CN113498995A - 一种双吸附式多方向移动可越障壁面清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双吸附式多方向移动可越障壁面清洗机器人，安装在机架（1）上的四个越障三角轮（2）可实现立面内八个方向的移动，安装在机架（1）的底面和顶面的负压吸附装置（35）和旋翼推力装置（36）可实现在壁面吸附，立面清洗装置（37）安装在机架（1）底面四条棱边上实现壁面清洗，机架（1）上设置有供水供电装置安装管（28）、供水供电集装盒（33）为运行提供水源和电源。本发明具有移动快捷、变向灵活、越障稳定，清洗高效，动力持续，质量轻等优点，能够稳定地吸附和行走在的壁面上，当遇到障碍物时可以安全的越过障碍物，立面清洗装置（37）能够有效的对壁面进行清洗。

Description

一种双吸附式多方向移动可越障壁面清洗机器人

技术领域

本发明涉及壁面清洗机器人领域，尤其是一种双吸附式多方向移动可越障壁面清洗机器人。

背景技术

目前，建筑物的玻璃幕墙主要依靠人工方式进行清洗，这种高空作业不仅耗费大量人力物力，而且危险性极高，若突遇不确定因素干扰，极易危害清洗工人的人身安全。为此，各类高层玻璃幕墙清洗机器人应用而生，用于替代人工完成清洗作业。现阶段大多数高层玻璃幕墙清洗机器人采用磁力吸附、真空负压吸附、机械硬接触等方式进行壁面吸附，但普遍存在吸附力小、越障能力弱、工作效率低且续航时间短的问题。例如，专利CN202010288782.9提出了一种在玻璃壁面移动的机器人，借助吸盘吸附在玻璃上，并通过移动机构交互动作在玻璃壁面上移动，但存在移动缓慢、变向迟钝、越障能力若、工作空间有限等不足。因此，开发一款移动速度快、越障能力强、续航时间长的玻璃幕墙清洗机器人具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种双吸附式多方向移动可越障壁面清洗机器人，具有移动速度快、变向灵活、吸附力大、越障能力强、工作效率高且续航时间长的特点，可以实现对复杂立面建筑壁面的清洗。

本发明内容具体如下：一种双吸附式多方向移动可越障壁面清洗机器人，包括机架、越障三角轮、负压吸附装置、旋翼推力装置、供水供电装置及立面清洗装置。机架为长方体棱边结构，越障三角轮均布安装在底面四个顶角，负压吸附装置和旋翼推力装置分别安装在底面和顶面，立面清洗装置安装在底面四条棱边上。

机架是由十二根碳纤维管连接成的一个长方体棱边结构，机架上设置有越障三角轮、负压吸附装置、旋翼推力装置、供水供电装置及立面清洗装置。机架的内侧表面设置有玻璃透明度传感器与压力传感器。

越障三角轮包括履带三角轮、履带三角轮轴、减速电机、扭矩舵机、电机座以及越障三角轮连接座；履带三角轮由动力传输带、履带、主动轴以及轮边从动轴组成，履带三角轮轴一端与履带三角轮连接，另一端与减速电机连接，减速电机安装在电机座上，扭矩舵机连接电机座带动履带三角轮实现一百八十度范围旋转，减速电机与大扭矩舵机均由供电装置供电，越障三角轮在机器人底部四个顶角各有一个。

负压吸附装置包括涡轮、无刷电机、无刷电机座、负压缸体以及双向电调，无刷电机座安装在负压缸体底侧，所述无刷电机固定在无刷电机座上，所述涡轮安装在无刷电机的电机轴上，无刷电机的控制端与双向电调连接，无刷电机及双向电调均由供电装置供电，负压吸附装置在机器人底部前后各有一个。

旋翼推力装置包括螺旋桨、无刷电机，无刷电机座、扭矩舵机、旋翼底盘以及双向电调，无刷电机座安装在旋翼底盘，所述无刷电机固定在无刷电机座上，所述螺旋桨安装在无刷电机的电机轴上，无刷电机的控制端与双向电调连接，扭矩舵机舵机轴与旋翼底盘连接，控制旋翼推力装置的角度调节，无刷电机以及扭矩舵机均由供电装置供电。

