CN101508114B - 推压吸附式高空清洁机器人 - Google Patents

Abstract

推压吸附式高空清洁机器人，涉及一种清洁机器人，特别是一种能够清洁室外墙壁的机器人。由机器人本体和骑墙小车构成；机器人本体的交替吸附行走***、除尘吸尘***、配气***分别安装在机器人本体框架上；骑墙小车的卷扬***安装在机架上面，水平驱动***通过紧固机构安装在机架上；卷扬***的缆绳连接机器人本体框架。本发明解决了现有壁面清洁机器人存在的结构复杂、适应能力差、越障能力差、安全可靠性差、体积大、重量大、成本高、操作不方便等问题。

Description

推压吸附式高空清洁机器人

技术领域

本发明涉及一种清洁机器人，特别是一种能够清洁室外墙壁的机器人。

背景技术

随着城市建设的发展，高层建筑大量涌现，因其外表面常年暴露，极易受到污染，尤其是玻璃、瓷砖、大理石等材料的外表面。而城市对建筑外观美观的要求以及对玻璃采光的需要，带来了高层建筑外表面清洁维护的迫切需求，这就是高层建筑外表面清洁的问题。到目前为止，解决这个问题的绝大部分方法是人工清洁。此种方法危险性高、劳动强度大、效率低、耗资多。清洁机器人是改变这种状况的重要途径。

清洁机器人的研究在国内外的研究已经有一段历史。清洁机器人在能够对建筑物外表面进行清洁，其前提条件是机器人能够与工作面时刻保持接触。传统的方法有：真空吸盘的负压吸附、推力风机的推压附着和磁吸附。专利申请号为200510027326.4、公开号为CN1709654A、公开日为2005年12月21日所述的“基于同步齿形带的磁吸附履带爬壁机器人”和专利申请号为200510086383.X、授权公告号为CN1321781C、授权公告日为2007年6月20日所述的“一种非接触磁吸附轮式机器人”，采用磁吸附方式，且目前绝大部楼房建筑不具有导磁性，因此这种方法适用范围窄。专利申请号为200710072319.5、公开号为CN101058321A、公开日为2007年10月24日所述的“基于真空吸附原理的小型微声爬壁机器人”和专利申请号为200610151073.6、公开号为CN1994805A、公开日为2007年07月11日所述的“基于负压吸附原理的小型爬壁机器人”，采用的是负压吸附，良好的密封是其吸附的充分条件，因此其只适用于较光滑平整的表面。采用推力风机的机器人，由于其只靠风机的推压力与工作面接触，容易受外界的干扰，当缆绳长度较长时，本体不稳定，不能有效可靠地工作。专利申请号为200810064947.3、公开号为CN101317744A、公开日为2008年12月10日所述的“基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人”采用螺旋桨反推力和离心风机的负压吸附的方法，由于螺旋桨和离心风机两个动力是分开的，推压力和吸附力只是简单叠加，其能耗大，其无缆结构不能安全可靠地应用于各种环境。因此现有的清洁机器人存在结构复杂、适用能力差、安全可靠性差等缺点。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种推压吸附式高空清洁机器人。本发明解决了现有壁面清洁机器人存在的结构复杂、适应能力差、越障能力差、安全可靠性差、体积大、重量大、成本高、操作不方便等问题。

本发明的推压吸附式高空清洁机器人，由机器人本体和骑墙小车构成；机器人本体包括交替吸附行走***、除尘吸尘***、配气***和机器人本体框架，交替吸附行走***、除尘吸尘***、配气***分别安装在机器人本体框架上；骑墙小车包括水平驱动***、卷扬***、机架和紧固机构，卷扬***安装在机架上面，水平驱动***通过紧固机构安装在机架上；卷扬***的缆绳连接机器人本体框架。配气***包括风机、解压电磁阀和导气电磁阀；风机分别通过安装有解压电磁阀、导气电磁阀的两组管路连接上下两组吸盘。

本发明具有以下有益效果：

利用风机推压和吸盘吸附相互作用的原理，使机器人能够适用复杂粗糙的工作环境，吸盘的负压来自风机，推压力与负压吸附力通过配气***有效结合起来，简化机器人整体结构，并且充分利用了能源。

