一种古建筑窗棂清理机器人的制作方法

本实用新型涉及清扫机器人技术领域，具体涉及一种古建筑窗棂清理机器人。

背景技术：

窗棂一直以来被称为中国建筑的美丽眼睛。如同红木古典家具在中国家具文化史上无可替代的地位一样，门窗在中国建筑装饰文化史上也蕴含着博大精深的文化意味。而无论是民居平房还是宫殿庙宇，窗户的制作大多十分复杂，其中尤以花纹雕刻为甚，如菱花式的图案就有几十种。而花纹图案将会使窗子木棂特别密集，使屋内光线不够明亮。如果窗户积尘不及时清理，势必将愈加影响采光效果。由于很多文物古建的窗棂多以木质结构为主，而窗棂上极易积结大量的灰尘，影响建筑物的美观程度。由于窗棂结构的复杂性，需要逐个小格清洁，费时费力。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种古建筑窗棂清理机器人，其特征在于，包括置于桌台上的Y轴底座，位于所述Y轴底座上并垂直于所述Y轴底座设置的X轴滑台，位于所述X轴滑台上且在竖直方向上设置的Z轴滑台，所述Y轴底座包括相互平行设置的第一Y轴底座和第二Y轴底座、所述第一Y轴底座上设有第一XY滑块，可在XY电机的驱动下在所述第一Y轴底座上线性滑动，所述第一XY滑块的上部与所述X轴滑台的底部连接，所述X轴滑台上设有可在其上线性移动的XZ滑块，所述XZ滑块通过XZ 电机驱动，并使所述Z轴滑台的底部与所述XZ滑块的连接，所述Z轴滑台上设有可在其上线性滑动的Z滑块，所述Z滑块由Z电机驱动，所述Z滑块外侧壁上固定设有安装板和设置在所述安装板上的用于探测窗棂结构的超声波传感器、用于清扫窗棂结构的清洁刷、与所述清洁刷连接并对其提供动力的电动机和用于收集被清扫出尘土的吸尘部。

进一步地，所述第二Y轴底座上设有可做线性滑动的第二XY滑块，所述第二XY滑块的上部与所述X轴滑台的底部连接，所述第一Y轴底座和所述第二Y轴底座之间设置有同步杠，所述同步杠与所述XY电机的电机轴同轴连接，所述同步杠用于使XY电机同时对所述第一XY滑块和所述第二XY滑块提供的动力。

进一步地，所述第一Y轴底座和所述第二Y轴底座上分别设置有皮带，所述XY电机通过带动皮带进而带动所述第一XY滑块和所述第二XY滑块滑动，所述X轴滑台设置有皮带，XZ电机通过带动皮带进而带动所述XZ滑块滑动，所述Z轴滑台设置有皮带，Z电机通过带动皮带进而带动所述Z滑块滑动。

进一步地，所述第一Y轴底座和所述第二Y轴底座远离所述同步杠的一端设置有Y 轴限位开关，所述X轴滑台远离所述XZ电机的一端设置有X轴限位开关，所述Z轴滑台的顶端设置有Z轴限位开关。

进一步地，所述XZ滑块滑动连接于X轴滑台朝向Y轴限位开关的侧面上。

进一步地，所述Z电机上设置有刹车部。

进一步地，所述安装板垂直固定于所述Z滑块的侧壁，所述吸尘部固定于所述安装板，所述清洁刷设置在所述吸尘部的下方，所述超声波传感器通过固定板固定于所述安装板，并位于所述清洁刷的下方。

进一步地，所述XY电机、所述XZ电机、所述Z电机三者之一为步进电机。

有益效果：

本实用新型实施例所提供的一种古建筑窗棂清理机器人，利用超声波传感器检测窗棂的镂空结构以设计运动路径，从而辅助控制扫头的运行，以实现机器人自动清扫窗棂，高效地完成古建筑窗棂的清理工作，有效节约了人工清扫的工作量及时间，主要具有如下优点：