供水供电装置包括水箱、水电输送管、供水供电管安装座以及水电管分支箱。水箱安装在建筑物顶侧，水电输送管一端与水箱相连，另一端与供水供电管安装座相连，供水供电管安装座安装在水电管分支箱上，水电输送管从左到右的三根管依次是供水管、回水管和电线管。

立面清洗装置包括五根清洗轴毛刷，两个减速电机、清洗刷底座以及减速电机座。减速电机通过动力输出带动主动轴转动，主动轴通过万向节连接带动从动轴，五根清洗轴两端均安装有轴承座，轴承座安装在立面清洗装置安装座上，通过五根清洗轴毛刷转动进行清洗。立面清洗装置第一从动轴左侧与供水管相连，尾侧与回水管相连，立面清洗装置安装座与机架通过立面清洗装置连接架连接。前侧从动清洗轴毛刷内轴为管件，管件右侧未导通，管件左侧导通，管件表面有许多均匀小孔；前、左以及右侧清洗轴为一组，左侧清洗轴为主动轴，前侧和右侧为从动轴，中间通过万向节连接；后侧对称两根清洗轴为一组，右后侧清洗轴为主动轴，左后侧清洗轴为主动轴，中间通过万向节连接；减速电机均由供电装置供电。

本发明相对现有技术具有如下优点：1、采用旋翼吸附和负压吸附两种组合式吸附方式，提供可靠的吸附力；2、采用履带三角轮为移动装置，履带和整体均可以转动，有优越的越障能力；3、选用碳纤维管设计机架结构，保证强度刚度，降低总体重量；4、机架底面设计四个扭矩舵机，实现机器人在壁面的多方位移动，变向灵活；5、设计立面清洗装置，实现废水的回收，在工作时通过摩擦抵消部分重力。

附图说明

图1为该发明的斜视图。

图2为该发明的俯视图。

图3为该发明的仰视图。

图4为该发明的立面清洗装置图。

图5为该发明的双吸附爬壁装置图。

图6为该发明工作时的状态图。

图中，1—机架，2—越障三角轮，3—第一减速电机，4—第一扭矩舵机，5—越障三角轮安装座，6—旋翼无刷电机，7—旋翼叶片，8—第二扭矩舵机，9—旋翼安装座，10—涡轮叶片，11—涡轮无刷电机，12—负压缸体，13—负压吸附机构安装座，14—第一主动轴，15—第一万向节，16—第一从动轴，17—第二万向节，18—第二从动轴，19—第二主动轴，20—第三万向节，21—第三从动轴，22—第二减速电机，23—第三减速电机，24—第一轴承座，25—第二轴承座，26—立面清洗装置安装座，27—立面清洗装置连接架，28—供水供电管安装座，29—玻璃透明度传感器，30—压力传感器，31—玻璃幕墙，32—供电供水装置，33—水电管分支箱，34—电线管，35—负压吸附装置，36—旋翼推力装置，37—立面清洗装置，38—履带三角轮，39—履带三角轮轴，40—水箱，41—清洗机器人，42—供水管，43—回水管。

说明：越障三角轮、负压吸附装置、旋翼推力装置、供水供电装置及立面清洗装置均采用单片机进行控制；该发明所涉及供水供电装置内部构造及控制电路省略。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图6所示，一种双吸附式多方向移动可越障壁面清洗机器人，包括机架1、越障三角轮2、负压吸附装置35、旋翼推力装置36、供水供电装置32及立面清洗装置37。所述机架1为长方体棱边结构，所述越障三角轮2数量为四个，四个越障三角轮2均布安装在机架1底面四个顶角，所述负压吸附装置35和旋翼推力装置36分别安装在机架1的底面和顶面，所述立面清洗装置37安装在机架1底面四条棱边上；所述机架1上设置有供水供电管安装座28、水电管分支箱33、立面清洗装置安装座26和负压吸附机构安装座13；越障三角轮2、负压吸附装置35、旋翼推力装置36、供水供电装置32及立面清洗装置37均采用单片机进行控制。

