CN101999871A - 一种多关节爬行高空清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多关节爬行高空清洁机器人。包括机器人机身(1)、爬行部分(2)和清洁部分(3)。所述的机器人机身(1)包括吸附***和气源***，它们均安装在机器人机身(1)的底板上；所述的爬行部分(2)由分别带有三个关节的六只脚构成，它们均匀地分布在机器人机身(1)的两侧，并且每一只脚与机器人机身(1)的底板铰接；所述的清洁部分(3)包括中部清洁***和后部清洁***，其中部清洁***安装在机器人机身(1)底板的下面，后部清洁***则固定在机器人机身(1)的尾部。本发明实现了跨越障碍物或裂缝及吸附在曲面上的功能，且清洗效果好，效率高，能适应较为复杂的高空作业环境，大大减少了人工操作下的不安全隐患。

Description

一种多关节爬行高空清洁机器人 

技术领域

本发明涉及一种清洁机器人，尤其是一种带有关节能够吸附在光滑面板上，且可以自由爬行的多关节爬行高空清洁机器人。 

背景技术

近年来，随着中国现代化进程的步伐不断加快，一批又一批的现代化城市急剧涌现，一栋栋现代化的高楼大厦也随之拔地而起，这些同时也带来了现代化建筑外表面清洗的问题。长期以来，对于这些高空作业来擦洗建筑物外墙面的工作来说，其本身就是一件危险的事情，而且，从另一个角度来说，人工擦洗效率不高，劳动强度又比较大，且投资也不少，因此，现实迫切需要一种清洁机器人来改变这样一种局面。 

目前，市场上也出现过像清洁机器人类似的产品，但大多数都体积过于庞大，不灵活，且造价高，功耗大，效率不明显，性价比低；还有一些清洁机器人，虽然相对比较小巧，但是，在运动或清洗方面仍存在不少的问题，比如说不能在一些异形曲面或球形墙壁面上运动和清洗、清洁刷过于简单，不能干净地清洗墙壁面，以及当遇到带有障碍物的建筑物和需要从一个墙面跨越到另外一个与之成一定角度的墙面时，更是无可奈何，因此，这些清洁机器人适应能力不强，很难在社会上得到推广。 

实用新型内容

为了克服现有的清洁机器人体积庞大、功耗大，以及那些相对小巧的清洁机器人不能在曲面上运动和清洗、很难实现跨越障碍物和面面之间的转换，以及清洗不干净的不足，本发明提供一种多关节爬行高空清洁机器人，该机器人不仅相对轻巧，而且性价比高、实用，能够比较干净地清洗曲面建筑物，轻易地越过建筑物表面上的障碍和较大的裂缝，以及实现面面跨越。 

为实现上述目的，本发明的多关节爬行高空清洁机器人采用的技术方案如下： 

本发明的多关节爬行高空清洁机器人，包括机器人机身(1)、爬行部分(2)和清洁部分(3)；机器人机身(1)包括吸附***和气源***，它们均安装在机器人机身(1)的底板上；爬行部分(2)由分别带有三个关节的六只脚构成，它们均匀地分布在机器人机身(1)的两侧，并且每一只脚与机器人机身(1)的底板铰接；清洁部分(3)包括中部清洁***和后部清洁***，其中部清洁***安装在机器人机身(1)底板的下面，后部清洁***则固定在机器人机身(1)的尾部。 

上述吸附***包括吸盘(4)、真空管(5)和真空泵(6)，吸盘(4)置于六只脚的脚底，且通过真空管(5)与真空泵(6)相连，真空泵(6)固定安装在机器人机身(1)底板上。 

上述气源***由储气罐(7)、导气管(8)和导气管电磁阀(9) 组成，储气罐(7)固定安装在机器人机身(1)底板上，且通过导气管(8)及安装在导气管上的电磁阀(9)分别与上脚气缸(10)、下脚气缸(11)、步进气缸(12)、中心轴气缸(13)、自适应式气缸(14)、导向气缸(15)和橡胶刮气缸(16)相连。 

