玻璃幕墙非接触式清洗机器人的制作方法

本实用新型涉及玻璃幕墙清洗装置技术领域，尤其涉及的是一种玻璃幕墙非接触式清洗机器人。

背景技术：

现代大型建筑大多偏爱采用玻璃幕墙、玻璃顶，中国每年新建幕墙达9000 万平方米。这带动了幕墙玻璃清洁行业的发展，目前主要还是依靠人工进行清洁。而随着玻璃材质在建筑中的应用前景将愈加广泛，清洁行业也将随之发展。

此外，目前的清洁主要依靠“蜘蛛人”，他们通过绑在身上的两根绳子来保护工作中的人身安全，一根是主绳，用于控制升降，另一条是保险绳，用于系在身上的安全背心上，还有就是清洗玻璃幕墙时用吸盘固定位置，更为安全。但“蜘蛛人”清洁玻璃时坠楼的意外却时常见报。每年因为高空清洁坠亡的人数并非小数目，除了安全问题，采用人工清洗还存在成本高、费用大等缺陷。

现有的玻璃幕墙非接触式清洗机器人大多是接触式的，清洗部位需要与玻璃面接触进行擦拭清洗，然而，由于玻璃面可能是曲面或者平面的结构，那么接触式机器人并不能适用于类似的多种情况，适用范围受限；玻璃面有可能存在凹凸不平的情况，因而清洁部位的吸附力不够，影响清洁效果；此外，机器人重量不够轻，玻璃面的承受力较大等等。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种玻璃幕墙非接触式清洗机器人，适用范围更广，清洁效果更好。

为解决上述问题，本实用新型提出一种玻璃幕墙非接触式清洗机器人，包括：机器人本体，及设置在所述机器人本体上的至少一个涵道风扇、至少一电机组件、至少一速度传感器组件、及姿态控制计算机；

所述电机组件的数量与所述涵道风扇的数量对应，所述电机组件包括X 轴电机、Y轴电机及Z轴电机，分别连接在每个涵道风扇的X轴、Y轴、Z 轴方向上；

所述速度传感器组件与所述涵道风扇数量对应，所述速度传感器组件包括 X轴速度传感器、Y轴速度传感器及Z轴速度传感器，分别设置在每个涵道风扇的X轴、Y轴、Z轴方向上，分别将检测的各轴向速度数据传输至所述姿态控制计算机；

所述姿态控制计算机连接所述电机组件和速度传感器组件；所述姿态控制计算机根据接收的各轴向速度数据调整电机组件。

根据本实用新型的一个实施例，所述X轴电机、Y轴电机分别通过弹性联轴器直接连接在所述涵道风扇的X轴、Y轴上，在所述姿态控制计算机的控制下分别带动所述涵道风扇相对X轴、Y轴偏转所需偏转角度。

根据本实用新型的一个实施例，还包括非接触清洗装置及导流片；所述导流片设置在非接触清洗装置的上方和/或下方，并能够将所述涵道风扇的尾流引导至所述非接触清洗装置所朝向的玻璃面部位的上方和/或下方。

根据本实用新型的一个实施例，所述非接触清洗装置包括风刀滚筒，可转动连接在所述机器人本体上；所述风刀滚筒的至少一端入口输入经压缩空气和清洗液的混合物，所述风刀滚筒由所述压缩空气和清洗液的混合物带动其内叶片转动而转动，所述风刀滚筒的圆周侧面密布设置有多个将混合物喷出的管状喷口，且所述管状喷口的端口设置为相对所处的圆周侧面部位倾斜角度一致的斜口。

根据本实用新型的一个实施例，还包括视觉系统，安装在所述机器人本体朝向玻璃面的部位，连接所述姿态控制计算机；

所述视觉系统包括：红外调制发射器、红外接收装置、光斑检测模块；所述红外调制发射器连接所述态控制计算机，在所述姿态控制计算机的控制指令下发射红外光；所述红外接收装置连接所述光斑检测模块，接收红外光生成图像数据，并将图像数据传输至所述光斑检测模块；所述光斑检测模块连接所述姿态控制计算机，接收所述图像数据，将检测数据传输至所述姿态控制计算机。

根据本实用新型的一个实施例，所述视觉系统还包括时间飞行深度计算模块，连接所述红外调制发射器、红外接收装置及所述姿态控制计算机；

所述时间飞行计算模块根据所述红外调制发射器的发射光及所述红外接收装置接收的入射光之间的相位差确定深度数据，并将所述深度数据传输至所述姿态控制计算机；所述姿态控制计算机根据所述深度数据控制所述涵道风扇带动机器人本体在Y轴方向上移动，以调节机器人本体与玻璃面之间的间距。

