一种适用于多种壁面的清洁机器的制作方法

本发明涉及一种清洁机器，尤其是涉及一种适用于多种壁面的清洁机器。

背景技术：

随着城市现代化发展的加快，为了更加科学合理的利用空间，建筑物正在朝着高层化发展。而为了整体的美观整洁与较好的采光效果，大多数高楼大厦外墙采用玻璃、瓷砖等材料。由于长期暴露在外，易受到污染，需要定期清洁。但国内至今大部分清洁方式仍采用吊篮式的人工清洁。由于高空环境恶劣，气流较强，不仅效率低、成本高劳动强度大，更给清洗工作带来极大的危险性。

为此，国内外也已研发了一些壁面清洁机器人。但是，以往研发的机器人存在体积结构大、适应性差、安全性能低、资源能耗多、越障吸附弱等问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于多种壁面的清洁机器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种适用于多种壁面的清洁机器，该清洁机器包括循环清洗组件、上支架、中支架、下支架、底部托盘、上下移动机构、左右移动机构和控制组件，所述的底部托盘设置在中支架中部，所述的上支架和下支架对称设置在中支架两侧且上支架和下支架均分别通过上下移动机构连接所述的底部托盘，所述的中支架上设有左右移动机构，所述的左右移动结构连接底部托盘，所述的上支架、中支架和下支架均设有吸附组件，所述的循环清洗组件设置在中支架上，所述的控制组件连接循环清洗组件、上下移动机构、左右移动机构和吸附组件。

所述的上下移动机构包括上垂直有杆气缸、下垂直有杆气缸、垂直滑杆和垂直滑块，所述的垂直滑块设置四个并分布在底部托盘四角处，所述的上支架和下支架分别通过两根垂直滑杆滑动连接对应侧的两个垂直滑块，所述的上垂直有杆气缸和下垂直有杆气缸均垂直于中支架长度方向设置，所述的上垂直有杆气缸和下垂直有杆气缸一端固定在底部托盘上，另一端分别对应连接上支架和下支架，所述的上垂直有杆气缸和下垂直有杆气缸均连接控制组件。

所述的左右移动机构包括水平有杆气缸、水平滑杆和水平滑块，所述的水平滑块设置四个并分别固定在四个垂直滑块上，所述的水平滑杆设置两根并沿左右方向平行设置在中支架两侧，所述的水平滑杆穿过所述的水平滑块滑动设置，所述的水平有杆气缸平行设置在两根水平滑杆之间，水平有杆气缸一端固定在底部托盘上，另一端固定于中支架端部侧壁，所述的水平有杆气缸连接控制组件。

所述的循环清洗组件包括上清洁刮板、下清洁刮板、负载箱、喷嘴、毛刷滚筒、清水箱、污水箱、抽水泵、和同步电机，所述的上清洁刮板和下清洁刮板对称设置在中支架底部，所述的毛刷滚筒和喷组设置在上清洁刮板和下清洁刮板之间并与所述的中支架固定连接，所述的负载箱固定在中支架上方，所述的清水箱、污水箱、抽水泵、同步电机均设置在负载箱中，所述的同步电机通过同步传动带连接毛刷滚筒，所述的喷组通过导管连接清水箱，所述的下清洁刮板上设有用于回收污水的沟槽，所述的沟槽通过抽水泵连通污水箱，所述的同步电机和抽水泵连接控制组件。

所述的吸附组件包括腿部无杆气缸和吸盘，所述的腿部无杆气缸安装在上支架、中支架和下支架的支架腿上，所述的吸盘固定在腿部无杆气缸端部，所述的无杆气缸和吸盘均连接控制组件。

所述的中支架为长方体结构，所述的腿部无杆气缸设置四个并分别安装在中支架四角处的支架腿上，所述的上支架和下支架均为三角结构，上支架和下支架均设有四条支架腿，对应的，上支架和下支架设置四个腿部无杆气缸。

所述的控制组件包括传感器检测单元、气压控制单元和控制器，所述的传感器检测单元和气压控制单元均连接所述的控制器，所述的气压控制单元连接上下移动机构、左右移动机构和吸附组件，所述的控制器还连接循环清洗组件。

