一种玻璃幕墙清洁机器人的攀爬驱动装置的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其是一种玻璃幕墙清洁机器人的攀爬驱动装置。

背景技术：

目前对玻璃幕墙的清洁主要还是采用人工方式来完成的，即：将清洁人员从楼顶悬吊至建筑物的侧墙处后，由清洁人员人工对幕墙表面进行清理，此种方式不但存在整个过程清洁效率不高、危险系数大等问题，而且清洁成本偏高，也由此影响了玻璃幕墙的美观、清洁以及进一步发展的空间。

针对此问题，目前市面上出现了一些能够对玻璃幕墙进行自动清洗的清洁机器人，这些机器人能够吸附在玻璃幕墙的墙壁上或者沿玻璃幕墙的墙壁以人工吊拽或者自动攀爬的方式逐步对幕墙表面进行清理，然而，现有的清洁机器人普遍存在自动移动性差、只能对平面幕墙进行清洁、攀爬装置结构过于复杂等诸多问题，从而严重限制了机器人的推广应用。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种玻璃幕墙清洁机器人的攀爬驱动装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种玻璃幕墙清洁机器人的攀爬驱动装置，它包括牵引轮机构、推力轮机构和置于牵引轮机构与推力轮机构之间的轴转机构，所述轴转机构的前端与牵引轮机构轴转连接、后端与推力轮机构轴转连接；

所述牵引轮机构包括牵引底盘架、装设于牵引底盘架上的牵引马达组以及两根沿前后方向并行地装设于牵引底盘架上的牵引转轴，每根所述牵引转轴的左端和右端均装设有至少一个牵引驱动轮，位于所述牵引底盘架的同一侧且处于同一直线上的牵引驱动轮通过一牵引真空吸盘履带套接为一体，所述牵引马达组与牵引转轴相连并通过驱动牵引转轴来带动牵引驱动轮作同向转动；

所述推力轮机构包括推力底盘架、装设于推力底盘架上的推力马达组、通过推力转轴装设于推力底盘架的左右两侧的推力驱动轮以及套装于推力驱动轮上的推力真空吸盘履带，所述推力马达组与推力转轴相连并通过驱动推力转轴带动推力驱动轮作旋转运动。

优选地，所述牵引转轴包括位于牵引底盘架前端左侧的前左转轴段、位于牵引底盘架的前端右侧的前右转轴段、位于牵引底盘架的后端左侧的后左转轴段以及位于牵引底盘架的后端右侧的后右转轴段，所述前左转轴段、前右转轴段、后左转轴段和后右转轴段均通过一轴承插装于牵引底盘架上，所述牵引驱动轮共计四个且分别套接于前左转轴段、前右转轴段、后左转轴段和后右转轴段的外端，所述前左转轴段和后左转轴段上的牵引驱动轮通过一牵引真空吸盘履带套接为一体，所述前右转轴段和后右转轴段上的牵引驱动轮通过一牵引真空吸盘履带套接为一体；

所述牵引马达组包括装设于牵引底盘架的前端部的牵引导向马达和装设于牵引底盘架的后端部的牵引驱动马达，所述前右转轴段的内端设置有第一导向齿轮，所述牵引导向马达的输出轴上设置有用于与第一导向齿轮相啮合的第二导向齿轮，所述牵引驱动马达的输出轴与后左转轴段连接一体。

优选地，所述推力驱动轮为一两端封闭且内部中空的圆桶状结构体，所述推力底盘架封装于推力驱动轮内，所述推力马达组为一步进电机，所述推力马达组固定于推力底盘架上并封装于推力驱动轮内，所述推力真空吸盘履带包覆于推力驱动轮的外周上；

所述轴转机构包括以牵引底盘架的中心线为界呈左右镜像分布的左护板和右护板以及沿左右方向贯穿于牵引底盘架分布并位于牵引导向马达与牵引驱动马达之间的固定轴杆，所述左护板和右护板分别套接并固定于固定轴杆的左端和右端，所述固定轴杆上且与牵引底盘架相接触的位置设置有轴承，所述左护板的后端固定有辅助转轴，所述辅助转轴的右端通过轴承与推力驱动轮的左端相连，所述推力马达组的输出轴穿过推力驱动轮的右端面后插接并固定于右护板的后端。

