高空外墙清洗机器人的制作方法

本发明属于机器人的技术领域，具体涉及高空外墙清洗机器人。

背景技术：

目前，城市中高楼林立，高空玻璃的擦洗成为一大难题，现在主要采用的清洗方式为人工吊篮清洗或者升降台清洗，这两种方式劳动力大，危险系数高。

专利号为：201410013150.6的发明专利公开了一种“一种气动高空擦玻璃机器人”，该机器人以四杆结构作为行走部件、以压缩空气作为驱动能源，应用PLC或单片机技术进行控制，实现在高空建筑物的玻璃外墙进行攀爬，同时对墙体进行彻底擦洗。但是，该机器人不能跨越障碍物（比如跨越墙壁），只能实现无障碍物环境下玻璃的清洗；采用传统的四杆结构，运动不灵活；清洗模块简单，不能实现360度全方位清洗功能，并且清洗效果不佳。

技术实现要素：

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种能够在高空外墙上进行清洗工作、并可跨越障碍物的机器人。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：高空外墙清洗机器人，包括爬行装置和清洁装置，所述清洁装置位于爬行装置的一侧；

所述爬行装置包括机器人机身，所述机器人机身上设有四个髋关节，每个所述髋关节连接有机械腿，每个所述机械腿底部连接有用于吸附外墙的真空吸盘；所述清洁装置包括清洁臂、清洁基座、第一旋转座和第二旋转座，所述清洁臂的一端通过第一旋转座与清洁基座活动连接，所述清洁臂的另一端通过第二旋转座活动设置在机器人机身上。

还包括控制装置，所述控制装置设置在机器人机身内，所述控制装置采用单片机、FPGA或DSP芯片对机器人进行控制。

还包括视觉识别装置，所述视觉识别装置设置在机器人机身上，所述视觉识别装置的输出端与控制装置的输入端相连；所述视觉识别装置包括图像采集模块和图像处理模块，所述图像采集模块与图像处理模块电连接。

还包括气动真空模块，所述气动真空模块包括空气压缩机和真空发生器，所述空气压缩机放置在地面，所述真空发生器设置在机器人机身内，所述空气压缩机的输出端与真空发生器的输入端相连，所述真空发生器的输出端与真空吸盘相连。

每个所述机械腿包括用于驱动机械腿中大腿运动的大腿驱动装置、用于驱动机械腿中小腿运动的小腿驱动装置和用于控制机器人机身与玻璃面距离的距离控制装置，所述大腿通过第一旋转轴与所述小腿连接。

所述清洁臂包括用于驱动清洁臂中大臂运动的大臂驱动装置、用于驱动清洁臂中小臂运动的小臂驱动装置和用于控制清洁基座与玻璃面保持水平的平衡控制装置，所述大臂通过第二旋转轴与所述小臂连接。

所述大腿驱动装置、小腿驱动装置、距离控制装置、大臂驱动装置、小臂驱动装置和平衡控制装置均包括电缸。

所述真空吸盘可吸附于玻璃，或吸附于瓷砖、石材等高空外墙。

所述清洁基座包括雾化喷嘴、一个清洁毛刷辊和两个清洁棉刷辊。

所述机器人的爬行方式为四足静步态爬行或动步态爬行。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明高空外墙清洗机器人，包括爬行装置和清洁装置，所述清洁装置位于爬行装置的一侧，本发明中的机械腿包括大腿驱动装置、小腿驱动装置和距离控制装置，与传统四杆结构相比，运动灵活、可跨越障碍物，可以有效提高机器人的清洁效率。

2、本发明中清洁臂包括大臂驱动装置、小臂驱动装置和平衡控制装置，共同实现机器人清洁臂方向的控制，清洁基座包括雾化喷嘴、一个清洁毛刷辊和两个清洁棉刷辊，机器人行走时，通过清洁基座和玻璃间的相对移动进行擦拭，使动作和清洁一体化，方便快捷。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明清洁臂的结构示意图；

图3为本发明机械腿的结构示意图；

图4为本发明的电路结构示意图；

图中：1为爬行装置，11为机器人机身，111为控制装置，112为视觉识别装置，1121为图像采集模块，1122为图像处理模块，113为气动真空模块，1131为空气压缩机，1132为真空发生器，12为髋关节，13为机械腿，131为大腿驱动装置，132为小腿驱动装置，133为距离控制装置，134为第一旋转轴，14为真空吸盘，2为清洁装置，21为清洁臂，211为大臂驱动装置，212为小臂驱动装置，213为平衡控制装置，214为第二旋转轴，22为清洁基座，23为第一旋转座，24为第二旋转座。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1至图3为本发明高空外墙清洗机器人提供的实施例一的结构示意图，如图1至图3所示，高空外墙清洗机器人，包括爬行装置1和清洁装置2，所述清洁装置2位于爬行装置1的一侧；

