一种新型的幕墙清洗机器人的制作方法

本发明涉及一种高层建筑幕墙清洗设备，具体是涉及一种能够满足高空作业、克服高空环境影响的新型的幕墙清洗机器人。

背景技术：

目前城市建设大量的建筑采用了幕墙玻璃，作为户外墙体，玻璃幕墙表面会大量沉积空气中的粉尘、雾霆、雨水中的固体物质，进而影响到玻璃的清洁和美观。玻璃幕墙的清洗一直采用绳索或吊篮人工从顶层悬吊方式进行清洗，但随着楼层高度的增加和面积增大，清洗工人操作的风险越来越高，清洗的工作量也越来越大，这样不仅有安全隐患，同时清洁效率低下，劳动强度大。

在自动化的发展下，幕墙玻璃清洗上也出现了很多机器结构代替人工的工作，但目前采用的幕墙清洗机器人在自动清洗中主要存在以下问题：

1.安全性低：由于幕墙机器人在高空作业，受到外力因素较多，导致幕墙机器人空中摆动，安全性差，降低清洗效率。

2.移动速度慢、清洗不彻底：玻璃幕墙固体物质沉积牢固，简单的冲刷不仅不能切实解决问题，还造成了玻璃体浑浊，严重影响了幕墙的美观。

3.造价高：目前大多机器人清洗机构结构复杂，成本高、投入大，因而不适于大规模推广。

同时，目前还没有实用化的自动清洗方案，清洗作业的自动化远未得到实现。机器人的壁面适应性、约障能力以及清洗效率等关键问题制约了清洗机器人的发展，上述原因导致清洗机器人在幕墙玻璃上无法大面积应用，只有提高机器人的壁面适应性、清洗效率、降低成本才能使清洗机器人在幕墙清洗上得到应用和发展。

因此本发明所要解决的问题是如何对高层建筑的玻璃幕墙进行自动化清洗。

技术实现要素：

为了弥补上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新型的幕墙清洗机器人，结构合理，安全性强，清洗面积可调整，清洗彻底，具有实用化的控制系统，保证清洗机器人实现自动平衡控制、执行自动信息采集自动脱险、自动定位等功能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种新型的幕墙清洗机器人，包括卷扬机，清洗机构，推力风机，控制系统，其技术要点是：所述的清洗机构由清洗单元ⅰ、清洗单元ⅱ、清洗单元ⅲ组成，三个清洗单元上均设置支撑框架、刮板装置、滚刷结构、导向轮装置；清洗单元ⅰ前端的支撑框架上设置吊环，清洗单元ⅰ上设置推力风机，清洗单元ⅰ末端和清洗单元ⅱ、清洗单元ⅲ前端均设置导轨，导轨上设有滑块，清洗单元ⅱ、清洗单元ⅲ导轨上的滑块分别通过锁紧板与清洗单元ⅰ导轨上的滑块连接；清洗单元ⅰ和清洗单元ⅱ、清洗单元ⅲ之间设置传动装置，传动装置包括动力电机、传动轴，传动轴上设置花键，动力电机设置主动轮，传动轴中间设置从动轮，动力电机和传动轴通过皮带连接；清洗单元ⅰ、清洗单元ⅱ、清洗单元ⅲ的滚刷均设置从动轮，分别与传动轴皮带连接；所述自动控制系统包括plc控制系统、吊装控制系统，机器人本体控制系统；吊装控制系统包括定位系统、行走控制系统，控制机器人本体的吊装、电缆的吊装、水管的吊装，机器人本体控制系统包括喷淋及清洗系统、稳定平衡系统、窗框识别系统和预警及处理系统；上述各控制系统设有操控界面，设置后参数自动下置到plc控制系统中，plc中固化了已经编制并储存好的控制系统程序，控制系统程序分功能单独闭环控制，各个功能模块之间又有逻辑安全联锁。

作为优化方案，所述支撑框架上设置若干分水器向滚刷喷水。

作为优化方案，所述的滚刷结构包括滚刷本体和法兰，滚刷本体两端设有法兰，法兰外环表面周向设置4-8个缺口，缺口内设置刷毛。

作为优化方案，所述刮板装置分别设置在三个清洗单元前端的连接座上，连接座轴连接刮板座，连接座与刮架座之间设置弹簧；刮板座后端轴连接挡轮，刮板座前端设置挂板架，挂板架上固定安装刮板。