优选地，所述左护板和右护板均包括前护板部和前端部为空腔管体结构的后护板部，所述前护板部的后端插套于后护板部的前端部内，且所述前护板部的后端面与后护板部之间连接有一缓冲弹簧。

优选地，所述固定轴杆上还套接有第一减速齿轮，所述牵引底盘架的中部装设有一牵引减速电机，所述牵引减速电机的输出轴上装设有用于与第一减速齿轮相啮合的第二减速齿轮。

优选地，所述牵引底盘架包括承重板、由承重板的左端和右端向外延伸并贯穿于对应的牵引真空吸盘履带分布的连接架以及由连接架的外端部的前侧向前延伸且后侧向后延伸后形成的连接臂，每个所述连接臂上均设置有一定型轮，所述定型轮套接于对应的牵引转轴上，所述牵引马达组为一步进电机，所述牵引马达组座设于承重板上，且所述牵引马达组的输出轴通过一第一传送带与位于承重板的前端的牵引转轴相连；

所述推力底盘架与牵引底盘架的结构相同，所述推力转轴为两根且沿前后方向并行地设置于推力底盘架的前侧和后侧，所述推力马达组为一步进电机，所述推力马达组座设于推力底盘架的承重板上，且所述推力马达组的输出轴通过一第二传送带与位于推力底盘架的承重板的后端的推力转轴相连。

优选地，所述轴转机构包括左链板、右链板和中链板，位于所述牵引底盘架的后侧的牵引转轴和位于推力底盘架的前侧的推力转轴通过由左至右顺序分布的左链板、中链板和右链板套接为一体。

优选地，位于所述推力底盘架的后侧的推力转轴的中部还轴连有一刮板连接杆。

优选地，每根所述牵引转轴的左端和右端分别装设有三个牵引驱动轮，且沿前后方向处于同一直线上的两个牵引驱动轮通过一牵引真空吸盘履带连为一体；每根所述推力转轴的左端和右端分别装设有三个推力驱动轮，且沿前后方向处于同一直线上的两个所述推力驱动轮通过一推力真空吸盘履带连为一体。

优选地，所述牵引真空吸盘履带和推力真空吸盘履带均包括一履带以及若干个装设于履带上并与履带的表面相垂直的吸附盘；每个所述吸附盘的内端均设置有一用于控制吸附盘的盘口启闭的阀针、侧壁上均装设有一用于与外部负压装置相连的真空接头，所述针阀的内端穿过履带后与牵引驱动轮或推力驱动轮的表面相抵。

由于采用了上述方案，本发明可作为清洁机器人的动力装置来使用，当机器人在幕墙上遇到转角或者凹凸不平的区域时，以度过玻璃幕墙的内转角区域为例，由于牵引轮机构和推力轮机构均是与轴转机构转轴连接，此时推力驱动轮则会在推力马达组的作用下继续向前提供动力，从而使牵引轮机构以轴转机构为轴相对于推力轮机构作顺时针翻转直至与推力轮机构相垂直(在此过程中，由于牵引马达组始终会驱动牵引驱动轮作逆时针转动，故可保证牵引真空吸盘履带的至少一部分保持与幕墙墙壁相贴附的状态)；当驱动装置度过幕墙上的内转角后会处于幕墙的竖直平面内，此时，在真空吸盘履带的吸附作用下可沿幕墙的竖直平面继续移动；其结构简单、移动灵活、安全可靠，不但可在平整的幕墙表面上行进，也可在幕墙转角或者凹凸不平的区域行进，具有很强的实用价值和市场推广价值。

