一种高层建筑外墙柔索牵引作业系统的制作方法

本发明涉及一种高层建筑外墙柔索牵引作业系统，用于对高层或多层建筑外墙进行自动喷漆、清洗、打磨和修复等作业。

背景技术：

随着城市化进程逐步深入，高层建筑数量与日俱增，对建筑外墙的作业，目前仍多以传统的人工方式进行，然而，该项工作为高空高风险环境下的工作，容易发生坠落、机械伤害等事故，所以使用一种针对高层建筑外墙的自动化作业方法，研发相关机械化、智能化设备已经成为该领域关注的焦点。

目前高层建筑外墙柔索牵引作业系统中自动化程度较高的是建筑外墙清洗设备，从建筑顶层用两根柔索竖直吊起清洗机，清洗机中的清洗部件左右移动，实现二维平面内的清洗动作。采用这种方式清洗机容易受环境风力影响造成左右摇摆晃动，尤其针对高层建筑外墙的作业，晃动问题更加严重。而对于垂直于墙面的方向上的摇摆晃动也是避免不了的，该方向上的晃动会造成墙面损坏，甚至发生事故。这种垂直吊起控制的清洗方式精度不佳，效率不高，工作可靠性差，且功能单一。

专利cn201811271317.3(一种大表面喷涂柔索机器人)使用了八根柔索进行喷涂装置的固定，用于船舶、大飞机等大表面的喷涂。但其中有两项不足，一是喷涂装置同一条棱上的柔索点连接方式为交叉连接，在使用中会存在柔索摩擦干涉的问题，影响控制精确度；第二个不足之处在于该喷涂机构只能进行喷涂作业，使用功能单一，无法满足其他特殊使用要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：

为克服现有技术存在的缺陷或者不足，同时减化结构，增强使用功能，提出一种采用八根柔索牵引机器人的方式，准确控制末端执行机构在三维空间中的6自由度移动，既能在与墙面平行的平面内移动，也能在垂直于墙面的方向上移动,同时解决高空作业的摇摆晃动问题和柔索摩擦干涉问题。

本发明的基本构思为：一种高层建筑外墙柔索牵引作业系统，由四个机架、八个柔索驱动装置、八根柔索以及对应的八个柔索驱动控制器、一个末端执行机构及安装在末端执行机构上的工作头组成。其中，每个机架上设置有两个柔索驱动装置，每个柔索驱动装置驱动与之对应的一根柔索并受控于与之对应的一个柔索驱动控制器，末端执行机构位于八根柔索之间并分别与八根柔索的末端相连，工作头面向墙面安装在末端执行机构上。

本发明的技术方案为：

一种高层建筑外墙柔索牵引作业系统，由柔索驱动装置、机架、工作头、末端执行机构、柔索以及柔索驱动控制器组成，所述柔索驱动装置由第一柔索驱动装置、第二柔索驱动装置、第三柔索驱动装置、第四柔索驱动装置、第五柔索驱动装置、第六柔索驱动装置、第七柔索驱动装置和第八柔索驱动装置组成；所述机架由第一机架、第二机架、第三机架和第四机架组成；第一机架、第四机架分别固定在墙面顶部的右侧和左侧；第二机架、第三机架分别固定在地面的右侧和左侧；所述柔索包括第一柔索、第二柔索、第三柔索、第四柔索、第五柔索、第六柔索、第七柔索和第八柔索；所述末端执行机构位于第一柔索、第二柔索、第三柔索、第四柔索、第五柔索、第六柔索、第七柔索和第八柔索之间，分别与该第一柔索、第二柔索、第三柔索、第四柔索、第五柔索、第六柔索、第七柔索和第八柔索的末端相连，并在该第一柔索、第二柔索、第三柔索、第四柔索、第五柔索、第六柔索、第七柔索和第八柔索之间移动；所述工作头面向墙面安装在末端执行机构上；所述的每一根柔索都由与之相应的柔索驱动装置进行驱动，实现柔索伸出和缩回；所述的每一个柔索驱动装置都由与之相对应的柔索控制器对其进行控制；所述的柔索驱动装置和柔索控制器安装在机架上，其中第一柔索驱动装置、第二柔索驱动装置和第一控柔索制器、第二控柔索制器安装在第一机架上；第三柔索驱动装置、第四柔索驱动装置和第三柔索控制器、第四柔索控制器安装在第二机架上；第五柔索驱动装置、第六柔索驱动装置和第五柔索控制器、第六柔索控制器安装在第三机架上；第七柔索驱动机构、第八柔索驱动机构和第七柔索控制器、第八柔索控制器安装在第四机架上；所述位于墙面顶部的第一机架、第四机架的四个柔索驱动装置安装于同一个水平面上；位于地面的第二机架、第三机架的四个柔索驱动装置安装于同一个水平面上；所述每个机架上的两个柔索驱动装置在垂直于墙面的方向上保持一前一后放置。

