一種用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法，該控制方法首先通過檢測到的障礙信號來控制前端吸附部件轉動并抬起跨越障礙和越障行走裝置行走，同時對越障行走裝置的行走進行計時；然后通過計時結果控制底部吸附部件收縮避開障礙或伸出吸附外墻。本發(fā)明用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法，可根據(jù)障礙物的位置控制機器人行走動作以實現(xiàn)機器人順利跨越障礙，從而提高機器人的越障能力和靈活性，以及機器人在高空清潔的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。本發(fā)明用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法使得機器人具有外墻的清潔度檢測、機器人本體水平行走狀態(tài)檢測和外墻邊緣的功能，使得該機器人具有智能清潔的功能。
【專利說明】
一種用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及清潔機器人技術領域，更具體地說，涉及一種用于清潔建筑外墻的越 障式機器人的控制方法。
【背景技術】
[0002] 在城市里，高樓大廈的外墻一般會采用陶瓷貼片外墻或者玻璃幕墻，需要定期進 行清洗以保持整體的美觀。目前，一般使用繩索將人員吊在建筑外墻進行清潔作業(yè)，行業(yè)稱 之為"蜘蛛人"。進行建筑外墻清潔的"蜘蛛人"是非常危險的工作，"蜘蛛人"在清潔作業(yè)過 程中僅憑繩索吊在空中，不但工作環(huán)境十分危險，而且效率低下。特別是對陶瓷貼片外墻的 清洗，清洗的工作量大且危險，"蜘蛛人"完成起來也非常困難。因此急需利用機器來替代人 工進行高樓墻面的清洗工作。
[0003] 現(xiàn)階段市面上也出現(xiàn)各種爬墻清潔機器人，但是大多存在越障能力有限和靈活性 差的問題，導致無法到達所有的墻面進行清潔作業(yè)，依然需要清洗人員進行高空清潔工作。 同時，現(xiàn)有使用的爬墻清潔機器人大多依靠繩索牽引克服自身重力，清潔機器人移動方位 受限導致靈活性差，還有存在高空清潔的穩(wěn)定性和安全性的問題。而且，由于高樓墻壁的清 洗作業(yè)對高度和越障的條件要求較高，因此，目前出現(xiàn)對建筑外墻清潔工作的爬墻清潔機 器人大多存在越障能力有限，導致無法到達所有的墻面進行清潔作業(yè)。現(xiàn)階段，如何高效控 制機器人的行走來提高其越障能力和靈活性從而達到有效的清潔效果以及在高空行走的 穩(wěn)定性和安全性，是現(xiàn)有清潔機器人需要解決的重要問題。
[0004] 同時，現(xiàn)有的清潔機器人只具備越障和清潔的功能，無法達到智能檢測清潔的效 果，從而大大降低清潔機器人的實用性和使用性。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的缺點與不足，提供一種用于清潔建筑外墻的 越障式機器人的控制方法，該控制方法可根據(jù)障礙物的位置控制機器人行走動作以實現(xiàn)機 器人順利跨越障礙，從而提高機器人的越障能力和靈活性，以及機器人在高空清潔的穩(wěn)定 性、可靠性和安全性。更進一步的目的在于提供一種用于清潔建筑外墻的越障式機器人的 控制方法，使得機器人具有智能清潔的功能。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明通過下述技術方案予以實現(xiàn)：一種用于清潔建筑外墻 的越障式機器人的控制方法，其特征在于:在機器人本體上設置越障機構和清潔機構;所述 越障機構包括均設置在機器人本體上的越障行走裝置和帶有氣閥的爬行吸附裝置;所述越 障行走裝置均勻分布在機器人本體的兩側;所述爬行吸附裝置包括前端吸附部件和底部吸 附部件;底部吸附部件包括中端吸附部件和后端吸附部件；
[0007] 該控制方法首先通過檢測到的障礙信號來控制前端吸附部件轉動并抬起跨越障 礙和越障行走裝置行走，同時對越障行走裝置的行走進行計時;然后通過計時結果控制底 部吸附部件收縮避開障礙或伸出吸附外墻。
[0008] 在上述方案中，本發(fā)明的控制方法可根據(jù)障礙物的位置，通過控制前端吸附部件 的轉動并抬起、底部吸附部件的收縮或伸出和越障行走裝置的行走，來達到前端吸附部件、 底部吸附部件和越障行走裝置之間的配合協(xié)調工作，不僅可實現(xiàn)機器人順利跨越障礙，而 且可保證機器人在高空外墻行走和清潔時的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。
[0009] 具體地說，所述首先通過檢測到的障礙信號來控制前端吸附部件轉動并抬起跨越 障礙和越障行走裝置行走，同時對越障行走裝置的行走進行計時;然后通過計時結果控制 底部吸附部件收縮避開障礙或伸出吸附外墻是指:包括以下步驟：
[0010] 第一步，設定前端吸附部件跨越障礙的時間To、中端吸附部件的收縮時間Ti、中端 吸附部件的伸出時間T2、后端吸附部件的收縮時間T 3和后端吸附部件的伸出時間T4;