交替吸附行走机构在不需要行走驱动的情况下，能够有效地吸附、行走和越障，提高了机器人的适用能力和越障能力。

采用抛光式的清洁方式，减轻了机器人的重量，使机器人能够长时间不间断地工作，并且简化了机器人结构，降低了机器人的成本。

采用骑墙小车代替传统的屋顶随动小车，充分利用了有女儿墙的建筑的特点，保证整个***安全可靠，大大简化了机器人的结构，也大大减轻了机器人的重量，方便操作与控制。

本发明的推压吸附式高空清洁机器人，适用于平面玻璃幕墙、瓷砖壁面、石料壁面和涂料壁面等多种材料的建筑物外表面的清洁，属于特种机器人技术领域。

附图说明

图1为本发明的总体结构侧向示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为交替吸附行走机构结构示意图；

图4为交替吸附行走机构结构示意图；

图5为除尘吸尘***结构示意图；

图6为配气***示意图；

图7为骑墙小车的左视图；

图8为骑墙小车的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图并用最佳的实施例对本发明作详细的说明。

参阅图1-图8，推压吸附式高空清洁机器人，由机器人本体1和骑墙小车2构成；机器人本体1包括交替吸附行走***3、除尘吸尘***4、配气***5和机器人本体框架10，交替吸附行走***3、除尘吸尘***4、配气***5分别安装在机器人本体框架10上；骑墙小车2包括水平驱动***6、卷扬***7、机架8和紧固机构9，卷扬***7安装在机架8上面，水平驱动***6通过紧固机构9安装在机架8上；卷扬***7的缆绳7-3连接机器人本体框架10。

交替吸附行走***3包括吸盘3-1、吸盘杆件3-2、滑轨3-3、上电磁铁3-4、下电磁铁3-5、吸盘组回复弹簧3-6、吸盘足上拉复位弹簧3-7、吸盘足中间复位弹簧3-8和吸盘足下拉复位弹簧3-9；上下两组吸盘3-1分别安装在两个吸盘杆件3-2上；上电磁铁3-4和下电磁铁3-5与两条竖向设置的滑轨3-3滑动配合；上电磁铁3-4和下电磁铁3-5分别通过吸盘组回复弹簧3-6连接上下两个吸盘杆件3-2；上下两个吸盘杆件3-2之间连接有吸盘足中间复位弹簧3-8，上吸盘杆件3-2上方连接吸盘足上拉复位弹簧3-7，下吸盘杆件3-2下方连接吸盘足下拉复位弹簧3-9；滑轨3-3、吸盘足上拉复位弹簧3-7和吸盘足下拉复位弹簧3-9与机器人本体框架10相连接。

除尘吸尘***4包括吸尘器4-1、清洁罩4-2、清洁电机4-3和清洁头4-4；吸尘器4-1通过管路连接清洁罩4-2，清洁头4-4设置在清洁罩4-2内部，清洁头4-4的轴头连接清洁电机4-3。

配气***5包括风机5-1、解压电磁阀5-2和导气电磁阀5-3；风机5-1分别通过安装有解压电磁阀5-2、导气电磁阀5-3的两组管路连接上下两组吸盘3-1。

卷扬***7包括铰盘7-1、卷扬电机7-2和缆绳7-3，卷扬电机7-2连接铰盘7-1，缆绳7-3设置在铰盘7-1内。

水平驱动***6包括驱动架6-1、水平驱动电机6-2、履带6-3、履带轮6-4和夹紧机构6-5；两个驱动架6-1通过紧固机构9安装在机架8上，在每个驱动架上安装有夹紧机构6-5和履带轮6-4，在履带轮6-4上安装有履带6-3。

本发明的推压吸附式高空清洁机器人，由机器人本体和骑墙小车两部分组成。推压吸附高空清洁机器人采用空气推压力和吸盘吸附力相结合的方式，实现机器人本体在工作面上的附着，通过骑墙小车在女儿墙上的行走和对缆绳的控制，实现机器人本体在工作面上移动，这种清洁机器人适用于有女儿墙的高楼外墙玻璃和多种材料的壁面的清洁。

利用所述的风机、吸盘和配气***组成一个通道，外界的气流经由吸盘和配气***进入风机，然后高速排出，在吸盘与壁面接触时，风机进气受阻，内部产生负压，使吸盘吸附在壁面上；在吸盘脱离壁面时，风机大量进气产生推力，从而使高空清洁机器人本体附着在不平整有沟壑或有窗棱的壁面上。

