一种组合式擦窗机器人系统及清洁方法与流程

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种组合式擦窗机器人系统及清洁方法。

背景技术：

随着中国国民经济的快速平稳健康发展，越来越多的高层及超高层建筑，从城市中拔地而起，为增加建筑物内部的采光透光、保温隔热和外墙的美观，现代的超高层建筑外墙往往选用保温、隔热的双层玻璃幕墙结构，为保持建筑外墙的长期清洁、美观，需要对建筑物外墙玻璃幕定期进行清理，这就加速了高层擦窗设备在国内的普及应用。

随着现代社会科学技术的迅猛发展，高层、超高层玻璃幕楼宇使用擦窗机器人的必要性已得到了普遍认可，且擦窗机器人是高空作业最安全、实用的专用设备。然而现有的擦窗机器人普遍存在以下问题：安全性能低、结构复杂、能源利用率和工作效率低；在墙面存在凸凹处无法通过，越障能力低。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的擦窗机器人存在的安全性能低，在楼宇外附着能力差的问题，本发明提出一种组合式擦窗机器人系统及清洁方法，解决了上述技术问题。本发明的技术方案如下：

一种组合式擦窗机器人系统，包括擦窗机器人和攀爬机器人，所述擦窗机器人位于楼宇外部的平面处，所述攀爬机器人位于楼宇外部的拐角处，所述擦窗机器人和所述攀爬机器人通过柔性连接件串联成可套在楼宇外部的封闭结构。

进一步地，楼宇的每个拐角处均设置有一个攀爬机器人，相邻两个攀爬机器人之间串联有至少一个擦窗机器人。

进一步地，所述擦窗机器人包括第一履带行走单元、第一车身和清洁单元，所述第一履带行走单元带动所述第一车身运动，所述第一履带行走单元可相对于所述第一车身旋转，所述清洁单元安装在所述第一车身上。

进一步地，所述第一履带行走单元包括两个平行设置的第一行走履带，所述第一履带行走单元通过车桥连接，所述车桥通过转塔单元支撑所述第一车身；所述清洁单元通过折叠臂设置在第一车身上，所述折叠臂在推杆组件的推动作用下带动清洁单元接触或脱离所述楼宇的外表面。

进一步地，所述第一车身上设置有双向卷扬单元，所述双向卷扬单元用于收放其所在的擦窗机器人两侧的所述柔性连接件。

进一步地，所述攀爬机器人包括第二履带行走单元和第二车身，所述第二履带行走单元带动所述第二车身运动，所述第二车身呈与楼宇的拐角形状相适应的弯折状。

进一步地，所述第二车身包括铰接连接的左车身和右车身，所述左车身和所述右车身在弹性拉力件的作用下紧贴所述楼宇的拐角。

进一步地，所述第二履带行走单元包括两个第二行走履带，两个所述第二行走履带分别带动左车身和右车身沿楼宇外表面竖直运动。

进一步地，所述左车身和所述右车身上均设置有卷扬单元，两个所述卷扬单元分别收放其所在攀爬机器人两侧的柔性连接件。

一种组合式擦窗机器人清洁方法，采用上述的组合式擦窗机器人系统，包括如下步骤：

s1、将组合式擦窗机器人系统套在楼宇外部；

s2、擦窗机器人上的清洁单元与楼宇外表面接触，所有擦窗机器人水平运动，对楼宇外表面进行清洁；

s3、擦窗机器人上的清洁单元脱离楼宇外表面，所有擦窗机器人和所有攀爬机器人同步竖直运动，带动组合式擦窗机器人系统整体升降；

s4、重复步骤s2和s3，直至清洁完毕；

所述步骤s2和所述步骤s3的顺序可调。

基于上述技术方案，本发明所能实现的技术效果为：

1.本发明的组合式擦窗机器人系统和清洁方法，通过擦窗机器人和攀爬机器人串联呈一个封闭结构套在楼宇外部来对楼宇进行清洁，通过柔性连接件的张紧力将擦窗机器人固定在楼宇外部，无需采用吸附装置，简化了擦窗机器人的结构，安全性能高，提高了能源的利用率；进一步设置攀爬机器人位于楼宇的拐角处，可增大系统的整体稳定性，系统不易从楼宇上脱落下来；

2.本发明的组合式擦窗机器人系统和清洁方法，通过设置擦窗机器人采用第一履带行走单元，可加大擦窗机器人与楼宇上的玻璃幕墙的接触面积，减小对玻璃幕墙的压力，还可通过进一步设置履带材质为橡胶等来增大履带与玻璃幕墙之间的摩擦力，提高安全性能；此外，履带行走单元的越障能力强，可轻松越过楼宇外表面的凹凸结构；通过设置攀爬机器人采用第二履带行走单元，可加大攀爬机器人与楼宇上的玻璃幕墙的接触面积，保证攀爬机器人稳定地附着在楼宇外部，起到对系统的支承作用，且带动系统升降运动；