[0011] 第二步，通過檢測到的障礙信號來控制前端吸附部件轉動并抬起跨越障礙和越障 行走裝置行走，并從檢測到障礙信號時對前端吸附部件跨越障礙進行實時計時來控制前端 吸附部件是否吸附外墻;在前端吸附部件跨越障礙過程中和越障行走裝置行走時，均控制 中端吸附部件和后端吸附部件的氣閥工作，中端吸附部件和后端吸附部件均吸附在外墻 上；
[0012] 第三步，對前端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制中端吸附部件的收 縮以避開障礙;在中端吸附部件收縮過程中，均控制前端吸附部件和后端吸附部件的氣閥 工作，前端吸附部件和后端吸附部件均吸附在外墻上；
[0013] 第四步，繼續(xù)對前端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制中端吸附部件 的伸出以吸附外墻：當1V=T2,則控制中端吸附部件從機器人本體底部伸出，并控制中端吸 附部件的氣閥工作，中端吸附部件均吸附在外墻上;否則，中端吸附部件的氣閥關閉；其中， IV為中端吸附部件的伸出實時計算時間；
[0014] 第五步，對后端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制后端吸附部件的收 縮以避開障礙;在后端吸附部件收縮過程中，均控制前端吸附部件和中端吸附部件的氣閥 工作，前端吸附部件和中端吸附部件均吸附在外墻上；
[0015] 第六步，繼續(xù)對后端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制后端吸附部件 的伸出以吸附外墻：當T/ZT4,則控制后端吸附部件從機器人本體底部伸出，并控制后端吸 附部件的氣閥工作，后端吸附部件均吸附在外墻上;否則，后端吸附部件的氣閥關閉；其中， T/為后端吸附部件的伸出實時計算時間。
[0016] 第二步中，所述從檢測到障礙信號時對前端吸附部件跨越障礙進行實時計時來控 制前端吸附部件是否吸附外墻是指：當T(/=T()，則控制前端吸附部件的氣閥打開，前端吸附 部件吸附外墻;否則，控制前端吸附部件的氣閥關閉；其中，IV為前端吸附部件跨越障礙的 實時計算時間。
[0017] 第三步中，所述對前端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制中端吸附部 件的收縮以避開障礙是指：則控制中端吸附部件的氣閥關閉，并控制中端吸附部 件收縮至機器人本體底部以避開障礙;否則，中端吸附部件的氣閥工作，中端吸附部件吸附 在外墻上;其中，T/為中端吸附部件的收縮實時計算時間。
[0018] 第五步中，對后端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制后端吸附部件的 收縮以避開障礙是指:當T/IT3,則控制后端吸附部件的氣閥關閉，并控制后端吸附部件收 縮至機器人本體底部以避開障礙;否則，后端吸附部件的氣閥工作，后端吸附部件吸附在外 墻上;其中，T/為后端吸附部件的收縮實時計算時間。
[0019] 在本發(fā)明采用的機器人在越障過程中，該控制方法可控制前端吸附部件、中端吸 附部件、后端吸附部件和越障行走裝置之間的配合協(xié)調工作，而且前端吸附部件、中端吸附 部件和后端吸附部件交替互換進行吸附外墻和避開障礙，使得機器人在越障的任意時刻都 能夠至少有兩種類型的吸附部件進行工作，即吸附在外墻上，從而大大提高機器人在高空 進行清潔的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。
[0020] 所述中端吸附部件的收縮時間
，其中，Si為前端吸附部件與前端的越障行走 裝置之間的距離;所述Vi為越障行走裝置的勻速行走速度。
[0021] 所述后端吸附部件的收縮時間
，其中，S3為前端吸附部件與后端的越障行走 裝置之間的距離;所述V3為越障行走裝置的勻速行走速度。
[0022] 在第一步之前，還包括對外墻的清潔度進行檢測:設定預定清潔度數(shù)值為Ao，當At/ 多Ao時，減慢越障行走裝置的行走速度，實現(xiàn)延長清潔機構的清潔時間；否則，越障行走裝 置正常速度行走;其中，A</為實時檢測的清潔度數(shù)值。
[0023] 在第六步之后，還包括采用陀螺儀傳感器對機器人本體是否水平行走狀態(tài)進行檢 測:若機器人本體行走方向有偏差，則對越障行走裝置的左右電機進行差速調整，實現(xiàn)機器 人本體水平方向的矯正;否則，機器人本體按原來方向行走。
[0024] 在第六步之后，還包括對外墻邊緣進行檢測:若檢測結果為外墻邊緣，則對越障行 走裝置的左右電機進行差速調整，實現(xiàn)機器人本體轉向行走;否則，機器人本體按原來方向 行走。
[0025] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點與有益效果：
[0026] 1、本發(fā)明用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法，可根據(jù)障礙物的位置控 制機器人行走動作以實現(xiàn)機器人順利跨越障礙，從而提高機器人的越障能力和靈活性，以 及機器人在高空清潔的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。
