一种用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法
【专利摘要】本发明提供一种用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法，该控制方法首先通过检测到的障碍信号来控制前端吸附部件转动并抬起跨越障碍和越障行走装置行走，同时对越障行走装置的行走进行计时；然后通过计时结果控制底部吸附部件收缩避开障碍或伸出吸附外墙。本发明用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法，可根据障碍物的位置控制机器人行走动作以实现机器人顺利跨越障碍，从而提高机器人的越障能力和灵活性，以及机器人在高空清洁的稳定性、可靠性和安全性。本发明用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法使得机器人具有外墙的清洁度检测、机器人本体水平行走状态检测和外墙边缘的功能，使得该机器人具有智能清洁的功能。
【专利说明】
一种用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及清洁机器人技术领域，更具体地说，涉及一种用于清洁建筑外墙的越 障式机器人的控制方法。
【背景技术】
[0002] 在城市里，高楼大厦的外墙一般会采用陶瓷贴片外墙或者玻璃幕墙，需要定期进 行清洗以保持整体的美观。目前，一般使用绳索将人员吊在建筑外墙进行清洁作业，行业称 之为"蜘蛛人"。进行建筑外墙清洁的"蜘蛛人"是非常危险的工作，"蜘蛛人"在清洁作业过 程中仅凭绳索吊在空中，不但工作环境十分危险，而且效率低下。特别是对陶瓷贴片外墙的 清洗，清洗的工作量大且危险，"蜘蛛人"完成起来也非常困难。因此急需利用机器来替代人 工进行高楼墙面的清洗工作。
[0003] 现阶段市面上也出现各种爬墙清洁机器人，但是大多存在越障能力有限和灵活性 差的问题，导致无法到达所有的墙面进行清洁作业，依然需要清洗人员进行高空清洁工作。 同时，现有使用的爬墙清洁机器人大多依靠绳索牵引克服自身重力，清洁机器人移动方位 受限导致灵活性差，还有存在高空清洁的稳定性和安全性的问题。而且，由于高楼墙壁的清 洗作业对高度和越障的条件要求较高，因此，目前出现对建筑外墙清洁工作的爬墙清洁机 器人大多存在越障能力有限，导致无法到达所有的墙面进行清洁作业。现阶段，如何高效控 制机器人的行走来提高其越障能力和灵活性从而达到有效的清洁效果以及在高空行走的 稳定性和安全性，是现有清洁机器人需要解决的重要问题。
[0004] 同时，现有的清洁机器人只具备越障和清洁的功能，无法达到智能检测清洁的效 果，从而大大降低清洁机器人的实用性和使用性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种用于清洁建筑外墙的 越障式机器人的控制方法，该控制方法可根据障碍物的位置控制机器人行走动作以实现机 器人顺利跨越障碍，从而提高机器人的越障能力和灵活性，以及机器人在高空清洁的稳定 性、可靠性和安全性。更进一步的目的在于提供一种用于清洁建筑外墙的越障式机器人的 控制方法，使得机器人具有智能清洁的功能。
[0006] 为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种用于清洁建筑外墙 的越障式机器人的控制方法，其特征在于:在机器人本体上设置越障机构和清洁机构;所述 越障机构包括均设置在机器人本体上的越障行走装置和带有气阀的爬行吸附装置;所述越 障行走装置均匀分布在机器人本体的两侧;所述爬行吸附装置包括前端吸附部件和底部吸 附部件;底部吸附部件包括中端吸附部件和后端吸附部件；
[0007] 该控制方法首先通过检测到的障碍信号来控制前端吸附部件转动并抬起跨越障 碍和越障行走装置行走，同时对越障行走装置的行走进行计时;然后通过计时结果控制底 部吸附部件收缩避开障碍或伸出吸附外墙。
[0008] 在上述方案中，本发明的控制方法可根据障碍物的位置，通过控制前端吸附部件 的转动并抬起、底部吸附部件的收缩或伸出和越障行走装置的行走，来达到前端吸附部件、 底部吸附部件和越障行走装置之间的配合协调工作，不仅可实现机器人顺利跨越障碍，而 且可保证机器人在高空外墙行走和清洁时的稳定性、可靠性和安全性。
[0009] 具体地说，所述首先通过检测到的障碍信号来控制前端吸附部件转动并抬起跨越 障碍和越障行走装置行走，同时对越障行走装置的行走进行计时;然后通过计时结果控制 底部吸附部件收缩避开障碍或伸出吸附外墙是指:包括以下步骤：
[0010] 第一步，设定前端吸附部件跨越障碍的时间To、中端吸附部件的收缩时间Ti、中端 吸附部件的伸出时间T2、后端吸附部件的收缩时间T 3和后端吸附部件的伸出时间T4;