3.本发明的组合式擦窗机器人系统和清洁方法，擦窗机器人通过转塔单元支撑第一车身，可实现第一车身和第一履带行走单元之间的相互转动，且第一车身还可被独立驱动转动；转塔单元利用第一履带行走单元两侧的第一行走履带差速运动实现转向，方便控制；

4.本发明的组合式擦窗机器人系统及清洁方法，擦窗机器人通过设置双向卷扬单元对擦窗机器人两侧的柔性连接件进行拉紧，提供一定的预紧力，提高了擦窗机器人的安全性能；

5.本发明的组合式擦窗机器人系统及清洁方法，通过擦窗机器人的水平运动实现对水平方向上的清洁，再通过擦窗机器人的竖直运动，实现擦窗机器人系统的整体升降，直至清洁完毕，可实现擦窗机器人对楼宇的自动完全的清洁；此外，擦窗机器人的水平运动和竖直运动之间的转向通过两个行走履带的差速运动实现，方便调整，整个过程中，清洁单元不用发生偏转即可实现楼宇的清洁，十分方便高效；

6.本发明的擦窗机器人系统及清洁方法，攀爬机器人包括相互铰接的左车身和右车身，左车身和右车身在弹性拉力件的作用下朝向楼宇合拢，可适应不同楼宇的不同拐角，且可紧密贴附在楼宇的拐角上，在第二履带行走单元的作用下做升降运动即可；此外，左车身和右车身上分别设置有卷扬单元，可对攀爬机器人两侧的柔性连接件进行拉紧，提供一定的预紧力，提高了整个系统的安全性；

7.本发明的擦窗机器人系统及清洁方法，在擦窗机器人水平清洁的情况下，擦窗机器人的履带行走单元、双向卷扬单元和攀爬机器人上的卷扬单元配合运转，保证擦窗机器人水平清洁过程中柔性连接件保持预紧力，使擦窗机器人和攀爬机器人贴紧楼宇，提高安全性能。

附图说明

图1为本发明的组合式擦窗机器人系统工作时的状态图；

图2为本发明的擦窗机器人的第一履带行走单元与柔性连接件垂直时的主视图；

图3为本发明的擦窗机器人的第一履带行走单元与柔性连接件平行时的俯视图；

图4为本发明的攀爬机器人的主视图；

图5为本发明的攀爬机器人的俯视图；

图6为本发明的攀爬机器人的等轴测图；

图中：1-擦窗机器人；11-第一履带行走单元；111-第一行走履带；12-第一车身；13-清洁单元；131-清洁件；14-转塔单元；15-双向卷扬单元；151-卷筒；152-驱动装置；16-折叠臂；161-第一连接臂；162-第二连接臂；2-攀爬机器人；21-第二履带行走单元；211-第二行走履带；22-第二车身；221-左车身；222-右车身；23-卷扬单元；24-弹性拉力件；25-铰链；3-柔性连接件；4-楼宇。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的内容作进一步地描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-6所示，本实施例提供了一种组合式擦窗机器人系统，包括擦窗机器人1和攀爬机器人2，擦窗机器人1和攀爬机器人2通过柔性连接件3串联成可套在楼宇4外部的封闭结构，通过擦窗机器人1的水平运动来对楼宇4的外部进行清洁，擦窗机器人1和攀爬机器人2整体升降来带动整个系统升降。柔性连接件3具有一定的张紧力，保证擦窗机器人1和攀爬机器人2紧贴在楼宇4的外表面，如此，擦窗机器人1和攀爬机器人2无需设置吸附结构即可紧贴在楼宇4的外表面上。

工作时，攀爬机器人2位于楼宇4外部的拐角处，擦窗机器人1位于楼宇4外部的平面上，擦窗机器人1对其所在的平面进行清洁。优选地，楼宇4的每个拐角处均设置有一个攀爬机器人2，相邻的两个攀爬机器人2之间串联有至少一个擦窗机器人1。

擦窗机器人1分布在楼宇4外部的平面上，每个平面上分布有至少一个擦窗机器人1，擦窗机器人1只需清洁其所在的平面即可。擦窗机器人1包括第一履带行走单元11、第一车身12、清洁单元13和双向卷扬单元15，第一履带行走单元11带动第一车身12运动，第一履带行走单元11可相对于第一车身12旋转，清洁单元13和双向卷扬单元15支承在车身12上。

