一种高空玻璃幕墙清洗机器人的制作方法

本发明涉及一种机器人，尤其是一种高空玻璃幕墙清洗机器人。

背景技术：

随着大型高层建筑在城市中不断增多，玻璃幕墙的使用越来越频繁。建筑采用的玻璃幕墙对建筑有较好的美化效果。然而，在拥有良好的外观效果的同时，玻璃幕墙的清洗却成为一个较大且不可回避的问题。就清洗方式而言，目前国内的高空玻璃幕墙清洗公司基本还是靠人工清洗，这种方法必须使用高空吊篮、吊板、升降机等运载工具。这样不仅增大了清洗工作的成本，而且大大提高了清洗人员的工作难度和危险性。新闻报道中，因外墙清洗而发生的人身安全事故时有发生，在我们心中不断敲响警钟。因此，一个更为优良的外墙清洗方式是现在迫切需要的。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，提供了一种高空玻璃幕墙清洗机器人，具有双重清洁功能，可对玻璃幕墙的清洗状况实时监控，能够在机器人脱离玻璃幕墙时发出警报声，安全可靠。其采用的技术方案如下：

一种高空玻璃幕墙清洗机器人，包括防护壳体、支撑机构、喷水机构、第一伺服电机、电机支座、第一联轴器、第一清洁机构、第二伺服电机、第二联轴器、第二清洁机构、主控制器、加速度传感器、警报器、步进电机、动力轴、动力传递机构、第一支撑板、第一直线电机、第一安装支架、第一万向联轴节、第一十字连接头、第二万向联轴节、第一连接螺杆、第一连杆、第一滚动轴承、大腿板、第二支撑板、第一轴销、第二滚动轴承、第二轴销、第三滚动轴承、第二直线电机、连接螺栓、第二安装支架、第三万向联轴节、第二十字连接头、第四万向联轴节、第二连接螺杆、第二连杆、第四滚动轴承、第一连接块、辅助支撑板、第二连接块、双头螺柱、弹簧、小腿板、图像采集及位置感知模块、连接短节、吸盘座、吸盘；所述防护壳体安装在支撑机构的上端中部，所述喷水机构安装在支撑机构的前端中部，所述第一伺服电机通过四个螺钉安装在电机支座上端，所述电机支座放置于支撑机构上端设置的电机支座安装槽内，所述第一伺服电机的输出端通过第一联轴器与第一清洁机构上端相连，所述第二伺服电机设有两个且对称设置于第一伺服电机后方，每个第二伺服电机通过四个螺钉安装在支撑机构上端设置的伺服电机安装槽内，所述第二伺服电机的输出端通过第二联轴器与第二清洁机构上端相连，所述主控制器安装在支撑机构上端位于第一伺服电机正后方两个第二伺服电机之间，所述加速度传感器安装在支撑机构上端位于主控制器正后方，所述警报器安装在支撑机构上端位于第一伺服电机与主控制器之间，所述步进电机设有六个，分别通过螺钉安装在支撑机构上对称设置的六个步进电机安装槽内，所述动力轴上端通过联轴器与步进电机输出端连接，动力轴下端固连在动力传递机构内，所述动力传递机构通过螺钉安装在第一支撑板的一侧，所述第一安装支架通过螺钉将第一直线电机安装在第一支撑板的另一侧，所述第一直线电机输出端与第一万向联轴节下端固连，所述第一万向联轴节上端通过第一十字连接头与第二万向联轴节上端活动连接，所述第一连杆包括中间设有螺纹孔的第一连接头和第一圆柱直杆，所述第一连接头与第一圆柱直杆固连在一起，所述第一连接螺杆穿过第一连杆第一连接头上设置的螺纹孔后与第二万向联轴节下端螺纹连接，所述第一滚动轴承安装在第一连杆的第一圆柱直杆上并放置于大腿板上设置的第一连杆安装槽内，所述大腿板的一端通过第一轴销安装在第一支撑板上设置的第一轴销安装槽内，所述第二滚动轴承套装在第一轴销外部其轴承外圈与第一轴销安装槽内圆柱面过盈配合，轴承内圈与第一轴销外圆柱面过盈配合，所述大腿板的另一端通过第二轴销安装在第二支撑板上设置的第二轴销安装槽内，所述第三滚动轴承套装在第二轴销外部其轴承外圈与第二轴销安装槽内圆柱面过盈配合，轴承内圈与第二轴销外圆柱面过盈配合，所述第二安装支架通过连接螺栓将第二直线电机安装在大腿板上，所述第二直线电机输出端与第三万向联轴节下端固连，所述第三万向联轴节上端通过第二十字连接头与第四万向联轴节上端活动连接，所述第二连杆包括中间设有螺纹孔的第二连接头和第二圆柱直杆，所述第二连接头与第二圆柱直杆固连在一起，所述第二连接螺杆穿过第二连杆第二连接头上设置的螺纹孔后与第四万向联轴节下端螺纹连接，所述第四滚动轴承安装在第二连杆的第二圆柱直杆上并放置于第二支撑板上设置的第二连杆安装槽内，所述第二支撑板下端安装在第一连接块开设的矩形凹槽内，所述辅助支撑板上端与第一连接块滑动连接，下端与第二连接块滑动连接，所述双头螺柱外部套装有弹簧，双头螺柱上端与第一连接块螺纹连接，下端与第二连接块螺纹连接，所述小腿板上端固连在第二连接块下端，下端通过销钉与连接短节活动连接，所述图像采集模块设置于小腿板上，所述吸盘座上端与连接短节下端连接，下端与吸盘上端连接。