所述末端执行机构由末端执行机构控制器、电动空压机、驱动电机、末端执行机构轴系、外轴、外侧右轴承、内轴、内轴承、减速齿轮、端盖以及外侧左轴承组成；内轴和外轴为嵌套同心轴，内轴固定无旋转，外轴可旋转，内轴在右侧通过轴承与外轴相连接，内轴左侧固定于末端执行机构上，驱动电机连接减速齿轮为外轴提供旋转动力，外轴外侧通过外侧右轴承及外侧左轴承进行支撑，端盖压住外侧左轴承的外圈。

所述末端执行机构的轴系为同心轴系，内轴不进行旋转运动，外轴在驱动电机的带动下，需要进行旋转扭矩的传递；内轴的一端固定于末端执行机构上，另一端深入到外轴中，通过轴承与外轴相连接，外轴的外侧面两端使用外侧右轴承和外侧左轴承固定于末端执行机构上。

进一步地，还包括测距装置，所述测距装置与工作头安装在末端执行机构的同一侧；所述末端执行机构中具有能够接收测距装置的测距信息的末端执行机构控制器，且该末端执行机构控制器能综合测距信息和远程控制信息实现对轴系、驱动电机、电动空压机和喷涂开关进行控制。

进一步地，所述柔索驱动控制器与末端执行机构控制器能够协同控制柔索的伸出/收回以及末端执行机构的启停。所述柔索可以是钢制、纤维制、麻柔索类制的柔性材质绳索。

本发明的一种高层建筑外墙柔索牵引作业系统还可以进一步设置为：末端执行机构可以实现自动喷漆、清洗、打磨和修复。末端执行机构包含轴系、电动空气压缩机、驱动电机、控制系统、测距装置等，该控制系统控制执行机构在外墙上进行作业时的动作状态，控制工作头的工作启停，检测工作头工作是否正常，工作不正常时，及时进行调整和恢复。当末端执行机构经过高于外墙表面的窗台或其他突起时，距离检测部件能检测到将发生干涉的危险，这时可以通过柔索控制执行机构缩短到合适的工作距离。例如进行喷漆作业，经过玻璃窗时，喷枪关闭并退回安全距离，移动到墙面上时，喷枪伸出至正常工作距离并打开继续作业。

所述末端执行机构需要进行打磨作业时，需要使用外轴传递旋转扭矩，此时使用打磨工作头安装于外轴上，打磨工作头与外轴可以使用法兰盘连接或者螺纹连接，打磨工作头根据需要将打磨钢丝轮、钨钢打磨碟等打磨工具固定于打磨工作头的三角卡盘上，驱动电机的扭矩传递使用齿轮系统对外轴实现扭矩传递，末端执行机构中的控制系统能够控制打磨工作头做正向旋转和反向旋转的打磨工作。所述末端执行机构中的打磨工具可以使用打磨钢丝轮、钨钢打磨碟、圆柱形磨头等打磨器件。

所述末端执行机构需要进行喷涂、清洗和修复工作时，电动空压机中输出的高压物料通过输送管输送经过内轴，输送至喷涂工作头，喷涂工作头末端的喷头处设有电动开关，控制喷涂、清洗和修复的启停。喷涂工作头与内轴的连接使用法兰连接或者螺纹连接。

喷漆工作使用的油漆可以是由末端执行机构自带油漆桶，也可以在外墙顶部安置油漆桶，再使用螺旋管路与末端执行机构连接，将油漆输送至末端执行机构；做清洗作业时使用的清水、执行修复作业时的修复液也可以使用相同的方式给末端执行机构供应。但是对于喷涂、清洗和修复工作的执行，需要电动空气压缩机对油漆、清水和修复液进行增压，方可进行喷涂、清洗和修复工作。

本发明所提供的一种高层建筑外墙柔索牵引作业系统，采用无人方式的末端执行机构设置有远程操控系统。

本发明所提供的一种高层建筑外墙柔索牵引作业系统，其末端执行机构可大可小，按照柔索卡扣固定的方式，无论末端执行机构的大小，均可以方便地与柔索无障碍连接固定，八根柔索，第一柔索、第二柔索、第三柔索、第四柔索、第五柔索、第六柔索、第七柔索和第八柔索拉紧之后，末端执行机构即可在高层建筑外墙的大表面内根据作业需要进行喷漆、清洗、打磨和修复等工作。

本发明的有益效果是：

一种高层建筑外墙柔索牵引作业系统，采用柔索牵引并联机器人的方法，结构简单、覆盖空间范围大、移动速度快等特点，取代传统高层多层建筑物外墙低效率、高风险的人工高空作业,同时减少安装、维护问题。