[0027] 2、本發(fā)明用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法使得機器人具有外墻的 清潔度檢測、機器人本體水平行走狀態(tài)檢測和外墻邊緣的功能，使得該機器人具有智能清 潔的功能。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明方法采用越障式機器人的示意圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明方法采用越障式機器人的內部示意圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明方法采用越障式機器人的底部示意圖；
[0031 ]圖4是本發(fā)明方法采用越障式機器人中越障行走裝置的爆炸圖；
[0032] 圖5是本發(fā)明方法采用越障式機器人中越障行走裝置的結構簡圖一；
[0033] 圖6是本發(fā)明方法采用越障式機器人中越障行走裝置的結構簡圖二；
[0034] 圖7是本發(fā)明方法采用越障式機器人中底部吸附部件的結構示意圖；
[0035] 圖8是本發(fā)明方法采用越障式機器人中清潔機構的水刮示意圖；
[0036] 圖9是本發(fā)明方法采用越障式機器人中清潔機構的水刮內部示意圖；
[0037] 圖10是本發(fā)明方法采用越障式機器人中滾筒裝置與越障行走裝置的位置示意圖；
[0038] 圖11是本發(fā)明方法采用越障式機器人的爬行過程示意圖；
[0039]圖12是本發(fā)明方法采用越障式機器人工作過程示意圖；
[0040]圖13是本發(fā)明方法采用越障式機器人中保護殼和保持架二的示意圖；
[0041 ]圖14是本發(fā)明方法采用越障式機器人的保護殼和保持架二的爆炸圖；
[0042] 圖15是本發(fā)明方法采用越障式機器人保護機構中繩索控制裝置的示意圖；
[0043] 圖16(a)_16(h)是本發(fā)明方法采用越障式機器人越障過程圖；
[0044] 圖17是本發(fā)明用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法流程圖；
[0045] 其中，1為機器人本體、2為越障機構、2.2為保持架一、2.3為中心齒輪、2.4為過渡 齒輪、2.5為驅動齒輪、2.6為履帶輪、2.7為履帶、2.8為電機一、2.9為前端吸盤、2.10為連 桿、2.11為前端吸盤桿、2.12為鉸鏈、2.13為角度舵機一、2.14為角度舵機二、2.15為橫桿 一、2.16為橫桿二、2.17為吸盤、2.18為氣桿、2.19為吸盤鉸鏈、2.20為齒輪軸、3為清潔機 構、3.2為滾筒裝置、3.3為水刮、3.4為支撐架、3.5為彈簧、3.6為保持架二、3.7為刮板、3.8 為螺母、3.9為卡件、3.10為限位件、3.11為噴水裝置、4為保護機構、4.2為保持架三、4.3為 保護殼、4.4為繩索、4.5為繩索控制裝置、4.6為導線孔、4.7為導線輪、4.8為橫桿、4.9為固 定件、4.10為安裝孔、4.11為外墻、4.12為法蘭螺栓、4.13為外殼、4.14為滾筒二、4.15為電 機三、4.16為信號接收器、4.17為墊片一、4.18為墊片二、5為灰度傳感器、6為超聲波傳感 器、7為陀螺儀傳感器、8為支桿、9為障礙物。
【具體實施方式】
[0046] 下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
[0047] 實施例
[0048] 如圖1至17所示，本發(fā)明控制方法采用的越障式機器人包括:機器人本體1，以及均 安裝在機器人本體1上的越障機構2和清潔機構3,還包括用于檢測墻壁灰度值的灰度傳感 器5、用于檢測障礙物或墻壁邊緣的超聲波傳感器6、用于檢測機器人本體1是否處于水平狀 態(tài)的陀螺儀傳感器7、以及分別與越障機構2和清潔機構3信號連接的控制器。其中，越障機 構2包括均設置在機器人本體1上的四個越障行走裝置和爬行吸附裝置。四個越障行走裝置 均勻分布在機器人本體1的兩側，爬行吸附裝置包括兩個前端吸附部件和四個底部吸附部 件，其中，兩個前端吸附部件可轉動地設置在機器人本體1的前端，四個底部吸附部件可伸 縮并轉動地設置在機器人本體1的底部?；叶葌鞲衅?設置在機器人本體1的前端并與控制 器信號連接，超聲波傳感器6通過支桿8與機器人本體1連接并設置在兩個前端吸附部件的 前方，超聲波傳感器6與控制器信號連接，而陀螺儀傳感器7設置在機器人本體1上并與控制 器信號連接。
[0049] 本發(fā)明控制方法采用的機器人的每個越障行走裝置為三角行星輪式履帶輪，并包 括保持架一2.2，均安裝在保持架一2.2上的中心齒輪2.3、過渡齒輪2.4、驅動齒輪2.5和履 帶輪2.6，履帶2.7以及電機一2.8，其中，中心齒輪2.3與電機一2.8連接并與過渡齒輪2.4嚙 合連接，驅動齒輪2.5與履帶輪2.6通過齒輪軸2.20同軸連接，并與過渡齒輪2.4嚙合連接， 而履帶2.7包覆在履帶輪2.6上，過渡齒輪2.4以中心齒輪2.3為中心均勻分布在中心齒輪 2.3的圓周上。
