专利名称：轮腿牵引式平面幕墙清洗机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轮腿牵引式幕墙清洗机器人，适用于平面玻璃幕墙的自动化清洗，属于特种机器人技术领域。
背景技术：
玻璃幕墙结构的高层建筑，具有采光性好、保温防潮、实用美观等优点。但当前幕墙的定期清洗仍主要依赖人工吊篮清洗方式，既危险、效率又低。国内北京蓝星哈工大机器人技术有限公司研制的一种壁面清洗机器人(专利号ZL01202018.4)，其技术特征是采用单吸盘吸附轮式移动机构，工作效率较高、清洗效果较好，但不能跨越壁面窗框等障碍。北京航空航天大学研制的一种擦窗机器人(专利号ZL00201085.2)，其技术特征是采用框架式多足多吸盘吸附移动机构，对壁面凹凸有一定的适应能力，智能化程度高，但工作效率不高。中国发明专利《具有越障功能的双吸盘负压吸附单元》(申请(专利)号CN200410025218.9)以及《高楼玻璃幕墙清洗机系统》(申请(专利)号CN200410053264.X)针对高楼玻璃幕墙，提出了一种双吸盘交替吸附跨越障碍的清洗机器人系统，具有很多显著的优点。但以上两项申请专利尽管能跨越障碍，但越障过程不够稳定可靠，并且不能进行姿态调整，其工作性能受到了影响。此外，在清洗机构方面还需进一步优化，如吸盘和壁面间的相对滑动可以作为壁面刮洗工序，从而可以进一步简化清洗机构。因此，有必要在以上申请专利的基础上进一步结合带突起窗框的平面玻璃幕墙结构的特点，研制一种越障可靠稳定、工作效率高、机构更趋简单的新型平面幕墙清洗机器人。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种轮腿牵引式平面幕墙清洗机器人，具有结构简单、成本低等优点，能有效进行幕墙清洗，并能可靠跨越壁面突起一定尺寸的窗框障碍。
本发明是通过以下技术方案实现的清洗机器人利用两侧带有轮子的、类似腿式伸缩机构的三个负压吸盘同时或交替吸附于壁面，在自身重力和楼顶卷扬机的牵引作用下在壁面自上往下移动，同时在姿态调整机构、清洗机构、障碍检测机构的配合下完成清洗壁面及跨越窗框功能。
本发明的清洗机器人由轮腿式负压吸附机构、姿态调整机构、清洗机构以及障碍检测机构组成。轮腿式负压吸附机构包括上、中、下三个单面开口的长方体吸盘，三个吸盘各自受控于吸盘两侧的伸缩气缸，可同时或交替吸附于壁面，吸盘开口面四周设置密封橡胶条，在吸盘中气体一定程度泄漏时仍能吸附于壁面，并起到清除壁面水渍的作用。上、下吸盘外侧面的差分驱动轮构成姿态调整机构，差分驱动轮用来实时调整在清洗和越障过程中的姿态，从而保证越障可靠和系统安全，中吸盘外侧的随动滚轮用来限制橡胶条与壁面接触深度，减少橡胶条磨损。清洗机构包括清洗滚刷、电机及水循环机构，紧凑放置在中吸盘处。障碍检测机构由分别安装在三个吸盘底部的三组机械触点传感器组成，分别完成三个吸盘对壁面突起障碍物的检测。
本发明清洗机器人各组成机构的具体连接方式为1、轮腿式负压吸附机构为三负压吸盘结构，由上吸盘、中吸盘及下吸盘构成，每个吸盘壳体背部均放置一个电风机，每个吸盘左右两端各有一个伸缩气缸与机器人主框架相连并固定在主框架的两侧面，每个吸盘受控于其左右两端的伸缩气缸，每个吸盘的开口面四周安装橡胶条密封装置。
当吸盘开口面平整贴近壁面且电风机运行时，依靠布置在每个吸盘开口外侧面的橡胶条密封装置，在单个吸盘的封闭空间内形成负压，机器人在负压作用下吸附于壁面，从而使中吸盘内的清洗刷高速旋转时获得对壁面的抽打力。
2、姿态调整机构上吸盘和下吸盘的左右外侧面均安装一个驱动轮，用来调整机器人在下滑清洗及越障过程中的姿态。各驱动轮通过轴承座与放置在吸盘内侧的驱动马达连接，上吸盘外侧面的驱动轮和下吸盘外侧面的驱动轮为差分驱动控制，中吸盘外侧放置两个超出吸盘开口面的随动滚轮。
在越障过程中，当下吸盘缩回时，上吸盘仍然吸附在壁面上。当上吸盘缩回时，下吸盘已重新在壁面吸附，从而始终能通过吸盘的两驱动轮实时调整在清洗和越障过程中的姿态，从而保证越障可靠和系统安全。中吸盘外侧的随动滚轮用来限制橡胶条与壁面接触深度，减少橡胶条磨损。
