一种带有渗透管的高空清洁攀壁机的制作方法

本发明涉及机械电子设备。

背景技术：

公知的高空墙壁作业，如幕墙清洗等，尚无成熟的自动化设备以替代人工进行半空作业。而当前公知的墙壁作业设备，需要将人工吊挂在半空已完成作业，这不仅增大了作业成本，而且导致人身安全问题。

为了实现采用自动化设备代替人工实现高空墙壁作业的目的，曾有技术人员在研制攀壁机方面作了大量努力。目前相关的公知技术包括：采用卷扬机（即固定在高处的电机拖动设备）通过线缆对攀壁机进行拖动，实现攀壁机的上下移动，即纵向位置控制；采用螺旋桨产生的风力，使攀壁机稳定地依附在墙壁上；在攀壁机上设置轮子，以实现攀壁机顺利地上下移动。

在幕墙清洗时，清洁液的输送是一项关键的技术问题。针对这一问题，公知的解决方案有两种：一种是采用较长的管线从地面或楼顶供液；另一种是攀壁机自带清洁液并携带清洁液循环过滤系统。

对于第一种方案，当楼层较高时，如果采用较长的管线从地面供液，需要高压输送；而如果采用较长的管线从楼顶供液，当攀壁机位于较低位置时，管线内壁同样面临高压的问题。且管线较长，自重较大时，容易造成管线折弯、不易移动、操作麻烦、风扰大、影响攀壁机位姿稳定等问题。

第二种方案，则存在着重量大，成本高，过于复杂，循环过滤技术尚不成熟因而难以实际应用的问题。

一种可行的方案是在作业效率和作业机器的系统复杂度之间进行折中，即：适度牺牲作业效率，以避免作业机器系统过于复杂。具体为：每隔一段时间，将攀壁机降至地面进行清洁液补充。这就要求清洁液必须被高效集约使用，一定量的清洁液用于尽可能大的面积的清洁作业面，以尽可能降低机器系统的总重量，并增大清洁液补充的时间间隔。然而，目前尚无能够显著提高清洁液利用效率的公知技术。

此外，当清洁液不是纯净水时，存在着环保的问题。这就要求清洁液不得四处喷溅，且最好是以涂抹的方式施加到待清洁表面。然而，以目前关于攀壁机作业的公知技术，尚不能使攀壁机以涂抹的方式将清洁液施加到待清洁表面且连续有效地控制清洁液的流量流速。

技术实现要素：

为了确保用于高空清洁的攀壁机能够高效利用清洁液且避免采用喷射式供液方法，本发明提供了一种带有渗透管的高空清洁攀壁机。

本发明提供的攀壁机，主要包括攀壁机本体、多个螺旋桨、螺旋桨驱动装置、用于拖动攀壁机本体上下移动的电动机拖动装置、安装在攀壁机本体上的带有渗透管的清洁装置、与渗透管相连通的供液装置。

攀壁机本体主要包括由支撑杆通过连接件所构建的框架。为了降低重量，支撑杆可以采用碳纤维材料制成，也可以采用铝管或不锈钢管，以便固定于其上的电机以及电源管理装置的散热。

螺旋桨驱动系统可以是盘形外转子式无刷直流电动机系统。可以在螺旋桨驱动电动机上设置散热装置。散热装置可以是铝质散热片，散热片通过导热硅胶与电动机的底部或周围外壳相粘合，散热片伸展到四周区域，并通过螺旋桨产生的风来提高散热效果。

攀壁机的上下移动通过固定在高处的电动机拖动装置，即卷扬机的牵引来实现。电动机拖动装置主要包括电动机驱动系统。在实际工作中，电动机拖动装置的驱动电机系统可以固定在墙体高处的固定位置处或楼顶的移动小车上，驱动电机与容纳牵引绳的轱辘共轴相连，牵引绳的末端与攀壁机本体相连接，电动机拖动装置通过驱动轱辘转动，利用牵引绳对攀壁机本体进行拖动。电动机拖动装置的驱动电机系统以及牵引绳轱辘也可以固定在攀壁机本体上，牵引绳的另一端固定在墙体高处或楼顶的移动小车上。