上述爬行部分(2)中的每只脚都有三个关节，下脚(17)与吸盘(4)之间通过球形关节(18)连接；上脚(19)与机器人机身(1)通过固定铰支座(20)连接；步进气缸(12)固定安装在机器人机身(1)底板上，与上脚(19)垂直(休息状态时)，且相互铰接；上脚(19)与下脚(17)之间利用连接杆(21)连接。 

上述中部清洁***包括自适应式清洁刷(22)、中心轴(23)和中心轴气缸(13)，自适应式清洁刷(22)与工作表面相互接触，且其通过中心轴(23)与机器人机身(1)连接，中心轴(21)的顶端与固定在机器人机身(1)底板上的导向气缸(15)相连。 

上述后部清洁***包括两个橡胶刮气缸(16)和一个橡胶刮(24)，橡胶刮(24)与工作表面接触，并且通过两个橡胶刮气缸(16)与机器人机身(1)的尾部相接。 

本发明的有益效果是： 

本机器人采用了分别带有三个关节的六只脚(爬行机构)及其脚下的吸附装置，可以使得该清洁机器人轻易地越过障碍物和较大的裂缝，以及实现面面之间的跨越。 

脚底的吸盘采用塑料制作，且其与工作面接触密封的一圈采用半 球形橡胶，有利于改善吸盘的气密性，增大了该清洁机器人的适用范围。 

下腿与吸盘的连接采用的是球形关节，它能够使吸盘倾斜自如，适应工作表面倾角的变化，即：其为该清洁机器人在一些曲面或球面上爬行提供了可能。 

中部清洁***采用了自适应式清洁刷，使该清洁机器人不仅能清洗平面，还能清洁曲面或球面的建筑物外墙；同时后部清洁***采用的橡胶刮长度比机身要宽，这样不至于使机器人六只脚走过的地方又被弄脏，使得该机器人有效地提高了清洁能力。 

附图说明

图1为多关节爬行高空清洁机器人的结构示意图； 

图2为多关节爬行高空清洁机器人吸附***结构示意图； 

图3为多关节爬行高空清洁机器人爬行部分结构示意图； 

图4为球形关节结构示意图； 

图5为多关节爬行高空清洁机器人清洁部分结构示意图； 

图6位多关节爬行高空清洁机器人的自适应式清洁刷的结构示意图； 

图7为多关节爬行高空清洁机器人前进步行步态示意图； 

图8为多关节爬行高空清洁机器人后退步行步态示意图； 

图9为多关节爬行高空清洁机器人左转步行步态示意图。 

图中标记表示：1.机器人机身，2.爬行部分，3.清洁部分，4.吸盘，5.真空管，6.真空泵，7.储气罐，8.导气管，9.导气管电磁阀，10.上脚气缸，11.下脚气缸，12.步进气缸，13.中心轴气缸，14.自适应式气缸，15.导向气缸，16.橡胶刮气，17.下脚，18.球形关节，19.上脚，20.固定铰支座，21.连接杆，22.自适应式清洁刷，23.中心轴，24.橡胶刮，25-1.电磁阀，25-2.电磁阀，26.清洁头，27.导向轨道，28.球关节，29.导向凸起，30.清洁刷外壳，31.缓冲空间。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明： 

图1为多关节爬行高空清洁机器人结构示意图，包括机器人机身(1)、爬行部分(2)和清洁部分(3)；机器人机身包括吸附***和气源***，它们均安装在机器人机身(1)的底板上；爬行部分(2)由分别带有三个关节的六只脚构成，它们均匀地分布在机器人机身的两侧，并且每一只脚与机器人机身(1)的底板铰接；清洁部分(3)包括中部清洁***和后部清洁***，其中部清洁***安装在机器人机身(1)底板的下面，后部清洁***则固定在机器人机身(1)的尾部。 