所述的传感器检测单元包括用于检测吸附组件吸附力的压力传感器以及用于避障的红外传感器，所述的红外传感器设置多个并分布在上支架顶部、下支架底部以及中支架左右两侧。

所述的气压控制单元包括空气过滤器、气电转换器、电磁阀、真空发生器和分气块，所述的空气过滤器输入端连接电源，空气过滤器输出端连接通过多个电磁阀分别连接上下移动机构、左右移动机构和吸附组件中的气缸件，空气过滤器输出端还连接真空发生器，上支架、中支架和下支架上的吸盘分别作为一组通过分压块连接真空发生器。

该清洁机器还包括安全保障单元，该单元包括安全环、钢丝绳和卷扬机构，所述的安全环设置在清洁机器上，所述的安全绳一端连接安全环，另一端连接卷扬机构，所述的卷扬机构设置在高处。

初始状态下，清洁机器的水平有杆气缸处于伸出半气缸长度，本清洁机器在实际左右移动(水平移动)工作过程中，待接到平动信号指令后，控制组件检测所有腿部无杆气缸、吸盘和水平有杆气缸状态后，使中支架的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，同时控制中支架的吸盘处于脱离状态并保持，水平有杆气缸伸出，水平滑杆在水平滑块中滑动，整个中支架沿水平有杆气缸伸出方向平移，直到水平有杆气缸到达最大伸直处或红外传感器检测到的窗框处，中支架的腿部无杆气缸伸出，吸盘吸附壁面，进行中支架所覆盖的区域壁面的清洁，清洁完毕后，中支架的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，同时控制中支架的吸盘处于脱离状态并保持，然后水平有杆气缸收缩至最小值，水平滑杆在水平滑块中滑动，整个中支架沿水平有杆气缸缩小方向平移，直到水平有杆气缸到达最小值时或红外传感器检测到的窗框处，中支架的腿部无杆气缸伸出，吸盘吸附壁面，进行中支架所覆盖的区域壁面的清洁，清洁完毕后中支架的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，同时控制中支架的吸盘处于脱离状态并保持，水平有杆气缸生长半气缸长度，中支架的腿部无杆气缸伸出，吸盘吸附壁面，清洁机器恢复初始状态，完成一个左右运动周期的运动，给控制组件发送下移指令提示。

本清洁机器在实际垂直下移工作过程中，待接到下移信号指令后，首先，控制组件检测所有腿部无杆气缸、吸盘以及上垂直有杆气缸和下垂直有杆气缸状态后，使下支架上的吸盘脱离，使下支架的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，使下垂直有杆气缸伸出，当下垂直有杆气缸伸出至最大值后，下支架的腿部无杆气缸伸出至碰壁，下支架的吸盘吸附，然后，中支架的吸盘脱离，中支架的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，上垂直有杆气缸伸出，由于上支架的吸盘处于吸附状态，在反作用力的作用下，上支架连接的垂直滑杆在对应的垂直滑块中滑动，进而带动底部托盘向下支架方向运动，由于垂直滑块固定在底部托盘上且上水平滑块固定在垂直滑块上，而垂直滑块又连接着中支架，因此中支架也跟随底部托盘向下支架方向运动，在反作用力下下垂直有杆气缸收缩至最小值，接着，中支架的腿部无杆气缸伸出至碰壁，中支架的吸盘吸附，同时上支架的吸盘脱离，上支架的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，进而上垂直有杆气缸开始收缩，上垂直有杆气缸收缩至最小值时上支架的腿部无杆气缸伸出至碰壁，上支架吸盘吸附，此过程完成一个垂直下移运动周期。

本清洁机器在实际下移越障工作过程中，当下支架底部的红外传感器测到物障时，控制组件使下垂直有杆气缸保持状态，使下支架的腿部无杆气缸伸出碰壁，下支架的吸盘吸附，然后中支架吸盘脱离，中支架的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，上垂直有杆气缸伸出，同时下垂直有杆气缸收缩至最小值，然后中支架腿部无杆气缸伸出至碰壁，中支架吸盘吸附，同时上支架的吸盘脱离，上支架腿部无杆气缸收缩至最小值并保持。然后上垂直有杆气缸开始收缩，至最小值时上支架腿部无杆气缸伸出至碰壁，上支架吸盘吸附。随后再经过一次垂直下移周期，即完成越障功能。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明设置上下移动机构和左右移动机构完成清洁机器的上下左右运动，扩大了清洁面积，提高了清洁效率，同时能够实现自动运动，适应不同大小的壁面的清洁；

