CN207309942U - 一种用于幕墙清洗机器人的五自由度清洁机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于幕墙清洗机器人的五自由度清洁机械手，该机械手包括顶部设有箱盖的箱体、置于箱体内的步进电机、大臂、小臂、清洁头外壳和污水回收机构。箱盖上连有驱动臂座；驱动臂座设有小臂连杆舵机、大臂连杆舵机；驱动臂座连有大臂；大臂的末端连有小臂臂座；小臂末端经短U支架安装清洁头旋转舵机；清洁头旋转舵机经长U支架固定有提拉绳电机、清洁头外壳；清洁头外壳固定有支撑轴、固定架连接轴；提拉绳电机铰连提拉绳；清洁头外壳设清洁胶棉固定架；清洁胶棉固定架上设有清洁胶棉；清洁胶棉固定架与清洁胶棉之间的空隙贯穿有弹性绳；清洁头外壳的顶部设有与污水回收机构相连的导水柱。本实用新型灵活性好、壁面适应性强、作业效率高。

Description

一种用于幕墙清洗机器人的五自由度清洁机械手

技术领域

本实用新型涉及机械手技术领域，尤其涉及一种用于幕墙清洗机器人的五自由度清洁机械手。

背景技术

随着城市的发展，建筑外墙逐渐采用玻璃幕墙，如机场、车站、博物馆、图书馆、体育馆、写字楼等建筑大都采用了大面积的玻璃幕墙。玻璃幕墙分为框架支撑玻璃幕墙（包括明框玻璃幕墙与隐框玻璃幕墙）、全玻璃幕墙、点支撑玻璃幕墙与单元式幕墙。据统计，我国玻璃幕墙总量已愈5亿平方米，占全球总量的85%。玻璃幕墙总量增长迅速，造型越来越复杂，因此玻璃幕墙的清洗成为一个重要课题。

目前，城市建筑的幕墙清洗主要有两种方式：一种是靠升降平台或吊篮承载清洁工进行玻璃幕墙的清洗，虽简便易行，但劳动强度大，存在着很大的危险性；另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。这种方式初次投资成本较高，而且要求在建筑物设计之初就要考虑擦窗系统, 因而限制了其使用。因此急需一种能代替人而又有一定灵活性和适用性的自动机器来完成这项工作, 幕墙清洗机器人在这种背景下应运而生。

幕墙清洗机器人的主要功能为清洗功能，要实现这一功能，机器人本体上必须安装有清洗作业装置。目前，清洗作业装置与幕墙清洗机器人之间多采用刚性连接机构，清洗作业装置与幕墙清洗机器人本体或直接固定连接，或通过气缸连接，使得清洗机构的越障过程、清洗作业装置适应壁面的变化时只能依靠刮板和滚刷的较小的弹性变形被动完成，越障过程中变形严重的滚刷无法清洗窗框等障碍物，因此，壁面适应能力差，清洗效果受到影响。当机器人本体的吸附压力有脉动时，也会影响到清洗作业装置的清洗效果，不能达到清洗效果的一致性。且该连接方法只适用于机器人本体运动过程中在垂直壁面方向没有自由度的情况。

申请日为2014年05月26日，申请号 201410223282.1的专利文献涉及的“一种用于爬壁机器人的消防清洁系统”，其技术方案为：包括机器人本体、伸缩臂、清洁支架、延伸支架、旋转电机、电机仓、安装孔、清洁刷头、刷座、电源装置、连接轴、开关、走线腔和消防装置，消防装置包括消防水管、压管板、弧形板、弧形槽和水管卡头。通过上述方式，爬壁机器人不仅可以在运动的同时，对墙壁或者其他附着地进行清洁工作，而且还可以在发生火灾等情况的时候，进行消防灭火的工作，方便人们的使用。但是这种爬壁机器人的清洁系统与机器人本体固定连接，没有活动自由度，无法清洗具有窗框等障碍物的幕墙，壁面适应能力差，清洗效果受到影响。