电动机拖动装置上设置有电子调速系统和刹车装置以及减速结构。其中电子调速系统可以通过导线或无线电接收相应调速指令信号，并根据接收到的指令信号对拖动装置的运行速度的大小和方向进行实时调整。刹车装置的作用是防止攀壁机本体坠落以及在攀壁机本体固定不动时，可以利用刹车装置卡住攀壁机，并停止电动机拖动装置中的电动机的运转，以节省电能以及进行电机降温。减速结构可以由一系列齿轮构成，其作用是对电机的输出力矩进行放大。

为了使攀壁机能够附着在墙壁上且能够轻松移动，本发明所提供的攀壁机上设置了支撑轮，支撑轮的转轴位于攀壁机上，支撑轮通过其转轴与攀壁机本体相连。同时为了实现攀壁机移动方向的调整，可以采用全向轮作为支撑轮，或者为支撑轮设置转向装置，转向装置可以由电动机和转轴构成。

螺旋桨系统包括螺旋桨和螺旋桨驱动装置。螺旋桨的驱动装置固定在攀壁机本体上。实际工作中，攀壁机的螺旋桨所产生的推力将攀壁机本体推向墙壁，从而使攀壁机本体稳定地附着在墙壁上。

为了实现攀壁机的精确侧向移动，可以设置多个螺旋桨，并将螺旋桨的转动平面略作倾斜，其目的是：当攀壁机处于挂起且攀附在墙壁平面上时，螺旋桨的转动平面与墙壁平面既不垂直也不平行。即：两个平面之间的夹角大于零度且小于九十度。具体是：螺旋桨的转动平面的法向量（即螺旋桨转动平面的朝向），在具有垂直于墙壁平面的非零分量的同时，还具有同时平行于水平面和墙面的非零分量。多个螺旋桨布置在左右两侧，左右两侧的螺旋桨分别向两侧反方向倾斜，从而产生的风的方向分别向相反方向倾斜。这样，通过调整左右两侧的螺旋桨的旋转速度的相对大小，可以调整螺旋桨在水平方向上产生的总推力的方向及大小，从而实现攀壁机的小幅侧向移动。

此外，还可以设置螺旋桨旋转平面角度调节装置。角度调节装置的一种具体实现方法是：将螺旋桨的驱动装置（如驱动电机）安装在圆柱形（或圆筒形）支撑杆上。支撑杆沿竖直方向。将支撑杆的上下两端分别穿过轴承并通过轴承与攀壁机本体相连。在轴承附近设置驱动支撑杆绕其自身中心轴转动的驱动电机（即舵机）。螺旋桨的驱动装置所在的支撑杆、轴承以及驱动支撑杆转动的电机共同构成螺旋桨旋转平面角度调节装置。该角度调节装置可以配置相应的电子控制系统，用于控制其中的支撑杆转动驱动电机，以实现螺旋桨旋转平面角度调节的自动化。

在攀壁机处于正常工作状态，即挂起并攀附在墙壁平面上时，为了对攀壁机进行侧向位置调整，可以通过螺旋桨旋转平面角度调节装置将螺旋桨的旋转平面进行角度调节，使螺旋桨旋转平面的法向量（该向量指向螺旋桨所产生的风的速度方向），在具有垂直于墙壁平面的非零分量的同时，还具有同时与水平面及墙壁平面平行的非零分量。后者，即同时与水平面及墙壁平面平行的螺旋桨旋转平面法向量的非零分量，用于产生推动攀壁机侧向移动的侧向推力。

为了实现攀壁机精确的横向位置控制，在攀壁机上设置横向位置测量装置，横向位置测量装置包括转动式接触头和与转动式接触头相连的旋转式测量传感器，转动式接触头可以是外边沿柔软的轮式结构，也可以是柔性球状结构，旋转式测量传感器可以是编码器，也可以是电位计。转动式接触头和旋转式测量传感器可以是共轴相连，也可以通过传动装置间接相连。正常工作时，转动式接触头的边沿抵在竖直工作面上，转动式接触头的转动平面所在的空间平面与竖直工作面（即玻璃幕墙面或其他被清洗的墙面）的交线沿水平方向。当攀壁机沿墙面的移动存在非零横向分量时，转动式接触头在墙壁摩擦力的作用下转动，并带动与之相连的旋转式测量传感器的旋转部转动。旋转式测量传感器将测量到的信号发送给主控处理器芯片，用于对攀壁机的横向位置进行自动控制。