[0011] 第二步，通过检测到的障碍信号来控制前端吸附部件转动并抬起跨越障碍和越障 行走装置行走，并从检测到障碍信号时对前端吸附部件跨越障碍进行实时计时来控制前端 吸附部件是否吸附外墙;在前端吸附部件跨越障碍过程中和越障行走装置行走时，均控制 中端吸附部件和后端吸附部件的气阀工作，中端吸附部件和后端吸附部件均吸附在外墙 上；
[0012] 第三步，对前端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制中端吸附部件的收 缩以避开障碍;在中端吸附部件收缩过程中，均控制前端吸附部件和后端吸附部件的气阀 工作，前端吸附部件和后端吸附部件均吸附在外墙上；
[0013] 第四步，继续对前端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制中端吸附部件 的伸出以吸附外墙：当1V=T2,则控制中端吸附部件从机器人本体底部伸出，并控制中端吸 附部件的气阀工作，中端吸附部件均吸附在外墙上;否则，中端吸附部件的气阀关闭；其中， IV为中端吸附部件的伸出实时计算时间；
[0014] 第五步，对后端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制后端吸附部件的收 缩以避开障碍;在后端吸附部件收缩过程中，均控制前端吸附部件和中端吸附部件的气阀 工作，前端吸附部件和中端吸附部件均吸附在外墙上；
[0015] 第六步，继续对后端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制后端吸附部件 的伸出以吸附外墙：当T/ZT4,则控制后端吸附部件从机器人本体底部伸出，并控制后端吸 附部件的气阀工作，后端吸附部件均吸附在外墙上;否则，后端吸附部件的气阀关闭；其中， T/为后端吸附部件的伸出实时计算时间。
[0016] 第二步中，所述从检测到障碍信号时对前端吸附部件跨越障碍进行实时计时来控 制前端吸附部件是否吸附外墙是指：当T(/=T()，则控制前端吸附部件的气阀打开，前端吸附 部件吸附外墙;否则，控制前端吸附部件的气阀关闭；其中，IV为前端吸附部件跨越障碍的 实时计算时间。
[0017] 第三步中，所述对前端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制中端吸附部 件的收缩以避开障碍是指：则控制中端吸附部件的气阀关闭，并控制中端吸附部 件收缩至机器人本体底部以避开障碍;否则，中端吸附部件的气阀工作，中端吸附部件吸附 在外墙上;其中，T/为中端吸附部件的收缩实时计算时间。
[0018] 第五步中，对后端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制后端吸附部件的 收缩以避开障碍是指:当T/IT3,则控制后端吸附部件的气阀关闭，并控制后端吸附部件收 缩至机器人本体底部以避开障碍;否则，后端吸附部件的气阀工作，后端吸附部件吸附在外 墙上;其中，T/为后端吸附部件的收缩实时计算时间。
[0019] 在本发明采用的机器人在越障过程中，该控制方法可控制前端吸附部件、中端吸 附部件、后端吸附部件和越障行走装置之间的配合协调工作，而且前端吸附部件、中端吸附 部件和后端吸附部件交替互换进行吸附外墙和避开障碍，使得机器人在越障的任意时刻都 能够至少有两种类型的吸附部件进行工作，即吸附在外墙上，从而大大提高机器人在高空 进行清洁的稳定性、可靠性和安全性。
[0020] 所述中端吸附部件的收缩时间
，其中，Si为前端吸附部件与前端的越障行走 装置之间的距离;所述Vi为越障行走装置的匀速行走速度。
[0021] 所述后端吸附部件的收缩时间
，其中，S3为前端吸附部件与后端的越障行走 装置之间的距离;所述V3为越障行走装置的匀速行走速度。
[0022] 在第一步之前，还包括对外墙的清洁度进行检测:设定预定清洁度数值为Ao，当At/ 多Ao时，减慢越障行走装置的行走速度，实现延长清洁机构的清洁时间；否则，越障行走装 置正常速度行走;其中，A</为实时检测的清洁度数值。
[0023] 在第六步之后，还包括采用陀螺仪传感器对机器人本体是否水平行走状态进行检 测:若机器人本体行走方向有偏差，则对越障行走装置的左右电机进行差速调整，实现机器 人本体水平方向的矫正;否则，机器人本体按原来方向行走。
[0024] 在第六步之后，还包括对外墙边缘进行检测:若检测结果为外墙边缘，则对越障行 走装置的左右电机进行差速调整，实现机器人本体转向行走;否则，机器人本体按原来方向 行走。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
[0026] 1、本发明用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法，可根据障碍物的位置控 制机器人行走动作以实现机器人顺利跨越障碍，从而提高机器人的越障能力和灵活性，以 及机器人在高空清洁的稳定性、可靠性和安全性。