(2)本发明上下移动机构采用上垂直有杆气缸和下垂直有杆气缸，通过气缸的推动来实现上支架和下支架的移动，同时通过连接上支架和下支架的垂直滑杆的滑动带动中间支架的运动，左右移动机构采用水平有杆气缸驱动中支架的运动，两个方向的运动均通过气缸来完成，结构简单，且驱动稳定可靠；

(3)本发明吸附组件采用腿部无杆气缸和吸盘相互结合，吸附可靠，提高清洁机器的安全性；

(4)本发明循环清洗组件设置清水箱和污水箱，通过下清洁刮板上沟槽的设计能够实现污水回收，实现了水循环利用，节约了资源，降低了成本；

(5)本发明控制组件采用的红外传感器能够实现有效避障，通过压力传感器能够实现吸盘压力检测，保证清洁机器运动过程的安全性；

(6)本发明清洁机器操作简单，可遥控操作，适用于高空作业，减少了安全隐患。

附图说明

图1为本发明清洁机器的整体外观结构示意图；

图2为本发明清洁机器的底部部分结构示意图；

图3为本发明清洁机器的负载箱内部部分示意图；

图4为本发明清洁机器气压控制单元的结构框图；

图5为本发明清洁机器左右移动过程示意图；

图6为本发明清洁机器垂直下移过程示意图；

图7为本发明清洁机器越障过程示意图。

图中，1为上支架，2为中支架，3为下支架，4为负载箱，5为底部托盘，6为水平有杆气缸，7为上垂直有杆气缸，8为下垂直有杆气缸，9为上支架腿部无杆气缸，10为中支架腿部无杆气缸，11为下支架腿部无杆气缸，12为水平滑杆，13为垂直滑杆，14为吸盘，15为上清洁刮板，16为喷嘴，17为毛刷滚筒，18为清水箱，19为污水箱，20为抽水泵，21为同步传动带，22为同步电机，23为下清洁刮板，24为钢丝绳，25为压力传感器，26为红外传感器，27为电路箱，28为气电转换器，29为电磁阀，30为真空发生器，31为分气块，32为垂直滑块，33为空气过滤器，34为水平滑块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1～4所示，一种适用于多种壁面的清洁机器，该清洁机器包括循环清洗组件、上支架1、中支架2、下支架3、底部托盘5、上下移动机构、左右移动机构和控制组件，底部托盘5设置在中支架2中部，上支架1和下支架3对称设置在中支架2两侧且上支架1和下支架3均分别通过上下移动机构连接底部托盘5，中支架2上设有左右移动机构，左右移动结构连接底部托盘5，上支架1、中支架2和下支架3均设有吸附组件，循环清洗组件设置在中支架2上，控制组件连接循环清洗组件、上下移动机构、左右移动机构和吸附组件。

上下移动机构包括上垂直有杆气缸7、下垂直有杆气缸8、垂直滑杆13和垂直滑块32，垂直滑块32设置四个并分布在底部托盘5四角处，上支架1和下支架3分别通过两根垂直滑杆13滑动连接对应侧的两个垂直滑块32，上垂直有杆气缸7和下垂直有杆气缸8均垂直于中支架2长度方向设置，上垂直有杆气缸7和下垂直有杆气缸8一端固定在底部托盘5上，另一端分别对应连接上支架1和下支架3，上垂直有杆气缸7和下垂直有杆气缸8均连接控制组件。

左右移动机构包括水平有杆气缸6、水平滑杆12和水平滑块34，水平滑块34设置四个并分别固定在四个垂直滑块32上，水平滑杆12设置两根并沿左右方向平行设置在中支架2两侧，水平滑杆12穿过水平滑块34滑动设置，水平有杆气缸6平行设置在两根水平滑杆12之间，水平有杆气缸6一端固定在底部托盘5上，另一端固定于中支架2端部侧壁，水平有杆气缸6连接控制组件。