横向位置测量装置设置有角度调节电动机。横向位置测量装置固定在角度调节电动机的转动轴上，在电机的作用下，转动式接触头可以抵在墙面上，或离开墙面。横向位置测量装置设置有力传感器，用于测量转动式接触头与墙面之间的压力。力传感器可以是贴有应变片的金属块。力传感器可以固定在横向位置测量装置与电动机的转动轴之间，成为连接横向位置测量装置与旋转电机转动轴的连接结构的一部分。力传感器的输出信号发送至数字处理器芯片，用于控制旋转电机，使转动式接触头与墙面之间保持合理的压力。

为了进一步稳定地控制攀壁机在水平方向上的移动速度，可以在攀壁机上设置能够感应水平方向加速度大小的传感器，以及相应的电子处理器，用于对攀壁机在水平方向上进行加速度反馈控制。

此外，通过水平移动电动机拖动装置，实现攀壁机本体的长距离水平移动。为此，可以将电动机拖动装置固定在小车上，以便于水平移动。所述小车可以是电动有轨小车，也可以是电动轮式小车。

为了实现连续工作，本发明所提供的攀壁机本体上的附属设备的供电方式是：采用长导线从固定位置处取电。为此，在攀壁机上设置电源管理装置。电源管理装置具有输入端和输出端，电能从其输入端输入，经过一定的处理（如交流转直流、降压）后，从输出端输出适合于攀壁机本体上的附属设备的电压。为了使电源管理装置的输出电压稳定，电源管理装置的输入端或输出端可以设置滤波电路。当不需要长时间连续工作时（比如墙体较矮），可以采用锂电池或铅酸电池供电。

对墙壁、玻璃幕墙或窗玻璃的清洗，需要用到清洁液。为此，在攀壁机上设置供液系统以及相应的清洗装置。前述的供液系统，如从地面上高压供液、从楼顶上供液以及攀壁机自带循环过滤供液系统，由于操作不便或过于复杂的问题。因此，本发明拟采用的供液系统方案是，在攀壁机上挂载简易液体清洁液容器，并且在容器内设置潜水泵，使容器中的清洁液可以通过专门的潜水泵及与潜水泵相连的输液管输送到清洗工具上。

同时，为了集约高效地利用清洁液，并避免喷溅，可以采用渗透管作为清洁液涂抹工具，即清洗工具。所述渗透管是与输液管路相连通的管子。在渗透管的侧壁上具有多个小孔，清洁液从小孔中渗出。通过合理设置小孔的大小、密度以及排列方式，可以使清洁液均匀缓慢地渗出并涂抹在被清洁面上。通过潜水泵进行压强调节，可以进一步控制清洁液的渗出速度。

渗透管与输液管相连通，其连通方式可以是单端相连，也可以是中间相接，也可以是双端相连。其中，所述单端相连的连接方式为：渗透管的一段与输液管相连通，另一端封闭；所述中间相连的连接方式为：渗透管的中间与输液管相连通，两端封闭；所述两端相连的连接方式为：输液管分为两个支路，分别与渗透管的两端相连。

优选地，渗透管与输液管（或输液管的一部分）是一体的。

优选地，渗透管采用硅胶管。

为了进一步提高清洁液在被清洁面上的涂抹效果，可以在渗透管上附着一层吸水材料。所述吸水材料可以是海绵、棉布或清洁棉。清洁液从渗透管中渗出，浸入吸水材料，然后由吸水材料涂抹到被清洁面上。此时，渗透管与吸水材料共同构成清洁液涂抹工具。吸水材料可以是长布条，以缠绕的方式附着于渗透管外部，也可以是以管状形式套在渗透管上，并以钉子钉住。

