專利名稱：輪腿牽引式平面幕墻清洗機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輪腿牽引式幕墻清洗機(jī)器人，適用于平面玻璃幕墻的自動(dòng)化清洗，屬于特種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的高層建筑，具有采光性好、保溫防潮、實(shí)用美觀等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)前幕墻的定期清洗仍主要依賴人工吊籃清洗方式，既危險(xiǎn)、效率又低。國(guó)內(nèi)北京藍(lán)星哈工大機(jī)器人技術(shù)有限公司研制的一種壁面清洗機(jī)器人(專利號(hào)ZL01202018.4)，其技術(shù)特征是采用單吸盤吸附輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，工作效率較高、清洗效果較好，但不能跨越壁面窗框等障礙。北京航空航天大學(xué)研制的一種擦窗機(jī)器人(專利號(hào)ZL00201085.2)，其技術(shù)特征是采用框架式多足多吸盤吸附移動(dòng)機(jī)構(gòu)，對(duì)壁面凹凸有一定的適應(yīng)能力，智能化程度高，但工作效率不高。中國(guó)發(fā)明專利《具有越障功能的雙吸盤負(fù)壓吸附單元》(申請(qǐng)(專利)號(hào)CN200410025218.9)以及《高樓玻璃幕墻清洗機(jī)系統(tǒng)》(申請(qǐng)(專利)號(hào)CN200410053264.X)針對(duì)高樓玻璃幕墻，提出了一種雙吸盤交替吸附跨越障礙的清洗機(jī)器人系統(tǒng)，具有很多顯著的優(yōu)點(diǎn)。但以上兩項(xiàng)申請(qǐng)專利盡管能跨越障礙，但越障過程不夠穩(wěn)定可靠，并且不能進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，其工作性能受到了影響。此外，在清洗機(jī)構(gòu)方面還需進(jìn)一步優(yōu)化，如吸盤和壁面間的相對(duì)滑動(dòng)可以作為壁面刮洗工序，從而可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化清洗機(jī)構(gòu)。因此，有必要在以上申請(qǐng)專利的基礎(chǔ)上進(jìn)一步結(jié)合帶突起窗框的平面玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，研制一種越障可靠穩(wěn)定、工作效率高、機(jī)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單的新型平面幕墻清洗機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種輪腿牽引式平面幕墻清洗機(jī)器人，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，能有效進(jìn)行幕墻清洗，并能可靠跨越壁面突起一定尺寸的窗框障礙。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的清洗機(jī)器人利用兩側(cè)帶有輪子的、類似腿式伸縮機(jī)構(gòu)的三個(gè)負(fù)壓吸盤同時(shí)或交替吸附于壁面，在自身重力和樓頂卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引作用下在壁面自上往下移動(dòng)，同時(shí)在姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)、清洗機(jī)構(gòu)、障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)的配合下完成清洗壁面及跨越窗框功能。
本發(fā)明的清洗機(jī)器人由輪腿式負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)、清洗機(jī)構(gòu)以及障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)組成。輪腿式負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)包括上、中、下三個(gè)單面開口的長(zhǎng)方體吸盤，三個(gè)吸盤各自受控于吸盤兩側(cè)的伸縮氣缸，可同時(shí)或交替吸附于壁面，吸盤開口面四周設(shè)置密封橡膠條，在吸盤中氣體一定程度泄漏時(shí)仍能吸附于壁面，并起到清除壁面水漬的作用。上、下吸盤外側(cè)面的差分驅(qū)動(dòng)輪構(gòu)成姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)，差分驅(qū)動(dòng)輪用來實(shí)時(shí)調(diào)整在清洗和越障過程中的姿態(tài)，從而保證越障可靠和系統(tǒng)安全，中吸盤外側(cè)的隨動(dòng)滾輪用來限制橡膠條與壁面接觸深度，減少橡膠條磨損。清洗機(jī)構(gòu)包括清洗滾刷、電機(jī)及水循環(huán)機(jī)構(gòu)，緊湊放置在中吸盤處。障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)由分別安裝在三個(gè)吸盤底部的三組機(jī)械觸點(diǎn)傳感器組成，分別完成三個(gè)吸盤對(duì)壁面突起障礙物的檢測(cè)。
