗的方式，若墙面表面线条以横向线条为主，则横向清洗；若墙面表面线条以竖向线条为主，则竖向清洗；若墙面表面线条以斜向线条为主，则斜向清洗。

b.计算墙面清洗机器人的运动轨迹；将墙面按清洗方向间隔一定的幅宽划分为若干清洗层，沿清洗层设定运动清洗的轨迹。

c.墙面清洗机器人在四组抓绳机的控制下沿运动轨迹进行清洗。具体为：四组绳体的固定端合围形成四边形，以竖直方向为Y轴，水平向为X轴，垂直于X轴和Y轴为Z轴，任一点为原点建立坐标系。为了简化计算，本实施例中设置第一天索绳、第二天索绳、第一地索绳和第二地索绳的固定端合围形成矩形，即使第一地索绳的固定端与第一天索绳的固定端位于同一竖直面上，第二地索绳的固定端与第二天索绳的固定端位于同一竖直面上。以第一地索绳固定端为坐标原点。

将墙面清洗机器人清洗移动的目标位置的坐标，与当前的位置坐标进行比对，计算得到目标位置的第一拉紧段、第二拉紧段、第三拉紧段及第四拉紧段的收放长度。控制器控制四组抓绳机，使第一拉紧段、第二拉紧段、第三拉紧段及第四拉紧段移动收放变化长度，墙面清洗机器人即行走至目标位置。为了使移动轨迹更加精准，墙面清洗机器人移动至各轨迹节点位置后，将摄像头获取轨迹清洗时的清扫照片发送至控制系统，控制系统判断清扫照片中清扫程度是否符合要求，若不符合要求，则重新进行清扫。

以下实施例针对横向清洗、竖向清洗及斜向清洗的方法进行详细说明。

实施例一

本实施例为横向清洗，针对如图1a所示的表面线条以横向线条为主的墙面。此时机架的摆放方式如图7所示，清洗组件滚刷的刷面沿着水平向滚动。

横向清洗的运动轨迹为从上往下进行一次清洗或者二次清洗。

首先将墙面从上方往下方间隔一定的幅宽H1划分为若干横向清洗层，幅宽H1小于清洗组件的宽度。本实施例中H1＝A-M，A为清洗组件最大清洗宽度，M≥10mm。

如图7所示，一次清洗包括步骤：

Sa1.从横向清洗层的第一侧D1往第二侧D2横向移动进行清洗。

Sa2.从第二侧沿竖向移动至下面一层的横向清洗层。

Sa3.沿第二侧D2往第一侧D1横向移动进行清洗。

Sa4.从第一侧D1沿竖向移动至下面一层的横向清洗层。

重复步骤Sa1～Sa4直至清洗完最下层的横向清洗层。

如图8所示，二次清洗包括步骤：

Sb1.从横向清洗层的第一侧往第二侧横向移动进行清洗；然后返回，从第二侧往第一侧横向移动进行二次清洗。

Sb2.从第一侧沿竖向移动至下面一层的横向清洗层。

重复步骤Sb1～Sb2直至清洗完最下层的横向清洗层。

如图6所示，以第一地索绳固定端为坐标原点建立坐标系，h为机架高度，第一天索绳固定端的坐标为)(0，H，0)，第二天索绳固定端的坐标为(B，H，0)，第一地索绳固定端的坐标为(0，0，0)，第二地索绳固定端的坐标为(B，0，0)。机架水平设置时第一受力点S1的坐标为(X₁，Y₁，Z₁)，第二受力点S2的坐标为(X₂，Y₂，Z₂)，第三受力点S3的坐标为(X₃，Y₃，Z₃)，第四受力点S4的坐标为(X₄，Y₄，Z₄)。则第一拉紧段长度L₁、第二拉紧段长度L₂、第三拉紧段长度L₃、第四拉紧段长度L₄的计算公式如下：