渗透管固定在攀壁机本体上。在攀壁机本体上设置渗透管固定组件，将渗透管固定在所述固定组件上。

优选地，所述固定组件是攀壁机本体上的水平长槽。渗透管嵌入在长槽内，通过夹紧、钉住或粘接的方式固定。

攀壁机上设置有刮水器。当清洁液在被清洁面上充分浸透后，使用刮水器将清洁液刮除，从而完成清洗。

当清洁液涂抹到被清洁面上后，需要等待一段时间，待清洁液充分浸入表面污垢后，再将其刮除。因此，清洁液的涂抹与刮除应当分两步完成，而不是同时进行。为此，应当为相应的涂抹工具与刮除工具设置切换装置。本发明提供了一种俯仰旋转关节作为切换装置。具体是，在攀壁机本体上设置由电机驱动的俯仰旋转关节，其中驱动电机可以是舵机。驱动电机通过电信号与电子控制器相连，并受电子控制器控制。在俯仰旋转关节上安装工具架，即：工具架与攀壁机本体之间通过俯仰旋转关节相连。工具架可以在俯仰旋转关节的带动下相对于攀壁机本体作俯仰运动。将所述涂抹工具与刮除工具中的其中一件安装在俯仰旋转关节所带动的工具架上。或者为所述涂抹工具与刮除工具分别设置各自的俯仰旋转关节以及相应的工具架，并分别安装在各自的工具架上。

此外，当进行清洗作业时，作业工具在螺旋桨所产生的压力下抵在被清洁面上。但是，当攀壁机需要作单纯的位置移动，无论是横向位置调整或上下长距离移动，作业工具如果继续抵在墙壁或玻璃面上，或造成磨损且阻碍移动。此时，应当使作业工具远离墙壁或玻璃面，代之以采用前述支撑轮抵在墙壁或玻璃面上。因此，需要在作业工具和支撑轮之间设置切换装置。为此，可以设置一个总俯仰旋转关节以及相应的总支架，所述总支架通过总俯仰旋转关节与攀壁机本体相连接。将所有的支撑轮安装在总支架上，或者将所有的作业工具以及构成作业工具间切换装置的所有工具架和旋转关节安装在总支架上。

为了便于作业过程中的遥控，本发明所提供的攀壁机上可以安装摄像头以及无线图传，从而可以对作业过程进行远程实时监控，并通过远程地面站对攀壁机进行远程遥控。

攀壁机具有自身控制系统，控制系统由带有数字处理器的电路板构成。攀壁机上的设置有多种传感器，包括：编码器、加速度计、角速度测量陀螺仪等。其中加速度计和角速度测量陀螺仪可以采用集成芯片，如mpu6000，与数字处理器同在一个电路板上，以简化系统。各处理器与各个电机以及水泵与数字处理器通过电信号相连接，以通过数字处理器进行控制。

优选地，通过遥控器对攀壁机进行遥控。遥控器可以是手持式掰杆遥控器，也可以是地面站。在攀壁机上设置无线信号接收机，接收机与数字处理器通过电信号相连接，并把接收到的来自遥控器的信号发送给数字处理器。

为包括传感器、电机、水泵、无线信号接收机以及处理器电路板在内的各用电模块设置相应的电源管理装置，并分别与用电模块电连接。

本发明的有益效果是：提出了一种带有渗透管的高空清洁攀壁机。通过渗透管为清洁工具提供清洁液，一方面避免了喷射式供液，有利于环保；另一方面可以使清洁液均匀缓慢地渗出并涂抹在被清洁面上，且能够控制流速，从而能够集约有效地利用清洁液，增大单位量的清洁液所清洁的面积大小。由此可以减小清洁液的携带量，减小了攀壁机的总重量。在清洁液的携带量一定的情况下，减小了清洁液的消耗速度，可以延长补充清洁液的时间间隔，提高了总体工作效率。

