CN205729254U - 一种清洁机器人 - Google Patents

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康世林
张剑
张浩泽
刘军
黄潇苹
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Abstract

本实用新型公开了一种清洁机器人,包括:基板(1)、清洁装置、控制器、抽气泵以及至少4条机械腿(3);所述清洁装置安装于所述基板(1)的一侧;所述机械腿(3)分别间隔安装于所述基板(1)的四周;每条所述机械腿(3)均包括第一舵机(31)、活动支座(32)、机箱(33)、支腿(34)以及吸盘(35);该清洁机器人具有结构简单,设计合理等优点,适用任何圆弧面或球面等极限环境,使用范围广。

Description

一种清洁机器人
技术领域
本实用新型涉及清洁机器人,适用于玻璃幕墙的清洁工作。
背景技术
基于采光和美观的缘故,许多高层建筑都以玻璃幕墙为外装饰,于是就带来了这种建筑物玻璃幕墙的清洗问题。高大建筑物玻璃幕墙的清洗是一项繁重而危险的工作。目前,国内外适用的方法主要有三种,一种是用绳索直接吊挂清洁工(俗称蜘蛛人)在幕墙上作业,这种方式危险性大,许多发达国家和地区(美国、香港等)都已将其明令禁止;一种是靠楼顶轨道车和升降台承载清洁工进行玻璃窗和壁面的清洗,但这种方式未能根本消除工人的危险,而且系统成本极高;还有一种是用安装在楼顶的轨道及吊索系统将擦窗机对准窗户进行自动擦洗,采用该种清洁方式,除了成本高以外,还要求将建筑物设计以及擦窗系统相应结构均考虑进去,限制了其使用范围。此外,对于不规则的建筑物表面的清洗,如阶梯状或带弧形表面建筑,上述三种方法都显得无能为力。
目前,壁面清洗机器人的研究在国外均有开展,主要有框架式、步行式、轮式或履带式等结构形式。如Leoncio Beiones等研制的可变形框架式壁面机器人具有一定的转向和面面转换能力,但结构复杂,通用性差;俄罗斯科学院机器人和机械电子学实验室研制的多关节壁面移动机器人,为步行式结构,通过两足交替吸附可完成在与关节轴线垂直感的二维平面内移动、越障和面面转动,但对三维空间壁面环境的适应能力明显不足;在国内哈尔滨工业大学研制的单车体壁面移动机器人和北京航空航天大学研制的双吸盘结构的履带式机器人,均采用负压原理,对平整壁面、结构化的作业环境有较高适应性,但运动时车体容易打滑,容易造成事故。
综上所述,现有壁面机器人对表面平整,结构化作业环境有较高适应性,但无法适用于圆弧面、球面等复杂极限环境,使用范围受限,如何解决上述问题,成为人们亟待解决的问题。
实用新型内容
鉴于此,本实用新型提供了一种清洁机器人,以至少解决现有的壁面机器人无法适用于圆弧形、球面等复杂极限环境,存在使用范围受限的问题。
本实用新型提供的技术方案,具体为,一种清洁机器人,其特征在于,包括:基板1、清洁装置、控制器、抽气泵以及至少4条机械腿3;
所述清洁装置安装于所述基板1的一侧;
所述机械腿3分别间隔安装于所述基板1的四周;
每条所述机械腿3均包括第一舵机31、活动支座32、机箱33、支腿34以及吸盘35;
所述机箱33包括壳体331,在所述壳体331两端分别安装有第二舵机332;
所述第一舵机31固定安装于所述基板1上;
所述活动支座32一端与所述第一舵机31的输出轴固定连接,另一端与所述壳体331一端的第二舵机332的输出轴固定连接;
所述支腿34一端与所述壳体331另一端的第二舵机332的输出轴固定连接,另一端与所述吸盘35固定连接;
所述吸盘35分别通过管路与所述抽气泵连接,且每条所述管路内均设置有电磁阀,所述电磁阀用于控制所述吸盘35与所述抽气泵或外界大气的连通与否;
所述控制器分别与所述抽气泵、电磁阀、清洁装置、第一舵机31以及第二舵机332电连接。
优选,所述机械腿3的条数为6条。
进一步优选,所述活动支座32由背向垂直连接的第一U形支架321和第二U形支架322构成;