如图1、图2和图6所示，越障三角轮2包括履带三角轮38、第一减速电机3、第一扭矩舵机4以及越障三角轮安装座5。履带三角轮轴39一端与履带三角轮38连接，另一端与第一减速电机3连接，所述第一扭矩舵机4连接第一减速电机3带动履带三角轮38实现一百八十度范围旋转，使清洗机器人41可以在立面内进行上、下、左、右，右上、右下、左上、左下八个方向的移动；第一减速电机3与第一扭矩舵机4均由供水供电装置32供电。

如图3、图5和图6所示，负压吸附装置35包括涡轮叶片10、涡轮无刷电机11以及负压缸体12。涡轮无刷电机11安装在负压缸体底侧12，所述涡轮叶片10安装在涡轮无刷电机11的电机轴上，负压缸体12安装在负压吸附机构安装座13上，负压吸附机构安装座13与机架1连接，涡轮无刷电机11由供水供电装置32供电。

图5和图6所示，旋翼推力装置36包括旋翼叶片7、旋翼无刷电机6、第二扭矩舵机8以及旋翼机构安装座9，旋翼无刷电机6安装在旋翼机构安装座9，所述旋翼叶片7安装在旋翼无刷电机6的电机轴上，第二扭矩舵机8舵机轴与旋翼机构安装座9连接，控制旋翼推力装置36的角度调节，旋翼无刷电机6和第二扭矩舵机8均由供水供电装置32供电。

如图1和图6所示，供水供电装置32包括水箱40、供水供电管安装座28以及水电管分支箱33。水箱40安装在建筑物顶侧，供水供电管安装座28安装在水电管分支箱33上，水电输送管从左到右的三根管依次是供水管42、回水管43和电线管34。

如图1、图4和图6所示，立面清洗装置37包括第一主动轴14，第一万向节15，第一从动轴16，第二万向节17，第二从动轴18，第二主动轴19，第三万向节20，第三从动轴21，第二减速电机22，第三减速电机23，第一轴承座24，第二轴承座25；第二减速电机22通过动力输出带动第一主动轴14转动，第一主动轴14通过与第一万向节15连接带动第一从动轴16，第一从动轴16通过与第二万向节17连接带动第二从动轴18；第三减速电机23通过动力输出带动第二主动轴19转动，第二主动轴19通过与第三万向节20连接带动第三从动轴21；第一从动轴16两侧安装第一轴承座24和第二轴承座25；五根清洗轴两端均安装有轴承座，轴承座安装在立面清洗装置安装座26上，通过五根清洗轴毛刷转动对玻璃幕墙31进行清洗；立面清洗装置37的第一从动轴16左侧与供水管42相连，尾侧与回水管43相连，立面清洗装置安装座26与机架1通过立面清洗装置连接架27相连。第一从动轴16清洗轴毛刷内轴为管件，管件右侧未导通，左侧导通，管件表面有许多均匀小孔；第一从动轴16清洗轴上左侧安装玻璃透明度传感器29和压力传感器30；第一主动轴14、第一万向节15、第一从动轴16、第二万向节17、以及第二从动轴18为一组；第二主动轴19，第三万向节20，第三从动轴20为一组。

本发明的一次工作过程如下：a. 将水箱40放置在建筑物楼顶，将水电输送管一端连接在水箱40上，另外一端连接供水供电管安装座28处，供水供电装置32可以对水电输送管的长度进行调节。当清洗机器人41被放置在起始位置后，开始对玻璃幕墙31开始清洗。

b. 负压吸附装置35启动，通过涡轮无刷电机11带动涡轮叶片10高速旋转，将负压缸体12中的气体抽出，负压缸体12处于一个负压状态，负压吸附装置共有两套负压吸附缸体，安装在机架1的前后两侧，在大气压强作用下，使清洗机器人41吸附在玻璃幕墙31上。

c. 供水供电装置32启动，通过水箱40内的清洗水吸入供水管42内经过水电管分支箱33输送至第一从动轴16的毛刷管内，清洗水从毛刷管内的小孔内润湿到第一从动轴16的毛刷管外侧；尾侧的污水吸入回水管43内回收到水箱40。