[0027] 2、本发明用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法使得机器人具有外墙的 清洁度检测、机器人本体水平行走状态检测和外墙边缘的功能，使得该机器人具有智能清 洁的功能。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明方法采用越障式机器人的示意图；
[0029] 图2是本发明方法采用越障式机器人的内部示意图；
[0030] 图3是本发明方法采用越障式机器人的底部示意图；
[0031 ]图4是本发明方法采用越障式机器人中越障行走装置的爆炸图；
[0032] 图5是本发明方法采用越障式机器人中越障行走装置的结构简图一；
[0033] 图6是本发明方法采用越障式机器人中越障行走装置的结构简图二；
[0034] 图7是本发明方法采用越障式机器人中底部吸附部件的结构示意图；
[0035] 图8是本发明方法采用越障式机器人中清洁机构的水刮示意图；
[0036] 图9是本发明方法采用越障式机器人中清洁机构的水刮内部示意图；
[0037] 图10是本发明方法采用越障式机器人中滚筒装置与越障行走装置的位置示意图；
[0038] 图11是本发明方法采用越障式机器人的爬行过程示意图；
[0039]图12是本发明方法采用越障式机器人工作过程示意图；
[0040]图13是本发明方法采用越障式机器人中保护壳和保持架二的示意图；
[0041 ]图14是本发明方法采用越障式机器人的保护壳和保持架二的爆炸图；
[0042] 图15是本发明方法采用越障式机器人保护机构中绳索控制装置的示意图；
[0043] 图16(a)_16(h)是本发明方法采用越障式机器人越障过程图；
[0044] 图17是本发明用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法流程图；
[0045] 其中，1为机器人本体、2为越障机构、2.2为保持架一、2.3为中心齿轮、2.4为过渡 齿轮、2.5为驱动齿轮、2.6为履带轮、2.7为履带、2.8为电机一、2.9为前端吸盘、2.10为连 杆、2.11为前端吸盘杆、2.12为铰链、2.13为角度舵机一、2.14为角度舵机二、2.15为横杆 一、2.16为横杆二、2.17为吸盘、2.18为气杆、2.19为吸盘铰链、2.20为齿轮轴、3为清洁机 构、3.2为滚筒装置、3.3为水刮、3.4为支撑架、3.5为弹簧、3.6为保持架二、3.7为刮板、3.8 为螺母、3.9为卡件、3.10为限位件、3.11为喷水装置、4为保护机构、4.2为保持架三、4.3为 保护壳、4.4为绳索、4.5为绳索控制装置、4.6为导线孔、4.7为导线轮、4.8为横杆、4.9为固 定件、4.10为安装孔、4.11为外墙、4.12为法兰螺栓、4.13为外壳、4.14为滚筒二、4.15为电 机三、4.16为信号接收器、4.17为垫片一、4.18为垫片二、5为灰度传感器、6为超声波传感 器、7为陀螺仪传感器、8为支杆、9为障碍物。
【具体实施方式】
[0046] 下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细的描述。
[0047] 实施例
[0048] 如图1至17所示，本发明控制方法采用的越障式机器人包括:机器人本体1，以及均 安装在机器人本体1上的越障机构2和清洁机构3,还包括用于检测墙壁灰度值的灰度传感 器5、用于检测障碍物或墙壁边缘的超声波传感器6、用于检测机器人本体1是否处于水平状 态的陀螺仪传感器7、以及分别与越障机构2和清洁机构3信号连接的控制器。其中，越障机 构2包括均设置在机器人本体1上的四个越障行走装置和爬行吸附装置。四个越障行走装置 均匀分布在机器人本体1的两侧，爬行吸附装置包括两个前端吸附部件和四个底部吸附部 件，其中，两个前端吸附部件可转动地设置在机器人本体1的前端，四个底部吸附部件可伸 缩并转动地设置在机器人本体1的底部。灰度传感器5设置在机器人本体1的前端并与控制 器信号连接，超声波传感器6通过支杆8与机器人本体1连接并设置在两个前端吸附部件的 前方，超声波传感器6与控制器信号连接，而陀螺仪传感器7设置在机器人本体1上并与控制 器信号连接。
[0049] 本发明控制方法采用的机器人的每个越障行走装置为三角行星轮式履带轮，并包 括保持架一2.2，均安装在保持架一2.2上的中心齿轮2.3、过渡齿轮2.4、驱动齿轮2.5和履 带轮2.6，履带2.7以及电机一2.8，其中，中心齿轮2.3与电机一2.8连接并与过渡齿轮2.4啮 合连接，驱动齿轮2.5与履带轮2.6通过齿轮轴2.20同轴连接，并与过渡齿轮2.4啮合连接， 而履带2.7包覆在履带轮2.6上，过渡齿轮2.4以中心齿轮2.3为中心均匀分布在中心齿轮 2.3的圆周上。