所述第一U形支架321转动夹持在所述基板1上,且所述第一U形支架321与所述第一舵机31的输出轴固定连接;
所述第二U形支架322转动夹持在所述壳体331的一端,且所述第二U形支架322与所述壳体331对应端部的第二舵机332的输出轴固定连接。
进一步优选,所述基板1内设置有夹层11,所述第一舵机31安装于所述夹层11内,且所述第一舵机31的输出轴通过轴承与所述基板1转动连接。
进一步优选,所述支腿34整体呈弧形;
其中,所述支腿34与所述第二舵机332的输出轴固定连接的一端呈U形,且所述支腿34的U形端转动夹持在所述壳体331的相应端部。
进一步优选,所述清洁装置包括冲洗装置21和擦拭装置22;
所述冲洗装置21包括安装于所述基板1上的水箱211,在所述水箱211上间隔设置有喷嘴212;
所述擦拭装置22包括滑轨221、固定块222、丝杆223、滚筒架224、滚筒刷225以及电机226;
所述滑轨221、固定块222以及电机226均固定安装于所述基板1上;
所述丝杆223一端与所述固定块222转动连接,另一端与所述电机226的输出轴固定连接;
所述滚筒架224螺纹套装于所述丝杆223上,且所述滚筒架224的两端均滑动安装于所述滑轨221上;
所述滚筒刷225转动安装于所述滚筒架224上。
本实用新型提供的清洁机器人,通过安装在基板四周的机械腿来实现清洁机器人在玻璃幕墙上的步态移动,由清洁装置进行清洁工作,其中,步态移动过程具体为,由控制器控制电磁阀实现每条机械腿中的吸盘与抽气泵或外界大气的连通与否,当机械腿中的吸盘与充气泵连通,且抽气泵处于开启状态时,抽气泵会抽出吸盘内的空气,使吸盘内侧与外侧产生气体压差,进而使机械腿吸附在玻璃幕墙上,实现机器人的固定;当机械腿中的吸盘与外界大气连通时,吸盘内侧与外侧不存在压差,此时控制器控制第二舵机进行转动,就可以实现机械腿的抬起动作,使吸盘与玻璃幕墙分离,控制器控制第一舵机进行转动,就可以实现机械腿相对基板的转动,转动结束后,可控制第二舵机回转,实现机械腿的回落动作,使吸盘与玻璃幕墙接触,再控制电磁阀,使吸盘与抽气泵连通,启动抽气泵进行抽气,实现吸盘与玻璃幕墙的吸附,即完成机械腿的一次移动。本实用新型中的清洁机器人通过多条机械腿之间的相互配合,即部分吸附在玻璃幕墙上,部分进行移动,依次交替动作,即可实现机器人在玻璃幕墙上的任意方向行走,可适用于各种圆弧面和球面的极限条件下,使用范围广。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本实用新型的实施例,并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种清洁机器人的立体结构示意图;
图2为一种清洁机器人的俯视结构示意图;
图3为一种清洁机器人的内侧结构示意图;
图4为机箱的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、与本实用新型的一些方面相一致的装置的例子。
参见图1、图2、图3为一种清洁机器人,其包括基板1、清洁装置、控制器、抽气泵以及6条机械腿3,清洁装置安装于基板1的一侧,机械腿3分别间隔安装于基板1的四周。
参见图1,每条机械腿3均包括第一舵机31、活动支座32、机箱33、支腿34以及吸盘35,其中,参见图4,机箱33包括壳体331,在壳体331两端分别安装有第二舵机332。参见图1,第一舵机31固定安装于基板1上,活动支座32一端与第一舵机31的输出轴固定连接,另一端与壳体331一端的第二舵机332的输出轴固定连接,支腿34一端与壳体331另一端的第二舵机332的输出轴固定连接,另一端与吸盘35固定连接,吸盘35分别通过管路与抽气泵连接,且每条管路内均设置有电磁阀,该电磁阀用于控制吸盘35与抽气泵或外界大气的连通与否,控制器分别与抽气泵、电磁阀、清洁装置、第一舵机31以及第二舵机332电连接。