附图说明

图1是本发明的第一个实施例的结构示意图；

图2是本发明的第一个实施例的平面结构透视图；

图3是本发明的第一个实施例在幕墙的水平平面内的运动状态示意图；

图4是本发明的第一个实施例在幕墙的内转角区域的运动状态示意图；

图5是本发明的第一个实施例在幕墙的外转角区域的运动状态示意图；

图6是本发明的第二个实施例的结构示意图；

图7是本发明的第二个实施例在幕墙的水平平面内的运动状态示意图；

图8是本发明的第二个实施例在幕墙的内转角区域的运动状态示意图；

图9是本发明的第二个实施例在幕墙的竖直平面内的运动状态示意图；

图10是本发明的第二个实施例在幕墙的外转角区域的运动状态示意图；

图11是本发明实施例的吸附盘在闭合状态下的结构示意图；

图12是本发明实施例的吸附盘在开启状态下的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1至图12所示，本实施例提供的一种玻璃幕墙清洁机器人的攀爬驱动装置，它包括牵引轮机构a、推力轮机构b和置于牵引轮机构a与推力轮机构b之间的轴转机构c，轴转机构c的前端与牵引轮机构a轴转连接、后端与推力轮机构b轴转连接；其中，牵引轮机构a包括牵引底盘架10、装设于牵引底盘架10上的牵引马达组以及两根沿前后方向并行地装设于牵引底盘架10上的牵引转轴，在每根牵引转轴的左端和右端均装设有至少一个牵引驱动轮13，位于牵引底盘架10的同一侧且处于同一直线上的牵引驱动轮13通过一牵引真空吸盘履带套接为一体，牵引马达组则与牵引转轴相连并通过驱动牵引转轴来带动牵引驱动轮13作同向转动；推力轮机构b包括推力底盘架20、装设于推力底盘架20上的推力马达组21、通过推力转轴22装设于推力底盘架20的左右两侧的推力驱动轮23以及套装于推力驱动轮23上的推力真空吸盘履带，推力马达组21与推力转轴22相连并通过驱动推力转轴22带动推力驱动轮23作旋转运动。由此，可利用攀爬驱动装置作为清洁机器人的动力装置来使用，当驱动装置处于幕墙的水平平面时(如图3和图7所示)，可利用牵引马达组以及推力马达组21所提供的动力来驱动牵引驱动轮13和推力驱动轮23作同向转动(如逆时针方向)，在真空吸盘履带的吸附作用下使整个装置能够逐步吸附并向前移动；当驱动装置在幕墙上遇到内转角后(如图4和图8所示)，由于处于前端的牵引驱动轮13会受到幕墙内转角墙壁的抵触，由于牵引轮机构a和推力轮机构b均是与轴转机构c转轴连接，此时推力驱动轮23则会在推力马达组21的作用下继续向前提供动力，从而使牵引轮机构a以轴转机构c为轴相对于推力轮机构b作顺时针翻转直至与推力轮机构b相垂直(在此过程中，由于牵引马达组始终会驱动牵引驱动轮13作逆时针转动，故可保证牵引真空吸盘履带的至少一部分保持与幕墙墙壁相贴附的状态)；当驱动装置度过幕墙上的内转角后会处于幕墙的竖直平面内(如图9所示)，此时，在真空吸盘履带的吸附作用下可沿幕墙的竖直平面继续移动(其运动状态与装置处于幕墙的水平平面内状态相近似)；当驱动装置在幕墙上遇到外转角后(如图5和图10所示)，牵引马达组所提供的逆时针转动效应会使得牵引轮机构a能够相对于推力轮机构b作逆时针的转动效果，从而平稳地度过幕墙的外转角，以继续下一个幕墙的水平平面。基于此，整个装置可保证机器人不但可在平整的幕墙表面上行进，也可在幕墙转角或者凹凸不平的区域行进。