[0050] 而每个前端吸附部件包括前端吸盘2.9、连杆2.10和前端吸盘杆2.11，其中，前端 吸盘杆2.11-端与前端吸盘2.9连接，另一端通过铰链2.12与连杆2.10铰接，连杆2.10远离 前端吸盘杆2.11的一端通过铰链2.12与机器人本体1铰接。前端吸附部件还包括角度舵机 一 2.13、角度舵机二2.14、用于使得各前端吸附部件中连杆2.10同步动作的横杆一 2.15以 及用于使得各前端吸附部件中前端吸盘杆2.11同步动作的横杆二2.16,其中，角度舵机一 2.13设置在机器人本体1的前端，并与连杆2.10和机器人本体1的铰接点连接，角度舵机二 2.14设置在连杆2.10上，并与连杆2.10和前端吸盘杆11的铰接点连接，这样，角度舵机一 2.13驱动连杆2.10转动，角度舵机二2.14驱动前端吸盘杆2.11转动，实现前端吸盘2.9可转 动地设置在机器人本体1的前端。横杆一2.15分别与各前端吸附部件中的连杆2.10连接，横 杆二2.16分别与各前端吸附部件中的前端吸盘杆2.11连接，从而可提高两个前端吸附部件 的同步性。
[0051] 本发明控制方法采用的机器人的底部吸附部件包括设置在机器人本体1底部中端 和后端的中端吸附部件和后端吸附部件，该中端吸附部件和后端吸附部件均包括吸盘 2.17、用于驱动吸盘2.17伸缩的气杆2.18和吸盘铰链2.19,其中，吸盘2.17与气杆2.18连 接，并通过气杆2.18设置在机器人本体1的底部，而吸盘铰链2.19与吸盘2.17铰接，这样，气 杆2.18驱动吸盘2.17伸缩，吸盘2.17与吸盘铰链2.19铰接实现吸盘2.17可伸缩并转动地设 置在机器人本体1的底部。本实施例采用外置真空栗通过气管来连接及控制吸盘2.17。
[0052] 本发明控制方法采用的机器人清洁机构3包括用于将外墙上的灰尘或污垢擦除的 滚筒装置3.2、水刮3.3和喷水装置3.11，其中，喷水装置3.11安装在机器人本体1的前端，滚 筒装置3.2安装在机器人本体1前端两侧越障行走装置连线的正下方，水刮3.3安装在机器 人本体1的后端底部，并包括刮除装置，该刮除装置可弹性转动地设置在水刮3.3上。
[0053]本发明控制方法采用的机器人的水刮3.3还包括支撑架3.4和弹簧3.5，支撑架3.4 一端与机器人本体1后端底部连接，另一端与刮除装置连接。而上述刮除装置可弹性转动地 设置在水刮3.3上是指:弹簧3.5设置在支撑架3.4与刮除装置之间，刮除装置通过弹簧3.5 的压缩或复位实现可弹性转动地设置在水刮3.3的支撑架3.4上。
[0054] 其中，刮除装置包括保持架二3.6和刮板3.7，刮板3.7-端与保持架二3.6内部连 接，另一端伸出保持架二3.6外。支撑架3.4包括架体，架体一端设置有用于与机器人本体1 固定的螺母3.8,另一端设置有用于与刮除装置卡合连接的卡件3.9。卡件3.9的横截面呈圆 弧形，卡件3.9两端部作为刮除装置转动的限位件3.10。而弹簧3.5-端与刮板3.7连接，另 一端伸出保持架二3.6外部并与支撑架3.4的卡件3.9内壁相抵。
[0055] 本发明控制方法采用的机器人的滚筒装置3.2包括滚筒一和用于驱动滚筒一转动 的电机二，电机二与滚筒一连接。该滚筒一可为海绵抹布滚刷，或者滚筒一可为硬纤维滚 届IJ。本发明的喷水装置3.11为喷雾式喷水管，并安装在机器人本体1的前端，该喷水装置 3.11的出水口朝下，这样则可对外墙进行洒水后，通过滚筒装置3.2进行刷洗，最后通过机 器人本体1后端底部的水刮3.3将污垢或污水刮除。
[0056] 本发明控制方法采用的机器人的滚筒装置3.2安装在机器人本体1的前端行走轴 的正下方，以避免滚筒装置3.2在机器人越障过程中与障碍物发生碰撞。其原理是这样的： 如图10所示，当机器人本体1跨越障碍后，机器人的越障行走装置在翻越障碍时，滚筒装置 3.2始终保持在虚线的圈内，即越障行走装置在翻越障碍时，能够保证滚筒装置3.2不与障 碍物发生碰撞。同时，刮除装置可弹性转动地设置在水刮3.3上，不仅使得刮除装置始终压 在外墙上，可大大增强越障式机器人对高楼墙壁的清洁效果，而且在机器人在越障过程中， 刮除装置能够压着障碍物实现越障，能够避免障碍物对其发生刚性碰撞，从而大大提高越 障机器人的越障能力和灵活性。
[0057]本发明控制方法采用的机器人还包括安装在机器人本体1上的保护机构4,该保护 机构4包括安装在机器人本体1上的保持架三4.2、保护壳4.3、绳索4.4和用于对绳索4.4进 行释放或回收的绳索控制装置4.5,其中，保护壳4.3可转动地设置在保持架三4.2上，并设 置有导线孔4.6，绳索控制装置4.5安装在建筑的楼顶，绳索4.4一端与绳索控制装置4.5连 接，另一端穿过导线孔4.6与保护壳4.3连接。而保护壳4.3设置有容纳腔，容纳腔内设置有 导线轮4.7和横杆4.8，导线，4.7通过横杆4.8安装在容纳腔内。绳索4.4一端与绳索控制装 置4.5连接，另一端穿过导线孔4.6与保护壳4.3连接是指:绳索4.4一端与绳索控制装置4.5 连接，另一端穿过导线孔4.6与导线轮4.7缠绕实现与保护壳4.3连接。