作为技术方案的改进,参见图1,活动支座32由背向垂直连接的第一U形支架321和第二U形支架322构成,其中,第一U形支架321通过轴承转动夹持在基板1上,且第一U形支架321与第一舵机31的输出轴固定连接;第二U形支架322通过轴承转动夹持在壳体331的一端,且第二U形支架322与壳体331对应端部的第二舵机332的输出轴固定连接,通过该U形结构的设计能够提高活动支座与基座和机箱的连接稳定性。
参见图1,基板1内设置有夹层11,第一舵机31安装于夹层11内,且第一舵机31的输出轴通过轴承与基板1转动连接。
参见图1,图2,支腿34整体呈弧形,其中,支腿34与第二舵机332的输出轴固定连接的一端呈U形,且支腿34的U形端通过轴承转动夹持在壳体331的相应端部。
该机器人在玻璃幕墙表面作业时,分为两条主要过程:攀爬运动和擦洗运动。其中,擦洗运动由控制器控制清洁装置完成;攀爬运动是指从一块玻璃运动到另一块玻璃的过程,并且可以向各条方向运动。由于上下运动与转弯时有区别,所以分开叙述。
一、上下运动时,运动过程一样,现仅以向上运动为例进行说明。
1、当机器人处于标准位姿,6条机械腿中的吸盘在抽气泵和电磁阀的控制下,紧吸在玻璃幕墙上;
2、通过控制器控制电磁阀,使三条机械腿中的吸盘与外界大气连通,并控制该3条机械腿中的第二舵机转动,使该三条机械腿抬起(参见图3,左边两条,右边一条构成一条等边三角形结构,为三角步态的行进方式);
3、控制器控制第一舵机转动,驱动三条抬起的机械腿中的活动支座向上旋转一定角度,即抬起的三条机械腿向上运动一定范围;
4、控制器控制第二舵机回转,使抬起的三条机械腿回落,直至吸盘与玻璃幕墙相接,然后再控制电磁阀,使抽气泵与吸盘连通,并启动抽气泵将吸盘内的空气抽出,形成压差,使吸盘吸附于玻璃幕墙表面;
5、控制器控制电磁阀使其余的三条机械腿的吸盘连通,并控制第二舵机转动,使其余的三条机械腿抬起,并与之前相同,控制器控制第一舵机转动,驱动三条抬起的机械腿中的活动支座向上旋转一定角度;
6、控制器控制第二舵机回转,使抬起的三条机械腿回落,直至吸盘与玻璃幕墙相接,然后再控制电磁阀,使抽气泵与吸盘连通,并启动抽气泵将吸盘内的空气抽出,形成压差,使吸盘吸附于玻璃幕墙表面,使机器人恢复标准位姿,至此结束一条完整的向上攀爬过程。
二、转弯过程的叙述,以向右转弯为例。
1、机器人处于标准位姿,通过控制器控制电磁阀,使三条机械腿中的吸盘与外界大气连通,并控制该3条机械腿中的第二舵机转动,使该三条机械腿抬起;
2、控制器控制第一舵机转动,驱动三条抬起的机械腿中的活动支座向右旋转一定角度,即抬起的三条机械腿向上运动一定范围,并且左侧机械腿的移动范围要明显大于右侧的机械腿;
3、控制器控制第二舵机回转,使抬起的三条机械腿回落,直至吸盘与玻璃幕墙相接,然后再控制电磁阀,使抽气泵与吸盘连通,并启动抽气泵将吸盘内的空气抽出,形成压差,使吸盘吸附于玻璃幕墙表面;
4、控制器控制电磁阀使其余的三条机械腿的吸盘连通,并控制第二舵机转动,使其余的三条机械腿抬起,并与之前相同,控制器控制第一舵机转动,驱动三条抬起的机械腿中的活动支座向右旋转一定角度,并且左侧机械腿的移动范围要明显大于右侧的机械腿;
5、控制器控制第二舵机回转,使抬起的三条机械腿回落,直至吸盘与玻璃幕墙相接,然后再控制电磁阀,使抽气泵与吸盘连通,并启动抽气泵将吸盘内的空气抽出,形成压差,使吸盘吸附于玻璃幕墙表面,至此完成一条完整的向右攀爬的运动过程。
参见图3,清洁装置包括冲洗装置21和擦拭装置22,其中,冲洗装置21包括安装于基板1上的水箱211,在水箱211上间隔设置有喷嘴212;擦拭装置22包括滑轨221、固定块222、丝杆223、滚筒架224、滚筒刷225以及电机226,其中,滑轨221、固定块222以及电机226均固定安装于基板1上,丝杆223一端与固定块222转动连接,另一端与电机226的输出轴固定连接,滚筒架224螺纹套装于丝杆223上,且滚筒架224的两端均滑动安装于滑轨221上,滚筒刷225转动安装于滚筒架224上。
该清洁装置的擦洗运动具体为:
1、机器人处于标准位姿,6条机械腿紧吸在玻璃幕墙上,且滚筒刷不接触玻璃幕墙;
2、控制冲洗装置对玻璃幕墙进行冲洗一定的时间后,停止冲洗;