具体地，第一履带行走单元11包括两个平行且对称设置的第一行走履带111，两个第一行走履带111通过车桥(图中未示出)连接，车桥支撑第一车身12。进一步地，两个第一行走履带111由两个驱动电机分别进行驱动，两个驱动电机分别驱动两个第一行走履带111的驱动链轮，驱动链轮带动从动轮转动，当正常直线运动时，两个驱动电机驱动两个第一行走履带111的行进速度相同，实现直线运动；当需转向时，通过两个驱动电机驱动两个第一行走履带111差速运动实现转向。优选地，使用橡胶作为履带材料，能够减少对玻璃幕的单位压力以及增大摩擦，提高安全性能。

车桥通过转塔单元14与第一车身12连接，通过设置转塔单元14，可使第一履带行走单元11相对第一车身12转向，第一车身12的转向可实现单独控制。转塔单元14利用内外齿轮组合而成，内齿轮较大外齿轮较大，其中，内齿轮上布置有圆周分布的螺钉孔，内齿轮通过螺钉与车桥相连接，外齿轮中心布置有轴承，通过轴与第一车身12相连接，采用轴肩和螺钉固定齿轮实现轴向定位，内外齿轮设有凹凸槽，使内外齿轮啮合可靠，当第一履带行走单元11差速运转时，内齿轮与外齿轮之间实现相对转动，实现第一履带行走单元11的转向。

第一车身12上设置有清洁单元13，清洁单元13用于对楼宇3的待清洁平面进行清洁。清洁单元13包括至少一个清洁件131，清洁件131包括但不限于清洁刷、清洁滚筒。清洁件131通过折叠臂16连接在第一车身12上，折叠臂16的一端与第一车身12连接，另一端连接清洁件131，折叠臂16带动清洁件131可相对于车身12摆动，实现与楼宇3接触或脱离楼宇3。具体地，折叠臂16包括至少一个连接臂，当折叠臂16包括一个连接臂时，连接臂的一端与第一车身12铰接，连接臂的另一端连接清洁件131，通过推杆组件(图中未示出)带动清洁件131上下摆动。本实施例中，折叠臂16包括第一连接臂161和第二连接臂162，第一连接臂161的一端与第一车身12的立柱铰接连接，第一连接臂161的另一端与第二连接臂162铰接，第二连接臂162的自由端连接有清洁件131。推杆组件的固定端与第一车身12铰接，推杆组件的伸缩端与第二连接臂162铰接，用于推动第二连接臂162相对于第一连接臂161上下摆动，实现与楼宇3的接触和脱离。推杆组件可选但不限于电动推杆。

进一步地，清洁件131采用清洁刷。除此之外，清洁件131还可采用清洁滚筒，清洁滚筒通过驱动电机驱动转动。具体地，驱动电机安装在清洗滚筒的中心轴上，驱动电机的输出轴上安装有小齿轮，清洗滚筒的筒体内壁上安装有内齿轮，小齿轮和内齿轮间安装有行星齿轮，并用行星架支承，利用啮合的行星齿轮实现外部滚筒的旋转，清洁滚筒的两端通过轴承支承以保证清洁滚筒的旋转作业。

第一车身12上还设置有双向卷扬单元15，双向卷扬单元15用于收放其所在的擦窗机器人1的两侧的柔性连接件2。双向卷扬单元15包括两个卷筒151和驱动装置152，擦窗机器人1两侧的柔性连接件2分别缠绕在两个卷筒151上，通过顺时针或逆时针转动卷筒151实现对柔性连接件2的收放。驱动装置带动其中一个卷筒151转动，两个卷筒151的远离驱动装置152的另一端设置有相互啮合的两个齿轮(图中未示出)，通过齿轮传动连接，实现两个卷筒151的同时工作，实现擦窗机器人1两侧的柔性连接件2的收放。优选地，双向卷扬单元15通过支承座安装在第一车身12上，支承座可选但不限于槽钢，支承座通过螺钉紧固在第一车身12上。驱动装置152可选但不限于电机，电机可实现双向运转，实现对柔性连接件2的收放。卷筒151的两端通过轴承可转动地安装在支承座上，轴承可选但不限于角接触球轴承，减少轴向作用力保持双向卷扬单元的平稳。优选地，卷筒151的两端设有挡板，防止柔性连接件窜出卷筒151。