[0050] 而每個前端吸附部件包括前端吸盤2.9、連桿2.10和前端吸盤桿2.11，其中，前端 吸盤桿2.11-端與前端吸盤2.9連接，另一端通過鉸鏈2.12與連桿2.10鉸接，連桿2.10遠離 前端吸盤桿2.11的一端通過鉸鏈2.12與機器人本體1鉸接。前端吸附部件還包括角度舵機 一 2.13、角度舵機二2.14、用于使得各前端吸附部件中連桿2.10同步動作的橫桿一 2.15以 及用于使得各前端吸附部件中前端吸盤桿2.11同步動作的橫桿二2.16,其中，角度舵機一 2.13設置在機器人本體1的前端，并與連桿2.10和機器人本體1的鉸接點連接，角度舵機二 2.14設置在連桿2.10上，并與連桿2.10和前端吸盤桿11的鉸接點連接，這樣，角度舵機一 2.13驅動連桿2.10轉動，角度舵機二2.14驅動前端吸盤桿2.11轉動，實現(xiàn)前端吸盤2.9可轉 動地設置在機器人本體1的前端。橫桿一2.15分別與各前端吸附部件中的連桿2.10連接，橫 桿二2.16分別與各前端吸附部件中的前端吸盤桿2.11連接，從而可提高兩個前端吸附部件 的同步性。
[0051] 本發(fā)明控制方法采用的機器人的底部吸附部件包括設置在機器人本體1底部中端 和后端的中端吸附部件和后端吸附部件，該中端吸附部件和后端吸附部件均包括吸盤 2.17、用于驅動吸盤2.17伸縮的氣桿2.18和吸盤鉸鏈2.19,其中，吸盤2.17與氣桿2.18連 接，并通過氣桿2.18設置在機器人本體1的底部，而吸盤鉸鏈2.19與吸盤2.17鉸接，這樣，氣 桿2.18驅動吸盤2.17伸縮，吸盤2.17與吸盤鉸鏈2.19鉸接實現(xiàn)吸盤2.17可伸縮并轉動地設 置在機器人本體1的底部。本實施例采用外置真空栗通過氣管來連接及控制吸盤2.17。
[0052] 本發(fā)明控制方法采用的機器人清潔機構3包括用于將外墻上的灰塵或污垢擦除的 滾筒裝置3.2、水刮3.3和噴水裝置3.11，其中，噴水裝置3.11安裝在機器人本體1的前端，滾 筒裝置3.2安裝在機器人本體1前端兩側越障行走裝置連線的正下方，水刮3.3安裝在機器 人本體1的后端底部，并包括刮除裝置，該刮除裝置可彈性轉動地設置在水刮3.3上。
[0053]本發(fā)明控制方法采用的機器人的水刮3.3還包括支撐架3.4和彈簧3.5，支撐架3.4 一端與機器人本體1后端底部連接，另一端與刮除裝置連接。而上述刮除裝置可彈性轉動地 設置在水刮3.3上是指:彈簧3.5設置在支撐架3.4與刮除裝置之間，刮除裝置通過彈簧3.5 的壓縮或復位實現(xiàn)可彈性轉動地設置在水刮3.3的支撐架3.4上。
[0054] 其中，刮除裝置包括保持架二3.6和刮板3.7，刮板3.7-端與保持架二3.6內部連 接，另一端伸出保持架二3.6外。支撐架3.4包括架體，架體一端設置有用于與機器人本體1 固定的螺母3.8,另一端設置有用于與刮除裝置卡合連接的卡件3.9?？?.9的橫截面呈圓 弧形，卡件3.9兩端部作為刮除裝置轉動的限位件3.10。而彈簧3.5-端與刮板3.7連接，另 一端伸出保持架二3.6外部并與支撐架3.4的卡件3.9內壁相抵。
[0055] 本發(fā)明控制方法采用的機器人的滾筒裝置3.2包括滾筒一和用于驅動滾筒一轉動 的電機二，電機二與滾筒一連接。該滾筒一可為海綿抹布滾刷，或者滾筒一可為硬纖維滾 屆IJ。本發(fā)明的噴水裝置3.11為噴霧式噴水管，并安裝在機器人本體1的前端，該噴水裝置 3.11的出水口朝下，這樣則可對外墻進行灑水后，通過滾筒裝置3.2進行刷洗，最后通過機 器人本體1后端底部的水刮3.3將污垢或污水刮除。
[0056] 本發(fā)明控制方法采用的機器人的滾筒裝置3.2安裝在機器人本體1的前端行走軸 的正下方，以避免滾筒裝置3.2在機器人越障過程中與障礙物發(fā)生碰撞。其原理是這樣的： 如圖10所示，當機器人本體1跨越障礙后，機器人的越障行走裝置在翻越障礙時，滾筒裝置 3.2始終保持在虛線的圈內，即越障行走裝置在翻越障礙時，能夠保證滾筒裝置3.2不與障 礙物發(fā)生碰撞。同時，刮除裝置可彈性轉動地設置在水刮3.3上，不僅使得刮除裝置始終壓 在外墻上，可大大增強越障式機器人對高樓墻壁的清潔效果，而且在機器人在越障過程中， 刮除裝置能夠壓著障礙物實現(xiàn)越障，能夠避免障礙物對其發(fā)生剛性碰撞，從而大大提高越 障機器人的越障能力和靈活性。
[0057]本發(fā)明控制方法采用的機器人還包括安裝在機器人本體1上的保護機構4,該保護 機構4包括安裝在機器人本體1上的保持架三4.2、保護殼4.3、繩索4.4和用于對繩索4.4進 行釋放或回收的繩索控制裝置4.5,其中，保護殼4.3可轉動地設置在保持架三4.2上，并設 置有導線孔4.6，繩索控制裝置4.5安裝在建筑的樓頂，繩索4.4一端與繩索控制裝置4.5連 接，另一端穿過導線孔4.6與保護殼4.3連接。而保護殼4.3設置有容納腔，容納腔內設置有 導線輪4.7和橫桿4.8，導線，4.7通過橫桿4.8安裝在容納腔內。繩索4.4一端與繩索控制裝 置4.5連接，另一端穿過導線孔4.6與保護殼4.3連接是指:繩索4.4一端與繩索控制裝置4.5 連接，另一端穿過導線孔4.6與導線輪4.7纏繞實現(xiàn)與保護殼4.3連接。