吸附组件包括腿部无杆气缸和吸盘14，腿部无杆气缸安装在上支架1、中支架2和下支架3的支架腿上，分别为上支架腿部无杆气缸9、中支架腿部无杆气缸10和下支架腿部无杆气缸11，吸盘14固定在各个腿部无杆气缸端部，无杆气缸和吸盘14均连接控制组件。中支架2为长方体结构，腿部无杆气缸设置四个并分别安装在中支架2四角处的支架腿上，上支架1和下支架3均为三角结构，上支架1和下支架3均设有四条支架腿，对应的，上支架1和下支架3设置四个腿部无杆气缸。

循环清洗组件包括上清洁刮板15、下清洁刮板23、负载箱4、喷嘴16、毛刷滚筒17、清水箱18、污水箱19、抽水泵20、和同步电机22，上清洁刮板15和下清洁刮板23对称设置在中支架2底部，毛刷滚筒17和喷组设置在上清洁刮板15和下清洁刮板23之间并与中支架2固定连接，喷嘴16倾斜安装，负载箱4固定在中支架2上方，清水箱18、污水箱19、抽水泵20、同步电机22均设置在负载箱4中，同步电机22通过同步传动带21连接毛刷滚筒17，喷组通过导管连接清水箱18，下清洁刮板23上设有用于回收污水的沟槽，沟槽通过抽水泵20连通污水箱19，同步电机22和抽水泵20连接控制组件。通电后，通过同步传动带21带动毛刷滚筒17同速转动，同时喷组喷水，上清洁刮板15和下清洁刮板23实现污水聚集，进而污水流入下清洁刮板23上的沟槽中，然后通过抽水泵20抽入污水箱19实现回收利用。

控制组件包括传感器检测单元、气压控制单元和控制器，传感器检测单元和气压控制单元均连接控制器，气压控制单元连接上下移动机构、左右移动机构和吸附组件，控制器还连接循环清洗组件。传感器检测单元包括用于检测吸附组件吸附力的压力传感器25以及用于避障的红外传感器26，红外传感器26设置多个并分布在上支架1顶部、下支架3底部以及中支架2左右两侧。气压控制单元包括空气过滤器33、气电转换器28、电磁阀29、真空发生器30和分气块31，空气过滤器33输入端连接电源，空气过滤器33输出端连接通过多个电磁阀29分别连接上下移动机构、左右移动机构和吸附组件中的气缸件，空气过滤器33输出端还连接真空发生器30，上支架1、中支架2和下支架3上的吸盘14分别作为一组通过分压块连接真空发生器30。本实施例控制器采用plc，plc负责整体的程序控制，红外传感器26用于检测是否有障碍物。压力传感器25用于监测吸盘14压力，气电转换器28通过真空导管与分气块31密封相连，用于检测调节吸盘14压力，使吸盘14达到吸附与脱离目的。从安全可靠性考虑，吸盘14分上中下独立的三组，共十二个，因此三组吸盘14独立控制，因此如图4中设置3个真空发生器30和3个分气块31，外部气源流经空气过滤器33，再由三个真空发生器30传输，经过分气块31分到各自负责的吸盘14，使得吸盘14内形成负压，通过真空导管将每组吸盘14与各自的分气块31、真空发生器30密封连接。上垂直有杆气缸7、下垂直有杆气缸8、水平有杆气缸6、上支架腿部无杆气缸9、中支架腿部无杆气缸10和下支架腿部无杆气缸11分为独立的6组进行控制，上垂直有杆气缸7、下垂直有杆气缸8和水平有杆气缸6分别通过1个电磁阀29连接至空气过滤器33，上支架腿部无杆气缸9、中支架腿部无杆气缸10和下支架腿部无杆气缸11均分别设有4个，每4个为1组并联连接并通过电磁阀29连接空气过滤器33。上述气压控制单元均设置在负载箱4中，负载箱4中还设有电路箱27，电路箱27连接同步电机22和控制组件等。

该清洁机器还包括安全保障单元，该单元包括安全环、钢丝绳24和卷扬机构，安全环设置在清洁机器上，安全绳一端连接安全环，另一端连接卷扬机构，卷扬机构设置在高处。当停电时，可以防止吸盘14脱离而整个机器坠落，同时分担一部分外部电缆、水管等设备重量。