本發(fā)明清洗機(jī)器人各組成機(jī)構(gòu)的具體連接方式為1、輪腿式負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)為三負(fù)壓吸盤結(jié)構(gòu)，由上吸盤、中吸盤及下吸盤構(gòu)成，每個(gè)吸盤殼體背部均放置一個(gè)電風(fēng)機(jī)，每個(gè)吸盤左右兩端各有一個(gè)伸縮氣缸與機(jī)器人主框架相連并固定在主框架的兩側(cè)面，每個(gè)吸盤受控于其左右兩端的伸縮氣缸，每個(gè)吸盤的開口面四周安裝橡膠條密封裝置。
當(dāng)吸盤開口面平整貼近壁面且電風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，依靠布置在每個(gè)吸盤開口外側(cè)面的橡膠條密封裝置，在單個(gè)吸盤的封閉空間內(nèi)形成負(fù)壓，機(jī)器人在負(fù)壓作用下吸附于壁面，從而使中吸盤內(nèi)的清洗刷高速旋轉(zhuǎn)時(shí)獲得對(duì)壁面的抽打力。
2、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)上吸盤和下吸盤的左右外側(cè)面均安裝一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，用來調(diào)整機(jī)器人在下滑清洗及越障過程中的姿態(tài)。各驅(qū)動(dòng)輪通過軸承座與放置在吸盤內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)連接，上吸盤外側(cè)面的驅(qū)動(dòng)輪和下吸盤外側(cè)面的驅(qū)動(dòng)輪為差分驅(qū)動(dòng)控制，中吸盤外側(cè)放置兩個(gè)超出吸盤開口面的隨動(dòng)滾輪。
在越障過程中，當(dāng)下吸盤縮回時(shí)，上吸盤仍然吸附在壁面上。當(dāng)上吸盤縮回時(shí)，下吸盤已重新在壁面吸附，從而始終能通過吸盤的兩驅(qū)動(dòng)輪實(shí)時(shí)調(diào)整在清洗和越障過程中的姿態(tài)，從而保證越障可靠和系統(tǒng)安全。中吸盤外側(cè)的隨動(dòng)滾輪用來限制橡膠條與壁面接觸深度，減少橡膠條磨損。
3、清洗機(jī)構(gòu)由清洗滾刷、滾筒軸、噴嘴、清洗電機(jī)及抽水泵組成。清洗滾刷放置在中吸盤內(nèi)部并固定在滾筒軸上成環(huán)狀，滾筒軸跨接在中吸盤兩端，滾筒軸經(jīng)同步傳動(dòng)裝置連接到中吸盤外側(cè)上方的清洗電機(jī)。主框架外側(cè)下部固定安裝儲(chǔ)水箱，連通儲(chǔ)水箱的抽水泵通過軟管連通中吸盤底部并排均勻間隔布置的噴嘴。
清洗電機(jī)通過同步帶傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)滾筒軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)清洗滾刷旋轉(zhuǎn)抽打壁面，完成對(duì)壁面以及在越障過程中對(duì)突起窗框的清洗。若干個(gè)噴嘴按一定間隔并排固定在中吸盤底部，抽水泵從儲(chǔ)水箱內(nèi)抽水噴淋清洗滾刷和壁面。壁面清洗后的污水經(jīng)中吸盤下側(cè)密封裝置的橡膠條聚集到中吸盤底部，并由軟管經(jīng)過濾后由抽水泵抽回到儲(chǔ)水箱內(nèi)循環(huán)使用。布置在吸盤開口面四周的密封橡膠條同時(shí)可作為壁面清潔裝置使用，能在清洗過程中緊貼壁面并隨吸盤一起沿壁面下滑，自上而下刮洗并清除壁面殘留水漬。
4、障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)由分別安裝在三個(gè)吸盤底部的三組機(jī)械觸點(diǎn)傳感器組成，每組機(jī)械觸點(diǎn)傳感器以所在吸盤的垂直中心線對(duì)稱放置。根據(jù)傳感器檢測(cè)信號(hào)，控制系統(tǒng)判斷機(jī)器人自上而下滑動(dòng)清洗過程中是否接近突起窗框，經(jīng)氣缸驅(qū)動(dòng)，使三個(gè)吸盤依次回縮，跨越障礙后再依次伸出，實(shí)現(xiàn)在清洗過程中的整體越障。
本發(fā)明依靠機(jī)器人自身重力在樓頂卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引下實(shí)現(xiàn)自上而下移動(dòng)清洗，采用三個(gè)輪腿式吸盤的交替吸附跨越窗框類障礙，并能實(shí)時(shí)調(diào)整姿態(tài)，能對(duì)平面玻璃幕墻實(shí)現(xiàn)高效可靠的自動(dòng)化清洗。本發(fā)明方法相對(duì)于現(xiàn)有的人工清洗方式，費(fèi)用低、安全性高，能大幅提高清洗效率；相對(duì)于現(xiàn)有的清洗機(jī)，能有效解決姿態(tài)調(diào)整、越障復(fù)雜不穩(wěn)定、機(jī)構(gòu)復(fù)雜性和工作效率不能兼容的問題。