为最大限度地丰富整个驱动装置的结构，使其能够在不同的幕墙转角或者凸起处进行行进，本实施例的驱动装置具体可采用如下实施例的结构形式。

第一个实施例，如图1至图5所示：

牵引转轴包括位于牵引底盘架10前端左侧的前左转轴段121、位于牵引底盘架10的前端右侧的前右转轴段122、位于牵引底盘架10的后端左侧的后左转轴段123以及位于牵引底盘架10的后端右侧的后右转轴段124；其中，前左转轴段121、前右转轴段122、后左转轴段123和后右转轴段123均通过一轴承(图中未示出)插装于牵引底盘架10上，牵引驱动轮13共计四个且分别套接于前左转轴段121、前右转轴段122、后左转轴段123和后右转轴段124的外端，在前左转轴段121和后左转轴段123上的牵引驱动轮13通过一牵引真空吸盘履带套接为一体，在前右转轴段122和后右转轴段124上的牵引驱动轮13通过一牵引真空吸盘履带套接为一体；牵引马达组包括装设于牵引底盘架10的前端部的牵引导向马达11和装设于牵引底盘架10的后端部的牵引驱动马达12，在前右转轴段122的内端设置有第一导向齿轮14，在牵引导向马达11的输出轴上设置有用于与第一导向齿轮14相啮合的第二导向齿轮15，牵引驱动马达12的输出轴则与后左转轴段123连接一体。如此，当驱动装置处于幕墙的水平平面内或者竖直平面内时通过牵引导向马达11和牵引驱动马达12的作用可使得位于牵引底盘架10的左侧和右侧的牵引驱动轮13保持同步同向的转动效果；同时，在整个牵引底盘架10上可形成两个动力驱动轮且两个动力驱动轮呈对角线的方式进行布置，有利于提升牵引轮机构a的动力效果；另外，由于牵引导向马达11与前右转轴段122采用齿轮啮合传动的形式，在增加牵引底盘架10的前端重量以保证装置遇到转角时能够保持一定的翻转动力的同时，也丰富了牵引轮机构a的动力传动形式。

为简化本实施例中的驱动装置的结构，推力驱动轮23采用一两端封闭且内部中空的圆桶状结构体，推力底盘架20封装于推力驱动轮23内，推力马达组21则采用一步进电机，推力马达组21固定于推力底盘架20上并封装于推力驱动轮23内，推力真空吸盘履带则包覆于推力驱动轮20的外周上；轴转机构c包括以牵引底盘架10的中心线为界呈左右镜像分布的左护板31和右护板32以及沿左右方向贯穿于牵引底盘架10分布并位于牵引导向马达11与牵引驱动马达12之间的固定轴杆33，左护板31和右护板32分别套接并固定于固定轴杆33的左端和右端，在固定轴杆33上且与牵引底盘架10相接触的位置设置有轴承(图中未示出)，在左护板31的后端固定有辅助转轴30(此时，其即是推力转轴22)，辅助转轴30的右端通过轴承与推力驱动轮23的左端相连，推力马达组21的输出轴穿过推力驱动轮23的右端面后插接并固定于右护板32的后端。如此，由于推力马达组21是固定于推力驱动轮23内的，在其作用下可使推力驱动轮23以及推力马达组21的本体能够相对于左右护板进行转动，当驱动装置遇到玻璃幕墙的转角时，左右护板可起到支撑的作用以支撑起牵引轮机构a并使牵引轮机构a能够相对于推力轮机构b进行一定角度的翻转。

为使牵引轮机构a在于玻璃幕墙的墙壁进行接触时避免因发生硬性撞击而对整个装置运动的平稳性造成影响，本实施例的左护板31和右护板32均包括前护板部d和前端部为空腔管体结构的后护板部e，前护板部d的后端插套于后护板部e的前端部内，并且在前护板部d的后端面与后护板部e之间连接有一缓冲弹簧34。由此，在牵引轮机构a遇到障碍后，整个轴转机构c可在缓冲弹簧34的作用下形成伸缩效应，一旦牵引轮机构a度过幕墙转角后，由于缓冲弹簧34的弹力释放，可使牵引真空吸盘履带能够快速且平稳地贴附于幕墙表面上。

为保证牵引轮机构a能够相对于推力轮机构b进行可控式的翻转，在固定轴杆33上还套接有第一减速齿轮35，在牵引底盘架10的中部装设有一牵引减速电机36，牵引减速电机36的输出轴上装设有用于与第一减速齿轮35相啮合的第二减速齿轮37。由此，利用减速齿轮之间的啮合效果并通过对牵引减速电机36的转速的控制，可对牵引轮机构a的翻转速度进行调控，以使整个驱动装置能够平稳地度过幕墙的转角。