所述支撑机构内设有一个容置腔，容置腔内放置有一个装有清洗液的水箱，所述水箱设有一个进水口和一个出水口，进水口设在水箱顶部且在进水口处设有一个水箱密封盖，出水口设在水箱前部且在出水口处设有一个流量调节阀，所述水箱内还设有一个用于检测液位的液位传感器；所述喷水机构包括L形输水管道、环形喷头以及锥形喷嘴，所述L形输水管道的进水端与水箱的出水口连通，L形输水管道的出水端与环形喷头连通，所述环形喷头下表面设置有沿环形喷头圆周方向均匀分布的圆形喷口，每个圆形喷口上安装有锥度为45°可拆卸的锥形喷嘴，所述环形喷头玻璃幕墙的夹角设置为45°。

所述第一清洁机构包括第一伸缩杆、第一调节旋钮、圆形固定板、刷毛，所述第一伸缩杆上端通过第一联轴器与第一伺服电机输出端连接，第一伸缩杆下端与圆形固定板上端连接，所述第一调节旋钮设置于第一伸缩杆上用于调节第一伸缩杆的长度，所述圆形固定板下端设置有均匀分布的可拆卸的刷毛，所述刷毛与圆形固定板连接的上端为硬质材料，远离圆形固定板的下端软质材料；所述第二清洁机构包括第二伸缩杆、第二调节旋钮、十字固定板、毛毡，所述第二伸缩杆上端通过第二联轴器与第二伺服电机输出端连接，第二伸缩杆下端十字固定板上端连接，所述第二调节旋钮设置于第二伸缩杆上用于调节第二伸缩杆的长度，所述十字固定板下端设置有可拆卸的毛毡，所述第一清洁机构的圆形固定板与第二清洁机构的十字固定板工作时处于同一水平高度。

所述动力传递机构包括上端开口的矩形壳体、中间设有圆孔的矩形板、连接螺钉、固连在矩形壳体底板上表面的空心轴座、用于圆周定位动力轴的平键，所述矩形板通过连接螺钉安装在矩形壳体上端，所述动力轴穿过矩形板中间圆孔后通过平键安装在矩形壳体底板上表面的空心轴座内，所述动力传递机构随动力轴的转动而同步转动。

所述图像采集及位置感知模块包括无线网络摄像头、控制系统、位置传感器，所述无线网络摄像头、位置传感器均与控制系统相连，所述无线网络摄像头通过控制系统调整其俯仰角度和旋转角度对玻璃幕墙的清洗状况实时监控，所述位置传感器用于感知小腿板所处的位置防止吸盘落在玻璃幕墙之外影响机器人的正常清洗工作；所述主控制器用于控制第一伺服电机、第二伺服电机、步进电机、第一直线电机以及第二直线电机的启停；当机器人脱离玻璃幕墙时，所述加速度传感器会感知到加速度为重力加速度g，此时主控制器会控制警报器发出警报声提醒行人以及工作人员。