3、清洗机构由清洗滚刷、滚筒轴、喷嘴、清洗电机及抽水泵组成。清洗滚刷放置在中吸盘内部并固定在滚筒轴上成环状，滚筒轴跨接在中吸盘两端，滚筒轴经同步传动装置连接到中吸盘外侧上方的清洗电机。主框架外侧下部固定安装储水箱，连通储水箱的抽水泵通过软管连通中吸盘底部并排均匀间隔布置的喷嘴。
清洗电机通过同步带传动装置驱动滚筒轴旋转，进而带动清洗滚刷旋转抽打壁面，完成对壁面以及在越障过程中对突起窗框的清洗。若干个喷嘴按一定间隔并排固定在中吸盘底部，抽水泵从储水箱内抽水喷淋清洗滚刷和壁面。壁面清洗后的污水经中吸盘下侧密封装置的橡胶条聚集到中吸盘底部，并由软管经过滤后由抽水泵抽回到储水箱内循环使用。布置在吸盘开口面四周的密封橡胶条同时可作为壁面清洁装置使用，能在清洗过程中紧贴壁面并随吸盘一起沿壁面下滑，自上而下刮洗并清除壁面残留水渍。
4、障碍检测机构由分别安装在三个吸盘底部的三组机械触点传感器组成，每组机械触点传感器以所在吸盘的垂直中心线对称放置。根据传感器检测信号，控制系统判断机器人自上而下滑动清洗过程中是否接近突起窗框，经气缸驱动，使三个吸盘依次回缩，跨越障碍后再依次伸出，实现在清洗过程中的整体越障。
本发明依靠机器人自身重力在楼顶卷扬机牵引下实现自上而下移动清洗，采用三个轮腿式吸盘的交替吸附跨越窗框类障碍，并能实时调整姿态，能对平面玻璃幕墙实现高效可靠的自动化清洗。本发明方法相对于现有的人工清洗方式，费用低、安全性高，能大幅提高清洗效率；相对于现有的清洗机，能有效解决姿态调整、越障复杂不稳定、机构复杂性和工作效率不能兼容的问题。
图1是本发明清洗机器人的背面结构示意图。
图1中，1为上吸盘，2为吸盘密封装置，3为吸盘两侧面的伸缩气缸，4为吸盘两侧面的驱动轮，5为中吸盘，6为滚筒轴，7为中吸盘两侧的随动轮，8为下吸盘，9为储水箱固定板，10为储水箱，11为储水箱固定卡条，12为抽水泵，13为吸盘电风机，14为主框架，15为起重吊环。
图2是本发明清洗机器人的斜正面结构示意图。
图2中，2为吸盘密封装置，3为伸缩气缸，4为驱动轮，10为储水箱，16为驱动马达，17为吸盘底部的机械触点传感器，18为同步带传送装置，19为清洗电机，20为清洗滚刷。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明清洗机器人结构组成如图1和图2所示。机器人依靠三吸盘的橡胶条密封装置2，利用轮腿式负压吸盘结构的上吸盘1、中吸盘5及下吸盘8及布置在吸盘左右两侧的伸缩气缸3，同时或交替吸附于壁面，依靠自身重力和楼顶卷扬机的牵引作用至上而下滑动，实现壁面清洗和跨越窗框障碍，并通过上吸盘1和下吸盘8左右外侧面的驱动轮4，实现机器人在清洗和越障过程中的姿态调整。
清洗机器人由轮腿式负压吸附结构、姿态调整机构、清洗机构、障碍检测机构组成。
所述轮腿式负压吸附机构为三负压吸盘结构，由上吸盘1、中吸盘5及下吸盘8构成，每个吸盘均有一个固定在吸盘外侧面中部的电风机13，每个吸盘通过其左右两侧的伸缩气缸3，用螺丝固定在机器人主框架14的两侧面。每个吸盘受控于其左右两端的伸缩气缸3，通过伸缩气缸3的伸出和回缩，使吸盘完成跨越障碍过程。三个吸盘完全伸出后基本处在一个平面。每个吸盘的开口面四周安装橡胶条密封装置2，橡胶条一端夹紧在吸盘上，一端伸出与壁面接触。机器人主框架14上方设置起重吊环15。
所述姿态调整机构中，上吸盘1和下吸盘8的左右外侧面均安装一个驱动轮4，通过双轮差速控制调整机器人在下滑清洗及越障过程中的姿态。各驱动轮4通过安装在吸盘外侧面上的轴承座与放置在吸盘内侧的驱动马达16连接。上吸盘1外侧面的驱动轮4和下吸盘8外侧面的驱动轮4为差分驱动控制。在越障过程中，当下吸盘8缩回时，上吸盘1仍吸附在壁面上；当上吸盘1缩回时，下吸盘8已重新在壁面吸附，从而始终能通过吸盘的两驱动轮调整姿态。中吸盘5外侧放置两个超出吸盘开口面的随动滚轮7，用来限制密封装置2的橡胶条与壁面接触深度，减少磨损以及壁面对吸盘的摩擦力。