所述爬行装置1包括机器人机身11，所述机器人机身11上设有四个髋关节12，每个所述髋关节12连接有机械腿13，所述机械腿13可绕髋关节12进行旋转运动，实现机器人的上下行走；每个所述机械腿13底部连接有用于吸附玻璃、瓷砖等物体的真空吸盘14；所述清洁装置2包括清洁臂21、清洁基座22、第一旋转座23和第二旋转座24，所述清洁臂21的一端通过第一旋转座23与清洁基座22活动连接，所述第一旋转座23内设置有可调速电机，可驱动清洁基座22绕第一旋转座23进行360度旋转，所述清洁臂21的另一端通过第二旋转座24活动设置在机器人机身11上，所述第二旋转座24内设置有可调速电机，可清洁臂21绕第二旋转座24进行灵活旋转，实现玻璃的全方位清洗，所述清洁基座22包括雾化喷嘴、一个清洁毛刷辊和两个清洁棉刷辊。

每个所述机械腿13包括用于驱动机械腿13中大腿运动的大腿驱动装置131、用于驱动机械腿13中小腿运动的小腿驱动装置132和用于控制机器人机身11与玻璃面距离的距离控制装置133，通过距离控制装置133可以灵活控制机器人机身与玻璃面之间的距离，有利于实现机器人的障碍物跨越功能，所述大腿通过第一旋转轴134与所述小腿连接。

所述清洁臂21包括用于驱动清洁臂21中大臂运动的大臂驱动装置211、用于驱动清洁臂21中小臂运动的小臂驱动装置212和用于控制清洁基座22与玻璃面保持水平的平衡控制装置213，通过平衡控制装置213可以使清洁基座22始终和玻璃保持平行，以保持最佳清洗状态；所述大臂通过第二旋转轴214与所述小臂连接。

所述大腿驱动装置131、小腿驱动装置132、距离控制装置133、大臂驱动装置211、小臂驱动装置212和平衡控制装置213均包括电缸。

所述真空吸盘14不仅可以吸附于玻璃上，还可以吸附于瓷砖、石材等表面粗糙的高空外墙上，有助于机器人跨越障碍物实现高空玻璃、瓷砖等高空外墙的连续清洗。

所述高空擦玻璃机器人的爬行方式为四足静步态爬行或动步态爬行，具体地，静步态爬行过程中，机器人四条机械腿13中始终有三条机械腿13处于支撑状态(如吸附在玻璃上)，只有一条腿处于“抬起—落下”状态，假设机器人右前腿、右后腿、左后腿、左前腿按照顺时针方向依次编号为1、2、3、4，机器人按照1-3-2-4的方式进行静步态爬行：左前腿1先抬起，其他腿2、3、4支撑，紧接着左前腿1落下后，右后腿3抬起，其他腿1、2、4支撑，依次类推，实现机器人的行走和跨越功能。动步态爬行过程中，机器人四条机械腿13中始终有两条机械腿13处于支撑状态（吸附于玻璃上），另外两条机械腿13处于“抬起—落下”状态，同样假设机器人右前腿、右后腿、左后腿、左前腿按照顺时针方向依次编号为1、2、3、4，其中1、3和2、4各为一对腿，机器人按照对角小跑步态爬行，1、3腿抬起时，2、4腿支撑，紧接着1、3腿落下成为支撑腿，2、4腿抬起，依次类推，实现机器人的行走和跨越功能。

图4为本发明高空外墙清洗机器人提供的实施例二的电路结构示意图，如图4所示，在实施例一的基础上，高空擦玻璃机器人还包括控制装置111，所述控制装置111设置在机器人机身11内，所述控制装置111通过对单片机、FPGA或DSP等芯片进行程序编制，实现对机器人爬行装置和清洁装置的控制。

还包括视觉识别装置112，所述视觉识别装置112设置在机器人机身11上，所述视觉识别装置112的输出端与控制装置111的输入端相连；所述视觉识别装置112包括图像采集模块1121和图像处理模块1122，所述图像采集模块1121与图像处理模块1122电连接，所述图像采集模块1121采用高清摄像头实现待清洗表面及周围环境的图像采集；所述图像处理模块1122对采集到的图像进行分析处理，实现高空外墙表面脏物识别、障碍物识别和路径识别等视觉识别功能。

还包括气动真空模块113，所述气动真空模块113包括空气压缩机1131和真空发生器1132，所述空气压缩机1131放置在地面，所述真空发生器1132设置在机器人机身内，所述空气压缩机1131的输出端与真空发生器1132的输入端相连，所述真空发生器1132的输出端与真空吸盘14相连。

具体地，通过图像采集模块1121中的高清摄像头对玻璃表面及周围环境进行图像信息采集，并将采集到的图像信息发送给图像处理模块1122；随后，图像处理模块1122对采集到的图像信息进行分析处理，得到玻璃表面清洁度信息、障碍物信息和路径信息，并将上述信息发送给控制装置111，控制装置111根据视觉识别装置112提供的信息进行路径规划，控制爬行装置1和清洁装置2的工作方式，从而实现机器人的高空外墙清洗功能。

本发明高空外墙清洗机器人，模仿动物的肢体结构进行设计，与传统四杆结构相比，运动灵活、可跨越障碍物；清洁臂可围绕机器人机身进行灵活旋转，实现玻璃的全方位清洗，实用性强；真空吸盘不仅可以吸附于玻璃，还可以吸附于瓷砖等表面粗糙的高空外墙上，有助于机器人跨越障碍物实现高空玻璃、瓷砖等高空外墙的连续清洗；视觉识别装置可以实现高空玻璃及外墙表面脏物识别、障碍物识别和路径识别等视觉识别功能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。