1、设定好运行代码，不需要人员操作，设备可以自动运行；

2、节省人力物力，达到缩短清洁周期，设备维护方便；

3、降低人力成本，提高了其可行性，满足频繁对古建筑窗棂或类似物体的清理需求。

附图说明

图1为本实用新型一种古建筑窗棂清理机器人的主视图；

图2为本实用新型一种古建筑窗棂清理机器人的俯视图；

图3为本实用新型一种古建筑窗棂清理机器人的右视图；

图4为本实用新型一种古建筑窗棂清理机器人的Z滑块的放大图。

其中:

111-X轴滑台；112-XZ滑块；113-XZ步进电机；114-X轴限位开关；121-第一Y轴底座； 122-第一XY滑块；123-第二Y轴底座；124-第二XY滑块；125-XY步进电机；126-同步杠； 127-Y轴限位开关；131-Z轴滑台；132-Z滑块；133-Z步进电机；134-刹车部；135-Z轴限位开关；21-安装板；22-吸尘部；23-清洁刷；24-超声波传感器；25-固定板；26-高速旋转电动机。

具体实施方式

下面结合附图详细介绍本实用新型技术方案。

实施例1

如图1～4所示，一种古建筑窗棂清理机器人，定义设备面向主视图的面为前面，背向主视图的面为后面。

一种古建筑窗棂清理机器人，包括置于桌台上的Y轴底座，位于所述Y轴底座上并垂直于所述Y轴底座设置的X轴滑台111，位于所述X轴滑台111上且在竖直方向上设置的Z 轴滑台131；

所述Y轴底座包括相互平行设置的第一Y轴底座121和第二Y轴底座123、所述第一Y轴底座121上设有第一XY滑块122，可在XY电机的驱动下在所述第一Y轴底座121上线性滑动，所述第一XY滑块122的上部与所述X轴滑台111的底部连接；

所述X轴滑台111上设有可在其上线性移动的XZ滑块112，所述XZ滑块112通过XZ电机驱动，并使所述Z轴滑台131的底部与所述XZ滑块112连接；

所述Z轴滑台131上设有可在其上线性滑动的Z滑块132，所述Z滑块132由Z电机驱动，所述Z滑块132外侧壁上固定设有安装板21和设置在所述安装板21上的用于探测窗棂结构的超声波传感器24、用于清扫窗棂结构的清洁刷23、与所述清洁刷23连接并对其提供动力的电动机和用于收集被清扫出尘土的吸尘部22。

进一步地，所述第一Y轴底座121和第二Y轴底座123底部设置有支撑架，所述第一 Y轴底座121和第二Y轴底座123通过所述支撑架水平放置在台桌上。

所述XY电机、所述XZ电机、所述Z电机三者之一为步进电机。

进一步地，所述XY电机、所述XZ电机、所述Z电机均为步进电机，即XY步进电机125、XZ步进电机113、Z步进电机133。

进一步地，所述第一XY滑块122滑动连接所述于第一Y轴底座121顶面。

所述第二Y轴底座123上设有可做线性滑动的第二XY滑块124，所述第二XY滑块 124的上部与所述X轴滑台111的底部连接，所述第一Y轴底座121和所述第二Y轴底座123 之间设置有同步杠126，所述同步杠126与所述XY电机的电机轴同轴连接，所述同步杠126 用于使XY电机同时对所述第一XY滑块122和所述第二XY滑块124提供的动力。

进一步地，所述XZ滑块112滑动连接于X轴滑台111的前侧壁。所述Z滑台131的底部连接在所述XZ滑块112的顶部。

进一步地，所述第二XY滑块124滑动连接于所述第二Y轴底座123顶面。

所述第一Y轴底座121和所述第二Y轴底座123上分别设置有皮带，所述XY步进电机125通过带动皮带进而带动所述第一XY滑块122和所述第二XY滑块124滑动，所述X 轴滑台111设置有皮带，XZ步进电机113通过带动皮带进而带动所述XZ滑块112滑动，所述Z轴滑台131设置有皮带，Z步进电机133通过带动皮带进而带动所述Z滑块132滑动。