[0058]本發(fā)明控制方法采用的機器人的保護殼4.3可轉動地設置在保持架三4.2上是指： 還包括固定件4.9，固定件4.9一端穿過保持架三4.2，保護殼4.3底部設置有安裝孔4.10，安 裝孔4.10套設在固定件4.9的一端，實現(xiàn)可轉動地設置在保持架三4.2上。保護殼4.3可直接 套設在固定件4.9上，并隨著繩索4.4的拉動實現(xiàn)在保持架三4.2上轉動，從而使得繩索4.4 不影響機器人在外墻4.11上的行走。本發(fā)明的固定件4.9的桿部從保持架三4.2的底部穿過 保持架三4.2，桿部作為保護殼4.3轉動的轉軸，這樣固定件4.9即可作為保護殼4.3安裝在 保持架三4.2上的安裝件，也可作為保護殼4.3轉動的轉軸。而保護殼4.3由兩個對稱的殼體 拼接組成，兩個殼體底部均開設有半圓孔，安裝孔4.10由兩個對稱殼體底部的半圓孔拼接 形成。該設計可大大簡化保護機構的安裝步驟：當安裝好固定件4.9后，直接通過兩個殼體 拼接則可方便實現(xiàn)保護殼4.3套設在固定件4.9的桿部上。
[0059] 本實施例控制方法采用的機器人的繩索控制裝置4.5包括外殼4.13、纏繞有繩索 4.4的滾筒二4.14、用于驅動滾筒二4.14轉動的電機三4.15和用于接收繩索4.4釋放信息或 繩索4回收信息的信號接收器4.16,其中，滾筒二4.14設置在外殼4.13上并與電機三4.15連 接，信號接收器4.16與電機三4.15連接，用于接收機器人本體1發(fā)出的信號來控制電機三 4.15的正轉或反轉。繩索控制裝置4.5通過信號接收器4.16接收繩索釋放信號或繩索回收 信號，來控制電機三4.15的正轉或反轉，從而驅動滾筒二4.14正轉或反轉實現(xiàn)對繩索4.4進 行釋放或回收。當機器人處于上行過程，該繩索控制裝置4.5可回收多余長度的繩索4.4,放 至機器人墮下較長的高度才被繩索4.4牽引，致使撞擊樓層表面;同樣，機器人下行清潔過 程，該繩索控制裝置4.5可釋放繩索4.4。在收回和釋放繩索4.4的過程中，應保證繩索4.4有 1米左右的余量長度，以防繩索4.4繃緊，影響機器人正常工作。
[0060] 本發(fā)明控制方法采用的機器人的繩索控制裝置4.5可對繩索4.4進行釋放或回收， 而保護殼4.3與安裝在機器人本體1的保持架三4.2連接，從而當機器人墜落時，該保護機構 可有效防止機器人高空墜落，起到保護作用。同時，保護殼4.3可轉動地設置在保持架三4.2 上，使得繩索4.4不會對機器人進行固定方向的束縛，從而不影響機器人在外墻4.11上行 走，有利于機器人對外墻4.11進行全方位的清潔，大大提高機器人對高樓墻壁的清潔質量。
[0061] 如圖17所示，本發(fā)明用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法首先通過檢測 到的障礙信號來控制前端吸附部件中前端吸盤2.9的轉動并抬起跨越障礙和越障行走裝置 行走，同時對越障行走裝置的行走進行計時;然后通過計時結果控制底部吸附部件的吸盤 2.17收縮避開障礙或伸出吸附外墻。
[0062]具體包括以下步驟：
[0063] 第一步，設定前端吸附部件中前端吸盤2.9跨越障礙的時間To、中端吸附部件的吸 盤2.17收縮時間1\、中端吸附部件的吸盤2.17伸出時間T 2、后端吸附部件的吸盤2.17收縮時 間T3和后端吸附部件的吸盤2.17伸出時間T4。
[0064] 第二步，通過檢測到的障礙信號來控制前端吸附部件中前端吸盤2.9轉動并抬起 跨越障礙和越障行走裝置行走，并從檢測到障礙信號時對前端吸附部件中前端吸盤2.9跨 越障礙進行實時計時來控制前端吸附部件中前端吸盤2.9是否吸附外墻：當IV = To，則控制 前端吸附部件中前端吸盤2.9的氣閥打開，前端吸附部件中前端吸盤2.9附外墻;否則，控制 前端吸附部件中前端吸盤2.9的氣閥關閉；其中，IV為前端吸附部件中前端吸盤2.9跨越障 礙的實時計算時間。
[0065] 在前端吸附部件跨越障礙過程中和越障行走裝置行走時，均控制中端吸附部件和 后端吸附部件的氣閥工作，中端吸附部件的吸盤2.17和后端吸附部件的吸盤2.17均吸附在 外墻上。
[0066] 第三步，對前端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制中端吸附部件的吸 盤2.17收縮以避開障礙：當1^=1^，則控制中端吸附部件的吸盤2.17氣閥關閉，并控制中 端吸附部件的吸盤2.17收縮至機器人本體1底部以避開障礙；否則，中端吸附部件的吸盤 2.17氣閥工作，中端吸附部件的吸盤2.17吸附在外墻上；其中，IV為中端吸附部件的吸盤 2.17收縮實時計算時間。
[0067] 在中端吸附部件的吸盤2.17收縮過程中，均控制前端吸附部件和后端吸附部件的 氣閥工作，前端吸附部件中前端吸盤2.9和后端吸附部件的吸盤2.17均吸附在外墻上。