进一步还配有减速模块，减速模块包括蜗轮蜗杆结构和斜齿轮结构，驱动装置的驱动轴与蜗杆通过联轴器相连接，蜗轮蜗杆呈90°布置，实现一级减速以及自锁；蜗轮与二级斜齿轮减速机构中的较小的斜齿轮共同布置在连接轴上，较大的斜齿轮与较小的斜齿轮相啮合，并与连接轴平行布置，实现二级减速；较大的斜齿轮所在的轴为输出轴，各齿轮倾斜的方向均以减少轴所受的轴向力为准；各轴两端通过轴承可转动地安装在支承座上，轴承可选但不限于角接触球轴承，减少轴向作用力保持减速模块的平稳。

第一车身12上还设置有第一能源模块、第一控制模块和储水模块。能源模块为为整车提供电源动力；控制模块控制整车实现整体系统的爬升与下降以及清洗作业；储水模块为清洗作业提供足够的水源，储水模块中的水经水管输送到清洁件131上，以供清洗作用。

攀爬机器人2位于楼宇4的外部的拐角处，攀爬机器人2包括第二履带行走单元21和第二车身22，第二履带行走单元21包括两个第二行走履带211，第二履带行走单元21带动第二车身22运动，第二车身22包括相互交接的左车身221和右车身222，左车身221和右车身222在弹性拉力件24的作用下靠拢，当攀爬机器人2安装在楼宇4的外部的拐角处时，左车身221和右车身222可在弹性拉力件24的作用下紧贴楼宇4外部，且可适应规则的或不规则的拐角。优选地，左车身221和右车身222通过铰链25铰接；弹性拉力件24为拉力弹簧，弹性拉力件24的一端与左车身221连接，弹性拉力件24的另一端与右车身222连接。两个第二行走履带211分别带动左车身221和右车身222运动。

进一步地，第二车身22上还设置有第二能源模块和第二控制模块。第二能源模块为为整车提供电源动力；第二控制模块控制整车实现整体系统的爬升与下降。

进一步地，攀爬机器人2的第二车身22上还设置有卷扬单元23，卷扬单元23为两个，两个卷扬单元23分别设置在左车身221和右车身222上，两个卷扬单元23分别收放攀爬机器人2两侧的柔性连接件3。卷扬单元23的结构与双向卷扬单元14的结构类似，都是卷筒在驱动装置的驱动作用下转动，对柔性连接件3收放，卷扬单元23为单向卷扬单元即可，只需对一侧的柔性件进行收放。

柔性连接件3将擦窗机器人1和攀爬机器人2串联成可套在楼宇4外部的封闭结构，工作过程中，柔性连接件3保持一定的张紧力，使擦窗机器人1能贴近楼宇4外部。柔性连接件3可选但不限于柔性带。

本实施例还提供了一种擦窗机器人系统清洁方法，采用上述的擦窗机器人系统，包括如下步骤：

s1、将组合式擦窗机器人系统套在楼宇4外部；

s2、擦窗机器人1上的清洁单元13与楼宇4外表面接触，所有擦窗机器人1水平运动，对楼宇4外表面进行清洁；

s3、擦窗机器人1上的清洁单元13脱离楼宇4外表面，所有擦窗机器人1和所有攀爬机器人2同步竖直运动，带动组合式擦窗机器人系统整体升降；

s4、重复步骤s2和s3，直至清洁完毕；

所述步骤s2和所述步骤s3的顺序可调。

步骤s2中，擦窗机器人1上的清洁单元13在折叠臂16的作用下与楼宇外表面接触，至少两个擦窗机器人1水平运动，清洁其所在的平面。优选地，擦窗机器人1水平运动时，擦窗机器人1的履带行进单元11与柔性连接件3平行。进一步优选地，单个擦窗机器人1水平运动时，擦窗机器人1的履带行进单元11与双向卷扬单元15同时运转；当所有擦窗机器人1水平同步运动时，所有擦窗机器人1的履带行进单元11同步运转，双向卷扬单元15可无需工作。除此之外还有其他的情况，通过擦窗机器人1和双向卷扬单元15配合，保证擦窗机器人1紧贴在楼宇4的外部。

擦窗机器人1水平运动完成水平方向上的清洁后，竖直运动到达另一清洁高度。步骤s3中，所有擦窗机器人1和所有的攀爬机器人2同步竖直运动来带动擦窗机器人系统整体升降，升降过程中，清洁单元13在折叠臂16的作用下脱离楼宇4的外表面。优选地，擦窗机器人1竖直运动时，擦窗机器人1的履带行进单元11与柔性连接件3垂直。通过对履带行进单元11和车身12的相对位置的控制，可保证擦窗机器人1的运行，且对楼宇4外部的待清洁表面进行完全清洁，不会遗漏清洁区域。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨的前提下做出各种变化。