第二个实施例，如图6至图10所示：

将牵引轮机构a和推力轮机构b设置为相同的结构形式，以牵引轮机构a的结构为例：牵引底盘架10包括承重板16、由承重板16的左端和右端向外延伸并贯穿于对应的牵引真空吸盘履带分布的连接架17以及由连接架17的外端部的前侧向前延伸且后侧向后延伸后形成的连接臂18，在每个连接臂18上均设置有一定型轮19，定型轮19套接于对应的牵引转轴上(此时，每根牵引转轴均为单根杆状结构并沿左右方向通过定型轮19装设于牵引底盘架10上)，牵引马达组采用一个步进电机，牵引马达组座设于承重板16上，且牵引马达组的输出轴通过一第一传送带f与位于承重板16的前端的牵引转轴相连；同理，推力转轴22为两根且沿前后方向并行地设置于推力底盘架20的前侧和后侧(具体为通过推力底盘架20的连接臂进行装设)，推力马达组21采用一步进电机，推力马达组21座设于推力底盘架20的承重板上，且推力马达组21的输出轴通过一第二传送带g与位于推力底盘架20的承重板的后端的推力转轴22相连。本实施例的驱动装置的运动原理与第一个实施例的驱动装置的运动原理相同。

为简化本实施例的驱动装置的结构，轴转机构c包括左链板40、右链板41和中链板42，位于牵引底盘架10的后侧的牵引转轴和位于推力底盘架20的前侧的推力转轴22通过由左至右顺序分布的左链板40、中链板41和右链板42套接为一体。由此，可是本实施例的驱动装置在整体上呈现类似于“传动链条”的结构形式。

为能够为驱动装置在机器人上的应用提供更为便利的基础，在位于推力底盘架20的后侧的推力转轴22的中部还轴连有一刮板连接杆60，以此可利用刮板连接杆60作为诸如扫辊、擦拭垫、清洁刷等部件的连接机构。

作为一个优选方案，本实施例的每根牵引转轴的左端和右端分别装设有三个牵引驱动轮13，且沿前后方向处于同一直线上的两个牵引驱动轮13通过一牵引真空吸盘履带连为一体；每根推力转轴22的左端和右端分别装设有三个推力驱动轮23，且沿前后方向处于同一直线上的两个推力驱动轮23通过一推力真空吸盘履带连为一体。由此，可有效扩大整个驱动装置的宽度，为清洁机器人扩大清洁面积提供结构基础，同时有利于提高整个装置的运行平稳性。

为使驱动装置能够以吸附的方式在幕墙表面上进行行进，第一实施例和第二实施例的驱动装置中的真空吸盘履带均可采用如下结构形式，如图11和图12所示，即：牵引真空吸盘履带和推力真空吸盘履带均包括一履带50以及若干个装设于履带50上并与履带50的表面相垂直的吸附盘51；在每个吸附盘51的内端均设置有一用于控制吸附盘51的盘口启闭的阀针52、侧壁上均装设有一用于与外部负压装置(图中未示出)相连的真空接头53，针阀52的内端穿过履带50后与牵引驱动轮13或推力驱动轮23的表面相抵。当某些吸附盘51(尤其是处于驱动轮压合位置的吸附盘51)处于履带50与幕墙墙壁之间时，可利用驱动轮对阀针52的压合力使阀针52相对于吸附盘51产生位置移动，从而打开吸附盘51的盘口，在外部负压装置的作用下，利用真空接头53对吸附盘51进行抽气，使吸附盘51与幕墙墙壁之间形成负压，从而实现吸附的效果；与此同时，某些吸附盘51与幕墙墙壁之间形成分离的状态，由于针阀52没有受到压力，故而可起到关闭吸附盘51的盘口的作用；在履带50反复转动的过程中，各个吸附盘51会逐一地进行盘口开启和关闭动作，即可实现移动式吸附效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。