CN105919505B - 一种玻璃清洗机器人及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及民用机器人技术领域，公开了一种玻璃清洗机器人及方法，该方法采用的玻璃清洗机器人包括机体、吸附装置、驱动装置，其中机体包括底板、机盖、清洁单元、检测单元，吸附装置由两台离心式径流风机组成，驱动装置包括动力切换***、底盘总成。所述的玻璃清洗机器人借助吸附装置形成的真空负压吸附在玻璃表面，所述的驱动装置底盘总成上设有履带，玻璃清洗机器人以履带驱动方式在玻璃表面运动。本发明能够切换横向和纵向的动力，实现90°换向，运动更为灵活，运动时压带轮将履带压下，从而使得履带与玻璃表面的接触面积增大、正压力增大，减轻甚至消除打滑。

Description

一种玻璃清洗机器人及方法

技术领域

本发明属于民用机器人技术领域，具体涉及一种玻璃清洗机器人及方法。

背景技术

现有的大多数玻璃清洗机器人，其转向方式主要分为两种，依靠两驱动轮差动转向和机构自锁原地转向。驱动轮差动转向方式较为普遍，但这种方式效率低、对玻璃边角处清洗效果差，而且转向时易对玻璃表面造成磨损；机构自锁方式采用自锁机构，当需要转向时自锁解除，驱动部分再差动转向，虽然清洗部分在转向过程中没有运动，但机构执行动作复杂，长期动作机构磨损老化，减少机器人的使用寿命；另外现有的玻璃清洗机器人多采用轮式或普通履带驱动方式，当轮子或履带遇水时易出现打滑现象。

因此需要对玻璃清洗机器人的运动方式进行改进，以使得运动平稳、转向更为迅速、机器人使用寿命提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种玻璃清洗机器人及方法，能够吸附在窗户玻璃表面并运动，可以自行切换动力进行运动方向的切换，并能有效减轻甚至消除打滑现象。

本发明所要解决的技术问题通过如下技术方案实现：

一种玻璃清洗机器人，包括机体、吸附装置、驱动装置、动力切换***、底盘总成，所述机体中心部位设置有吸附装置，机体的四周分别设置有横向和纵向运动的对称驱动装置，所述纵向运动的对称驱动装置由横向车桥相连，横向运动的对称驱动装置由纵向车桥相连；横向车桥与纵向车桥为相互垂直，相互垂直处设置有动力切换***，动力切换***和底盘总成均设置在机体上的底板上，机体上的底板与机盖通过螺钉连接；且底盘总成上设有履带。

一种玻璃清洗机器人，所述机体包括底板、机盖、清洁单元、检测单元，清洁单元固定在底板的底面，检测单元设置在底板的四个边角。

一种玻璃清洗机器人，所述吸附装置由两台离心式径流风机和密封腔组成，离心式径流风机通过底板上的定位孔和压板固定在底板上，离心式径流风机的进气口四周有密封装置，密封装置为设置在底板四边上的清洁布；底板上有真空口，离心式径流风机上上的抽气口对准真空口完成平面定位，垂直玻璃表面方向则用压板定位；底板上的清洁布在压缩时形成的密封腔。

一种玻璃清洗机器人，所述驱动装置由驱动电机、驱动轴、驱动轮组成，驱动轮通过顶丝固定到驱动轴上，所述驱动电机安装在底板上，驱动电机轴端的驱动轴通过轴承、轴承座构成在轴向和径向的定位装置上。

一种玻璃清洗机器人，所述动力切换***为横向和纵向的运动切换装置，由动力切换电机、丝杠螺母副组成，动力切换电机通过电机安装板固定在底板上；丝杠螺母副与底盘连接，丝杠螺母副由丝杠和螺母螺纹连接组成，动力切换电机轴端与丝杠轴上均设置有同步带轮，丝杠上的螺纹为左右旋向螺纹，左旋螺纹与右旋螺纹部分距离相差11mm；底板和机盖上设置有轴承座，轴承座内装有轴承，丝杠两端通过轴承和轴承座定位。

一种玻璃清洗机器人，所述清洁单元包括魔术贴、清洁布，魔术贴固定在底板的底面，清洁布粘在魔术贴上便于拆卸清洗；所述清洁单元为清洁布，清洁布安装在底板上，另一面与玻璃表面接触。