通过路径模拟，精确定位、降低能耗，提高作业效率。具有整体结构简单、紧凑的特点，末端执行机构根据情况选择不同种类的工作头，能满足喷涂、清洗、打磨、修复等不同作业需求。

附图说明

图1是本发明的高层建筑外墙柔索牵引作业系统的斜二侧示意图。

图2是本发明的高层建筑外墙柔索牵引作业系统的主视图。

图3是本发明的高层建筑外墙柔索牵引作业系统的左试图。

图4是本发明的末端执行机构的内部结构示意图。

图5是本发明的末端执行机构传动轴系示意图。

图6是本发明的喷涂工作示意图头。

图7是本发明的打磨工作头示意图。

图8是本发明的高层建筑外墙柔索牵引作业系统的另一种实施方式的斜二侧示意图。

图中：1——柔索驱动装置、11——第一柔索驱动装置、12——第二柔索驱动装置、13——第三柔索驱动装置、14——第四柔索驱动装置、15——第五柔索驱动装置、16——第六柔索驱动装置、17——第七柔索驱动装置、18——第八柔索驱动装置、2——机架、21——第一机架、22——第二机架、23——第三机架、24——第四机架、3——工作头、31——喷涂工作头、311——喷涂工作头开关、32——打磨工作头、321——三角卡盘、4——末端执行机构、41——末端执行机构控制器、42——电动空压机、43——驱动电机、44——末端执行机构轴系、441——外轴、442——外侧右轴承、443——内轴、444——内轴承、445——减速齿轮、446——端盖、447——外侧左轴承、5——测距装置、6——外墙表面、7——柔索、71——第一柔索、72——第二柔索、73——第三柔索、74——第四柔索、75——第五柔索、76——第六柔索、77——第七柔索、78——第八柔索，8——柔索驱动控制器，81——第一柔索驱动控制器、82——第二柔索驱动控制器、83——第三柔索驱动控制器、84——第四柔索驱动控制器、85——第五柔索驱动控制器、86——第六柔索驱动控制器、87——第七柔索驱动控制器、88——第八柔索驱动控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属本发明的保护范围。

实施例1

按照本领域技术人员的习惯，以下所述的上和下、前和后、左和右表示相对位置关系，不代表绝对位置关系。

参见图1、图2和图3：

一种高层建筑外墙柔索牵引作业系统，由柔索驱动装置1、机架2、工作头3、末端执行机构4、柔索7以及柔索驱动控制器8组成。

所述柔索驱动装置1由第一柔索驱动装置11、第二柔索驱动装置12、第三柔索驱动装置13、第四柔索驱动装置14、第五柔索驱动装置15、第六柔索驱动装置16、第七柔索驱动装置17和第八柔索驱动装置18组成。

所述机架2由第一机架21、第二机架22、第三机架23和第四机架24组成；第一机架21、第三机架23分别固定在墙面6顶部的右侧和左侧；第二机架22、第四机架24分别固定在地面的右侧和左侧。

所述柔索7包括第一柔索71、第二柔索72、第三柔索73、第四柔索74、第五柔索75、第六柔索76、第七柔索77和第八柔索78。

所述末端执行机构4位于第一柔索71、第二柔索72、第三柔索73、第四柔索74、第五柔索75、第六柔索76、第七柔索77和第八柔索78之间，分别与该第一柔索71、第二柔索72、第三柔索73、第四柔索74、第五柔索75、第六柔索76、第七柔索77和第八柔索78的末端相连，并在该第一柔索71、第二柔索72、第三柔索73、第四柔索74、第五柔索75、第六柔索76、第七柔索77和第八柔索78之间移动。

所述工作头3面向墙面6安装在末端执行机构4上。

所述的每一根柔索71～78都由与之相应的柔索驱动装置11～18进行驱动，实现柔索伸出和缩回。

所述的每一个柔索驱动装置11～18都由与之相对应的柔索控制器81～88对其进行控制。

所述的柔索驱动装置11～18和柔索控制器81～88安装在机架21～24上，其中第一柔索驱动装置11、第二柔索驱动装置12和第一控柔索制器81、第二控柔索制器82安装在第一机架21上；第三柔索驱动装置13、第四柔索驱动装置14和第三柔索控制器83、第四柔索控制器84安装在第二机架22上；第五柔索驱动装置15、第六柔索驱动装置16和第五柔索控制器85、第六柔索控制器86安装在第三机架23上；第七柔索驱动机构17、第八柔索驱动机构18和第七柔索控制器87、第八柔索控制器88安装在第四机架24上。

