CN1373028A - 一种吸板风扇式擦窗机器人 - Google Patents

Abstract

一种采用遥控操作对高楼进行擦洗的吸板风扇式擦窗机器人,主要由擦洗机器人本体和缆车系统组成。安装在本体框架中部的涵道风扇和底部吸板使得机器人本体吸附于待擦洗壁面上,在主体框架上安装有纵横向行走四轮机构,由安装在该涵道上下两侧的湿带布液机构和橡胶刮片机构把清洁液均布在擦洗壁面上并将污液刮下;楼顶缆车系统中的缆绳卷绕鼓轮和随动滑车机构通过一组导向轮垂下缆绳,用以牵引所述机器人本体沿擦洗壁面上下运动完成擦洗作业。

Description

一种吸板风扇式擦窗机器人

本发明涉及一种用于对高楼的外墙玻璃及壁面进行擦洗的吸板风扇式擦窗机器人，尤其是涉及一种吸板风扇式遥控湿带擦窗机器人。

目前在国内外，高楼外墙玻璃及壁面的擦洗主要采用电动吊篮由洗楼工进行擦洗。人工进行高楼擦洗不仅费用高、效率低，而且十分危险，由此造成的伤亡事故时有发生。并且采用吊篮擦洗往往需在高楼设计建造之初就要将楼顶升降机构考虑进去，限制了在已有高层建筑上的使用。

近年来，国内外竞相开展采用吸盘和喷嘴(喷孔)的高楼擦窗机器人研究。利用壁面吸盘中的负压使擦窗机器人附着于壁面，但工作可靠性不高，也难适用于有窗框的壁面；利用均布喷嘴(喷孔)喷液，不仅耗费大量的清洁液，而且难于对所喷出的过多清洁液进行处理；这些技术及经济上的因素限制了高楼擦窗机器人的发展和应用。

在国外有关高楼壁面擦洗机的现有技术中，出现过风扇的应用，但在有关专利中仍使用吸盘使擦洗机吸附于壁面，而应用风扇的作用只限于产生强大负压对吸盘抽真空或产生垂直于壁面的推力，用以帮助擦洗机贴压于壁面。这种吸盘加风扇的方式，对工作可靠性提高不大，不能使擦洗机吸附在有凸起窗棱的壁面，但却使制造费用增加，因而应用这种技术的壁面擦洗机产品一直没有问世。

本发明的目的就是为了克服现有技术的不足，提供一种高效经济、安全可靠、便于使用维护的吸板风扇式擦窗机器人。在本发明中采用一种涵道风扇加吸板的新方式，可在制造费用不增加的情况下，使风扇在高楼擦洗机器人中的功用得到充分的发挥。

为达到上述目的，吸板风扇式擦窗机器人有可贴压外墙玻璃或壁面的擦洗机器人本体和可在楼顶行走的缆车系统两部分。其中擦洗机器人本体由带吸板的涵道风扇、可抬起的湿带布液机构、橡胶刮片机构、带液位传感器的储液槽、可纵横向行走的行走四轮机构、本体姿态调整机构和CCD摄像头等组成。楼顶行走缆车系统包括可调“Z”形缆车主体、缆车卷绕鼓轮、缆绳整齐排列机构、缆绳导向机构、无级调速驱动、监视遥控器和供液泵等。缆车系统下悬两根中央可穿通电线或可用外表面供液的缆绳以便与机器人本体相连接。其特征在于，擦窗机器人工作中，楼顶缆车系统将机器人本体升起或降下，并通过缆绳中的电线向其提供电力和信号。电动机带动涵道风扇高速旋转，在贴近玻璃壁面的涵道底边产生较大负压吸力，风扇叶片也产生一些压向玻璃壁面的推力，这种负压和推压的复合作用就将擦洗机器人本体贴压在玻璃壁面上，使机器人本体上的四个行走轮贴压在玻璃壁面上而向上或向下走动。本体下行为擦洗行程，上行则属空行程。擦洗工作由湿带布液机构和橡胶刮片完成。湿带布液机构将传动皮带在储液槽中浸湿附着的清洁液均布在玻璃壁面上，并将多余的清洁液及刮片刮下的污液收回储液槽，避免对建筑物及周围环境的污染。擦洗机器人本体上行到顶位后，机器人本体通过行走换向机构与楼顶缆车同时横向移动一定距离，以对相邻玻璃壁面继续进行擦洗。在擦洗机器人本体上升、横向移动及擦洗过程中遇到窗棱等障碍时，抬起机构即将布液皮带及橡胶刮片抬起。工作中液位传感器对储液槽中清洁液的液面位置进行监测并自动控制楼顶供液泵的工作。楼顶缆车系统的无级调速驱动可使擦洗机器人本体能够以不同的速度进行擦洗工作及升降运动。擦洗机器人本体的姿态调整机构及楼顶缆车系统的缆绳整齐排列机构可保证擦洗机器人本体在升降过程中不产生偏斜。安装在擦洗机器人本体上的CCD摄像头和楼顶监视器可方便操作人员观察机器人本体的工作效果和周围环境，从而实现遥控操作。