本发明具有如下优点：

(1)本发明具有双重清洁功能，清洗运动包括主控制器控制下第一清洁机构的初步清洁与第二清洁机构的深度清洁，清洁效果好。

(2)本发明可对清洗状况实时监控，图像采集及位置感知模块包括无线网络摄像头、控制系统、位置传感器，无线网络摄像头通过控制系统调整其俯仰角度和旋转角度对玻璃幕墙的清洗状况实时监控。

(3)本发明能够防止吸盘落在玻璃幕墙之外，位置传感器用于感知小腿板所处的位置，能够防止吸盘落在玻璃幕墙之外而影响机器人的正常清洗工作，工作安全可靠。

(4)本发明能够在机器人脱离玻璃幕墙时发出警报声，当机器人脱离玻璃幕墙时，加速度传感器会感知到加速度为重力加速度g，此时主控制器会控制警报器发出警报声提醒行人以及工作人员，避免发生安全事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：一种高空玻璃幕墙清洗机器人的整体结构示意图；

图2：一种高空玻璃幕墙清洗机器人的俯视图；

图3：一种高空玻璃幕墙清洗机器人卸下防护壳体后的结构示意图一；

图4：一种高空玻璃幕墙清洗机器人卸下防护壳体后的结构示意图二；

图5：一种高空玻璃幕墙清洗机器人的局部结构示意图一；

图6：一种高空玻璃幕墙清洗机器人的局部结构示意图二；

图7：一种高空玻璃幕墙清洗机器人的局部结构示意图三。

符号说明：

1、防护壳体，2、支撑机构，3、喷水机构，4、第一伺服电机，5、电机支座，6、第一联轴器，7、第一清洁机构，8、第二伺服电机，9、第二联轴器，10、第二清洁机构，11、主控制器，12、加速度传感器，13、警报器，14、步进电机，15、动力轴，16、动力传递机构，17、第一支撑板，18、第一直线电机，19、第一安装支架，20、第一万向联轴节，21、第一十字连接头，22、第二万向联轴节，23、第一连接螺杆，24、第一连杆，25、第一滚动轴承，26、大腿板，27、第二支撑板，28、第一轴销，29、第二滚动轴承，30、第二轴销，31、第三滚动轴承，32、第二直线电机，33、连接螺栓，34、第二安装支架，35、第三万向联轴节，36、第二十字连接头，37、第四万向联轴节，38、第二连接螺杆，39、第二连杆，40、第四滚动轴承，41、第一连接块，42、辅助支撑板，43、第二连接块，44、双头螺柱，45、弹簧，46、小腿板，47、图像采集及位置感知模块，48、连接短节，49、吸盘座，50、吸盘。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