[0058]本发明控制方法采用的机器人的保护壳4.3可转动地设置在保持架三4.2上是指： 还包括固定件4.9，固定件4.9一端穿过保持架三4.2，保护壳4.3底部设置有安装孔4.10，安 装孔4.10套设在固定件4.9的一端，实现可转动地设置在保持架三4.2上。保护壳4.3可直接 套设在固定件4.9上，并随着绳索4.4的拉动实现在保持架三4.2上转动，从而使得绳索4.4 不影响机器人在外墙4.11上的行走。本发明的固定件4.9的杆部从保持架三4.2的底部穿过 保持架三4.2，杆部作为保护壳4.3转动的转轴，这样固定件4.9即可作为保护壳4.3安装在 保持架三4.2上的安装件，也可作为保护壳4.3转动的转轴。而保护壳4.3由两个对称的壳体 拼接组成，两个壳体底部均开设有半圆孔，安装孔4.10由两个对称壳体底部的半圆孔拼接 形成。该设计可大大简化保护机构的安装步骤：当安装好固定件4.9后，直接通过两个壳体 拼接则可方便实现保护壳4.3套设在固定件4.9的杆部上。
[0059] 本实施例控制方法采用的机器人的绳索控制装置4.5包括外壳4.13、缠绕有绳索 4.4的滚筒二4.14、用于驱动滚筒二4.14转动的电机三4.15和用于接收绳索4.4释放信息或 绳索4回收信息的信号接收器4.16,其中，滚筒二4.14设置在外壳4.13上并与电机三4.15连 接，信号接收器4.16与电机三4.15连接，用于接收机器人本体1发出的信号来控制电机三 4.15的正转或反转。绳索控制装置4.5通过信号接收器4.16接收绳索释放信号或绳索回收 信号，来控制电机三4.15的正转或反转，从而驱动滚筒二4.14正转或反转实现对绳索4.4进 行释放或回收。当机器人处于上行过程，该绳索控制装置4.5可回收多余长度的绳索4.4,放 至机器人堕下较长的高度才被绳索4.4牵引，致使撞击楼层表面;同样，机器人下行清洁过 程，该绳索控制装置4.5可释放绳索4.4。在收回和释放绳索4.4的过程中，应保证绳索4.4有 1米左右的余量长度，以防绳索4.4绷紧，影响机器人正常工作。
[0060] 本发明控制方法采用的机器人的绳索控制装置4.5可对绳索4.4进行释放或回收， 而保护壳4.3与安装在机器人本体1的保持架三4.2连接，从而当机器人坠落时，该保护机构 可有效防止机器人高空坠落，起到保护作用。同时，保护壳4.3可转动地设置在保持架三4.2 上，使得绳索4.4不会对机器人进行固定方向的束缚，从而不影响机器人在外墙4.11上行 走，有利于机器人对外墙4.11进行全方位的清洁，大大提高机器人对高楼墙壁的清洁质量。
[0061] 如图17所示，本发明用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法首先通过检测 到的障碍信号来控制前端吸附部件中前端吸盘2.9的转动并抬起跨越障碍和越障行走装置 行走，同时对越障行走装置的行走进行计时;然后通过计时结果控制底部吸附部件的吸盘 2.17收缩避开障碍或伸出吸附外墙。
[0062]具体包括以下步骤：
[0063] 第一步，设定前端吸附部件中前端吸盘2.9跨越障碍的时间To、中端吸附部件的吸 盘2.17收缩时间1\、中端吸附部件的吸盘2.17伸出时间T 2、后端吸附部件的吸盘2.17收缩时 间T3和后端吸附部件的吸盘2.17伸出时间T4。
[0064] 第二步，通过检测到的障碍信号来控制前端吸附部件中前端吸盘2.9转动并抬起 跨越障碍和越障行走装置行走，并从检测到障碍信号时对前端吸附部件中前端吸盘2.9跨 越障碍进行实时计时来控制前端吸附部件中前端吸盘2.9是否吸附外墙：当IV = To，则控制 前端吸附部件中前端吸盘2.9的气阀打开，前端吸附部件中前端吸盘2.9附外墙;否则，控制 前端吸附部件中前端吸盘2.9的气阀关闭；其中，IV为前端吸附部件中前端吸盘2.9跨越障 碍的实时计算时间。
[0065] 在前端吸附部件跨越障碍过程中和越障行走装置行走时，均控制中端吸附部件和 后端吸附部件的气阀工作，中端吸附部件的吸盘2.17和后端吸附部件的吸盘2.17均吸附在 外墙上。
[0066] 第三步，对前端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制中端吸附部件的吸 盘2.17收缩以避开障碍：当1^=1^，则控制中端吸附部件的吸盘2.17气阀关闭，并控制中 端吸附部件的吸盘2.17收缩至机器人本体1底部以避开障碍；否则，中端吸附部件的吸盘 2.17气阀工作，中端吸附部件的吸盘2.17吸附在外墙上；其中，IV为中端吸附部件的吸盘 2.17收缩实时计算时间。
[0067] 在中端吸附部件的吸盘2.17收缩过程中，均控制前端吸附部件和后端吸附部件的 气阀工作，前端吸附部件中前端吸盘2.9和后端吸附部件的吸盘2.17均吸附在外墙上。
[0068] 第四步，继续对前端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制中端吸附部件 的吸盘2.17伸出以吸附外墙：当IV =T2，则控制中端吸附部件的吸盘2.17从机器人本体1底 部伸出，并控制中端吸附部件的气阀工作，中端吸附部件的吸盘2.17均吸附在外墙上；否 贝1J，中端吸附部件的气阀关闭；其中，IV为中端吸附部件的吸盘2.17伸出实时计算时间。