作为优化方案，所述导向轮装置上设置与清洗单元连接的安装板，安装板底部轴连接呈90度角的导向轮或导向轮组。

作为优化方案，所述plc控制系统设有三种操控方式，手动、自动和一键式无人值守模式，三种方式随时切换，只需设置清洗高度、清洗面积等相关参数即可实现一键式操作。

作为优化方案，所述plc控制系统通过地面操控遥控器，电脑监控系统和/或手机app监控系统实时监测控制系统是否工作异常。

作为优化方案，所述吊装控制系统根据plc控制变频调速电机实现清洗机器人本体的上升和下降，上述电机有双重抱闸刹车功能，包括电磁失电刹车抱闸和手动紧急刹车系统，确保设备的安全；控制电缆和水管的卷扬机采用变频调速电机，并与机器人本体电机连锁，确保升降速度和机器人本体实时一致；所述喷淋及清洗系统作为幕墙清洗机器人的核心部件，由plc控制电磁阀控制分水器进行喷淋，plc控制伺服电机带动滚刷进行无极调速清洗；稳定平衡系统包括有钢丝绳力传感器、钢丝绳倾角传感器、机器人倾角传感器、测距传感器，可以实时监测机器人的平衡状态，如果发生倾斜，则自动恢复平衡；窗框识别系统是由测距传感器、边界监测传感器配合精确的行走定位，实现准确监测窗框宽度和高度，并自动跨越窗框；预警及处理系统主要是通过接近光电传感器来判断机器人周围是否有物体接近，并自动处理，防撞击。

作为优化方案，机器人本体卷扬机设有定位系统，实时定位机器人的行走坐标，坐标采用x、y、z三轴定位，实现三维立体定位，可以得到精确的行走轨迹，并可精确自动跨障。

本发明的有益效果：

1.清洗彻底，本发明采用前后双排滚刷结构，传动装置使三个滚刷同步运转，对贴在刷面上的幕墙进行清洗，工作时能够有效清理到位；滚刷特有的刷毛在具有清洗无死角的特点；

2.结构合理，安全性强，当幕墙机器人自动清洗时，当刮板机构装置受到压力过大时，挡轮会压在被清洗的幕墙上，以防止被刮板机构装置刮伤；导轮结构采用滚动的方式对清洗幕墙的机器人产生有利的导向作用，减少机器人在空中摆动；

3.清洗面积可伸缩性，并列的两个清洗单元可以调整间隔，增大清洗面积，同时采用推力风机，使其运行更可靠，结构简单，成本低，具有广阔的清洁、环保的市场前景；

4.plc控制系统保证机器人本体在外力（如强风）或外物刮碰等因素干扰下能自动平衡控制，同时执行自动信息采集完成自动幕墙玻璃喷雾喷淋、刷洗、刮擦直至去污、去渍达干净清洁、自动清洗记录数据存储、自动脱险、自动定位等功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为清洗机构的结构示意图。

图3为滚刷的结构示意图。

图4为刮板装置的结构示意图。

图5为导向轮装置的结构示意图。

图6为传动装置的结构示意图。

图7为传动花键轴的结构示意图。

图8为plc控制系统组成简图

图1-图7中：清洗单元ⅰ1-1，清洗单元ⅱ1-2，清洗单元ⅲ1-3，导轨1-4，锁紧板1-5，推力风机2，滚刷结构3，刮板装置4，导向轮装置5，传动装置6，吊环7，支撑框架8，plc控制系统9，法兰3-1，法兰缺口3-2，刷毛3-3，连接座4-1，弹簧4-2，刮架座4-3，挡轮4-4，刮板4-5，挂板架4-6，导向轮5-1，小轴5-2，锁紧螺母5-3，安装板5-4，传动轴6-1，动力电机6-2，主动轮6-3，从动轮6-4，皮带6-5，地面操控遥控器9-1，电脑监控系统9-2，手机app监控系统9-3,吊装系统9-4,机器人本体控制系统9-5,定位系统9-6,行走控制系统9-7,窗框识别系统9-8，稳定平衡系统9-9,喷淋及清洗系统9-10,预警及处理系统9-11。

附图说明

如图1-图8，一种新型的幕墙清洗机器人包括卷扬机，清洗机构，推力风机2，控制系统；清洗机构由清洗单元ⅰ1-1、清洗单元ⅱ1-2、清洗单元ⅲ1-3组成，三个清洗单元上均设置支撑框架8、刮板装置4、滚刷结构3、导向轮装置5；支撑框架8上设置若干分水器向滚刷喷水；所述的滚刷结构3包括滚刷本体和法兰，滚刷本体两端设有法兰3-1，法兰3-1外环表面周向设置4-8个缺口3-2，缺口3-2内设置刷毛3-3；刮板装置4分别设置在三个清洗单元前端的连接座4-1上，连接座4-1轴连接刮板座4-3，连接座4-1与刮架座4-3之间设置弹簧4-2；刮板座4-3后端轴连接挡轮4-4，刮板座4-3前端设置挂板架4-6，挂板架4-6上固定安装刮板4-5；导向轮装置5上设置与清洗单元连接的安装板5-4，安装板5-4底部通过小轴5-2连接呈90度角的导向轮5-1，并用锁紧螺母5-3锁紧。