一种玻璃清洗机器人，所述检测单元包括窗框检测单元和窗边检测单元，窗框检测单元安装在底板的中前方，窗边检测单元安装在底板四角。

一种玻璃清洗机器人，所述底盘总成为可升降结构，所述的底盘总成包括横向车桥（321）、纵向车桥（322）、驱动电机（323）、履带（324）、驱动轮（325）、张紧轮（326）、压带轮（327），螺母（315）、螺母分别固定到横向车桥（321）和纵向车桥（322）上；且横向车桥（321）、纵向车桥（322）上分别设置有导向装置。

一种玻璃清洗机器人，所述导向装置，包括直线轴承（3211）、导向杆（3212）、定位座（3213），直线轴承（3211）安装在车桥两端，定位座（3213）安装在底板（11）上。

一种玻璃清洗机器人的清洗玻璃方法，其步骤如下：

1）通过吸附装置形成的真空负压吸附在玻璃表面；玻璃清洗机器人以履带驱动方式在玻璃表面运动；

2）纵向运动时，动力切换电机（311）驱动丝杠（314）正向转动，纵向车桥（322）沿趋近玻璃方向运动将压带轮（327’）压下，纵向履带（324）与玻璃表面充分接触摩擦；通过丝杠（314）的左右旋向，故同时横向车桥（321）沿远离玻璃方向运动，将压带轮（327）抬起，横向履带（324’）松开；驱动力只由纵向履带（324）提供，机器人沿纵向运动；

3）横向运动时，动力切换电机（311）驱动丝杠（314）反向转动，横向车桥（321）沿趋近玻璃方向运动将压带轮（327）压下，横向履带（324’）与玻璃表面充分接触摩擦；通过丝杠（314）的左右旋向，故同时纵向车桥（322）沿远离玻璃方向运动将压带轮（327’）抬起，纵向履带（324）松开；驱动力只由横向履带（324’）提供，机器人沿横向运动；

4）当玻璃清洗机器人运动到窗户边角处时，只需要动力切换电机（311）驱动丝杠（314）正/反向转动，即能够同时将纵向车桥（322）沿趋近/远离玻璃方向运动、横向车桥（321）沿远离/趋近玻璃方向运动，从而完成横向/纵向驱动力的90°换向切换；

5）为保证纵向车桥（322）与横向车桥（321）运动时不发生偏转，纵向车桥（322）与横向车桥（321）上都安装有导向装置，直线轴承（3211）安装在车桥两端，定位座（3213）安装在底板（11）上，纵向车桥（322）和横向车桥（321）能够沿着导向杆（3212）上下相反方向运动；

其中横向车桥上的压带轮与纵向车桥上的压带轮轴间距为1-2mm。

本发明的有益效果是：

（1）机器人的运动方向始终与窗户边框平行或垂直，保证了运动轨迹的一致性；（2）采用动力切换***切换横向和纵向的运动，运动更加灵活；（3）安装有压带轮的底盘结构使得履带与玻璃表面的接触面积增大，有效减轻机器人遇水打滑现象，使得运动更为平稳可靠、对玻璃表面的清洗效果大大提高。

附图说明

图1为本发明玻璃清洗机器人结构示意图；

图2为纵向运动时横向车桥的视图；

图3为纵向运动时纵向车桥的视图；

图4为横向运动时横向车桥的视图；

图5为横向运动时纵向车桥的视图。

图6为本发明玻璃清洗机器人纵向和横向行走状态示意图。

图中：1. 机体；2. 吸附装置；3. 驱动装置；11. 底板；12. 机盖；13. 清洁单元；14. 检测单元；21. 离心式径流风机；31. 动力切换***；32. 底盘总成。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。

如图1所示，本发明的一种玻璃清洗机器人，包括机体1、吸附装置2、驱动装置3，其中机体1包括底板11、机盖、清洁单元13、检测单元14，吸附装置2由两台离心式径流风机21和密封腔组成，驱动装置3包括动力切换***31、底盘总成32。机体1上的底板11与机盖通过螺钉连接，清洁单元13包括魔术贴131、清洁布132，魔术贴131固定在底板11的底面，清洁布132粘在魔术贴上便于拆卸清洗；检测单元14安装在底板11的四个边角，当机器人运动到窗框边角时触发检测单元14动作，并将机械动作转换为电信号控制机器人换向。

吸附装置2内的离心式径流风机21固定在底板11上，底板11上有真空口111，离心式径流风机上21上的抽气口211对准真空口111完成平面定位，垂直玻璃表面方向则用压板112定位；底板11上还有清洁布132压缩时形成的密封腔，离心式径流风机21在真空口111处抽气时，密封腔内形成真空，通过密封腔与大气压差吸附在玻璃表面。