[0069] 第五步，对后端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制后端吸附部件的吸 盘2.17收缩以避开障碍:当T/=T3,则控制后端吸附部件的吸盘2.17气阀关闭，并控制后端 吸附部件的吸盘2.17收缩至机器人本体1底部以避开障碍；否则，后端吸附部件的气阀工 作，后端吸附部件的吸盘2.17吸附在外墙上;其中，IV为后端吸附部件的吸盘2.17收缩实 时计算时间。
[0070]在后端吸附部件的吸盘2.17收缩过程中，均控制前端吸附部件和中端吸附部件的 气阀工作，前端吸附部件中前端吸盘2.9和中端吸附部件的吸盘2.17均吸附在外墙上。
[0071] 第六步，继续对后端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制后端吸附部件 的吸盘2.17伸出以吸附外墙：当T/=T4,则控制后端吸附部件的吸盘2.17从机器人本体1底 部伸出，并控制后端吸附部件的气阀工作，后端吸附部件的吸盘2.17均吸附在外墙上；否 贝1J，后端吸附部件的气阀关闭；其中，T/为后端吸附部件的吸盘2.17伸出实时计算时间。
[0072] 其中，第一步中，中端吸附部件的吸盘2.17收缩
?其中，Si为前端吸附部 件与前端的越障行走装置之间的距离;Vi为越障行走装置的匀速行走速度。后端吸附部件 的吸盘2.17收缩时间
，其中，S3为前端吸附部件与后端的越障行走装置之间的距离； 所述V3为越障行走装置的匀速行走速度。
[0073] 在第一步之前，本发明的控制方法首先启动清洁机构3和越障机构2,机器人处于 行走清洁的状态。
[0074] 在第一步之前，本发明的控制方法还包括采用灰度传感器5对外墙的清洁度进行 检测：设定预定清洁度数值为Ao，当A</多Ao时，减慢越障行走装置的行走速度，实现延长清 洁机构3的清洁时间；否则，越障行走装置正常速度行走;其中，A</为实时检测的清洁度数 值。
[0075] 在第六步之后，本发明的控制方法还包括采用陀螺仪传感器7对机器人本体1是否 水平行走状态进行检测:若机器人本体1行走方向有偏差，则对越障行走装置的左右电机一 2.8进行差速调整，实现机器人本体1水平方向的矫正;否则，机器人本体1按原来方向行走。
[0076] 在第六步之后，本发明的控制方法还包括采用超声波传感器6对外墙边缘进行检 测:若检测结果为外墙边缘，则对越障行走装置的左右电机一 2.8进行差速调整，实现机器 人本体1转向行走;否则，机器人本体1按原来方向行走。
[0077] 本发明控制方法采用的机器人的越障机构中前端吸盘9、底部吸附部件的吸盘17 均控气阀控制吸盘的工作与否，即控制是否产生真空。该用于清洁建筑外墙越障式机器人 的越障机构是这样工作的：
[0078] 1、前端吸附部件:本发明通过连杆2.10与前端吸盘杆2.11铰接，以及与机器人本 体1铰接以实现前端吸盘2.9灵活抬起爬行，从而轻易跨越障碍物。而角度舵机一 2.13是用 于控制连杆2.10的转动角度，角度舵机二2.14是用于控制前端吸盘杆2.11的转动角度，从 而进一步提高越障式机器人的灵活性和越障能力。
[0079] 2、底部吸附部件:在越障过程中，机器人本体1会与墙壁倾斜成一定的角度，吸盘 2.17也会随着机器人本体1成一定的角度，为了使吸盘2.17表面始终与墙壁平行，因此在设 计吸盘2.17的时候加设一个吸盘铰链2.19，让吸盘2.17能够有一定的转动角度，越障时以 保持吸附墙壁。而气杆2.18的作用是使吸盘2.17具有伸缩功能，在越障的过程中，为了确保 避免吸盘2.17碰撞障碍物，吸盘2.17不工作时收回至机器人本体1底部，工作时伸至与越障 行走装置平行。
[0080] 3、越障行走装置：由电机一2.8带动中心齿轮2.3转动，通过齿轮啮合带动过渡齿 轮2.4和驱动齿轮2.5转动，驱动齿轮2.5带动履带轮2.6围绕齿轮轴2.20同轴转动。在传动 系统中驱动齿轮2.5和履带轮2.6通过齿轮轴2.20相连接，最终达到履带轮2.6围绕中心齿 轮2.3转动。越障式机器人在正常行驶时，轮系中任意两个履带轮2.6同时接触墙壁(即保持 架一2.2相对于墙壁不转动，履带轮2.6带动履带2.7转动），以实现直线行走。当机器人遇到 障碍物的时候，根据齿轮传动关系，保持架一 2.2带动整个轮系围绕中心齿轮2.3旋转，中心 齿轮2.3形成的绕轮系与障碍物接触点旋转，（即保持架一2.2与履带轮2.6同时相对于墙壁 发生转动），此时驱动齿轮2.5形成的轮系演变成行星轮系，完成翻转障碍运动。
[0081] 本发明用于清洁建筑外墙越障式机器人的越障过程是这样的（如图16(a)-16 (h))：