清洗单元ⅰ1-1前端的支撑框架上设置吊环7，清洗单元ⅰ1-1上设置推力风机2，清洗单元ⅰ1-1末端和清洗单元ⅱ1-2、清洗单元ⅲ1-3前端均设置导轨1-4，导轨1-4上设有滑块，清洗单元ⅱ1-2、清洗单元ⅲ1-3导轨上的滑块分别通过锁紧板1-5与清洗单元ⅰ1-1导轨上的滑块连接；清洗单元ⅰ1-1和清洗单元ⅱ1-2、清洗单元ⅲ1-3之间设置传动装置6，传动装置6包括动力电机6-2、传动轴6-1，传动轴6-1上设置花键，动力电机设置主动轮6-3，传动轴6-1中间设置从动轮6-4，动力电机6-2和传动轴6-1通过皮带6-5连接；清洗单元ⅰ1-1、清洗单元ⅱ1-2、清洗单元ⅲ1-3的滚刷均设置从动轮6-4，分别与传动轴6-1皮带连接。

自动控制系统包括plc控制系统9、吊装控制系统9-4，机器人本体控制系统9-5；吊装控制系统9-4包括定位系统9-6、行走控制系统9-7，控制机器人本体的吊装、电缆的吊装、水管的吊装，机器人本体控制系统9-5包括喷淋及清洗系统9-10、稳定平衡系统9-9、窗框识别系统9-8和预警及处理系统9-11；上述各控制系统设有操控界面，设置后参数自动下置到plc控制系统中，plc中固化了已经编制并储存好的控制系统程序，控制系统程序分功能单独闭环控制，各个功能模块之间又有逻辑安全联锁；plc控制系统设有三种操控方式，手动、自动和一键式无人值守模式随时切换，只需设置清洗高度、清洗面积等相关参数即可实现一键式操作；plc控制系统通过地面操控遥控器9-1，电脑监控系统9-2、手机app监控系统实时监测控制系统9-3是否工作异常。

吊装控制系统9-4根据plc控制变频调速电机实现清洗机器人本体的上升和下降，上述电机有双重抱闸刹车功能，包括电磁失电刹车抱闸和手动紧急刹车系统，确保设备的安全；控制电缆和水管的卷扬机采用变频调速电机，并与机器人本体电机连锁，确保升降速度和机器人本体实时一致；机器人本体卷扬机设有定位系统，实时定位机器人的行走坐标，坐标采用x、y、z三轴定位，实现真正的三维立体定位，可以得到精确的行走轨迹，并可精确自动跨障；喷淋及清洗系统9-10作为幕墙清洗机器人的核心部件，由plc控制电磁阀控制分水器进行喷淋，plc控制伺服电机带动滚刷进行无极调速清洗；稳定平衡系统9-9包括有钢丝绳力传感器、钢丝绳倾角传感器、机器人倾角传感器、测距传感器，可以实时监测机器人的平衡状态，如果发生倾斜，则自动恢复平衡；窗框识别系统9-8是由测距传感器、边界监测传感器配合精确的行走定位，实现准确监测窗框宽度和高度，并自动跨越窗框；预警及处理系统9-11主要是通过接近光电传感器来判断机器人周围是否有物体接近，并自动处理，防撞击。

自动控制系统保证无论外力（如强风）或外物刮碰等因素干扰下能自动平衡控制，即实时监测机器人的前、后、左、右坐标，实时动态跟踪，建立一种平稳、高效、快速地响应系统；能动态实现快速回复原态；执行自动信息采集完成自动幕墙玻璃喷雾喷淋、刷洗、刮擦直至去污、去渍达干净清洁，清洗液自动成雾状喷洒，根据摄像头监测清洗效果自动调节刷洗转速及机器人行走速度和距离，严重脏处可以二次去污、去渍，重复清洗；自动清洗记录数据存储，自动生成实时报表，并建立独立文档，后期生成日报表、月报表，所有报表历史数据均可查询、打印、转存；执行自动识别窗框、自动跨越障碍，机器人有左右窗框识别传感器、窗框高度识别传感器和窗框宽度识别传感器，通过传感器的测量和信号反馈，根据机器人本身的定位，得到窗框的位置、宽度、高度等数据，通过模糊算法，自动给出约障数据和实施路径；自动脱险，有外物或外力碰触机器人，机器人常态指标发生不合理变化时，通过离散变结构控制给机器人施加所需的脱险力，能灵活可靠地操作机器人实现自动脱险；自动定位，实时记录机器人纵向（y轴）和横向（x轴）的行走坐标，精确定位，并可准确回到坐标原点。

此外，清洗单元ⅰ末端和清洗单元ⅱ、清洗单元ⅲ前端通过滑轨连接，距离可以以调整，当幕墙机器人自动清洗前，测量清洗的幕墙，把机器人的清洗长度调节到被清洗幕墙适用的长度，机器人开始工作，当幕墙清洗机器人进入到要清洗的幕墙范围时，推力风机再将幕墙清洗机器人推向幕墙进行清洗，由于推力风机的推力使幕墙清洗机器人紧紧的贴在幕墙上，使其可靠的工作。