进一步地，围绕第一Y轴底座121设置有Y轴左皮带，所述Y轴左皮带与第一XY 滑块122连接，用于带动第一XY滑块122沿第一Y轴底座121延伸方向线性滑动，所述Y 轴左皮带设置在皮带槽内。第二Y轴底座123、第二XY滑块124、Y轴右皮带、皮带槽、同理设置，进而可带动设置在第一XY滑块122和第二XY滑块124顶部的X轴滑台111滑动。围绕X轴滑台111的侧面设置有皮带，皮带与XZ滑块112相连接，所述皮带用于带动XZ 滑块112沿X轴滑台111左右滑动，进而带动Z轴沿X轴滑台111左右滑动，所述皮带设置在X轴滑台111的皮带槽内。围绕Z轴滑台131设置并与Z滑块132相连接的皮带，所述皮带用于带动Z滑块132沿Z轴滑台131上下滑动，所述皮带设置在Z轴滑台131的皮带槽内。

进一步地，所述XY步进电机125垂直设置在所述第一Y轴底座121的后端左侧壁，所述XZ步进电机113垂直设置在所述X轴滑台111左侧顶面，所述Z步进电机133设置在所述Z轴滑台131顶端并垂直于所述Z轴滑台131的右侧壁。

Z步进电机133上设置有刹车部134。

所述第一Y轴底座121和所述第二Y轴底座123远离所述同步杠126的一端设置有Y 轴限位开关127，所述X轴滑台111远离所述XZ步进电机113的一端设置有X轴限位开关 114，所述Z轴滑台131的顶端设置有Z轴限位开关135。

进一步地，所述Y轴限位开关127包括两个，分别垂直设置在所述第一Y轴底座121 的前端顶部和所述第二Y轴底座123的前端顶部。所述X轴限位开关114垂直设置在X轴滑台111右端顶面。所述Z轴限位开关135垂直设置在所述Z轴滑台131的顶端前侧壁。

所述XZ滑块112滑动连接于X轴滑台111朝向Y轴限位开关127的侧面上，即连接于所述X轴滑台111的前侧壁上。

所述安装板21垂直固定于所述Z滑块132的侧壁，所述吸尘部22固定于所述安装板 21，所述清洁刷23设置在所述吸尘部22的下方，所述超声波传感器24通过固定板25固定于所述安装板21，并位于所述清洁刷23的下方。

进一步地，所述安装板21固定在Z滑块朝向窗棂的侧壁上。

进一步地，所述电动机优选为高速旋转电动机26。

进一步地，所述吸尘部22的右侧固定在安装板21的左侧面，且吸口向前。

进一步地，所述清洁刷23固定在吸尘部22的正下方，所述清洁刷23与高速旋转电动机26相连接。

进一步地，所述超声波传感器24的探测方向向前。

所述一种古建筑窗棂清理机器人还包括控制部，所述控制部包括设备电源、开关、主机，主机通过导线与各步进电机、各限位开关、吸尘部22、高速旋转电动机26、超声波传感器24电连接。

工作时，将窗棂放入龙门机器人第一Y轴底座121和第二Y轴底座123之间、Z轴滑台131前方的托架上，使窗棂的长和高分别对应龙门机器人的X轴滑台111和Z轴滑台131。

接通电源后，各限位开关开启，主机(包括任何具有处理数据功能的处理器或采用集成在电路板上的单片机)向超声波传感器24发送控制信号，控制超声波传感器24对窗体镂空结构进行检测，得到窗棂和窗框结构的检测数据，主机根据检测数据，规划清扫路径，并向龙门机械手发送控制信号，龙门机械手按照控制信号，对窗棂的相应位置进行清理(在主机的控制下对窗棂相应位置的清理具体包括位置调整、旋转头运行和开启吸尘装置)，当龙门台X轴滑台111、第一Y轴底座122、第二Y轴底座123和Z轴滑台131运动到限位开关处时，限位开关向主机发送停止信号，龙门台机器人停止运动；