[0082] 1、当超声波传感器6检测到有障碍时，控制器控制该机器人进入越障操作。通过角 度舵机一 2.13和角度舵机二2.14控制前端吸盘2.9的转动，使前端吸盘2.9抬起前至高于障 碍物的高度。此时电机一2.8同时驱动中心齿轮2.3，机器人通过越障行走装置前行。待前端 吸盘2.9越过障碍物时，角度舵机一2.13和角度舵机二2.14控制前端吸盘2.9的转动，使前 端吸盘2.9重新靠近墙壁，直至前端吸盘2.9底面回至与墙壁重合时，控气阀打开，前端吸盘 2.9吸附墙壁。此过程中，中端吸附部件和后端吸附部件的吸盘2.17均吸附在墙壁上。
[0083] 2、机器人本体1通过越障行走装置继续前进。
[0084] 3、当前端的越障行走装置将近触碰障碍时，控气阀关闭中端吸附部件的吸盘 2.17，同时该两吸盘2.17的气杆2.18工作，驱动吸盘2.17收缩到机器人本体1的底部，机器 人本体1通过前端的越障行走装置进行障碍物的跨越。此过程中，前端吸盘2.9和后端吸附 部件的吸盘2.17均吸附在墙壁上。机器人本体1通过前端的越障行走装置越过障碍后，中端 吸附部件的吸盘2.17通过气杆2.18驱动伸长回至与墙壁重合，控气阀打开，中端吸附部件 的吸盘2.17吸附墙壁。
[0085] 4、当后端的越障行走装置将近触碰障碍时，控气阀关闭后端吸附部件的吸盘 2.17,同时该两吸盘2.17的气杆2.18工作，驱动吸盘2.17收缩到机器人本体1的底部，机器 人本体1通过后端的越障行走装置进行障碍物的跨越。此过程中，前端吸盘2.9和中端吸附 部件的吸盘2.17均吸附在墙壁上。机器人本体1通过后端的越障行走装置越过障碍后，后端 吸附部件的吸盘2.17通过气杆2.18驱动伸长回至与墙壁重合，控气阀打开，后端吸附部件 的吸盘2.17吸附墙壁。
[0086] 因此，本发明用于清洁建筑外墙越障式机器人在越障的任意时刻都能够至少有4 个吸盘进行工作，从而大大提高机器人在高空进行清洁的稳定性、可靠性和安全性。
[0087] 另外，本发明控制方法采用的机器人还具有以下功能：
[0088] 1、当墙壁较脏时颜色会比洁净的地方深，通过灰度传感器5检测墙壁灰度值的高 低，来判断墙壁洁净度是否达到预定数值:若检测到墙壁的颜色低于预定值，则通过减慢越 障行走装置中的电机一2.8转速，实现减缓机器人前行的速度来延长清洁时间，以提高墙壁 的清洁质量。
[0089] 2、超声波传感器6的超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波， 当前方出现障碍物时，超声波与墙壁的距离发生改变，此时回波也随着发生改变，运用此原 理，以实现对前方障碍物的检测。当检测墙壁边缘时，应用方式同理。机器人通过超声波传 感器6自动检测墙壁边缘，当检测到尽头或者悬空时，机器人能够智能决策进行，预留足够 的空间进行掉头，进行下一列的清洁。
[0090] 3、为了使机器人能够达到直线行走以保证清洁质量，机器人中内置加设一个陀螺 仪传感器7,能够实时对机器人的水平状态进行监控，当机器人前端朝向偏出预定值的时 候，陀螺仪传感器7则会反馈给控制器，控制器对越障行走装置中的电机一 2.8的转速进行 调整，以确保机器人保持直线行走清洁。
[0091] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法，其特征在于：在机器人本体上 设置越障机构和清洁机构;所述越障机构包括均设置在机器人本体上的越障行走装置和带 有气阀的爬行吸附装置;所述越障行走装置均匀分布在机器人本体的两侧;所述爬行吸附 装置包括前端吸附部件和底部吸附部件;底部吸附部件包括中端吸附部件和后端吸附部 件； 该控制方法首先通过检测到的障碍信号来控制前端吸附部件转动并抬起跨越障碍和 越障行走装置行走，同时对越障行走装置的行走进行计时;然后通过计时结果控制底部吸 附部件收缩避开障碍或伸出吸附外墙。2. 根据权利要求1所述的用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法，其特征在于： 所述首先通过检测到的障碍信号来控制前端吸附部件转动并抬起跨越障碍和越障行走装 置行走，同时对越障行走装置的行走进行计时;然后通过计时结果控制底部吸附部件收缩 避开障碍或伸出吸附外墙是指:包括以下步骤： 第一步，设定前端吸附部件跨越障碍的时间To、中端吸附部件的收缩时间h、中端吸附 部件的伸出时间T2、后端吸附部件的收缩时间T3和后端吸附部件的伸出时间T4; 第二步，通过检测到的障碍信号来控制前端吸附部件转动并抬起跨越障碍和越障行走 装置行走，并从检测到障碍信号时对前端吸附部件跨越障碍进行实时计时来控制前端吸附 部件是否吸附外墙;在前端吸附部件跨越障碍过程中和越障行走装置行走时，均控制中端 吸附部件和后端吸附部件的气阀工作，中端吸附部件和后端吸附部件均吸附在外墙上； 第三步，对前端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制中端吸附部件的收缩以 