申请日为2013年3月6日，申请号为201320101780.X的专利文献涉及的“清洗作业装置与爬壁机器人之间的自适应柔性连接机构”，其技术方案为：包括刷臂和柔性机构连接，刷臂直接与机器人本体固定连接，柔性机构一端与刷臂通过轴承连接，柔性机构另一端与清洗作业装置固定连接。与具有恒压装置的清洗作业装置配合使用，从而使得清洗作业装置在具备了独特的恒压清洗、恒压越障和清洗窗框类障碍物的功能，增加了清洗作业装置的壁面适应能力，提高了清洗作业装置与机器人的集成能力。该实用新型结构简单，容易实现。但是该实用新型清洗作业装置只有被动形变，无法通过机器人本体主动控制，越障过程中清洗作业装置变形严重而无法清洗窗框等障碍物，在狭小的作业环境中无法灵活规划清洗方式，机动性低，作业效率低，清洗效果差。

由上述可知，要提高清洗作业装置的清洗效果、壁面适应能力、与机器人本体的集成能力，根本的方法是在清洗作业装置和机器人本体之间增加自由度，在机器人本体提供足够吸附力的基础上，让清洗作业装置自动适应壁面的变化、越障过程及机器人本体高度方向的变化、机器人本体吸附压力的变化。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种灵活性好、壁面适应性强、作业效率高的用于幕墙清洗机器人的五自由度清洁机械手。

为解决上述问题，本实用新型所述的一种用于幕墙清洗机器人的五自由度清洁机械手，其特征在于：该机械手包括顶部设有箱盖的箱体、置于箱体内的步进电机、大臂、小臂、清洁头外壳和污水回收机构；所述箱盖上经旋转平台连有驱动臂座；所述驱动臂座的一侧设有小臂连杆舵机，其另一侧设有大臂连杆舵机；所述驱动臂座经大臂轴承及轴承法兰连有所述大臂；所述小臂连杆舵机经小臂传动摇臂、小臂连杆连有所述小臂；所述大臂连杆舵机经大臂传动摇臂、曲柄连有大臂连杆，该大臂连杆固定在所述大臂上；所述大臂的末端通过小臂轴承、小臂轴承法兰Ⅰ、小臂轴承法兰Ⅱ连有小臂臂座，该小臂臂座上固定有所述小臂；所述小臂末端安装有一个短U支架，该短U支架上固定安装清洁头旋转舵机；所述清洁头旋转舵机通过舵盘连接长U支架，该长U支架上分别固定有提拉绳电机、所述清洁头外壳；所述清洁头外壳的左下部和右下部分别固定有支撑轴，其底部中心设有固定架连接轴；所述提拉绳电机上设有拉绳轴，该拉绳轴铰连提拉绳；所述提拉绳的另一端固定于所述固定架连接轴上；所述清洁头外壳底部对称设有清洁胶棉固定架，且该清洁胶棉固定架通过所述固定架连接轴连接在一起；所述清洁胶棉固定架上设有清洁胶棉；所述支撑轴上设有支撑曲柄，该支撑曲柄的一端与所述清洁胶棉固定架相连；所述清洁胶棉固定架与所述清洁胶棉之间的空隙贯穿有弹性绳，该弹性绳的两端固定于所述清洁头外壳内部；所述清洁头外壳的顶部设有导水柱，该导水柱与所述污水回收机构相连。

所述步进电机的输出轴Ⅰ上连有蜗杆，该蜗杆的一端套合在设在所述箱体一侧的轴承法兰上；所述蜗杆啮合有蜗轮，该蜗轮嵌套在旋转轴上；所述旋转轴与所述箱体之间套合有旋转轴下轴承和旋转轴下法兰；所述旋转轴上嵌套有锁紧法兰，该锁紧法兰通过螺钉与所述蜗轮固连；所述旋转轴的顶端固定连接所述旋转平台，并嵌套有置于所述箱体上表面中心的旋转轴上轴承，该旋转轴上轴承固连有旋转轴上法兰。