吸附***包括吸盘(4)、真空管(5)和真空泵(6)，吸盘(4)置于六只脚的脚底，且通过真空管(5)与真空泵(6)相连，真空泵(6)固定安装在机器人机身(1)底板上。 

气源***由储气罐(7)、导气管(8)和导气管电磁阀(9)组成， 储气罐(7)固定安装在机器人机身(1)底板上，且通过导气管(8)及安装在导气管上的电磁阀(9)分别与上脚气缸(10)、下脚气缸(11)、步进气缸(12)、中心轴气缸(13)、自适应式气缸(14)、导向气缸(15)和橡胶刮气缸(16)相连。 

爬行部分(2)中的每只脚都有三个关节，下脚(17)与吸盘(4)之间通过球形关节(18)连接；上脚(19)与机器人机身(1)通过固定铰支座(20)连接；步进气缸(12)固定安装在机器人机身(1)底板上，与上脚(19)垂直(休息状态时)，且相互铰接；上脚(19)与下脚(17)之间利用连接杆(21)连接。 

中部清洁***包括自适应式清洁刷(22)、中心轴(23)和中心轴气缸(13)，自适应式清洁刷(22)与工作表面相互接触，且其通过中心轴(23)与机器人机身(1)连接，中心轴(21)的顶端与固定在机器人机身(1)底板上的导向气缸(15)相连。 

后部清洁***包括两个橡胶刮气缸(16)和一个橡胶刮(24)，橡胶刮(24)与工作表面接触，并且通过两个橡胶刮气缸(16)与机器人机身(1)的尾部相连接。 

图2为多关节爬行高空清洁机器人吸附***的结构示意图，吸盘(4)采用塑料制作，且其与工作面接触密封的一圈采用半球形橡胶密封。当机器人的某只脚需要承担机器人的重量时，微控制器发出信号使电磁阀(25-1)通电，电磁阀(25-2)断电，同时，真空泵(6)在电动机的带动下高速旋转，抽吸空气，通过真空管(5)，使吸盘(4) 内形成一定的真空，这样吸盘(4)便在大气压的作用下利用负压原理紧紧地吸附在工作面上。当机器人的某只脚需要抬起时，则微控制器发出信号使电磁阀(25-1)断电，电磁阀(25-2)通电，此时大气中的空气在大气压的作用下通过真空管(5)迅速进入吸盘(4)，使吸盘(4)中气体的压力与大气压力相等，吸盘(4)脱落。 

图3为多关节爬行高空清洁机器人爬行部分结构示意图，爬行部分中的每只脚都有三个关节，下脚(17)与吸盘(4)采用的连接是球形关节(18)，它能够使吸盘(4)倾斜自如，适应工作表面倾角的变化；上脚(19)与机器人机身(1)通过固定铰支座(20)连接，步进气缸(12)固定安装在机器人机身(1)底板上，与上脚(19)垂直(休息状态时)，且相互铰接；上脚(19)与下脚(17)之间利用连接杆(21)连接。这样不仅能够减轻机器人本身的重量，而且使得该机器人相对比较小巧，同时，在气源根据需要提供持续气体的条件下能够使机器人运行比较平稳。 

图4为球形关节结构示意图，其包括中间带有通气孔的球关节(28)和吸盘(4)构成，吸盘(4)与球关节(28)固定连接，球关节(28)与下脚气缸(11)之间利用法兰通过螺栓连接，当该脚落在倾斜平面上时，球关节(28)则自适应式地转过相应的角度，使吸盘平稳的落在该平面上。当真空泵(6)抽吸吸盘(4)内的空气时，缓冲空间(31)内也形成局部的真空，在大气压力的作用下使得球关节被紧紧地锁死，不能转动。 