如图1-7所示，一种高空玻璃幕墙清洗机器人，包括防护壳体1、支撑机构2、喷水机构3、第一伺服电机4、电机支座5、第一联轴器6、第一清洁机构7、第二伺服电机8、第二联轴器9、第二清洁机构10、主控制器11、加速度传感器12、警报器13、步进电机14、动力轴15、动力传递机构16、第一支撑板17、第一直线电机18、第一安装支架19、第一万向联轴节20、第一十字连接头21、第二万向联轴节22、第一连接螺杆23、第一连杆24、第一滚动轴承25、大腿板26、第二支撑板27、第一轴销28、第二滚动轴承29、第二轴销30、第三滚动轴承31、第二直线电机32、连接螺栓33、第二安装支架34、第三万向联轴节35、第二十字连接头36、第四万向联轴节37、第二连接螺杆38、第二连杆39、第四滚动轴承40、第一连接块41、辅助支撑板42、第二连接块43、双头螺柱44、弹簧45、小腿板46、图像采集及位置感知模块47、连接短节48、吸盘座49、吸盘50；所述防护壳体1安装在支撑机构2的上端中部，所述喷水机构3安装在支撑机构2的前端中部，所述第一伺服电机4通过四个螺钉安装在电机支座5上端，所述电机支座5放置于支撑机构2上端设置的电机支座安装槽内，所述第一伺服电机4的输出端通过第一联轴器6与第一清洁机构7上端相连，所述第二伺服电机8设有两个且对称设置于第一伺服电机4后方，每个第二伺服电机8通过四个螺钉安装在支撑机构2上端设置的伺服电机安装槽内，所述第二伺服电机8的输出端通过第二联轴器9与第二清洁机构10上端相连，所述主控制器11安装在支撑机构2上端位于第一伺服电机4正后方两个第二伺服电机8之间，所述加速度传感器12安装在支撑机构2上端位于主控制器11正后方，所述警报器13安装在支撑机构2上端位于第一伺服电机4与主控制器11之间，所述步进电机14设有六个，分别通过螺钉安装在支撑机构2上对称设置的六个步进电机安装槽内，所述动力轴15上端通过联轴器与步进电机14输出端连接，动力轴15下端固连在动力传递机构16内，所述动力传递机构16通过螺钉安装在第一支撑板17的一侧，所述第一安装支架19通过螺钉将第一直线电机18安装在第一支撑板17的另一侧，所述第一直线电机18输出端与第一万向联轴节20下端固连，所述第一万向联轴节20上端通过第一十字连接头21与第二万向联轴节22上端活动连接，所述第一连杆24包括中间设有螺纹孔的第一连接头和第一圆柱直杆，所述第一连接头与第一圆柱直杆固连在一起，所述第一连接螺杆23穿过第一连杆24第一连接头上设置的螺纹孔后与第二万向联轴节22下端螺纹连接，所述第一滚动轴承25安装在第一连杆24的第一圆柱直杆上并放置于大腿板26上设置的第一连杆安装槽内，所述大腿板26的一端通过第一轴销28安装在第一支撑板17上设置的第一轴销安装槽内，所述第二滚动轴承29套装在第一轴销28外部其轴承外圈与第一轴销安装槽内圆柱面过盈配合，轴承内圈与第一轴销28外圆柱面过盈配合，所述大腿板26的另一端通过第二轴销30安装在第二支撑板27上设置的第二轴销安装槽内，所述第三滚动轴承31套装在第二轴销30外部其轴承外圈与第二轴销安装槽内圆柱面过盈配合，轴承内圈与第二轴销30外圆柱面过盈配合，所述第二安装支架34通过连接螺栓33将第二直线电机32安装在大腿板26上，所述第二直线电机32输出端与第三万向联轴节35下端固连，所述第三万向联轴节35上端通过第二十字连接头36与第四万向联轴节37上端活动连接，所述第二连杆39包括中间设有螺纹孔的第二连接头和第二圆柱直杆，所述第二连接头与第二圆柱直杆固连在一起，所述第二连接螺杆38穿过第二连杆39第二连接头上设置的螺纹孔后与第四万向联轴节37下端螺纹连接，所述第四滚动轴承40安装在第二连杆39的第二圆柱直杆上并放置于第二支撑板27上设置的第二连杆安装槽内，所述第二支撑板27下端安装在第一连接块41开设的矩形凹槽内，所述辅助支撑板42上端与第一连接块41滑动连接，下端与第二连接块43滑动连接，所述双头螺柱44外部套装有弹簧45，双头螺柱44上端与第一连接块41螺纹连接，下端与第二连接块43螺纹连接，所述小腿板46上端固连在第二连接块43下端，下端通过销钉与连接短节48活动连接，所述图像采集模块47设置于小腿板46上，所述吸盘座49上端与连接短节48下端连接，下端与吸盘50上端连接。

所述支撑机构2内设有一个容置腔，容置腔内放置有一个装有清洗液的水箱，所述水箱设有一个进水口和一个出水口，进水口设在水箱顶部且在进水口处设有一个水箱密封盖，出水口设在水箱前部且在出水口处设有一个流量调节阀，所述水箱内还设有一个用于检测液位的液位传感器；所述喷水机构3包括L形输水管道、环形喷头以及锥形喷嘴，所述L形输水管道的进水端与水箱的出水口连通，L形输水管道的出水端与环形喷头连通，所述环形喷头下表面设置有沿环形喷头圆周方向均匀分布的圆形喷口，每个圆形喷口上安装有锥度为45°可拆卸的锥形喷嘴，所述环形喷头玻璃幕墙的夹角设置为45°。