下面将结合附图对本发明的一具体实施例作进一步详细说明：

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是擦洗机器人本体的侧面结构示意图。

图3是擦洗机器人本体的正面结构示意图(未包括湿带布液机构和橡胶刮片机构等辅助结构)。

图4是缆车系统的总体结构示意图。

如图1中所示，本发明中的吸板风扇式遥控湿带擦窗机器人主要包括位于楼顶的缆车系统(I)和紧贴在玻璃壁面上的擦洗机器人本体(II)，缆车系统(I)通过缆绳将擦洗机器人本体吊起。

如图2中所示，涵道11及风扇29位于擦洗器人本体中部，风扇29由电机33带动进行高速旋转，以使得外界空气通过吸板30和壁面32之间所形成的通道31高速进入涵道11内，这样便在通道内形成了较强的负压吸力，同时风扇也对擦洗机器人本体产生压向壁面的推力，从而使得该擦洗机器人本体紧贴在玻璃壁面上。在涵道上下两侧的主体框架15上分别安装了一套相同的湿带布液机构20、35和一套相同的橡胶刮片机构23、36，布液带21由湿带布液机构20上的一组可转动的辊子张紧并由固定在主体框架15上的电机2和传动带3带动其循环运动，储液槽19中装有清洁液，橡胶刮片24固连在刮片机构23的末端，通过装在其转轴22上的扭转弹簧(未示出)使刮片24紧压在玻璃壁面上，同样，在橡胶刮片机构36和湿带布液机构20、35的转轴上也均装有扭转弹簧并使各自的橡胶刮片和布液带压在玻璃壁面上。固定在主体框架15上的抬起电机8带动小鼓轮7牵引钢丝绳5运动，并通过固定在主体框架15上的四个钢丝绳导向滑轮4、6、14、16将两套湿带布液机构20、35和橡胶刮片机构23、36同时抬起。

如图2所示，在主体框架中部的涵道四周分别安装有四个行走轮，其中轮子28、34为可驱动轮，其余两个轮子62、63(见图3)为从动轮。在图2中所示出的行走轮处于横向行走状态，锥齿轮27与可驱动行走轮28同轴固连，锥齿轮26与电机25同轴固连，电机25又通过一对啮合的锥齿轮26、27驱动行走轮28进行转动，这样便可实现擦洗机器人本体的横向行走；当擦洗机器人本体(II)要转换为上下行走状态时，固定在主体框架15上的电机9通过一对直齿轮带动同步齿形带轮10和相固连的行走轮28支架一并转过90度，同时，齿形带轮10也通过同步齿形带12带动同步齿形带轮13及另外两个同步齿形带轮一起转过90度，这样四个行走轮便被同时转过90度而进入到上下行走状态，此时，驱动行走轮28、34的两对锥齿轮均脱离啮合状态，四个行走轮均处于从动状态。

另外，将两个CCD摄像头1、18分别固定安装在主体框架15的上下两端。将一接水漏斗40固定在缆绳41的下端，用来收集沿缆绳外表面流下的清洁液。

如图3所示，在擦洗机器人本体(II)的姿态调整机构中，小滑车38安装在横梁37上，丝杠螺母59与小滑车38固连，受传感器控制的姿态调整电机61固定在横梁37上，而两端各系有一根缆绳的吊钩架39是通过两个垂直的铰链与小滑车38活动连接；调整电机61可通过丝杠60来拖动小滑车38沿横梁37来回滑动，以改变吊钩架39对擦洗机器人本体的拉力作用点，从而来对该擦洗机器人本体的姿态进行调整。

如图4所示，在缆车系统(I)中，横梁47、立柱50、底盘57通过螺栓固定连接，从而构成了呈“Z”形的缆车主体。供液器44固定在避障弯架43上，将由供液泵(未示出)通过输液管送来的清洁液浇到穿过供液器44中的缆绳41上。鼓轮56由调速电机58通过三角皮带(未示出)的传动，可对绕过导向滑轮45及其它导向滑轮的缆绳41进行卷绕；鼓轮56通过同步带和同步带轮(未示出)带动左右旋丝杠53一起转动，在左右旋丝杠53的拖动下随动滑车54将沿导轨55来回滑动；在随动滑车54上还装有缆绳导向滑轮，以使得所述缆绳被整齐地卷绕到鼓轮56上。缆车底盘57上装有四个轮子49，可在楼顶进行移动。避障弯架43固定在横梁滑车46的下方，横梁滑车46安装在横梁47上，并在钢丝辊轴52上缠绕有钢丝绳48，通过导向滑轮42、51将其两端系到滑车46上，此时转动钢丝辊轴52即可通过钢丝绳的牵引作用使得横梁滑车46在横梁47上来回移动。