d. 立面清洗装置37启动，第二减速电机22带动第一主动轴14向外侧转动，第一主动轴14通过第一万向节15带动第一从动轴16转动，第一从动轴16通过第二万向节17带动第二从动轴18转动；第三减速电机23带动第二主动轴19向内侧转动，第二主动轴19通过第三万向节20带动第三从动轴21转动。至此，五根清洗轴都开始向前侧转动，五根清洗轴两端均安装有轴承，轴承座安装在立面清洗装置安装座26上，通过五根清洗轴毛刷转动进行清洗；在第一从动轴16安装了玻璃透明度传感器29和压力传感器30，单片机通过玻璃透明度传感器29和压力传感器30检测清洗刷是否达到合适压力值和透明度，确保清洗玻璃达到标准要求。

e. 越障三角轮2启动，所述越障三角轮2包括履带三角轮38、第一减速电机3、第一扭矩舵机4以及越障三角轮安装座5各四个，安装在在机架1底面四个顶角；越障三角轮2可以移动到玻璃幕墙31的任何位置，由于四个越障三角轮2的运动状态和工作原理一致，所以下面描述运动状态和工作原理时，对左上侧的越障三角轮2进行描述。清洗机器人41向上移动时，单片机控制第一减速电机3向前转动，第一扭矩舵机4偏转角度为零度；清洗机器人41向下移动时，单片机控制第一减速电机3向后转动，第一扭矩舵机4偏转角度为零度；清洗机器人41向右移动时，单片机控制第一减速电机3向前转动，第一扭矩舵机4偏转角度为九十度；清洗机器人41向左移动时，单片机控制第一减速电机3向后转动，第一扭矩舵机4偏转角度为九十度；清洗机器人41向右上移动时，单片机控制第一减速电机3向前转动，第一扭矩舵机4偏转角度为四十五度；清洗机器人41向左上移动时，单片机控制第一减速电机3向前转动，第一扭矩舵机4偏转角度为负四十五度；清洗机器人41向右下移动时，单片机控制第一减速电机3向后转动，第一扭矩舵机4偏转角度为负四十五度；清洗机器人41向左下移动时，单片机控制第一减速电机3向后转动，第一扭矩舵机4偏转角度为四十五度。其他三个越障三角轮2工作原理以此类推。在此立面移动过程中，履带三角轮38外侧三角履带传动。

f. 在移动过程中，越障三角轮2碰到前方障碍物，履带会卡在障碍物上，履带停止转动，越障三角轮2整体转动，越过障碍物，在此越障过程中，由于清洗机器人41爬上障碍物会造成清洗机器人41重心升高，会造成负压吸附装置35吸附力不足，此时旋翼推力装置36启动，旋翼无刷电机6带动旋翼叶片7高速转动，在旋翼叶片7的作用下提供足够的推力给旋翼机构安装座9，旋翼机构底盘9安装在机架1上，将推力传递给清洗机器人41；通过第二扭矩舵机8调节旋翼推力装置36的角度，第二扭矩舵机8舵机轴连接旋翼机构安装座9的调节轴，通过第二扭矩舵机8调节旋翼推力装置36的推力方向，保证清洗机器人41在越障过程中爬壁的稳定性。

Claims (4)