XY步进电机125开启且逆时针转动，带动Y轴左皮带和Y轴右皮带运动，第一XY滑块122、第二XY滑块124随Y轴左皮带和Y轴右皮带运动，进而带动X轴滑台111及Z轴滑台131 移动至窗棂前。通过超声波传感器24对窗棂进行扫描，为提高检测准确度，缩小超声波传感器24的检测范围，所以将窗棂整体由上至下等分为三部分进行扫描。扫描第一部分时，XZ 滑块112、Z滑块132分别向最大行程处移动。接触到X轴限位开关114和Z轴限位开关135 后停止运行。在XZ滑块112、Z滑块132运行过程中，安装于Z滑块132的超声波传感器 24对第一部分窗棂结构进行检测。第二、第三部分通过一次往返完成，原理同上。完成对窗框检测后，龙门台机器人回到初始位置。并根据经过超声波传感器24获得的数据判断镂空位置然后进行清理过程。

清理时，首先根据超声波传感器24的测距结果，XY步进电机125启动，带动X轴滑台111和Z轴滑台131移动至清理范围内。XZ步进电机113通过皮带和XZ滑块112带动Z 轴滑台131左右移动。Z步进电机133通过皮带，带动Z滑块132及设置在Z滑块132上的安装板21、吸尘部22、高速旋转电动机26、清洁刷23、固定板25、超声波传感器24上下运动，当Z滑块132移动倒指定位置，Z步进电机133停止后，刹车部134启动，使Z步进电机133的传动轴抱死，防止Z滑块132下落，当Z步进电机133启动时，刹车部134停止工作，即传动轴恢复自由运动。X轴滑台111与Z轴滑台131相配合，实现Z滑块132在X 轴滑台111与Z轴滑台131形成的平面内运动。根据超声波传感器24检测结果，Z滑块132 移动至第一个镂空处，随后Y轴运动部向前移动，使清洁刷23完全进入镂空结构中。高速旋转电动机26开启，带动清洁刷23高速转动，沿镂空处边缘进行清扫。同时吸尘部22开启，对清扫产生的扬尘进行二次处理。当第一个镂空处被清理干净后，Y轴运动部向后移动，使 Z滑块132脱离第一个镂空结构，随后对下一个镂空处进行清扫，具体运动过程同上。当全部镂空结构清理完成后，Y轴运动部向后移动，直至碰触到后端的Y轴限位开关127后停止，清扫工作结束；

步进电机驱动和伺服马达驱动。考虑到古建筑窗棂的清理对于龙门台机器人X、Y、Z三轴运行的精准度有很高的要求，为了达到最佳的清理效果，采用步进电机的驱动方式，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。最终选择步进电机驱动作为装置的驱动方式。并选择了时代超群的57系列两项步进电机和TOSHIBA的TB6560AHQ两项步进电机驱动器。

超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号)的传感器。超声波是振动频率高于20KHz20kHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。实用新型主要利用超声波传感器判断Y轴与窗框间距及区分窗框与窗棂结构。本实用新型的超声波传感器为Risym的16mm超声波传感器。

本实用新型实施例所提供的一种古建筑窗棂清理机器人，利用超声波传感器检测窗棂的镂空结构以设计运动路径，从而辅助控制扫头的运行，以实现机器人自动清扫窗棂，高效地完成古建筑窗棂的清理工作，有效节约了人工清扫的工作量及时间，主要具有如下优点：

1、设定好运行代码，不需要人员操作，设备可以自动运行；

2、节省人力物力，达到缩短清洁周期，设备维护方便；

3、降低人力成本，提高了其可行性，满足频繁对古建筑窗棂或类似物体的清理需求。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。