[0068] 第四步，繼續(xù)對前端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制中端吸附部件 的吸盤2.17伸出以吸附外墻：當IV =T2，則控制中端吸附部件的吸盤2.17從機器人本體1底 部伸出，并控制中端吸附部件的氣閥工作，中端吸附部件的吸盤2.17均吸附在外墻上；否 貝1J，中端吸附部件的氣閥關閉；其中，IV為中端吸附部件的吸盤2.17伸出實時計算時間。
[0069] 第五步，對后端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制后端吸附部件的吸 盤2.17收縮以避開障礙:當T/=T3,則控制后端吸附部件的吸盤2.17氣閥關閉，并控制后端 吸附部件的吸盤2.17收縮至機器人本體1底部以避開障礙；否則，后端吸附部件的氣閥工 作，后端吸附部件的吸盤2.17吸附在外墻上;其中，IV為后端吸附部件的吸盤2.17收縮實 時計算時間。
[0070]在后端吸附部件的吸盤2.17收縮過程中，均控制前端吸附部件和中端吸附部件的 氣閥工作，前端吸附部件中前端吸盤2.9和中端吸附部件的吸盤2.17均吸附在外墻上。
[0071] 第六步，繼續(xù)對后端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制后端吸附部件 的吸盤2.17伸出以吸附外墻：當T/=T4,則控制后端吸附部件的吸盤2.17從機器人本體1底 部伸出，并控制后端吸附部件的氣閥工作，后端吸附部件的吸盤2.17均吸附在外墻上；否 貝1J，后端吸附部件的氣閥關閉；其中，T/為后端吸附部件的吸盤2.17伸出實時計算時間。
[0072] 其中，第一步中，中端吸附部件的吸盤2.17收縮
?其中，Si為前端吸附部 件與前端的越障行走裝置之間的距離;Vi為越障行走裝置的勻速行走速度。后端吸附部件 的吸盤2.17收縮時間
，其中，S3為前端吸附部件與后端的越障行走裝置之間的距離； 所述V3為越障行走裝置的勻速行走速度。
[0073] 在第一步之前，本發(fā)明的控制方法首先啟動清潔機構3和越障機構2,機器人處于 行走清潔的狀態(tài)。
[0074] 在第一步之前，本發(fā)明的控制方法還包括采用灰度傳感器5對外墻的清潔度進行 檢測：設定預定清潔度數(shù)值為Ao，當A</多Ao時，減慢越障行走裝置的行走速度，實現(xiàn)延長清 潔機構3的清潔時間；否則，越障行走裝置正常速度行走;其中，A</為實時檢測的清潔度數(shù) 值。
[0075] 在第六步之后，本發(fā)明的控制方法還包括采用陀螺儀傳感器7對機器人本體1是否 水平行走狀態(tài)進行檢測:若機器人本體1行走方向有偏差，則對越障行走裝置的左右電機一 2.8進行差速調整，實現(xiàn)機器人本體1水平方向的矯正;否則，機器人本體1按原來方向行走。
[0076] 在第六步之后，本發(fā)明的控制方法還包括采用超聲波傳感器6對外墻邊緣進行檢 測:若檢測結果為外墻邊緣，則對越障行走裝置的左右電機一 2.8進行差速調整，實現(xiàn)機器 人本體1轉向行走;否則，機器人本體1按原來方向行走。
[0077] 本發(fā)明控制方法采用的機器人的越障機構中前端吸盤9、底部吸附部件的吸盤17 均控氣閥控制吸盤的工作與否，即控制是否產生真空。該用于清潔建筑外墻越障式機器人 的越障機構是這樣工作的：
[0078] 1、前端吸附部件:本發(fā)明通過連桿2.10與前端吸盤桿2.11鉸接，以及與機器人本 體1鉸接以實現(xiàn)前端吸盤2.9靈活抬起爬行，從而輕易跨越障礙物。而角度舵機一 2.13是用 于控制連桿2.10的轉動角度，角度舵機二2.14是用于控制前端吸盤桿2.11的轉動角度，從 而進一步提高越障式機器人的靈活性和越障能力。
[0079] 2、底部吸附部件:在越障過程中，機器人本體1會與墻壁傾斜成一定的角度，吸盤 2.17也會隨著機器人本體1成一定的角度，為了使吸盤2.17表面始終與墻壁平行，因此在設 計吸盤2.17的時候加設一個吸盤鉸鏈2.19，讓吸盤2.17能夠有一定的轉動角度，越障時以 保持吸附墻壁。而氣桿2.18的作用是使吸盤2.17具有伸縮功能，在越障的過程中，為了確保 避免吸盤2.17碰撞障礙物，吸盤2.17不工作時收回至機器人本體1底部，工作時伸至與越障 行走裝置平行。
[0080] 3、越障行走裝置：由電機一2.8帶動中心齒輪2.3轉動，通過齒輪嚙合帶動過渡齒 輪2.4和驅動齒輪2.5轉動，驅動齒輪2.5帶動履帶輪2.6圍繞齒輪軸2.20同軸轉動。在傳動 系統(tǒng)中驅動齒輪2.5和履帶輪2.6通過齒輪軸2.20相連接，最終達到履帶輪2.6圍繞中心齒 輪2.3轉動。越障式機器人在正常行駛時，輪系中任意兩個履帶輪2.6同時接觸墻壁(即保持 架一2.2相對于墻壁不轉動，履帶輪2.6帶動履帶2.7轉動），以實現(xiàn)直線行走。當機器人遇到 障礙物的時候，根據(jù)齒輪傳動關系，保持架一 2.2帶動整個輪系圍繞中心齒輪2.3旋轉，中心 齒輪2.3形成的繞輪系與障礙物接觸點旋轉，（即保持架一2.2與履帶輪2.6同時相對于墻壁 發(fā)生轉動），此時驅動齒輪2.5形成的輪系演變成行星輪系，完成翻轉障礙運動。
[0081] 本發(fā)明用于清潔建筑外墻越障式機器人的越障過程是這樣的（如圖16(a)-16 (h))：