根据图7的运动轨迹计算，如机架的初始位置时(图7中T0点)，设定机架距离天索绳固定端的高度为N，如图15示，机架贴紧墙面时，各个受力点在Z轴方向离原点的距离为a，即X₁＝0，Y₁＝H-N，Z₁＝a，X₂＝h，Y₂＝H-N，Z₂＝a，X₃＝0，Y₃＝H-N-b，Z₃＝a，X₄＝h，Y₄＝H-N-b，Z₄＝a，将各坐标值代入公式(1)至公式(4)中，即可求得初始状态的拉紧段长度。机架往水平方向移动距离B-h时(图7中T1点)，则X₁＝B-h，Y₁＝H-N，Z₁＝a，X₂＝B，Y₂＝H-N，Z₂＝a，X₃＝B-h，Y₃＝H-N-h，Z₃＝a，X₄＝B，Y₄＝H-N-h，Z₄＝a，将各坐标值代入公式(1)-公式(4)，即可求得T1位置时，各绳体拉紧段的长度。计算当前的位置坐标(T0位置)至目标位置坐标(T1位置)的第一拉紧段、第二拉紧段、第三拉紧段及第四拉紧段差值，分别为△L₁、△L₂、△L₃、△L₄，差值为正值为收紧绳体，差值为负值为放松绳体。设定机器人行走的时间为t，则四组绳体的收放速度分别为：V₁＝△L₁/t，V₂＝△L₂/t，V₃＝△L₃/t，V₄＝△L₄/t。根据该收放速度控制抓绳机的绳体收放，从而使得墙面清洗机器人从T0位置移动至T1位置。

同理当向下清洗一个横向清洗层时，即向下移动距离H1时(图7中T2点)，将各坐标值代入公式(1)-公式(4)，即可求得从T1位置至T2位置时，各绳体拉紧段的长度。

实施例二

本实施例为竖向清洗，针对如图1b所示的表面线条以竖向线条为主的墙面。此时机架的摆放方式如图9所示，清洗组件滚刷的刷面沿着竖直向滚动。

将墙面从一侧D1往另一侧D2间隔一定的幅宽H2划分为若干竖向清洗层，幅宽H2小于清洗组件的宽度。本实施例中H2＝A-M，A为清洗组件最大清洗宽度，M≥10mm。

包括以下步骤：

Sc1.从竖向清洗层的下端往上端竖向移动进行清洗；然后返回，从上端往下端竖向移动进行二次清洗。

Sc2.沿横向移动至相邻的竖向清洗层。

重复步骤Sc1～Sc2直至清洗完所有的竖向清洗层。

在竖向清洗的过程中，从下端往上端清洗时，进行表面的污垢的一次清洗，在这个过程中下方清洗过的墙面会被上方的污水弄脏，因此必须返回进行二次清洗，二次清洗由上往下清洗，将污水清理干净。

此种情况下，机架水平设置时第一受力点S1的坐标为(X₁，Y₁，Z₁)，第二受力点S2的坐标为(X₂，Y₂，Z₂)，第三受力点S3的坐标为(X₃，Y₃，Z₃)，第四受力点S4的坐标为(X₄，Y₄，Z₄)；则第一拉紧段长度L₁、第二拉紧段长度L₂、第三拉紧段长度L₃、第四拉紧段长度L₄的计算公式同实施例一。

根据图9的运动轨迹计算，如机架的初始位置时(图9中T0点)，设定机架正好放置于原点位置上，机架贴紧墙面时，各个受力点距离墙面的距离为a，即X₁＝0，Y₁＝h，Z₁＝a，X₂＝b，Y₂＝h，Z₂＝a，X₃＝0，Y₃＝0，Z₃＝a，X₄＝b，Y₄＝0，Z₄＝a，将各坐标值代入公式(1)-公式(4)，即可求得初始状态的拉紧段长度。机架往竖直方向移动距离H-h时(图9中T1点)，则X₁＝0，Y₁＝H，Z₁＝a，X₂＝b，Y₂＝H，Z₂＝a，X₃＝0，Y₃＝H-h，Z₃＝a，X₄＝b，Y₄＝H-h，Z₄＝a，将各坐标值代入公式(1)-公式(4)，即可求得T1位置时，各绳体拉紧段的长度。计算当前的位置坐标(T0位置)至目标位置坐标(T1位置)的第一拉紧段、第二拉紧段、第三拉紧段及第四拉紧段差值，分别为△L₁、△L₂、△L₃、△L₄，差值为正值为收紧绳体，差值为负值为放松绳体。设定机器人行走的时间为t，则四组绳体的收放速度分别为：V₁＝△L₁/t，V₂＝△L₂/t，V₃＝△L₃/t，V₄＝△L₄/t。根据该收放速度控制抓绳机的绳体收放，从而使得墙面清洗机器人从T0位置移动至T1位置。