图5为多关节爬行高空清洁机器人清洁部分结构示意图，清洁部分(3)由中部清洁***和后部清洁***组成。中部清洁***包括自适应式清洁刷(22)、中心轴(23)和中心轴气缸(13)，其中，自适应式清洁刷(22)由固定在清洁刷外壳(30)底板上的五个自适应式气缸(14)并排连接而成，其下面安装一清洁头(26)，并且他们均处于清洁刷外壳(30)内。当需要越过障碍物时，自适应式清洁刷(22)则在中心轴气缸(13)的作用下抬起，若是工作面上有难以清洗的物质时，对工作面施加一定的压力，同时在机器人机身(1)内与导向轨道(27)平行的导向气缸(15)的带动下，使位于中心轴(23)上端的导向凸起(29)下沿着导向轨道(27)运动，这样有利于清除这些物质。后部的清洁机构包括两个橡胶刮气缸(16)和一个橡胶刮(24)，其中，橡胶刮气缸(16)安装在机器人的尾部，推动橡胶刮(24)压紧工作面，当机器人机身(1)在步进气缸(12)的推动作用下运动时，橡胶刮也随着机身(1)运动。橡胶刮(24)的长度比机器人机身(1)要宽，这样不至于使六只脚走过的地方又被弄脏，同时，又能再一次清洁清洗过的地方，提高了机器人整体的清洁效率。 

图6是多关节爬行高空清洁机器人的自适应式清洁刷的结构示意图，当该清洁机器人需要清洁曲面或者球面工作面时，首先自适应式清洁刷(22)在中心轴气缸(13)的推动下接触工作面，紧接着储气罐(7)通过导气管(8)及安装在导气管上的电磁阀(9)为自适应式气缸(14)导气，使这些气缸(14)产生垂直于工作面的运动，当每个自适应式气缸(14)受到一定阻力的作用时，自适应式气缸(14) 则停止运动，此时的自适应式清洁刷(22)与需要清洁的工作面形状基本一致，这样能够使清洁刷(22)更充分更干净地清洁工作面，提高机器人的清洁能力。 

图7是多关节爬行高空清洁机器人前进步行步态示意图，令机器人从休息状态(a)开始运动，每个圆圈代表一只脚，黑色圆圈表示承担重量，注意机器人作业时六只脚均吸附在墙面上。首先介绍前进步态，在前进步态的(b)中，机器人的重量由左侧中间脚和右侧前后脚承担，机器人的左侧前后脚和右侧的中间脚在上脚气缸(10)和下脚气缸(11)的推动作用下抬起，不承担任何重量，因此可以自由的向前移动，如图(c)所示。当机器人左侧的前后脚在步进气缸(12)的推动作用下向前转过30°后，(右侧中间脚因为只起支撑作用，故不转动，)他们在上脚气缸(10)和下脚气缸(11)的推动的作用下承担机器人的重量，这时左侧的中间脚和右侧的前后脚抬起，并且右侧前后脚在步进气缸(12)的作用下向前转过30°，如图(e)所示。右侧前后脚压下，承担重量，左侧中间脚抬起，并如图(f)所示，同时，在左右前后脚步进气缸(12)的作用下推动机器人机身(1)往前运动。 

图8是多关节爬行高空清洁机器人后退步行步态示意图，机器人后退的步态与前进的步态类似，令机器人也从休息状态(h)开始运动，在后退步态的(i)中，机器人的重量由左侧中间脚和右侧前后脚承担，机器人的左侧前后脚和右侧的中间脚在上脚气缸(10)和下脚气缸(11)的推动作用下抬起，不承担任何重量，因此可以自由的向后 移动，如图(j)所示。当机器人左侧的前后脚在步进气缸(12)的作用下向后转过30°后，(右侧中间脚因为只起支撑作用，故不转动，)他们在上脚气缸(10)和下脚气缸(11)推动的作用下承担机器人的重量，这时左侧的中间脚和右侧的前后脚抬起，并且右侧前后脚在步进气缸(12)的作用下向前转过30°，如图(1)所示。右侧前后脚压下，承担重量，左侧中间脚抬起，并如图(m)所示，同时，在左右前后脚步进气缸(12)的作用下推动机器人机身(1)往后运动。 