驱动装置3上的动力切换***31包括动力切换电机311、同步带轮312、同步带313、丝杠314和螺母315，动力切换电机311通过电机安装板固定在底板11上；丝杠314分为左旋向、右旋向部分，左旋与右旋部分距离相差11mm；底板11和机盖上安装轴承座，内装有轴承，丝杠314两端通过轴承和轴承座定位。

动力切换电机311轴端和丝杠314上分别安装同步带轮312，动力切换电机通过同步带313将动力传递给丝杠314驱动其转动，进而丝杠314上的左右旋向螺纹带动螺母315和螺母分别向相反方向运动。

底盘总成32包括纵向车桥322、横向车桥321、驱动电机323、履带324、驱动轮325、张紧轮326、压带轮327。螺母315、螺母 分别固定到纵向车桥322和横向车桥321上，当丝杠314带动螺母315和螺母向相反方向运动时，纵向车桥322与横向车桥321也向相反方向运动，须保证动力切换电机311驱动丝杠314转动时，纵向车桥322远离/趋近玻璃运动，横向车桥趋近/远离玻璃运动。为保证纵向车桥322与横向车桥321运动时不发生偏转，纵向车桥322与横向车桥321上都安装有导向装置，包括直线轴承3211、导向杆3212、定位座3213，直线轴承3211安装在车桥两端，定位座3213安装在底板11上，纵向车桥322和横向车桥321可以沿着导向杆3212上下相反方向运动。

驱动电机323安装在底板11上，驱动电机323轴端的驱动轴通过轴承、轴承座完成在轴向和径向的定位，驱动轮325通过顶丝固定到驱动轴上，当驱动电机323动作时则带动驱动轮325转动；张紧轮326也通过类似的方式安装，区别在于驱动轴不连接驱动电机323，张紧轮326两侧的轴承座位置可调，以此来进行张紧，履带324包裹驱动轮325和张紧轮326。

压带轮327在机器人运动时能够将纵向履带324压下/松开、横向履带324’松开/压下，机器人动力切换的最终结果即是通过将履带压下或松开完成驱动力的切换。压带轮327分为两组，一组安装在纵向车桥322上，一组安装在横向车桥321上，都安装在车桥两端；纵向车桥322上的压带轮327’与横向车桥321上的压带轮327轴向安装位置相差1-2mm（沿垂直玻璃表面方向），并且在安装时，须保证其中一组压带轮327刚好和履带324相切、另一组则将履带324压下，具体方式视机器人初始运动方向而定。纵向车桥322和横向车桥321的两端通过安装板固定压轮轴3271，压带轮327内部装有轴承，空套在压轮轴3271上并可以绕该轴转动。

如图2、3所示，本发明的玻璃清洗机器人在需要纵向运动时，动力切换电机311驱动丝杠314正向转动，纵向车桥322沿趋近玻璃方向运动将压带轮327’压下，纵向履带324与玻璃表面充分接触摩擦；因为丝杠314为左右旋向，故同时横向车桥321沿远离玻璃方向运动将压带轮327抬起，横向履带324’松开。这样一来驱动力只由纵向履带324提供，机器人沿纵向运动。

如图4、5所示，本发明的玻璃清洗机器人在需要横向运动时，动力切换电机311驱动丝杠314反向转动，横向车桥321沿趋近玻璃方向运动将压带轮327压下，横向履带324’与玻璃表面充分接触摩擦；因为丝杠314为左右旋向，故同时纵向车桥322沿远离玻璃方向运动将压带轮327’抬起，纵向履带324松开。这样一来驱动力只由横向履带324’提供，机器人沿横向运动。

Claims (9)

1.一种玻璃清洗机器人的清洗玻璃方法，采用的一种玻璃清洗机器人，包括机体（1）、吸附装置（2）、驱动装置（3）、动力切换***（31）、底盘总成（32），所述机体（1）中心部位设置有吸附装置（2），机体（1）的四周分别设置有横向和纵向运动的对称驱动装置（3），所述纵向运动的对称驱动装置（3）由横向车桥（321）相连，横向运动的对称驱动装置（3）由纵向车桥（322）相连；横向车桥（321）与纵向车桥（322）为相互垂直，相互垂直处设置有动力切换***（31），动力切换***（31）和底盘总成（32）均设置在机体（1）上的底板（11）上，机体（1）上的底板（11）与机盖通过螺钉连接；且底盘总成（32）上设有履带；其特征是：清洗玻璃方法的步骤如下：