[0082] 1、當超聲波傳感器6檢測到有障礙時，控制器控制該機器人進入越障操作。通過角 度舵機一 2.13和角度舵機二2.14控制前端吸盤2.9的轉動，使前端吸盤2.9抬起前至高于障 礙物的高度。此時電機一2.8同時驅動中心齒輪2.3，機器人通過越障行走裝置前行。待前端 吸盤2.9越過障礙物時，角度舵機一2.13和角度舵機二2.14控制前端吸盤2.9的轉動，使前 端吸盤2.9重新靠近墻壁，直至前端吸盤2.9底面回至與墻壁重合時，控氣閥打開，前端吸盤 2.9吸附墻壁。此過程中，中端吸附部件和后端吸附部件的吸盤2.17均吸附在墻壁上。
[0083] 2、機器人本體1通過越障行走裝置繼續(xù)前進。
[0084] 3、當前端的越障行走裝置將近觸碰障礙時，控氣閥關閉中端吸附部件的吸盤 2.17，同時該兩吸盤2.17的氣桿2.18工作，驅動吸盤2.17收縮到機器人本體1的底部，機器 人本體1通過前端的越障行走裝置進行障礙物的跨越。此過程中，前端吸盤2.9和后端吸附 部件的吸盤2.17均吸附在墻壁上。機器人本體1通過前端的越障行走裝置越過障礙后，中端 吸附部件的吸盤2.17通過氣桿2.18驅動伸長回至與墻壁重合，控氣閥打開，中端吸附部件 的吸盤2.17吸附墻壁。
[0085] 4、當后端的越障行走裝置將近觸碰障礙時，控氣閥關閉后端吸附部件的吸盤 2.17,同時該兩吸盤2.17的氣桿2.18工作，驅動吸盤2.17收縮到機器人本體1的底部，機器 人本體1通過后端的越障行走裝置進行障礙物的跨越。此過程中，前端吸盤2.9和中端吸附 部件的吸盤2.17均吸附在墻壁上。機器人本體1通過后端的越障行走裝置越過障礙后，后端 吸附部件的吸盤2.17通過氣桿2.18驅動伸長回至與墻壁重合，控氣閥打開，后端吸附部件 的吸盤2.17吸附墻壁。
[0086] 因此，本發(fā)明用于清潔建筑外墻越障式機器人在越障的任意時刻都能夠至少有4 個吸盤進行工作，從而大大提高機器人在高空進行清潔的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。
[0087] 另外，本發(fā)明控制方法采用的機器人還具有以下功能：
[0088] 1、當墻壁較臟時顏色會比潔凈的地方深，通過灰度傳感器5檢測墻壁灰度值的高 低，來判斷墻壁潔凈度是否達到預定數(shù)值:若檢測到墻壁的顏色低于預定值，則通過減慢越 障行走裝置中的電機一2.8轉速，實現(xiàn)減緩機器人前行的速度來延長清潔時間，以提高墻壁 的清潔質量。
[0089] 2、超聲波傳感器6的超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波， 當前方出現(xiàn)障礙物時，超聲波與墻壁的距離發(fā)生改變，此時回波也隨著發(fā)生改變，運用此原 理，以實現(xiàn)對前方障礙物的檢測。當檢測墻壁邊緣時，應用方式同理。機器人通過超聲波傳 感器6自動檢測墻壁邊緣，當檢測到盡頭或者懸空時，機器人能夠智能決策進行，預留足夠 的空間進行掉頭，進行下一列的清潔。
[0090] 3、為了使機器人能夠達到直線行走以保證清潔質量，機器人中內置加設一個陀螺 儀傳感器7,能夠實時對機器人的水平狀態(tài)進行監(jiān)控，當機器人前端朝向偏出預定值的時 候，陀螺儀傳感器7則會反饋給控制器，控制器對越障行走裝置中的電機一 2.8的轉速進行 調整，以確保機器人保持直線行走清潔。
[0091] 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法，其特征在于：在機器人本體上 設置越障機構和清潔機構;所述越障機構包括均設置在機器人本體上的越障行走裝置和帶 有氣閥的爬行吸附裝置;所述越障行走裝置均勻分布在機器人本體的兩側;所述爬行吸附 裝置包括前端吸附部件和底部吸附部件;底部吸附部件包括中端吸附部件和后端吸附部 件； 該控制方法首先通過檢測到的障礙信號來控制前端吸附部件轉動并抬起跨越障礙和 越障行走裝置行走，同時對越障行走裝置的行走進行計時;然后通過計時結果控制底部吸 附部件收縮避開障礙或伸出吸附外墻。2. 根據(jù)權利要求1所述的用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法，其特征在于： 所述首先通過檢測到的障礙信號來控制前端吸附部件轉動并抬起跨越障礙和越障行走裝 置行走，同時對越障行走裝置的行走進行計時;然后通過計時結果控制底部吸附部件收縮 避開障礙或伸出吸附外墻是指:包括以下步驟： 第一步，設定前端吸附部件跨越障礙的時間To、中端吸附部件的收縮時間h、中端吸附 部件的伸出時間T2、后端吸附部件的收縮時間T3和后端吸附部件的伸出時間T4; 第二步，通過檢測到的障礙信號來控制前端吸附部件轉動并抬起跨越障礙和越障行走 裝置行走，并從檢測到障礙信號時對前端吸附部件跨越障礙進行實時計時來控制前端吸附 部件是否吸附外墻;在前端吸附部件跨越障礙過程中和越障行走裝置行走時，均控制中端 吸附部件和后端吸附部件的氣閥工作，中端吸附部件和后端吸附部件均吸附在外墻上； 