圖1是本發(fā)明清洗機(jī)器人的背面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，1為上吸盤，2為吸盤密封裝置，3為吸盤兩側(cè)面的伸縮氣缸，4為吸盤兩側(cè)面的驅(qū)動(dòng)輪，5為中吸盤，6為滾筒軸，7為中吸盤兩側(cè)的隨動(dòng)輪，8為下吸盤，9為儲(chǔ)水箱固定板，10為儲(chǔ)水箱，11為儲(chǔ)水箱固定卡條，12為抽水泵，13為吸盤電風(fēng)機(jī)，14為主框架，15為起重吊環(huán)。
圖2是本發(fā)明清洗機(jī)器人的斜正面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2中，2為吸盤密封裝置，3為伸縮氣缸，4為驅(qū)動(dòng)輪，10為儲(chǔ)水箱，16為驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，17為吸盤底部的機(jī)械觸點(diǎn)傳感器，18為同步帶傳送裝置，19為清洗電機(jī)，20為清洗滾刷。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明清洗機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成如圖1和圖2所示。機(jī)器人依靠三吸盤的橡膠條密封裝置2，利用輪腿式負(fù)壓吸盤結(jié)構(gòu)的上吸盤1、中吸盤5及下吸盤8及布置在吸盤左右兩側(cè)的伸縮氣缸3，同時(shí)或交替吸附于壁面，依靠自身重力和樓頂卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引作用至上而下滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)壁面清洗和跨越窗框障礙，并通過上吸盤1和下吸盤8左右外側(cè)面的驅(qū)動(dòng)輪4，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在清洗和越障過程中的姿態(tài)調(diào)整。
清洗機(jī)器人由輪腿式負(fù)壓吸附結(jié)構(gòu)、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)、清洗機(jī)構(gòu)、障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)組成。
所述輪腿式負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)為三負(fù)壓吸盤結(jié)構(gòu)，由上吸盤1、中吸盤5及下吸盤8構(gòu)成，每個(gè)吸盤均有一個(gè)固定在吸盤外側(cè)面中部的電風(fēng)機(jī)13，每個(gè)吸盤通過其左右兩側(cè)的伸縮氣缸3，用螺絲固定在機(jī)器人主框架14的兩側(cè)面。每個(gè)吸盤受控于其左右兩端的伸縮氣缸3，通過伸縮氣缸3的伸出和回縮，使吸盤完成跨越障礙過程。三個(gè)吸盤完全伸出后基本處在一個(gè)平面。每個(gè)吸盤的開口面四周安裝橡膠條密封裝置2，橡膠條一端夾緊在吸盤上，一端伸出與壁面接觸。機(jī)器人主框架14上方設(shè)置起重吊環(huán)15。
所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)中，上吸盤1和下吸盤8的左右外側(cè)面均安裝一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪4，通過雙輪差速控制調(diào)整機(jī)器人在下滑清洗及越障過程中的姿態(tài)。各驅(qū)動(dòng)輪4通過安裝在吸盤外側(cè)面上的軸承座與放置在吸盤內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)16連接。上吸盤1外側(cè)面的驅(qū)動(dòng)輪4和下吸盤8外側(cè)面的驅(qū)動(dòng)輪4為差分驅(qū)動(dòng)控制。在越障過程中，當(dāng)下吸盤8縮回時(shí)，上吸盤1仍吸附在壁面上；當(dāng)上吸盤1縮回時(shí)，下吸盤8已重新在壁面吸附，從而始終能通過吸盤的兩驅(qū)動(dòng)輪調(diào)整姿態(tài)。中吸盤5外側(cè)放置兩個(gè)超出吸盤開口面的隨動(dòng)滾輪7，用來限制密封裝置2的橡膠條與壁面接觸深度，減少磨損以及壁面對(duì)吸盤的摩擦力。
所述清洗機(jī)構(gòu)由清洗滾刷20、滾筒軸6、噴嘴、清洗電機(jī)19及抽水泵12組成，清洗滾刷20、滾筒軸6、噴嘴均放置在中吸盤5內(nèi)部，清洗滾刷20固定在滾筒軸6上成環(huán)狀，滾筒軸6跨接在中吸盤5兩端，并經(jīng)同步傳動(dòng)裝置18連接固定在中吸盤5外側(cè)的清洗電機(jī)19。主框架14外側(cè)下部采用固定卡條11固定安裝儲(chǔ)水箱10，連通儲(chǔ)水箱10的抽水泵12通過軟管連通中吸盤5底部并排均勻間隔布置的噴嘴。
清洗電機(jī)19經(jīng)同步帶傳動(dòng)裝置18通過滾筒軸6帶動(dòng)清洗滾刷20旋轉(zhuǎn)。當(dāng)中吸盤5吸附于壁面上，清洗滾刷20抽打壁面，使機(jī)器人完成對(duì)壁面的清洗以及在越障過程中對(duì)窗框障礙物的清洗。三個(gè)吸盤完全伸出后與壁面呈平面接觸。中吸盤5內(nèi)的噴嘴按一定間隔并排固定在其內(nèi)部后側(cè)面底部，抽水泵12從儲(chǔ)水箱10內(nèi)抽水噴淋清洗滾刷20和壁面。壁面清洗后的污水經(jīng)中吸盤5下側(cè)密封裝置2的橡膠條聚集到中吸盤5底部并由軟管經(jīng)過濾后由抽水泵12抽回到儲(chǔ)水箱10內(nèi)循環(huán)使用。每個(gè)吸盤的密封裝置2能在清洗過程中緊貼壁面并隨吸盤一起沿壁面下滑，防止吸盤中氣體過量泄漏，同時(shí)還完成壁面刮洗并清除殘留水漬的作用。