所述位于墙面6顶部的第一机架21、第三机架23的四个柔索驱动装置11、12、17、18安装于同一个水平面上；位于地面的第二机架22、第四机架24的四个柔索驱动装置13、14、15、16安装于同一个水平面上；所述每个机架上的两个柔索驱动装置在垂直于墙面6的方向上保持一前一后放置。

参见图4和图5：

所述末端执行机构4由末端执行机构控制器41、电动空压机42、驱动电机43、末端执行机构轴系44、外轴441、外侧右轴承442、内轴443、内轴承444、减速齿轮445、端盖446以及外侧左轴承447组成；内轴443和外轴441为嵌套同心轴，内轴443固定无旋转，外轴441可旋转，内轴443在右侧通过轴承444与外轴441相连接，内轴443左侧固定于末端执行机构4上，驱动电机43连接减速齿轮445为外轴441提供旋转动力，外轴441外侧通过外侧右轴承442及外侧左轴承447进行支撑，端盖446压住外侧左轴承447的外圈。

所述末端执行机构4的轴系44为同心轴系，内轴443不进行旋转运动，外轴441在驱动电机43的带动下，需要进行旋转扭矩的传递；内轴443的一端固定于末端执行机构4上，另一端深入到外轴中，通过轴承444与外轴441相连接，外轴的外侧面两端使用外侧右轴承442和外侧左轴承447固定于末端执行机构4上。

还包括测距装置5，所述测距装置5与工作头3安装在末端执行机构4的同一侧；所述末端执行机构4中具有能够接收测距装置5的测距信息的控制器41，且该控制器41能综合测距信息和远程控制信息实现对轴系44、驱动电机43、电动空压机42和喷涂开关311进行控制。

所述柔索驱动控制器8与末端执行机构控制器41能够协同控制柔索71～78的伸出/收回以及末端执行机构4的启停。

所述柔索71～78可以是钢制、纤维制、麻柔索类制的柔性材质绳索。

参见图6和图7：

根据工作任务选择喷涂工作头31或打磨工作头32安装于所述末端执行机构4上，以满足喷涂、清洗、打磨、修复等不同作业需求。

喷漆工作使用的油漆可以由末端执行机构4自带油漆桶，也可以在外墙顶部安置油漆桶，再使用螺旋管路与末端执行机构4连接，将油漆输送至末端执行机构4；做清洗作业、修复作业时使用的清水和修复液也可以使用相同的方式供应给末端执行机构4。但是对于喷涂、清洗和修复工作的执行，需要电动空压机42对油漆、清水和修复液进行增压，方可进行喷涂、清洗和修复工作。

进一步地，需要进行喷涂、清洗和修复工作时，电动空压机42中输出的高压物料通过输送管输送经过内轴443，输送至喷涂工作头31，喷涂工作头末端的喷头处设有电动开关311，控制喷涂、清洗和修复的启停。

进一步地，需要进行打磨作业时，需要使用外轴441传递旋转扭矩，此时使用打磨工作头32安装于外轴441上，打磨工作头32与外轴441可以使用法兰盘连接或者螺纹连接，打磨工作头32根据需要将打磨钢丝轮、钨钢打磨碟等打磨工具固定于打磨工作头的三角卡盘321上，驱动电机43的扭矩传递使用齿轮系统445对外轴实现扭矩传递，末端执行机构4中的控制器41能够控制打磨工作头32做正向旋转和反向旋转的打磨工作。

进一步地，进行打磨工作时，为适应有凸起等不平整墙面6的打磨工作，通过距离检测装置5的检测，末端执行机构4的控制器41能够实现工作头工作启停的控制，使用八根柔索的6自由度控制能够实现垂直与墙面6方向的短距离移动控制。

本发明所提供的一种高层建筑外墙自动作业装置，其末端执行机构4可大可小，按照柔索卡扣固定的方式，无论末端执行机构的大小，均可以方便地与柔索7无障碍连接固定，柔索7拉紧之后，末端执行机构4即可在高层建筑外墙6的大表面内根据作业需要进行喷漆、喷涂、清洗、打磨和修复等工作。

本发明所提供的一种高层建筑外墙自动作业装置，采用无人方式的末端执行机构4设置有远程操控系统检查和控制。

实施例2：

参见图8：

本实施例与实施例1唯一不同之处在于，柔索7与末端执行机构4的连接点的位置不同，在该实施例中，末端执行机构上的与墙面6垂直的表面四个角与柔索7连接，靠近墙面6的角与靠近墙面6的柔索连接。在同一水平面上的角，左侧的角与右侧的柔索连接，右侧的角与左侧的柔索连接。这样的连接方式让末端执行机构具有更大的移动范围。同时柔索驱动装置1的安装位置可以根据需要确定，避免柔索的摩擦干涉，增强控制精度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，仍然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。