所述第一清洁机构7包括第一伸缩杆、第一调节旋钮、圆形固定板、刷毛，所述第一伸缩杆上端通过第一联轴器6与第一伺服电机4输出端连接，第一伸缩杆下端与圆形固定板上端连接，所述第一调节旋钮设置于第一伸缩杆上用于调节第一伸缩杆的长度，所述圆形固定板下端设置有均匀分布的可拆卸的刷毛，所述刷毛与圆形固定板连接的上端为硬质材料，远离圆形固定板的下端软质材料；所述第二清洁机构10包括第二伸缩杆、第二调节旋钮、十字固定板、毛毡，所述第二伸缩杆上端通过第二联轴器9与第二伺服电机8输出端连接，第二伸缩杆下端十字固定板上端连接，所述第二调节旋钮设置于第二伸缩杆上用于调节第二伸缩杆的长度，所述十字固定板下端设置有可拆卸的毛毡，所述第一清洁机构7的圆形固定板与第二清洁机构10的十字固定板工作时处于同一水平高度。

所述动力传递机构16包括上端开口的矩形壳体、中间设有圆孔的矩形板、连接螺钉、固连在矩形壳体底板上表面的空心轴座、用于圆周定位动力轴15的平键，所述矩形板通过连接螺钉安装在矩形壳体上端，所述动力轴15穿过矩形板中间圆孔后通过平键安装在矩形壳体底板上表面的空心轴座内，所述动力传递机构16随动力轴15的转动而同步转动。

所述图像采集及位置感知模块47包括无线网络摄像头、控制系统、位置传感器，所述无线网络摄像头、位置传感器均与控制系统相连，所述无线网络摄像头通过控制系统调整其俯仰角度和旋转角度对玻璃幕墙的清洗状况实时监控，所述位置传感器用于感知小腿板46所处的位置防止吸盘50落在玻璃幕墙之外影响机器人的正常清洗工作；所述主控制器11用于控制第一伺服电机4、第二伺服电机8、步进电机14、第一直线电机18以及第二直线电机32的启停；当机器人脱离玻璃幕墙时，所述加速度传感器12会感知到加速度为重力加速度g，此时主控制器11会控制警报器13发出警报声提醒行人以及工作人员。

本发明使用时，首先在主控制器11控制下将机器人的六个吸盘50吸附在高空玻璃幕墙上，然后通过主控制器11控制机器人六个腿的交替运动进而带动六个吸盘50的交替吸附实现机器人在壁面上自由移动，机器人在自由移动的同时主控制器11控制第一清洁机构7与第二清洁机构10进行玻璃幕墙的清洗运动。

机器人六个腿的自由移动包括转向运动以及攀爬运动：当机器人进行转向时，主控制器11通过控制步进电机14脉冲信号的频率和脉冲数来控制步进电机14的转速、停止的位置，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，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步进电机14转动的速度和加速度，从而达到调速的目的，步进电机14在主控制器11控制下输出端发生角位移，并通过联轴器将动力传递给动力轴15，动力传递机构16随动力轴15的转动带动机器人的腿部完成转向运动；当机器人进行攀爬时，主控制器11控制第一直线电机18输出端的伸长与收缩，再经过第一万向联轴节20、第一十字连接头21、第二万向联轴节22、第一连接螺杆23、第一连杆24、第一滚动轴承25将运动传递给大腿板26从而带动大腿完成抬起与落下动作，主控制器11控制第二直线电机32输出端的伸长与收缩，再经过第三万向联轴节35、第二十字连接头36、第四万向联轴节37、第二连接螺杆38、第二连杆39、第四滚动轴承40、第二支撑板27、第一连接块41、辅助支撑板42、第二连接块43、双头螺柱44、弹簧45将运动传递给小腿板46从而带动小腿完成抬起与落下动作，在主控制器11控制作用下大腿与小腿相互协调完成攀爬运动。

机器人的清洗运动包括主控制器11控制下第一清洁机构7的初步清洁与第二清洁机构10的深度清洁，喷水机构3首先将从支撑机构2水箱内清洗液喷到需要清理的地方，主控制器11控制第一伺服电机4转动，然后通过第一联轴器6将动力传递给第一清洁机构7，进而带动第一清洁机构7旋转对玻璃幕墙进行初步清洁；与此同时，主控制器11同时控制第二伺服电机8转动，然后通过第二联轴器9将动力传递给第二清洁机构10旋转对玻璃幕墙进行深度清洁；从而将残留的污垢水渍清理干净，使玻璃幕墙光亮整洁。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。