第三步，對前端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制中端吸附部件的收縮以 避開障礙;在中端吸附部件收縮過程中，均控制前端吸附部件和后端吸附部件的氣閥工作， 前端吸附部件和后端吸附部件均吸附在外墻上； 第四步，繼續(xù)對前端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制中端吸附部件的伸 出以吸附外墻：當則控制中端吸附部件從機器人本體底部伸出，并控制中端吸附部 件的氣閥工作，中端吸附部件均吸附在外墻上；否則，中端吸附部件的氣閥關閉；其中，TS 為中端吸附部件的伸出實時計算時間； 第五步，對后端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制后端吸附部件的收縮以 避開障礙;在后端吸附部件收縮過程中，均控制前端吸附部件和中端吸附部件的氣閥工作， 前端吸附部件和中端吸附部件均吸附在外墻上； 第六步，繼續(xù)對后端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制后端吸附部件的伸 出以吸附外墻：當則控制后端吸附部件從機器人本體底部伸出，并控制后端吸附部 件的氣閥工作，后端吸附部件均吸附在外墻上；否則，后端吸附部件的氣閥關閉；其中，f 4 為后端吸附部件的伸出實時計算時間。3. 根據(jù)權利要求2所述的用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法，其特征在于： 第二步中，所述從檢測到障礙信號時對前端吸附部件跨越障礙進行實時計時來控制前端吸 附部件是否吸附外墻是指：當T^iTo,則控制前端吸附部件的氣閥打開，前端吸附部件吸附 外墻;否則，控制前端吸附部件的氣閥關閉；其中，T%為前端吸附部件跨越障礙的實時計算 時間。4. 根據(jù)權利要求2所述的用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法，其特征在于： 第三步中，所述對前端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制中端吸附部件的收縮 以避開障礙是指:當f ，則控制中端吸附部件的氣閥關閉，并控制中端吸附部件收縮至 機器人本體底部以避開障礙；否則，中端吸附部件的氣閥工作，中端吸附部件吸附在外墻 上;其中，f 1為中端吸附部件的收縮實時計算時間。5. 根據(jù)權利要求2所述的用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法，其特征在于： 第五步中，對后端的越障行走裝置的行走過程進行計時，來控制后端吸附部件的收縮以避 開障礙是指：當則控制后端吸附部件的氣閥關閉，并控制后端吸附部件收縮至機器 人本體底部以避開障礙;否則，后端吸附部件的氣閥工作，后端吸附部件吸附在外墻上;其 中，f 3為后端吸附部件的收縮實時計算時間。6. 根據(jù)權利要求2所述的用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法，其特征在于： 所述中端吸附部件的收縮時間，其中，&為前端吸附部件與前端的越障行走裝置之間 的距離;所述Vi為越障行走裝置的勻速行走速度。7. 根據(jù)權利要求2所述的用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法，其特征在于： 所述后端吸附部件的收縮時間，其中，S3為前端吸附部件與后端的越障行走裝置之間 的距離;所述V3為越障行走裝置的勻速行走速度。8. 根據(jù)權利要求2所述的用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法，其特征在于： 在第一步之前，還包括對外墻的清潔度進行檢測：設定預定清潔度數(shù)值為Ao，當Y 〇多A〇時， 減慢越障行走裝置的行走速度，實現(xiàn)延長清潔機構的清潔時間；否則，越障行走裝置正常速 度行走;其中，# 〇為實時檢測的清潔度數(shù)值。9. 根據(jù)權利要求2所述的用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法，其特征在于： 在第六步之后，還包括采用陀螺儀傳感器對機器人本體是否水平行走狀態(tài)進行檢測:若機 器人本體行走方向有偏差，則對越障行走裝置的左右電機進行差速調整，實現(xiàn)機器人本體 水平方向的矯正;否則，機器人本體按原來方向行走。10. 根據(jù)權利要求2所述的用于清潔建筑外墻的越障式機器人的控制方法，其特征在 于:在第六步之后，還包括對外墻邊緣進行檢測:若檢測結果為外墻邊緣，則對越障行走裝 置的左右電機進行差速調整，實現(xiàn)機器人本體轉向行走；否則，機器人本體按原來方向行 走。
【文檔編號】G05D1/02GK106054890SQ201610506001
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】盧清華, 柯國超, 李錦豪, 黃銘賢, 孫海韻, 林子榮
【申請人】佛山科學技術學院