所述大臂传动摇臂安装在所述大臂连杆舵机的输出轴Ⅱ上，末端圆柱穿过所述曲柄一端的圆孔Ⅰ，外面套有连杆轴承盖Ⅰ；所述曲柄另一端的圆孔Ⅱ与所述大臂连杆末端伸出的圆柱Ⅰ嵌套，外面套有连杆轴承盖Ⅱ。

所述小臂传动摇臂安装在所述小臂连杆舵机的输出轴Ⅲ上，末端与所述小臂连杆末端伸出的圆柱Ⅱ嵌套，外面套有连杆轴承盖Ⅲ。

所述污水回收机构包括硅胶管Ⅰ、硅胶管Ⅱ、过滤器和水箱；所述硅胶管Ⅰ的一端连接所述导水柱，另一端连接微型抽水泵的抽水口，该抽水口经所述过滤器与所述水箱相连；所述硅胶管Ⅱ连接于所述导水柱与所述微型冲水泵之间，该微型冲水泵的出水口与所述清洁胶棉相接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型中的机械手具有五个自由度，能够根据壁面的实际状况灵活调节机械手的清洗姿态，能在狭小的作业环境中有效地清洗包括窗框在内的障碍物，自主程度高，壁面适用性好。

2、本实用新型中机械臂角度的调节采用舵机，重量轻，力矩大，反应迅速，更易于集成。且清洁胶棉擦洗壁面的力度大，清洗效率高，清洗效果好。

3、本实用新型中的五自由度机械手自带污水回收机构，能在清洗作业当中及时的清洗清洁胶棉，且回收污水经过过滤再利用，既去除了壁面上的污水防止二次污染，又提高了水的利用率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的前视图。

图2为本实用新型剖面A-A视图。

图3为本实用新型上下二等角轴测视图。

图4为本实用新型清洁机构的前视图。

图5为本实用新型清洁机构的剖面B-B视图。

图6为本实用新型清洁机构的右视图。

图7为本实用新型清洁机构的剖面C-C视图。

图中：1.箱体；2.旋转轴；3.旋转轴下轴承；4.旋转轴下法兰；5.蜗轮；6.蜗杆；7.轴承法兰；8.步进电机；9.锁紧法兰；10.旋转轴上法兰；11.弹性绳；12.箱盖；13.旋转平台；14.驱动臂座；15.大臂连杆舵机；16.小臂连杆舵机；17.大臂传动摇臂；18.小臂传动摇臂；19.曲柄；20.连杆轴承盖Ⅰ；21.连杆轴承盖Ⅱ；22.连杆轴承盖Ⅲ；23.大臂连杆；24.小臂连杆；25.支撑轴； 26.大臂轴承及轴承法兰；27.支撑曲柄；28.固定架连接轴；29.大臂；30.小臂臂座；31.小臂轴承；32.清洁胶棉固定架；33.小臂轴承法兰Ⅰ；34.小臂轴承法兰Ⅱ；35.小臂；36.短U支架；37.清洁头旋转舵机；38.舵盘；39.清洁胶棉；40.长U支架；41.提拉绳电机；42.拉绳轴；43.提拉绳；44.清洁头外壳。

具体实施方式

如图1~7所示，一种用于幕墙清洗机器人的五自由度清洁机械手，该机械手包括顶部设有箱盖12的箱体1、置于箱体1内的步进电机8、大臂29、小臂35、清洁头外壳44和污水回收机构。