所述障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)由分別安裝在三個(gè)吸盤底部的三組機(jī)械觸點(diǎn)傳感器17組成，每組機(jī)械觸點(diǎn)傳感器17以所在吸盤的垂直中心線對(duì)稱放置。通過檢測(cè)三個(gè)吸盤在自上而下清洗過程中是否接近突起窗框，經(jīng)吸盤各自的伸縮汽缸3使三個(gè)吸盤依次回縮，跨越障礙后，再依次伸出，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在清洗過程中的整體越障。
權(quán)利要求
1.一種輪腿牽引式平面幕墻清洗機(jī)器人，包括輪腿式負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)、清洗機(jī)構(gòu)、障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述輪腿式負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)為三負(fù)壓吸盤結(jié)構(gòu)，由上吸盤(1)、中吸盤(5)及下吸盤(8)構(gòu)成，每個(gè)吸盤殼體背部均放置一個(gè)電風(fēng)機(jī)(13)，每個(gè)吸盤左右兩端各有一個(gè)伸縮氣缸(3)與機(jī)器人主框架(14)相連并固定在主框架的兩側(cè)面，每個(gè)吸盤受控于其左右兩端的伸縮氣缸(3)，每個(gè)吸盤的開口面四周安裝橡膠條密封裝置(2)；所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)中，上吸盤(1)和下吸盤(8)的左右外側(cè)面均安裝一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪(4)，各驅(qū)動(dòng)輪(4)通過軸承座與放置在吸盤內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(16)連接，上吸盤(1)外側(cè)面的驅(qū)動(dòng)輪(4)和下吸盤(8)外側(cè)面的驅(qū)動(dòng)輪(4)為差分驅(qū)動(dòng)控制，中吸盤(5)外側(cè)放置兩個(gè)超出吸盤開口面的隨動(dòng)滾輪(7)；所述清洗機(jī)構(gòu)由清洗滾刷(20)、滾筒軸(6)、噴嘴、清洗電機(jī)(19)及抽水泵(12)組成，清洗滾刷(20)放置在中吸盤(5)內(nèi)部并固定在滾筒軸(6)上成環(huán)狀，滾筒軸(6)跨接在中吸盤(5)兩端，并經(jīng)同步傳動(dòng)裝置(18)連接固定在中吸盤(5)外側(cè)的清洗電機(jī)(19)，主框架(14)外側(cè)下部固定安裝儲(chǔ)水箱(10)，連通儲(chǔ)水箱(10)的抽水泵(12)通過軟管連通中吸盤(5)底部并排均勻間隔布置的噴嘴；所述障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)由分別安裝在三個(gè)吸盤底部的三組機(jī)械觸點(diǎn)傳感器(17)組成，每組機(jī)械觸點(diǎn)傳感器(17)以所在吸盤的垂直中心線對(duì)稱放置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輪腿牽引式平面幕墻清洗機(jī)器人，輪腿式負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)中的三個(gè)吸盤各自受控于吸盤兩側(cè)的伸縮氣缸，可同時(shí)或交替吸附于壁面，吸盤開口面四周設(shè)置密封橡膠條，在吸盤中氣體少量泄漏時(shí)還能清洗壁面，并能隨吸盤下滑清除壁面水漬。上、下吸盤外側(cè)面的差分驅(qū)動(dòng)輪構(gòu)成姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)，保證安全越障。中吸盤外側(cè)的隨動(dòng)滾輪用來限制橡膠條與壁面接觸深度，減少橡膠條磨損。清洗機(jī)構(gòu)包括清洗滾刷、電機(jī)及水循環(huán)機(jī)構(gòu)，緊湊放置在中吸盤處。障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)由分別安裝在三個(gè)吸盤底部的三組機(jī)械觸點(diǎn)傳感器組成，分別完成三個(gè)吸盤對(duì)壁面突起障礙物的檢測(cè)。本發(fā)明依靠樓頂卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引作用至上而下移動(dòng)，完成對(duì)平面玻璃幕墻的高效清洗，越障穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)A47L11/00GK1864940SQ200610027998
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月22日
發(fā)明者趙言正, 錢志源, 付莊, 胡啟寶 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)