利用所述的交替吸复行走机构，实现两组吸盘组交替吸附和行走，使机器人能够在连续行走过程中始终保持与工作面的紧密接触。

利用抛光式的清洁方法，通过清洁头的高速旋转，将工作面上的灰尘和污垢脱离下来，吸尘器通过高速气流将脱离下来的灰尘和污垢过滤收集。

利用所述的配气***，通过电磁阀的开关，使机器人的吸盘组在行走时与风机断开，吸附时与风机联通。

利用所述的骑墙小车支持机器人本体的工作，骑墙小车工作时在女儿墙上的水平行走，带动本体在水平方向的移动；卷扬机构能缆绳收与放，带动本体的竖直方向上的移动，从而实现了本体在面上的移动。

机器人本体利用风机推压力与吸盘吸附力相结合的方法，使机器人本体始终与工作面保持接触，使除尘吸尘***能够有效可靠地进行清洁工作，解决了现有的同类产品适应能力差的问题。在机器人工作时，当吸盘与工作面脱离时，由于此时吸盘进气不受阻，进气量很大，风机高速排气能够产生反推力，将机器人本体推压在工作面上；当吸盘与工作面接触紧密之后，由于进气受阻，风机内部产生负压，吸盘在外部大气压的作用下，吸附在工作面上；在风机推压力和吸盘吸附力的共同作用下，机器人本体能够适应多种材料，环境复杂，不平整光滑的工作面。

机器人本体通过两组交替吸附行走机构实现在连续移动的过程中始终与工作面保持吸附；交替吸附行走机构使机器人本体具有越障能力；

吸盘与风机通过配气***相互联接，两组吸盘组在工作时是交替行走和吸附的，在工作的任意一个时刻，至少有一个吸盘组是处于吸附状态的，而行走的吸盘组则与风机断开；

配气***工作的原理：机器人本体共有二组吸盘，每组吸盘至少有四个吸盘。每组吸盘的导气管最后汇总，通过一个气阀与风机相联。配气***主要由两个阀门组成，每组吸盘一个配气阀。两个配气阀在电子控制下，交替开与关，配合吸盘组实现交替吸附行走。

交替吸附行走机构，主要由两个吸盘组组成。每个吸盘组至少有4个吸盘。吸附行走机构中，由滑杆吸盘组的底部通过电磁铁或者伸缩气缸，将吸盘组与固定架连接在一起。与吸盘组相联的还有两具压缩弹簧。当吸盘组断开气流，准备行走时，电磁铁将吸盘组提起。于是吸盘组在行走拉动弹簧的作用下，开始行走，行走了一个行程后，电磁铁将吸盘组放下，然后另外一个吸盘组被电磁铁提起开始行走。电磁铁与固定杆可以沿着滑轨移动，滑轨杆固定在机架上。于是吸盘组与电磁铁可以在垂直于工作面的方向上相对移动，吸盘组电磁铁与机架可以在平行于工作面的方向上相以运动。

机器人工作就绪时，上、下吸盘组同时处于吸附状态。如果接下来机器人向上工作，向上交替吸附行走循环如下：上吸盘组断开气流并下大气相通解压，上电磁铁将上吸盘组提起，于是上吸盘组在上拉弹簧的作用下，随机器人本体机架向上运动；当上吸盘组行走了一个距离S后，上电磁铁将上吸盘组放下，上吸盘组又与工作面接触，上电磁阀将上吸盘组气流接通，上吸盘组重新开始吸附；下电磁阀将下吸盘组气流断开，并使之与大气相通，下电磁铁将下吸盘组提起，在中间弹簧的回复力作用下，下吸盘组跟进一个距离S，然后下电磁铁将下吸盘组放下，下吸盘组重新与工作面接触，下配气阀将下吸盘组与风机联通，下吸盘组恢复吸附。于是交替吸附行走机构的运动状态恢复到起点状态，并且进入下一个交替吸附行走循环。向下工作时，各个部件的工作顺序刚好与向上工作时的顺序相反。