图5为清洁机器左右移动过程示意图，初始状态下，清洁机器的水平有杆气缸6处于伸出半气缸长度，如图5(a)状态，本清洁机器在实际左右移动(水平移动)工作过程中，待接到平动信号指令后，控制组件检测所有腿部无杆气缸、吸盘14和水平有杆气缸6状态后，使中支架2的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，同时控制中支架2的吸盘14处于脱离状态并保持，然后，水平有杆气缸6伸出，水平滑杆12在水平滑块34中滑动，整个中支架2沿水平有杆气缸6伸出方向平移，直到水平有杆气缸6到达最大伸直处或红外传感器26检测到的窗框处，中支架2的腿部无杆气缸伸出，吸盘14吸附壁面，如图5(b)所示状态；紧接着，进行中支架2所覆盖的区域壁面的清洁，清洁完毕后，中支架2的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，同时控制中支架2的吸盘14处于脱离状态并保持，然后水平有杆气缸6收缩至最小值，水平滑杆12在水平滑块34中滑动，整个中支架2沿水平有杆气缸6缩小方向平移，直到水平有杆气缸6到达最小值时或红外传感器26检测到的窗框处，中支架2的腿部无杆气缸伸出，吸盘14吸附壁面，如图5(c)所示状态；接着进行中支架2所覆盖的区域壁面的清洁，清洁完毕后中支架2的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，同时控制中支架2的吸盘14处于脱离状态并保持，水平有杆气缸6生长半气缸长度，中支架2的腿部无杆气缸伸出，吸盘14吸附壁面，清洁机器恢复初始状态，如图5(d)状态，完成一个左右运动周期的运动，给控制组件发送下移指令提示，图5(d)状态与图5(a)状态相同。

图6为本发明清洁机器垂直下移过程示意图，图6(a)为清洁机器的初始状态，上垂直气缸和下垂直气缸均处理收缩至最小值位置。本清洁机器在实际垂直下移工作过程中，待接到下移信号指令后，首先，控制组件检测所有腿部无杆气缸、吸盘14以及上垂直有杆气缸7和下垂直有杆气缸8状态后，使下支架3上的吸盘14脱离，使下支架3的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，使下垂直有杆气缸8伸出，如图6(b)状态；当下垂直有杆气缸8伸出至最大值后，下支架3的腿部无杆气缸伸出至碰壁，下支架3的吸盘14吸附，然后，中支架2的吸盘14脱离，中支架2的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，上垂直有杆气缸7伸出，由于上支架1的吸盘14处于吸附状态，在反作用力的作用下，上支架1连接的垂直滑杆13在对应的垂直滑块32中滑动，进而带动底部托盘5向下支架3方向运动，由于垂直滑块32固定在底部托盘5上且上水平滑块34固定在垂直滑块32上，而垂直滑块32又连接着中支架2，因此中支架2也跟随底部托盘5向下支架3方向运动，在反作用力下下垂直有杆气缸8收缩至最小值，如图6(c)状态，此时中支架2已经相对于初始位置平移了一个气缸长度；接着，中支架2的腿部无杆气缸伸出至碰壁，中支架2的吸盘14吸附，同时上支架1的吸盘14脱离，上支架1的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，进而上垂直有杆气缸7开始收缩，上垂直有杆气缸7收缩至最小值时上支架1的腿部无杆气缸伸出至碰壁，上支架1吸盘14吸附，如图6(d)状态，图6(d)状态与图6(a)状态相比，清洁机器下移了一个气缸长度，此过程完成一个垂直下移运动周期。

如图7所示，本清洁机器在实际下移越障工作过程中，当下支架3底部的红外传感器26测到物障时，控制组件使下垂直有杆气缸8保持状态，使下支架3的腿部无杆气缸伸出碰壁，下支架3的吸盘14吸附，然后中支架2吸盘14脱离，中支架2的腿部无杆气缸收缩至最小值并保持，上垂直有杆气缸7伸出，同时下垂直有杆气缸8收缩至最小值，然后中支架腿部无杆气缸10伸出至碰壁，中支架2吸盘14吸附，同时上支架1的吸盘14脱离，上支架腿部无杆气缸9收缩至最小值并保持。然后上垂直有杆气缸7开始收缩，至最小值时上支架腿部无杆气缸9伸出至碰壁，上支架1吸盘14吸附。随后再经过一次垂直下移周期，即完成越障功能。

本清洁机器实现了机器自动清洁壁面功能，减少了安全隐患，提高了工作效率，节约了资源，同时改变了传统的清洁模式，便利了人们的生活。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。