图9是多关节爬行高空清洁机器人左转步行步态示意图，机器人的左转步态也假设是从休息状态(o)开始运动，在左转步态的(p)中，机器人的重量由左侧中间脚和右侧前后脚承担，机器人的左侧前后脚和右侧的中间脚在上脚气缸(10)和下脚气缸(11)的推动作用下抬起，不承担任何重量，因此可以自由的向前移动。当机器人左侧的前后脚在步进气缸(12)的作用下向前转过30°后，(右侧中间脚因为只起支撑作用，故不转动，)他们在上脚气缸(10)和下脚气缸(11)向下的推动作用下承担机器人的重量，同时，左侧的中间脚和右侧的前后脚抬起，并且右侧前后脚在步进气缸(12)的推动作用下向后转过30°，如图(r)所示。右侧前后脚压下，承担重量，左侧中间脚抬起，并如图(s)所示，同时，在左侧前后脚步进(12)气缸向下的作用和右侧前后脚步进气缸(12)向上的推动作用下推动机器人机身(1)往左转向。 

向右转弯时，机器人每只条脚的运动顺序与向左转弯时一样，只是脚的位置相反。 

应该说明的是，以上实施例仅用于本发明的技术方案，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡对本发明的技术方案进行各种变动和等效替换，而不背离本发明技术方案的原理及范围，均应涵盖在本发明权利要求的范围之中。 

Claims (6)

1.一种多关节爬行高空清洁机器人，其特征在于包括机器人机身(1)、爬行部分(2)和清洁部分(3)；所述的机器人机身(1)包括吸附***和气源***，它们均安装在机器人机身(1)的底板上；所述的爬行部分(2)由分别带有三个关节的六只脚构成，它们均匀地分布在机器人机身(1)的两侧，并且每一只脚与机器人机身(1)的底板铰接；所述的清洁部分(3)包括中部清洁***和后部清洁***，其中部清洁***安装在机器人机身(1)底板的下面，后部清洁***则固定在机器人机身(1)的尾部。

2.根据权利要求1所述的多关节爬行高空清洁机器人，其特征在于，所述吸附***包括吸盘(4)、真空管(5)和真空泵(6)，吸盘(4)置于六只脚的脚底，且通过真空管(5)与真空泵(6)相连，真空泵(6)固定安装在机器人机身(1)底板上。

3.根据权利要求1所述的多关节爬行高空清洁机器人，其特征在于，所述气源***由储气罐(7)、导气管(8)和导气管电磁阀(9)组成，储气罐(7)固定安装在机器人机身(1)底板上，且通过导气管(8)及安装在导气管上的电磁阀(9)分别与上脚气缸(10)、下脚气缸(11)、步进气缸(12)、中心轴气缸(13)、自适应式气缸(14)、导向气缸(15)和橡胶刮气缸(16)相连。

4.根据权利要求1所述的多关节爬行高空清洁机器人，其特征在于，所述爬行部分(2)中的每只脚都有三个关节，下脚(17)与吸盘(4)之间通过球形关节(18)连接；上脚(19)与机器人机身(1)通过固定铰支座(20)连接；步进气缸(12)固定安装在机器人机身(1)底板上，与上脚(19)垂直且相互铰接；上脚(19)与下脚(17)之间利用连接杆(21)连接。

5.根据权利要求1所述的多关节爬行高空清洁机器人，其特征在于，所述中部清洁***包括自适应式清洁刷(22)、中心轴(23)和中心轴气缸(13)，自适应式清洁刷(22)与工作表面相互接触，且其通过中心轴(23)与机器人机身(1)连接，中心轴(21)的顶端与固定在机器人机身(1)底板上的导向气缸(15)相连。

6.根据权利要求1所述的多关节爬行高空清洁机器人，其特征在于，所述后部清洁***包括两个橡胶刮气缸(16)和一个橡胶刮(24)，橡胶刮(24)与工作表面接触，并且通过两个橡胶刮气缸(16)与机器人机身(1)的尾部相接。

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