箱盖12上经旋转平台13连有驱动臂座14；驱动臂座14的一侧设有小臂连杆舵机16，其另一侧设有大臂连杆舵机15；驱动臂座14经大臂轴承及轴承法兰26连有大臂29；小臂连杆舵机16经小臂传动摇臂18、小臂连杆24连有小臂35；大臂连杆舵机15经大臂传动摇臂17、曲柄19连有大臂连杆23，该大臂连杆23固定在大臂29上；大臂29的末端通过小臂轴承31、小臂轴承法兰Ⅰ33、小臂轴承法兰Ⅱ34连有小臂臂座30，该小臂臂座30上固定有小臂35；小臂35末端安装有一个短U支架36，该短U支架36上固定安装清洁头旋转舵机37；清洁头旋转舵机37通过舵盘38连接长U支架40，该长U支架40上分别固定有提拉绳电机41、清洁头外壳44；清洁头外壳44的左下部和右下部分别固定有支撑轴25，其底部中心设有固定架连接轴28；提拉绳电机41上设有拉绳轴42，该拉绳轴42铰连提拉绳43；提拉绳43的另一端固定于固定架连接轴28上；清洁头外壳44底部对称设有清洁胶棉固定架32，且该清洁胶棉固定架32通过固定架连接轴28连接在一起；清洁胶棉固定架32上设有清洁胶棉39；支撑轴25上设有支撑曲柄27，该支撑曲柄27的一端与清洁胶棉固定架32相连；清洁胶棉固定架32与清洁胶棉39之间的空隙贯穿有弹性绳11，该弹性绳11的两端固定于清洁头外壳44内部；清洁头外壳44的顶部设有导水柱，该导水柱与污水回收机构相连。

其中：步进电机8的输出轴Ⅰ上连有蜗杆6，该蜗杆6的一端套合在设在箱体1一侧的轴承法兰7上；蜗杆6啮合有蜗轮5，该蜗轮5嵌套在旋转轴2上；旋转轴2与箱体1之间套合有旋转轴下轴承3和旋转轴下法兰4；旋转轴2上嵌套有锁紧法兰9，该锁紧法兰9通过螺钉与蜗轮5固连；旋转轴2的顶端固定连接旋转平台13，并嵌套有置于箱体1上表面中心的旋转轴上轴承，该旋转轴上轴承固连有旋转轴上法兰10。

大臂传动摇臂17安装在大臂连杆舵机15的输出轴Ⅱ上，末端圆柱穿过曲柄19一端的圆孔Ⅰ，外面套有连杆轴承盖Ⅰ20；曲柄19另一端的圆孔Ⅱ与大臂连杆23末端伸出的圆柱Ⅰ嵌套，外面套有连杆轴承盖Ⅱ21。

小臂传动摇臂18安装在小臂连杆舵机16的输出轴Ⅲ上，末端与小臂连杆24末端伸出的圆柱Ⅱ嵌套，外面套有连杆轴承盖Ⅲ22。

污水回收机构包括硅胶管Ⅰ、硅胶管Ⅱ、过滤器和水箱；硅胶管Ⅰ的一端连接导水柱，另一端连接微型抽水泵的抽水口，该抽水口经过滤器与水箱相连；硅胶管Ⅱ连接于导水柱与微型冲水泵之间，该微型冲水泵的出水口与清洁胶棉39相接。

本实用新型工作时，大臂连杆舵机15和小臂连杆舵机16分别通过大臂连杆23和小臂连杆24带动大臂29和小臂35转动，清洁头旋转舵机37通过长U支架40带动清洁头外壳44转动。大臂连杆舵机15、小臂连杆舵机16和清洁头旋转舵机37相互配合调节大臂29、小臂35和清洁头外壳44相对箱体1的角度，使清洁胶棉39平行紧贴于需要清洁的壁面。步进电机8通过蜗轮5和蜗杆6带动旋转平台13旋转，旋转平台13通过与之固连的驱动臂座14带动清洗机械臂旋转。旋转的清洁胶棉39擦洗去除壁面的污垢。清洁过程中的污水通过污水回收系统回收过滤再利用。

Claims (5)