附图说明

图1是本发明所提供攀壁机的正视图（视线沿水平方向，与墙面垂直）。

图2是本发明所提供攀壁机的侧视图（视线沿水平方向且与墙面平行）。

图3是本发明所提供攀壁机上的渗透管及其固定槽的局部侧视剖面图（视线沿水平方向且与墙面平行）。

图4是本发明所提供攀壁机上关于万向轮和螺旋桨的截面俯视图（视线与墙面平行且竖直向下）。

图1中，1.攀壁机底板（包括上底板1.1和下底板1.2），2.支撑杆（包括纵向支撑杆2.1、2.2，横向支撑杆2.3），3.螺旋桨（包括螺旋桨3.1-3.4），4.螺旋桨驱动电机（包括驱动电机4.1-4.4），5.俯仰姿态调整电动关节，6.刚性支架，7.清洁刮系统（包括清洁刮7.1，清洁刮支架7.2，俯仰旋转关节7.3），8.万向轮转向轴，9.万向轮轮毂，10.电机拖动装置的用于缠绕牵引绳的轱辘，11.电机拖动装置的电动机，12.牵引绳，13.墙面，14.清洁液容器，15.潜水泵，16.输液管，20.攀壁机（整体）。

图3中，1.1.上底板（朝向墙体的边缘设置有凹槽1.1.1），17.渗透管系统（包括渗透管17.1，管壁上的小孔17.2），18.吸水棉。

具体实施方式

如图1所示，攀壁机（20）的本体框架由底板（1，包括上底板1.1和下底板1.2）以及连接上底板（1.1）和下底板（1.2）的多个支撑杆（2，包括纵向支撑杆2.1、2.2，横向支撑杆2.3）组成。

攀壁机（20）的本体框架上安装有四个螺旋桨（3）以及螺旋桨驱动电机（4），螺旋桨（3）的旋转平面位于竖直平面内，因此螺旋桨（3）旋转时会产生水平推力。攀壁机（20）利用该水平推力攀附在墙面（13）上。攀壁机（20）的电动机拖动装置包括牵引绳（12）、轱辘（10）以及驱动电机（11）。在驱动电机（11）的驱动作用下，轱辘（10）旋转，带动攀壁机（20）上下移动。

通过俯仰姿态角度调节电机（5）对攀壁机本体（20）的俯仰角度进行调整，可以使作业工具（7）（以及万向轮轮毂（9））与墙体接触（分离）或分离（接触）。

当作业工具（7）与墙体（13）接触时，在驱动电机（11）的驱动作用下，攀壁机本体（1）上下移动，实现对墙体（13）的清洗。当作业工具（7）远离墙体（13），万向轮轮毂（9）接触墙体（13）时，可以对攀壁机（20）进行上下左右移动。攀壁机（20）上的供液装置由清洁液容器（14）、潜水泵（15）以及输液管（16）组成。输液管（16）与渗透管（17）两端相连通。

如图3所示，渗透管（17）嵌入在攀壁机（20）的上底板（1.1）的凹槽（1.1.1）中，渗透管（17）的管壁（17.1）上朝向凹槽（1.1.1）开口处的一侧带有均匀密布的小孔（17.2），渗透管（17）的外围抱着一层清洁棉（18）。在潜水泵（15）的作用下，清洁液容器（14）内的清洁液由输液管（16）传输至渗透管（17），并从小孔（17.2）渗出，然后浸入到清洁棉（18）内，然后在攀壁机（20）的上下移动过程中涂抹到待清洁面即墙面（13）上。相比喷射的方式，这种利用渗透管（17）的方式可以节约清洁液，且不会造成清洁液四处喷溅，造成污染。

如图4所示，攀壁机（20）的螺旋桨（3）的转动平面具有横向倾斜角度，且左右两侧的螺旋桨（3）分别向两侧相反方向倾斜，从而产生的风的方向分别向相反方向倾斜。这样，通过调整左右两侧的螺旋桨（3）的旋转速度的相对大小，可以调整螺旋桨（3）在水平方向上产生的总推力的方向及大小，从而实现攀壁机（20）的小幅侧向移动。此外，通过水平移动电动机拖动装置（11），实现攀壁机（20）的长距离水平移动。