根据本实用新型的一个实施例，所述X轴电机、Y轴电机通过带动涵道风扇的壳体来实现涵道风扇的偏转；涵道风扇的壳体为铝合金或碳纤维材料；在涵道风扇为多个时，各个涵道风扇同时同向偏转。

采用上述技术方案后，本实用新型相比现有技术具有以下有益效果：

通过涵道风扇来控制机器人的移动或悬停，使得机器人能够工作在较稳定的状态下，不需要通过接触玻璃面来稳定自身，可实现非接触式的清洗；通过在三轴方向上分别设置速度传感器，来感测三轴方向上的速度，从而可以通过各轴实际速度的反馈来使机器人在相应维度上的电机进行调整，使得机器人的实际速度与所需速度吻合，以悬停或运动在稳定的状态。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的玻璃幕墙非接触式清洗机器人的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的X轴电机、Y轴电机与涵道风扇的连接结构示意图；

图3为本实用新型一实施例的风刀滚筒的立体结构示意图；

图4为本实用新型一实施例的风刀滚筒的剖面结构示意图；

图5为本实用新型一实施例的光斑及窗框识别定位的图像示意图。

图中标记说明：

1-机器人本体，2-涵道风扇，3-风刀滚筒，31-入口，32-管状喷口，4-视觉系统，5-导流片，6-缆绳，71-X轴电机，72-Y轴电机。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1，在一个实施例中，玻璃幕墙非接触式清洗机器人包括：机器人本体1，及设置在所述机器人本体1上的至少一个涵道风扇2、至少一电机组件、至少一速度传感器组件、及姿态控制计算机(图中未示出)。

涵道风扇2的数量可以是1个或者更多个。在涵道风扇2为一个时，该涵道风扇2设置在机器人的重心位置处；在涵道风扇2为两个以上时，几个涵道风扇2相对机器人的重心位置对称设置，实现机器人整体的平衡及移动稳定性。

所述电机组件的数量与所述涵道风扇的数量对应，电机组件一一对应一涵道风扇2连接，可由姿态控制计算机控制驱动。所述电机组件包括X轴电机、Y轴电机及Z轴电机，分别连接在每个涵道风扇的X轴、Y轴、Z轴方向上。 X轴电机、Y轴电机可以实现涵道风扇2在水平方向上的移动，Z轴电机可以实现涵道风扇2在竖直方向上的升降，三者配合还可实现涵道风扇2在无风或有风状态下悬停。

所述速度传感器组件与所述涵道风扇2数量对应，速度传感器组件一一对应一涵道风扇连接。所述速度传感器组件包括X轴速度传感器、Y轴速度传感器及Z轴速度传感器，分别设置在每个涵道风扇2的X轴、Y轴、Z轴方向上，分别将检测的各轴向速度数据传输至所述姿态控制计算机。

三个方向配置速度传感器的目的是为了测得三个方向的速度，当机器人需要悬停时三个方向的速度必须为零，当机器人需要向某一A方向运动时，这个A方向的速度是大于其他二个方向的，但其他二个方向的矢量和等于A方向的矢量。反之机器人向其他方向运动则同样原理。因而通过X轴速度传感器、Y轴速度传感器及Z轴速度传感器可以测得机器人在三轴上的实际速度，从而与机器人控制的理论速度相关值进行比较，从而可以调整机器人的姿态偏差。

所述姿态控制计算机连接所述电机组件和速度传感器组件；所述姿态控制计算机根据接收的所述速度传感器组件反馈的各轴向速度数据调整电机组件，控制电机组件在各轴上进行相应的运转，从而调整所述机器人本体的姿态。

通过涵道风扇2来控制机器人的移动或悬停，使得机器人能够工作在较稳定的状态下，不需要通过接触玻璃面来稳定自身，可实现非接触式的清洗；通过在三轴方向上分别设置速度传感器，来感测三轴方向上的速度，从而可以通过各轴实际速度的反馈来使机器人在相应维度上的电机进行调整，使得机器人的实际速度与所需速度吻合，以悬停或运动在稳定的状态。

通常涵道风扇系统只能改变推力的大小，却不能改变推力的方向，为了使涵道风扇系统同时具备改变推力大小和方向的能力，本实用新型实施例采用了三维涵道风扇矢量推进方式，不仅继承了涵道风扇系统静推力大，推力效率高的优点，而且还能够通过三维涵道风扇控制推力的方向。