所述清洗机构由清洗滚刷20、滚筒轴6、喷嘴、清洗电机19及抽水泵12组成，清洗滚刷20、滚筒轴6、喷嘴均放置在中吸盘5内部，清洗滚刷20固定在滚筒轴6上成环状，滚筒轴6跨接在中吸盘5两端，并经同步传动装置18连接固定在中吸盘5外侧的清洗电机19。主框架14外侧下部采用固定卡条11固定安装储水箱10，连通储水箱10的抽水泵12通过软管连通中吸盘5底部并排均匀间隔布置的喷嘴。
清洗电机19经同步带传动装置18通过滚筒轴6带动清洗滚刷20旋转。当中吸盘5吸附于壁面上，清洗滚刷20抽打壁面，使机器人完成对壁面的清洗以及在越障过程中对窗框障碍物的清洗。三个吸盘完全伸出后与壁面呈平面接触。中吸盘5内的喷嘴按一定间隔并排固定在其内部后侧面底部，抽水泵12从储水箱10内抽水喷淋清洗滚刷20和壁面。壁面清洗后的污水经中吸盘5下侧密封装置2的橡胶条聚集到中吸盘5底部并由软管经过滤后由抽水泵12抽回到储水箱10内循环使用。每个吸盘的密封装置2能在清洗过程中紧贴壁面并随吸盘一起沿壁面下滑，防止吸盘中气体过量泄漏，同时还完成壁面刮洗并清除残留水渍的作用。
所述障碍检测机构由分别安装在三个吸盘底部的三组机械触点传感器17组成，每组机械触点传感器17以所在吸盘的垂直中心线对称放置。通过检测三个吸盘在自上而下清洗过程中是否接近突起窗框，经吸盘各自的伸缩汽缸3使三个吸盘依次回缩，跨越障碍后，再依次伸出，从而实现机器人在清洗过程中的整体越障。
权利要求
1.一种轮腿牵引式平面幕墙清洗机器人，包括轮腿式负压吸附机构、姿态调整机构、清洗机构、障碍检测机构，其特征在于所述轮腿式负压吸附机构为三负压吸盘结构，由上吸盘(1)、中吸盘(5)及下吸盘(8)构成，每个吸盘壳体背部均放置一个电风机(13)，每个吸盘左右两端各有一个伸缩气缸(3)与机器人主框架(14)相连并固定在主框架的两侧面，每个吸盘受控于其左右两端的伸缩气缸(3)，每个吸盘的开口面四周安装橡胶条密封装置(2)；所述姿态调整机构中，上吸盘(1)和下吸盘(8)的左右外侧面均安装一个驱动轮(4)，各驱动轮(4)通过轴承座与放置在吸盘内侧的驱动马达(16)连接，上吸盘(1)外侧面的驱动轮(4)和下吸盘(8)外侧面的驱动轮(4)为差分驱动控制，中吸盘(5)外侧放置两个超出吸盘开口面的随动滚轮(7)；所述清洗机构由清洗滚刷(20)、滚筒轴(6)、喷嘴、清洗电机(19)及抽水泵(12)组成，清洗滚刷(20)放置在中吸盘(5)内部并固定在滚筒轴(6)上成环状，滚筒轴(6)跨接在中吸盘(5)两端，并经同步传动装置(18)连接固定在中吸盘(5)外侧的清洗电机(19)，主框架(14)外侧下部固定安装储水箱(10)，连通储水箱(10)的抽水泵(12)通过软管连通中吸盘(5)底部并排均匀间隔布置的喷嘴；所述障碍检测机构由分别安装在三个吸盘底部的三组机械触点传感器(17)组成，每组机械触点传感器(17)以所在吸盘的垂直中心线对称放置。
全文摘要
本发明涉及一种轮腿牵引式平面幕墙清洗机器人，轮腿式负压吸附机构中的三个吸盘各自受控于吸盘两侧的伸缩气缸，可同时或交替吸附于壁面，吸盘开口面四周设置密封橡胶条，在吸盘中气体少量泄漏时还能清洗壁面，并能随吸盘下滑清除壁面水渍。上、下吸盘外侧面的差分驱动轮构成姿态调整机构，保证安全越障。中吸盘外侧的随动滚轮用来限制橡胶条与壁面接触深度，减少橡胶条磨损。清洗机构包括清洗滚刷、电机及水循环机构，紧凑放置在中吸盘处。障碍检测机构由分别安装在三个吸盘底部的三组机械触点传感器组成，分别完成三个吸盘对壁面突起障碍物的检测。本发明依靠楼顶卷扬机的牵引作用至上而下移动，完成对平面玻璃幕墙的高效清洗，越障稳定可靠。
文档编号A47L11/00GK1864940SQ200610027998
公开日2006年11月22日 申请日期2006年6月22日 优先权日2006年6月22日
发明者赵言正, 钱志源, 付庄, 胡启宝 申请人:上海交通大学