机器人采用抛光式清洁方法，通过高速旋转的清洁头，将灰尘和污垢从工作面上脱离下来，利用吸尘器将脱离下来的灰尘和污垢过滤收集。采用“干刷”的方法，能够简化机器人结构、减小机器人的体积、减轻机器人的重量、降低机器人的成本。而且持续工作的时间更长。针对不同的清洁面，采用不同的清洁头，防止了传统清洁液对工作的腐蚀。

骑墙小车结构与工作原理详解：

骑墙小车主要由行走驱动机构、卷扬机构、夹紧机构、紧固机构和机架等组成。工作时，将小车置于女儿墙上，小车的跨度可以调整。跨度调整好之后，紧固机构锁紧，驱动机构作用在女儿墙的水平面上，夹紧机构作用在女儿墙的两个侧面上，保证骑墙小车不会倾倒或翻转。驱动机构带动整个机器人在水平方向沿着女儿墙前进或者后退。卷扬机构在电机的带动下，将缆绳收起或放开，收起时机器本体向上运动，放开时，机器人本体向下运动。

Claims (5)

1.推压吸附式高空清洁机器人，其特征在于，由机器人本体(1)和骑墙小车(2)构成；机器人本体(1)包括交替吸附行走***(3)、除尘吸尘***(4)、配气***(5)和机器人本体框架(10)，交替吸附行走***(3)、除尘吸尘***(4)、配气***(5)分别安装在机器人本体框架(10)上；骑墙小车(2)包括水平驱动***(6)、卷扬***(7)、机架(8)和紧固机构(9)，卷扬***(7)安装在机架(8)上面，水平驱动***(6)通过紧固机构(9)安装在机架(8)上；卷扬***(7)的缆绳(7-3)连接机器人本体框架(10)；配气***(5)包括风机(5-1)、解压电磁阀(5-2)和导气电磁阀(5-3)；风机(5-1)分别通过安装有解压电磁阀(5-2)、导气电磁阀(5-3)的两组管路连接上下两组吸盘(3-1)。

2.如权利要求1所述推压吸附式高空清洁机器人，其特征在于，交替吸附行走***(3)包括吸盘(3-1)、吸盘杆件(3-2)、滑轨(3-3)、上电磁铁(3-4)、下电磁铁(3-5)、吸盘组回复弹簧(3-6)、吸盘足上拉复位弹簧(3-7)、吸盘足中间复位弹簧(3-8)和吸盘足下拉复位弹簧(3-9)；上下两组吸盘(3-1)分别安装在两个吸盘杆件(3-2)上；上电磁铁(3-4)和下电磁铁(3-5)与两条竖向设置的滑轨(3-3)滑动配合；上电磁铁(3-4)和下电磁铁(3-5)分别通过吸盘组回复弹簧(3-6)连接上下两个吸盘杆件(3-2)；上下两个吸盘杆件(3-2)之间连接有吸盘足中间复位弹簧(3-8)，上吸盘杆件(3-2)上方连接吸盘足上拉复位弹簧(3-7)，下吸盘杆件(3-2)下方连接吸盘足下拉复位弹簧(3-9)；滑轨(3-3)、吸盘足上拉复位弹簧(3-7)和吸盘足下拉复位弹簧(3-9)与机器人本体框架(10)相连接。

3.如权利要求1所述推压吸附式高空清洁机器人，其特征在于，除尘吸尘***(4)包括吸尘器(4-1)、清洁罩(4-2)、清洁电机(4-3)和清洁头(4-4)；吸尘器(4-1)通过管路连接清洁罩(4-2)，清洁头(4-4)设置在清洁罩(4-2)内部，清洁头(4-4)的轴头连接清洁电机(4-3)。

4.如权利要求1所述推压吸附式高空清洁机器人，其特征在于，卷扬***(7)包括铰盘(7-1)、卷扬电机(7-2)和缆绳(7-3)，卷扬电机(7-2)连接铰盘(7-1)，缆绳(7-3)设置在铰盘(7-1)内。

5.如权利要求1所述推压吸附式高空清洁机器人，其特征在于，水平驱动***(6)包括驱动架(6-1)、水平驱动电机(6-2)、履带(6-3)、履带轮(6-4)和夹紧机构(6-5)；两个驱动架(6-1)通过紧固机构(9)安装在机架(8)上，在每个驱动架上安装有夹紧机构(6-5)和履带轮(6-4)，在履带轮(6-4)上安装有履带(6-3)。

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