在一个实施例中，所述姿态控制计算机的控制方式包括：可以根据各轴向速度数据计算机器人的矢量速度，通过矢量速度换算出X轴电机、Y轴电机带动所述涵道风扇的偏转角度及Z轴电机带动所述涵道风扇的桨叶转速。

机器人在水平方向(X轴)、前后方向(Y轴)、垂直方向(Z轴)三个方向配置速度传感器，通过这些敏感传感器可以准确判断玻璃幕墙机器人运动速度。当机器人需要悬停时，三个方向的速度应当为零，但此时由于重力作用三个方向输出的矢量力是不同的，姿态控制计算机可以根据空气动力学计算出三个方向的矢量力，从而计算出速度矢量，并通过速度矢量换算出X轴方向、Y 轴方向上的偏转角度和Z轴方向的桨叶转速的快慢变化。在无风情况下，可以仅考虑机器人的重力作用；而在风情况下，则将相应的风力考虑在内，矢量力及速度矢量为与重力和风力两者抗衡下的结果，可以保证有风或无风状态下的悬停。而当机器人需要在某个方向上运动时，则在该方向上的速度不为零，调整速度矢量使得该轴向的运动满足相应速度要求即可。

参看图2，所述X轴电机71、Y轴电机72通过一个弹性联轴器直接连接在所述涵道风扇的X轴、Y轴上，在所述姿态控制计算机的控制下分别带动所述涵道风扇2相对X轴、Y轴偏转所需偏转角度。X轴电机71通过旋转带动涵道风扇2绕X轴旋转一定角度来实现偏转。Y轴电机72设置在垂直于X 轴的方向上，通过摆动来实现涵道风扇2绕Y轴摆动一定角度来实现偏转。当然，X轴电机71、Y轴电机72也可以分别通过弹性联轴器连接涵道风扇2，具体不限。

在一个实施例中，继续参看图1，玻璃幕墙非接触式清洗机器人还可以包括非接触清洗装置及导流片5。所述导流片5设置在非接触清洗装置的上方和 /或下方，并能够将所述涵道风扇2的尾流引导至所述非接触清洗装置所朝向的玻璃面部位的上方和/或下方。优选的，如果从上到下移动，则优选设置在上方，如果从下到上移动，则优选设置在下方，当然，最好是上方和下方均设置。

在移动过程中，涵道风扇2移动到非接触清洗装置清洁后的位置处，最后残留于玻璃表面的水雾在涵道风扇2的高速尾流通过导流片5引流作用下被迅速吹干；或者在对非接触清洗装置还没移动到的位置处进行吹扫，实现黏浊物的预清洁。

优选的，参看图3和4，非接触清洗装置包括风刀滚筒3，风刀滚筒3可转动连接在所述机器人本体1上。所述风刀滚筒3的至少一端入口31输入压缩空气和清洗液的混合物，清洗液可以预先进行加温。所述风刀滚筒3由所述压缩空气和清洗液的混合物带动其内叶片转动而转动。所述风刀滚筒3的圆周侧面密布设置有多个将混合物喷出的管状喷口32，管状喷口数量不限，且所述管状喷口32的端口设置为相对所处的圆周侧面部位倾斜角度一致的斜口。管状喷口32垂直于风刀滚筒3的圆周侧面，避免冲击力被阻挡而弱化。

由于混合物进入风刀滚筒3内时具有一定的冲击力，在冲力作用下推动风刀滚筒3快速旋转，混合物在旋转过程中从管状喷口2处喷射出来，从管状喷口2喷出的清洁物由于旋转力的作用，到达玻璃时被分为至少二个方向，从而玻璃面受到不同方向的作用力，增强玻璃表面下扫或上扫的力，将玻璃表面的油渍、灰尘、污垢等快速吹除，清洁效果更佳。

在图4中，斜口平面与管状喷口32的管向之间的夹角呈30度，但不限于此，在一定范围内均可以起到产生切削力的作用。斜口朝向管状喷口32的转动方向倾斜，例如图4，管状喷口32朝下转动，斜口的倾斜方向也是朝下，使得喷出的清洁物可以有G和P两个方向的切削力，其中，G为清洁物喷出的冲击力，P为斜口的倾斜上端压迫下产生的力。清洗液伴随着压缩空气从斜口处强力雾化喷射出来，喷出的雾化水受旋转力作用，到达玻璃时被分为不同方向，将玻璃表面的油渍、灰尘、污垢等快速吹除。