1.一种双吸附式多方向移动可越障壁面清洗机器人，主要包括机架（1）、越障三角轮（2）、负压吸附装置（35）、旋翼推力装置（36）、供水供电装置（32）及立面清洗装置（37）；其特征在于机架（1）为长方体棱边结构，所述越障三角轮（2）数量为四个，四个越障三角轮均布安装在机架（1）底面四个顶角，所述负压吸附装置（35）和旋翼推力装置（36）分别安装在机架（1）的底面和顶面，所述立面清洗装置安装在机架（1）底面四条棱边上；所述机架（1）上设置有供水供电装置安装管（28）、供水供电集装盒（33）、立面清洗装置安装座（26）和负压吸附机构安装座（13）；机架（1）的内侧表面设置有玻璃透明度传31感器（29）与压力传感器（30）；越障三角轮（2）、负压吸附装置（35）、旋翼推力装置（36）、供水供电装置（32）及立面清洗装（37）均采用单片机进行控制；所述越障三角轮（2）包括履带三角轮（38）、第一减速电机（3）、第一扭矩舵机（4）以及越障三角轮安装座（5）；履带三角轮轴（39）一端与履带三角轮（38）连接，另一端与第一减速电机（3）连接，所述第一扭矩舵机（4）连接第一减速电机（3）带动履带三角轮（38）；第一减速电机（3）与第一扭矩舵机（4）均由供水供电装置（32）供电。

2.根据权利要求1所述的一种双吸附式多方向移动可越障壁面清洗机器人，其特征在于：所述负压吸附装置（35）包括涡轮叶片（10）、涡轮无刷电机（11）以及负压缸体（12）；涡轮无刷电机（11）安装在负压缸体底侧（12），所述涡轮叶片（10）安装在涡轮无刷电机（11）的电机轴上，负压缸体（12）安装在负压吸附机构安装座（13）上，负压吸附机构安装座（13）与机架（1）连接，涡轮无刷电机（11）由供水供电装置（32）供电；所述旋翼推力装置（36）包括旋翼叶片（7）、旋翼无刷电机（6）、第二扭矩舵机（8）以及旋翼机构安装座（9），旋翼无刷电机（6）安装在旋翼机构安装座（9），所述旋翼叶片（7）安装在旋翼无刷电机（6）的电机轴上，第二扭矩舵机（8）舵机轴与旋翼机构安装座（9）连接，控制旋翼推力装置（36）的角度调节，旋翼无刷电机（6）和第二扭矩舵机（8）均由供水供电装置（32）供电。

3.根据权利要求1所述的一种双吸附式多方向移动可越障壁面清洗机器人，其特征在于：所述立面清洗装置（37）包括第一主动轴（14），第一万向节（15），第一从动轴（16），第二万向节（17），第二从动轴（18），第二主动轴（19），第三万向节（20），第三从动轴（21），第二减速电机（22），第三减速电机（23），第一轴承座（24），第二轴承座（25）；第二减速电机（22）通过动力输出带动第一主动轴（14）转动，第一主动轴（14）通过与第一万向节（15）连接带动第一从动轴（16），第一从动轴（16）通过与第二万向节（17）连接带动第二从动轴（18）；第三减速电机（23）通过动力输出带动第二主动轴（19）转动，第二主动轴（19）通过与第三万向节（20）连接带动第三从动轴（21）；第一从动轴（16）两侧安装第一轴承座（24）和第二轴承座（25）；五根清洗轴两端均安装有轴承座，轴承座安装在立面清洗装置安装座（26）上，通过五根清洗轴毛刷转动对玻璃幕墙（31）进行清洗；立面清洗装置第一从动轴（16）与供水供电集装盒（33）相连，尾侧与水电输送管（34）相连，立面清洗装置安装座（26）与机架（1）通过立面清洗装置连接架（27）相连；第一从动轴（16）清洗轴毛刷内轴为管件，管件右侧未导通，左侧导通，管件表面有许多均匀小孔，供水供电集装盒（33）与第一从动轴（16）清洗轴左侧相连；第一主动轴（14）、第一万向节（15）、第一从动轴（16）、第二万向节（17）、以及第二从动轴（18）为一组；第二主动轴（19），第三万向节（20），第三从动轴（20）为一组。

4.根据权利要求1所述的一种双吸附式多方向移动可越障壁面清洗机器人，其特征在于：根据权利要求1所述的一种双吸附式多方向移动可越障壁面清洗机器人，其特征在于：所述水箱（40）安装在建筑物顶侧，水电输送管（32）一端与水箱（40）相连，另一端与供水供电管安装座（28）相连，供水供电管安装座（28）安装在水电管分支箱（33）上，水电输送管（32）从左到右的三根管依次是供水管（42）、回水管（43）和电线管（34）。

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