同理当向右侧移动至下一个竖向清洗层时，即向右移动距离H2时(T2位置)，计算各目标位置的坐标值代入公式(1)-公式(4)，即可求得从T0位置至T2位置时，各绳体拉紧段的长度，进而移动至目标位置。

实施例三

本实施例为斜向清洗，针对如图1c所示的表面线条以斜向线条为主的墙面。此时机架的需要进行旋转，如图10所示，清洗组件滚刷的刷面沿着斜向滚动。

将墙面沿平行于斜向线条的方向间隔一定的幅宽H3划分为若干斜向清洗层，幅宽H3小于清洗组件的宽度。本实施例中H3＝A-M，A为清洗组件最大清洗宽度，M≥10mm。

斜向清洗的轨迹为沿平行于斜向线条的方向进行一次清洗或者二次清洗。

如图10所示，一次清洗包括步骤：

Sc1.从斜向清洗层的第一侧P1往第二侧P2斜向移动进行清洗。

Sc2.从第二侧沿竖向或者横向移动至下面一层的斜向清洗层。

Sc3.沿第二侧往第一侧斜向移动进行清洗。

Sc4.从第一侧沿竖向或者横向移动至下面一层的斜向清洗层。

重复步骤Sc1～Sc4直至清洗完最下层的斜向清洗层。

如图11所示，二次清洗包括步骤：

Sd1.从斜向清洗层的斜下侧往斜上侧斜向移动进行清洗；然后返回，从斜上侧往斜下侧斜向移动进行二次清洗。

Sd2.从斜下侧沿竖向或横向移动至下一层的斜向清洗层。

重复步骤Sd1～Sd2直至清洗完最下层的斜向清洗层。

如图12所示，墙面表面线条为斜向线条时，斜向线条与竖直方向的倾角为β，墙面清洗机器人的机架沿竖直位置的中心对应旋转β角，旋转β角后第一受力点的坐标为(X₁’，Y₁’，Z₁’)，第二受力点的坐标为(X₂’，Y₂’，Z₂’)，第三受力点的坐标为(X₃’，Y₃’，Z₃’)，第四受力点的坐标为(X₄’，Y₄’，Z₄’)，对应的第一拉紧段长度L₁’、第二拉紧段长度L₂’、第三拉紧段长度L₃’、第四拉紧段长度L₄’。

则X₁’＝X₁+cosr*K，Y₁’＝Y₁+sinr*K，X₂’＝X₂+sinr*K，Y₁’＝Y₁-cosr*K，X₃’＝X₃-cosr*K，Y₃’＝Y₃-sinr*K，X₄’＝X₄-sinr*K，Y₄’＝Y₄+cosr*K。

其中，r＝(180-β)/2-n，n＝atan(h/b)。h为机架高度，b为机架宽度。(公式5)

转动前各绳体的拉紧段长度L₁-L₄通过公式1-4计算，机架旋转β角后，通过上面公式5计算旋转后的各受力点的坐标，通过公式6-9计算转动后各绳体拉紧段长度L₁’～L₄’，然后计算收放长度(即各拉紧段长度的差值)：

△L₁’＝L₁－L₁’

△L₂’＝L₂－L₂’

△L₃’＝L₃－L₃’

△L₄’＝L₄－L₄’

计算得到收放长度为正值，表示绳体需收紧，收放长度为负值，表示绳体需放松。设定机器人行走的时间为t，则四组绳体的收放速度分别为：V₁’＝△L₁’/t，V₂’＝△L₂’/t，V₃’＝△L₃’/t，V₄’＝△L₄’/t。根据该收放速度控制抓绳机的绳体收放，从而使得墙面清洗机器人从竖直位置旋转到β角的位置。

旋转后，进行斜向移动，同理计算当前的位置坐标至目标位置坐标的第一拉紧段、第二拉紧段、第三拉紧段及第四拉紧段差值，差值为正值为收紧绳体，差值为负值为放松绳体。设定机器人行走的时间为t，则可计算出四组绳体的收放速度。根据该收放速度控制抓绳机的绳体收放，从而使得墙面清洗机器人从当前位置移动至目标位置。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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。

Claims (12)

1.一种墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，其特征在于：所述墙面清洗机器人包括机架，安装在机架上的控制器、风机、全向行走轮、清洗组件、四组抓绳机及四组绳体，控制器与墙面清洗机器人的控制系统信号连接；所述抓绳机分别为设置在机架左上方、右上方、左下方、右下方的第一抓绳机、第二抓绳机、第三抓绳机及第四抓绳机，所述四组绳体包括第一天索绳、第二天索绳、第一地索绳及第二地索绳；