在一个实施例中，继续参看图1，玻璃幕墙非接触式清洗机器人还可以包括缆绳组件6，所述缆绳组件6包括绑缚在一起的保险钢缆、输液管及电缆。保险钢缆连接所述机器人本体1，所述输液管连接所述风刀滚筒3的入口31，所述电缆连接所述姿态控制计算机。三种缆绳或管道绑缚在一起升降，避免线路杂乱纠缠在一起；在涵道风扇2控制运动的基础上，通过保险钢缆连接，避免涵道风扇失控情况下机器人发生坠落的状况。

在一个实施例中，继续参看图1，玻璃幕墙非接触式清洗机器人还包括视觉系统4。视觉系统4安装在所述机器人本体1朝向玻璃面的部位，视觉系统 4连接所述姿态控制计算机。

结合图5，所述视觉系统包括：红外调制发射器、红外接收装置、光斑检测模块；所述红外调制发射器在所述姿态控制计算机的控制指令下发射红外光；所述红外接收装置接收红外光生成图像数据，并将图像数据传输至所述光斑检测模块；所述光斑检测模块接收所述图像数据，通过识别明暗变化的光圈以检测图像数据中是否存在光斑及定位光斑在图像中的位置，并根据图像数据中的光线增益变化判断窗框在图像中的位置，将光斑位置和窗框位置传输至所述姿态控制计算机；所述姿态控制计算机根据所述光斑位置距窗框位置的差值控制所述涵道风扇2运动而带动机器人本体在Z轴或X轴方向上移动。

通过红外调制发射器、红外接收装置的配合，实现红外光向玻璃幕墙的发射与反射，并通过光斑检测模块检测反射回来的图像数据，由于反射平面玻璃的特殊性，如果反射回来的图像上存在光斑则说明是玻璃区域，否则就是窗框区域，由于光斑的形状通常是一个光圈的形状，因而可以通过检测图像中是否存在光圈形状的暗亮暗这样的灰度变化来判断是否有光斑，在检测到光斑后可以定位光斑在图像中的位置，同时，由于玻璃的光反射特性较强，因而玻璃区域和窗框区域的光线增益不同，玻璃区域到窗框区域的光线增益有较大的落差，从而可以定位窗框区域在图像中的位置，从而可以计算出光斑离窗框的相对距离，便可以控制涵道风扇2将机器人本体1在计算的距离范围(玻璃区域) 内移动，从而可以避免盲目清洗或者乱移动导致撞坏玻璃的问题。

进一步的，视觉系统还包括时间飞行深度计算模块，连接所述红外调制发射器、红外接收装置及所述姿态控制计算机。所述时间飞行计算模块根据所述红外调制发射器的发射光及所述红外接收装置接收的入射光之间的相位差确定深度数据，并将所述深度数据传输至所述姿态控制计算机；所述姿态控制计算机根据所述深度数据控制所述涵道风扇2带动机器人本体1在Y轴方向上移动，以调节机器人本体与玻璃面之间的间距。即Y轴方向为机器人本体1 与玻璃面的距离方向。可以实时调整该间距，保证机器人本体1始终距玻璃面一定距离，避免撞击玻璃，也避免距离过远而达不到所需的清洗效果。

优选的，X轴电机71、Y轴电机72通过带动涵道风扇2的壳体来实现涵道风扇的偏转，连接强度更高，壳体会带着涵道风扇2的其他部件一同偏转。涵道风扇2的壳体为铝合金或碳纤维材料，可以使得整体结构更强固同时重量更轻。在涵道风扇2为多个时，各个涵道风扇2同时同向偏转，避免做相互之间部分或全部抵消而无用功。

本实用新型实施例的玻璃幕墙清洗机器人本体上将携带若干个涵道风扇，机器人左右方向(X轴)、前后方向(Y轴)、垂直方向(Z轴)三个方向的推力，通过矢量姿态计算机控制X轴与Y轴二个方向扭矩电机工作，可使各个对称的涵道风扇本体分别沿二个轴向(X与Y轴)旋转，配合风扇的推进力 (Z轴)，从而产生三个不同方向平衡推力，保证机器人能悬停在空中，当有风力影响时通过X轴与Y轴二个方向扭矩电机的微调产生角度偏转发生变量推力，同时相应调整涵道风扇转速来达到三维控制，从而保持机器人原地悬空不动，如果需要向某一方向移动时只需改变此方向推力即可。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。