避开障碍;在中端吸附部件收缩过程中，均控制前端吸附部件和后端吸附部件的气阀工作， 前端吸附部件和后端吸附部件均吸附在外墙上； 第四步，继续对前端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制中端吸附部件的伸 出以吸附外墙：当则控制中端吸附部件从机器人本体底部伸出，并控制中端吸附部 件的气阀工作，中端吸附部件均吸附在外墙上；否则，中端吸附部件的气阀关闭；其中，TS 为中端吸附部件的伸出实时计算时间； 第五步，对后端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制后端吸附部件的收缩以 避开障碍;在后端吸附部件收缩过程中，均控制前端吸附部件和中端吸附部件的气阀工作， 前端吸附部件和中端吸附部件均吸附在外墙上； 第六步，继续对后端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制后端吸附部件的伸 出以吸附外墙：当则控制后端吸附部件从机器人本体底部伸出，并控制后端吸附部 件的气阀工作，后端吸附部件均吸附在外墙上；否则，后端吸附部件的气阀关闭；其中，f 4 为后端吸附部件的伸出实时计算时间。3. 根据权利要求2所述的用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法，其特征在于： 第二步中，所述从检测到障碍信号时对前端吸附部件跨越障碍进行实时计时来控制前端吸 附部件是否吸附外墙是指：当T^iTo,则控制前端吸附部件的气阀打开，前端吸附部件吸附 外墙;否则，控制前端吸附部件的气阀关闭；其中，T%为前端吸附部件跨越障碍的实时计算 时间。4. 根据权利要求2所述的用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法，其特征在于： 第三步中，所述对前端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制中端吸附部件的收缩 以避开障碍是指:当f ，则控制中端吸附部件的气阀关闭，并控制中端吸附部件收缩至 机器人本体底部以避开障碍；否则，中端吸附部件的气阀工作，中端吸附部件吸附在外墙 上;其中，f 1为中端吸附部件的收缩实时计算时间。5. 根据权利要求2所述的用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法，其特征在于： 第五步中，对后端的越障行走装置的行走过程进行计时，来控制后端吸附部件的收缩以避 开障碍是指：当则控制后端吸附部件的气阀关闭，并控制后端吸附部件收缩至机器 人本体底部以避开障碍;否则，后端吸附部件的气阀工作，后端吸附部件吸附在外墙上;其 中，f 3为后端吸附部件的收缩实时计算时间。6. 根据权利要求2所述的用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法，其特征在于： 所述中端吸附部件的收缩时间，其中，&为前端吸附部件与前端的越障行走装置之间 的距离;所述Vi为越障行走装置的匀速行走速度。7. 根据权利要求2所述的用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法，其特征在于： 所述后端吸附部件的收缩时间，其中，S3为前端吸附部件与后端的越障行走装置之间 的距离;所述V3为越障行走装置的匀速行走速度。8. 根据权利要求2所述的用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法，其特征在于： 在第一步之前，还包括对外墙的清洁度进行检测：设定预定清洁度数值为Ao，当Y 〇多A〇时， 减慢越障行走装置的行走速度，实现延长清洁机构的清洁时间；否则，越障行走装置正常速 度行走;其中，# 〇为实时检测的清洁度数值。9. 根据权利要求2所述的用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法，其特征在于： 在第六步之后，还包括采用陀螺仪传感器对机器人本体是否水平行走状态进行检测:若机 器人本体行走方向有偏差，则对越障行走装置的左右电机进行差速调整，实现机器人本体 水平方向的矫正;否则，机器人本体按原来方向行走。10. 根据权利要求2所述的用于清洁建筑外墙的越障式机器人的控制方法，其特征在 于:在第六步之后，还包括对外墙边缘进行检测:若检测结果为外墙边缘，则对越障行走装 置的左右电机进行差速调整，实现机器人本体转向行走；否则，机器人本体按原来方向行 走。
【文档编号】G05D1/02GK106054890SQ201610506001
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】卢清华, 柯国超, 李锦豪, 黄铭贤, 孙海韵, 林子荣
【申请人】佛山科学技术学院