当该擦窗机器人工作时，楼顶缆车系统(I)先将擦洗机器人本体(II)吊离地面，并调整缆车横梁47上滑车46的位置，以使得擦洗机器人本体(II)靠近玻璃墙面，启动电机33使得涵道风扇29高速旋转，这样在风扇29、涵道11及吸板30共同产生的吸力和推力复合作用下，使得擦洗机器人本体(II)紧贴在玻璃壁面上；此时，擦洗机器人本体(II)上的四个行走轮紧压在玻璃壁面上，在缆车缆绳41的拖动下，该擦洗机器人本体(II)将会沿玻璃壁面向上行走，此向上行走的过程为空行程；当擦洗机器人本体(II)向上行走到达玻璃壁面顶端时，可通过对抬起电机8进行遥控操作来使得布液皮带21和橡胶刮片24压靠在玻璃壁面32上，然后缆车向下松放缆绳41，在重力作用下，擦洗机器人本体(II)将开始沿玻璃壁面32向下行走，从而开始进行擦洗工作。在向下行走的过程中，布液湿带21在电机2和辊子的带动下循环运动，首先将储液槽19中的清洁液均匀地涂抹到玻璃壁面32上，同时又将多余的清洁液带回到储液槽19中，随后，压靠在玻璃壁面32上的橡胶刮片将在向下运动过程中将已涂布清洁液的玻璃壁面32上的污垢污液刮下。当擦洗机器人本体(II)下行到达玻璃壁面32底端时，缆车停止向下松放缆绳41，橡胶刮片24和布液湿带21也将会被抬离玻璃壁面32，而后，擦洗机器人本体(II)的四个行走轮同步转过90度，并横向行走一定的距离，同时楼顶缆车也横向行走相同的距离，然后由缆车再将擦洗机器人本体(II)吊起，继续进行对相邻玻璃壁面32的擦洗。

储液槽19中的清洁液由缆车上的供液器44将清洁液沿缆绳41外表面靠表面附着力和液体重力的作用进行供给，并通过储液槽19中的液位传感器(未示出)自动控制楼顶供液泵(未示出)的工作。楼顶缆车系统(I)的无级调速电机58可使擦洗机器人本体(II)能够以不同的速度进行擦洗及升降动作；擦洗机器人本体(II)的姿态调整机构可保证擦洗机器人本体(II)在上下运动时不会发生偏斜；楼顶缆车系统(I)的缆绳整齐排列机构将保证两根缆绳整齐地排列缠绕在鼓轮56上。此外，安装在该擦洗机器人本体上的CCD摄像头1、18和楼顶监视器(未示出)可方便操作人员对该擦洗机器人本体(II)的工作效果和周围环境进行观察，从而实现遥控操作。

Claims (7)

1.一种吸板风扇式擦窗机器人，由擦洗机器人本体和楼顶缆车系统两部分组成，其特征在于：擦洗机器人本体采用涵道风扇加吸板的方式，可不用任何吸盘而实现贴压在待擦洗的玻璃壁面上，利用楼顶可行走的缆车系统，这种擦窗机器人适用于有女儿墙的高楼外墙玻璃及壁面的擦洗。

2.如权利要求1中所述的擦窗机器人，其特征在于利用所述的风扇高速旋转使外界空气通过吸板和壁面之间形成的通道高速流入涵道内，这样在通道内产生较强的负压吸力，同时风扇也对擦洗机器人本体产生压向壁面的推力，从而使擦洗机器人本体贴压在甚至有窗棱的玻璃壁面上。

3.如权利要求1中所述的擦窗机器人，其特征在于在擦洗机器人本体上的涵道上下两侧的主体框架上分别装有一套相同的可抬起的湿带布液机构和橡胶刮片机构，湿带布液机构可将清洁液均布在待擦洗壁面上，并将多余的液体带回储液槽，在湿带外表面均布的细毛刺同时具有刮擦作用。

4.如权利要求1中所述的擦窗机器人，其特征在于在所述的涵道四周的主体框架上安装有带电机的纵横向行走四轮机构，其中两个行走轮为可驱动轮，另两个为从动轮，纵横向行走四轮机构可保证在没有传统离合器情况下缆绳牵引本体上下运动时，四轮处于与电机脱离的从动状态，沿壁面纵向滚动，在本体需要横向运动时，四轮同步转过90度，所述的两个可驱动轮受电机驱动实现横向滚动。

5.如权利要求1中所述的擦窗机器人，其特征在于在主体框架顶部安装有姿态调整机构，其中吊钩架用两个垂直的铰链活动连接在横梁滑车上，其两端各系有一根同缆车相连接的缆绳；一电机通过丝杠拖动横梁滑车可以改变吊钩架对本体拉力的作用点，从而调整本体的姿态不会偏斜。

6.如权利要求1中所述的擦窗机器人，其特征在于缆车系统中由横梁、立柱、底盘组成的“Z”形缆车主体上，缆绳卷绕鼓轮通过支架安装在底盘上，在底盘上与鼓轮平行安装，由左右旋丝杠拖动的随运滑车机构可令缆绳整齐排列在鼓轮上，钢丝辊轴通过钢丝绳牵引横梁滑车可调整其在缆车横梁上的位置以适应不同楼顶建筑情况。

7.如权利要求5中所述的擦窗机器人，其特征在于利用下垂缆绳外表面附着力和液体重力作用向下输送清洁液的方法，给擦洗机器人本体的储液槽中补充清洁液。

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