所述第一天索绳的一端拉紧固定于墙面上部第一侧，另一端穿过第一抓绳机并自由下垂；所述第二天索绳的一端拉紧固定于墙面上部第二侧，另一端穿过第二抓绳机并自由下垂；所述第一地索绳的一端拉紧固定于墙面下部第一侧，另一端穿过第三抓绳机并自由下垂；所述第二地索绳的一端拉紧固定于墙面下部第二侧，另一端穿过第四抓绳机并自由下垂；所述墙面上部第二侧与墙面上部第一侧间隔的距离大于机架的宽度，所述墙面下部第二侧与墙面下部第一侧间隔的距离大于机架的宽度；

所述的控制系统预先设定好墙面清洗机器人的清洗方式，计算墙面清洗机器人的运动轨迹，墙面清洗机器人在四组抓绳机的控制下沿运动轨迹进行清洗。

2.如权利要求1所述的墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，其特征在于：墙面清洗机器人在四组抓绳机的控制下沿运动轨迹进行清洗的方法为：

设定第一天索绳与第一抓绳机的连接点为第一受力点，第一天索绳固定端至第一受力点为第一拉紧段；第二天索绳与第二抓绳机的连接点为第二受力点，第二天索绳固定端至第二受力点为第二拉紧段；第一地索绳与第三抓绳机的连接点为第三受力点，第一地索绳固定端至第三受力点为第三拉紧段；第二地索绳与第四抓绳机的连接点为第四受力点，第二地索绳固定端至第四受力点为第四拉紧段；

将四组绳体的固定端合围形成四边形，以竖直方向为Y轴，水平向为X轴，垂直于X轴和Y轴为Z轴，任一点为原点建立坐标系；

根据需要墙面清洗机器人清洗移动的目标位置的坐标，与当前的位置坐标进行比对，计算得到目标位置的第一拉紧段、第二拉紧段、第三拉紧段及第四拉紧段的收放长度；

控制器控制四组抓绳机，使第一拉紧段、第二拉紧段、第三拉紧段及第四拉紧段移动收放变化长度，墙面清洗机器人即行走至目标位置。

3.如权利要求2所述的墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，其特征在于：所述机架上安装有传感器及摄像头；机器人移动至各轨迹节点位置后，传感器将墙面清洗机器人的当前姿态发送至控制系统，控制系统将当前姿态与设定的姿态进行对比，控制调整墙面清洗机器人至设定的姿态；

所述墙面清洗机器人移动至各轨迹节点位置后，摄像头获取轨迹清洗时的清扫照片并发送至控制系统，控制系统判断清扫照片中清扫程度是否符合要求，若不符合要求，则重新进行清扫。

4.如权利要求1所述的墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，其特征在于：所述全向行走轮安装在清洗组件两端，或机架的上下两侧，所述清洗组件端面凸出于全向行走轮端面2-8mm。

5.如权利要求1所述的墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，其特征在于：所述第一地索绳及第二地索绳的固定端固定于地锚或者配重块处；所述第一地索绳的固定端与第一天索绳的固定端位于同一竖直面上，所述第二地索绳的固定端与第二天索绳的固定端位于同一竖直面上。

6.如权利要求2所述的墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，其特征在于：所述墙面清洗机器人依据墙面表面线条的走向判断清洗的方式，若墙面表面线条以横向线条为主，则横向清洗；若墙面表面线条以竖向线条为主，则竖向清洗；若墙面表面线条以斜向线条为主，则斜向清洗。

7.如权利要求6所述的墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，其特征在于：所述横向清洗的运动轨迹为从上往下进行一次清洗或者二次清洗；将墙面从上方往下方间隔一定的幅宽H1划分为若干横向清洗层，幅宽H1小于清洗组件的宽度；

所述一次清洗包括步骤：

Sa1.从横向清洗层的第一侧往第二侧横向移动进行清洗；

Sa2.从第二侧沿竖向移动至下面一层的横向清洗层；

Sa3.沿第二侧往第一侧横向移动进行清洗；

Sa4.从第一侧沿竖向移动至下面一层的横向清洗层；

重复步骤Sa1～Sa4直至清洗完最下层的横向清洗层；

所述二次清洗包括步骤：

Sb1.从横向清洗层的第一侧往第二侧横向移动进行清洗；然后返回，从第二侧往第一侧横向移动进行二次清洗；

Sb2.从第一侧沿竖向移动至下面一层的横向清洗层；

重复步骤Sb1～Sb2直至清洗完最下层的横向清洗层。

8.如权利要求6所述的墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，其特征在于：所述竖向清洗的运动轨迹为：将墙面从一侧往另一侧间隔一定的幅宽H2划分为若干竖向清洗层，幅宽H2小于清洗组件的宽度；包括以下步骤：