3、控制器控制第二舵机运动使机器人接近玻璃幕墙表面,即滚筒刷接触到玻璃幕墙表面;
4、启动电机驱动丝杆转动,使滚筒架沿滑轨相对玻璃幕墙上下移动,进而带动滚筒刷也相对玻璃幕墙上下移动,来洗刷玻璃幕墙表面,来回几次后停止;
5、控制器控制第二舵机使机器人恢复标准位姿,至此完成一条擦洗的过程。
上述的实施例仅以6条机械腿为例进行说明,但实际使用时可以根据实际需要进行设计,一般至少为4条,但其整个的工作过程原理相同,因此,在此就不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后,将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是,本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种清洁机器人,其特征在于,包括:基板(1)、清洁装置、控制器、抽气泵以及至少4条机械腿(3);
所述清洁装置安装于所述基板(1)的一侧;
所述机械腿(3)分别间隔安装于所述基板(1)的四周;
每条所述机械腿(3)均包括第一舵机(31)、活动支座(32)、机箱(33)、支腿(34)以及吸盘(35);
所述机箱(33)包括壳体(331),在所述壳体(331)两端分别安装有第二舵机(332);
所述第一舵机(31)固定安装于所述基板(1)上;
所述活动支座(32)一端与所述第一舵机(31)的输出轴固定连接,另一端与所述壳体(331)一端的第二舵机(332)的输出轴固定连接;
所述支腿(34)一端与所述壳体(331)另一端的第二舵机(332)的输出轴固定连接,另一端与所述吸盘(35)固定连接;
所述吸盘(35)分别通过管路与所述抽气泵连接,且每条所述管路内均设置有电磁阀,所述电磁阀用于控制所述吸盘(35)与所述抽气泵或外界大气的连通与否;
所述控制器分别与所述抽气泵、电磁阀、清洁装置、第一舵机(31)以及第二舵机(332)电连接。
2.根据权利要求1所述清洁机器人,其特征在于,所述机械腿(3)的条数为6条。
3.根据权利要求1所述清洁机器人,其特征在于,所述活动支座(32)由背向垂直连接的第一U形支架(321)和第二U形支架(322)构成;
所述第一U形支架(321)转动夹持在所述基板(1)上,且所述第一U形支架(321)与所述第一舵机(31)的输出轴固定连接;
所述第二U形支架(322)转动夹持在所述壳体(331)的一端,且所述第二U形支架(322)与所述壳体(331)对应端部的第二舵机(332)的输出轴固定连接。
4.根据权利要求3所述清洁机器人,其特征在于,所述基板(1)内设置有夹层(11),所述第一舵机(31)安装于所述夹层(11)内,且所述第一舵机(31)的输出轴通过轴承与所述基板(1)转动连接。
5.根据权利要求1所述清洁机器人,其特征在于,所述支腿(34)整体呈弧形;
其中,所述支腿(34)与所述第二舵机(332)的输出轴固定连接的一端呈U形,且所述支腿(34)的U形端转动夹持在所述壳体(331)的相应端部。
6.根据权利要求1所述清洁机器人,其特征在于,所述清洁装置包括冲洗装置(21)和擦拭装置(22);
所述冲洗装置(21)包括安装于所述基板(1)上的水箱(211),在所述水箱(211)上间隔设置有喷嘴(212);
所述擦拭装置(22)包括滑轨(221)、固定块(222)、丝杆(223)、滚筒架(224)、滚筒刷(225)以及电机(226);
所述滑轨(221)、固定块(222)以及电机(226)均固定安装于所述基板(1)上;
所述丝杆(223)一端与所述固定块(222)转动连接,另一端与所述电机(226)的输出轴固定连接;
所述滚筒架(224)螺纹套装于所述丝杆(223)上,且所述滚筒架(224)的两端均滑动安装于所述滑轨(221)上;
所述滚筒刷(225)转动安装于所述滚筒架(224)上。
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