1.一种用于幕墙清洗机器人的五自由度清洁机械手，其特征在于：该机械手包括顶部设有箱盖（12）的箱体（1）、置于箱体（1）内的步进电机（8）、大臂（29）、小臂（35）、清洁头外壳（44）和污水回收机构；所述箱盖（12）上经旋转平台（13）连有驱动臂座（14）；所述驱动臂座（14）的一侧设有小臂连杆舵机（16），其另一侧设有大臂连杆舵机（15）；所述驱动臂座（14）经大臂轴承及轴承法兰（26）连有所述大臂（29）；所述小臂连杆舵机（16）经小臂传动摇臂（18）、小臂连杆（24）连有所述小臂（35）；所述大臂连杆舵机（15）经大臂传动摇臂（17）、曲柄（19）连有大臂连杆（23），该大臂连杆（23）固定在所述大臂（29）上；所述大臂（29）的末端通过小臂轴承（31）、小臂轴承法兰Ⅰ（33）、小臂轴承法兰Ⅱ（34）连有小臂臂座（30），该小臂臂座（30）上固定有所述小臂（35）；所述小臂（35）末端安装有一个短U支架（36），该短U支架（36）上固定安装清洁头旋转舵机（37）；所述清洁头旋转舵机（37）通过舵盘（38）连接长U支架（40），该长U支架（40）上分别固定有提拉绳电机（41）、所述清洁头外壳（44）；所述清洁头外壳（44）的左下部和右下部分别固定有支撑轴（25），其底部中心设有固定架连接轴（28）；所述提拉绳电机（41）上设有拉绳轴（42），该拉绳轴（42）铰连提拉绳（43）；所述提拉绳（43）的另一端固定于所述固定架连接轴（28）上；所述清洁头外壳（44）底部对称设有清洁胶棉固定架（32），且该清洁胶棉固定架（32）通过所述固定架连接轴（28）连接在一起；所述清洁胶棉固定架（32）上设有清洁胶棉（39）；所述支撑轴（25）上设有支撑曲柄（27），该支撑曲柄（27）的一端与所述清洁胶棉固定架（32）相连；所述清洁胶棉固定架（32）与所述清洁胶棉（39）之间的空隙贯穿有弹性绳（11），该弹性绳（11）的两端固定于所述清洁头外壳（44）内部；所述清洁头外壳（44）的顶部设有导水柱，该导水柱与所述污水回收机构相连。

2.如权利要求1所述的一种用于幕墙清洗机器人的五自由度清洁机械手，其特征在于：所述步进电机（8）的输出轴Ⅰ上连有蜗杆（6），该蜗杆（6）的一端套合在设在所述箱体（1）一侧的轴承法兰（7）上；所述蜗杆（6）啮合有蜗轮（5），该蜗轮（5）嵌套在旋转轴（2）上；所述旋转轴（2）与所述箱体（1）之间套合有旋转轴下轴承（3）和旋转轴下法兰（4）；所述旋转轴（2）上嵌套有锁紧法兰（9），该锁紧法兰（9）通过螺钉与所述蜗轮（5）固连；所述旋转轴（2）的顶端固定连接所述旋转平台（13），并嵌套有置于所述箱体（1）上表面中心的旋转轴上轴承，该旋转轴上轴承固连有旋转轴上法兰（10）。

3.如权利要求1所述的一种用于幕墙清洗机器人的五自由度清洁机械手，其特征在于：所述大臂传动摇臂（17）安装在所述大臂连杆舵机（15）的输出轴Ⅱ上，末端圆柱穿过所述曲柄（19）一端的圆孔Ⅰ，外面套有连杆轴承盖Ⅰ（20）；所述曲柄（19）另一端的圆孔Ⅱ与所述大臂连杆（23）末端伸出的圆柱Ⅰ嵌套，外面套有连杆轴承盖Ⅱ（21）。

4.如权利要求1所述的一种用于幕墙清洗机器人的五自由度清洁机械手，其特征在于：所述小臂传动摇臂（18）安装在所述小臂连杆舵机（16）的输出轴Ⅲ上，末端与所述小臂连杆（24）末端伸出的圆柱Ⅱ嵌套，外面套有连杆轴承盖Ⅲ（22）。

5.如权利要求1所述的一种用于幕墙清洗机器人的五自由度清洁机械手，其特征在于：所述污水回收机构包括硅胶管Ⅰ、硅胶管Ⅱ、过滤器和水箱；所述硅胶管Ⅰ的一端连接所述导水柱，另一端连接微型抽水泵的抽水口，该抽水口经所述过滤器与所述水箱相连；所述硅胶管Ⅱ连接于所述导水柱与微型冲水泵之间，该微型冲水泵的出水口与所述清洁胶棉（39）相接。