Sc1.从竖向清洗层的下端往上端竖向移动进行清洗；然后返回，从上端往下端竖向移动进行二次清洗；

Sc2.沿横向移动至相邻的竖向清洗层；

重复步骤Sc1～Sc2直至清洗完所有的竖向清洗层。

9.如权利要求6所述的墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，其特征在于：所述斜向清洗的运动轨迹为沿平行于斜向线条的方向进行一次清洗或者二次清洗；将墙面沿平行于斜向线条的方向间隔一定的幅宽H3划分为若干斜向清洗层，幅宽H3小于清洗组件的宽度；

所述一次清洗包括步骤：

Sc1.从斜向清洗层的第一侧往第二侧斜向移动进行清洗；

Sc2.从第二侧沿竖向或者横向移动至下面一层的斜向清洗层；

Sc3.沿第二侧往第一侧斜向移动进行清洗；

Sc4.从第一侧沿竖向或者横向移动至下面一层的斜向清洗层；

重复步骤Sc1～Sc4直至清洗完最下层的斜向清洗层；

所述二次清洗包括步骤：

Sd1.从斜向清洗层的斜下侧往斜上侧斜向移动进行清洗；然后返回，从斜上侧往斜下侧斜向移动进行二次清洗；

Sd2.从斜下侧沿竖向或者横向移动至下一层的斜向清洗层；

重复步骤Sd1～Sd2直至清洗完最下层的斜向清洗层。

10.如权利要求7～9任意一项所述的墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，其特征在于：

设定墙面清洗机器人于第一地索绳固定端为坐标原点建立坐标系，h为机架高度，b为机架宽度，第一天索绳固定端的坐标为(0，H，0)，第二天索绳固定端的坐标为(B，H，0)，第一地索绳固定端的坐标为(0，0，0)，第二地索绳固定端的坐标为(B，0，0)；

设定机架第一受力点的坐标为(X₁，Y₁，Z₁)，第二受力点的坐标为(X₂，Y₂，Z₂)，第三受力点的坐标为(X₃，Y₃，Z₃)，第四受力点的坐标为(X₄，Y₄,Z₄)；则第一拉紧段长度L₁、第二拉紧段长度L₂、第三拉紧段长度L₃、第四拉紧段长度L₄的计算公式如下：

11.如权利要求10所述的墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，其特征在于：计算当前的位置坐标至目标位置坐标的第一拉紧段、第二拉紧段、第三拉紧段及第四拉紧段差值，分别为△L₁、△L₂、△L₃、△L₄，差值为正值为收紧绳体，差值为负值为放松绳体，则设定机器人行走的时间为t，则四组绳体的收放速度分别为：V₁＝△L₁/t，V₂＝△L₂/t，V₃＝△L₃/t，V₄＝△L₄/t。

12.如权利要求10所述的墙面清洗机器人自动清洗墙面的方法，其特征在于：墙面表面线条为斜向线条时，斜向线条与竖直方向的倾角为β，墙面清洗机器人的机架沿竖直位置的中心对应旋转β角，旋转β角后第一受力点的坐标为(X₁’，Y₁’，Z₁’)，第二受力点的坐标为(X₂’，Y₂’，Z₂’)，第三受力点的坐标为(X₃’，Y₃’，Z₃’)，第四受力点的坐标为(X₄’，Y₄’，Z₄’)，对应的第一拉紧段长度L₁’、第二拉紧段长度L₂’、第三拉紧段长度L₃’、第四拉紧段长度L₄’；

则X₁’＝X₁+cosr*K，Y₁’＝Y₁+sinr*K，X₂’＝X₂+sinr*K，Y₁’＝Y₁-cosr*K，X₃’＝X₃-cosr*K，Y₃’＝Y₃-sinr*K，X₄’＝X₄-sinr*K，Y₄’＝Y₄+cosr*K；

其中，h为机架高度，b为机架宽度；

r＝(180-β)/2-n，n＝atan(h/b)；