1）通过吸附装置形成的真空负压吸附在玻璃表面；玻璃清洗机器人以履带驱动方式在玻璃表面运动；

2）纵向运动时，动力切换电机（311）驱动丝杠（314）正向转动，纵向车桥（322）沿趋近玻璃方向运动将压带轮（327’）压下，纵向履带（324）与玻璃表面充分接触摩擦；通过丝杠（314）的左右旋向，故同时横向车桥（321）沿远离玻璃方向运动，将压带轮（327）抬起，横向履带（324’）松开；驱动力只由纵向履带（324）提供，机器人沿纵向运动；

3）横向运动时，动力切换电机（311）驱动丝杠（314）反向转动，横向车桥（321）沿趋近玻璃方向运动将压带轮（327）压下，横向履带（324’）与玻璃表面充分接触摩擦；通过丝杠（314）的左右旋向，故同时纵向车桥（322）沿远离玻璃方向运动将压带轮（327’）抬起，纵向履带（324）松开；驱动力只由横向履带（324’）提供，机器人沿横向运动；

4）当玻璃清洗机器人运动到窗户边角处时，只需要动力切换电机（311）驱动丝杠（314）正/反向转动，即能够同时将纵向车桥（322）沿趋近/远离玻璃方向运动、横向车桥（321）沿远离/趋近玻璃方向运动，从而完成横向/纵向驱动力的90°换向切换；

5）为保证纵向车桥（322）与横向车桥（321）运动时不发生偏转，纵向车桥（322）与横向车桥（321）上都安装有导向装置，直线轴承（3211）安装在车桥两端，定位座（3213）安装在底板（11）上，纵向车桥（322）和横向车桥（321）能够沿着导向杆（3212）上下相反方向运动；

其中横向车桥上的压带轮与纵向车桥上的压带轮轴间距为1-2mm。

2.如权利要求1所述的一种玻璃清洗机器人的清洗玻璃方法，其特征是：所述机体（1）包括底板（11）、机盖、清洁单元（13）、检测单元（14），清洁单元（13）固定在底板（11）的底面，检测单元（14）设置在底板（11）的四个边角。

3.如权利要求1所述的一种玻璃清洗机器人的清洗玻璃方法，其特征是：所述吸附装置（2）由两台离心式径流风机（21）和密封腔组成，离心式径流风机（21）通过底板上的定位孔和压板固定在底板（11）上，离心式径流风机的进气口四周有密封装置，密封装置为设置在底板（11）四边上的清洁布；底板（11）上有真空口（111），离心式径流风机上（21）上的抽气口（211）对准真空口（111）完成平面定位，垂直玻璃表面方向则用压板（112）定位；底板（11）上的清洁布（132）在压缩时形成的密封腔。

4.如权利要求1所述的一种玻璃清洗机器人的清洗玻璃方法，其特征是：所述驱动装置（3）由驱动电机（323）、驱动轴、驱动轮（325）组成，驱动轮（325）通过顶丝固定到驱动轴上，所述驱动电机（323）安装在底板（11）上，驱动电机（323）轴端的驱动轴通过轴承、轴承座构成在轴向和径向的定位装置上。

5.如权利要求1所述的一种玻璃清洗机器人的清洗玻璃方法，其特征是：所述动力切换***（31）为横向和纵向的运动切换装置，由动力切换电机（311）、丝杠螺母副组成，动力切换电机（311）通过电机安装板固定在底板（11）上；丝杠螺母副与底盘连接，丝杠螺母副由丝杠（314）和螺母（315）螺纹连接组成，动力切换电机（311）轴端与丝杠（314）轴上均设置有同步带轮（312），丝杠（314）上的螺纹为左右旋向螺纹，左旋螺纹与右旋螺纹部分距离相差11mm；底板（11）和机盖上设置有轴承座，轴承座内装有轴承，丝杠（314）两端通过轴承和轴承座定位。

6.如权利要求2所述的一种玻璃清洗机器人的清洗玻璃方法，其特征是：所述清洁单元（13）包括魔术贴（131）、清洁布（132），魔术贴（131）固定在底板（11）的底面，清洁布（132）粘在魔术贴（131）上便于拆卸清洗；所述清洁单元为清洁布，清洁布安装在底板上，另一面与玻璃表面接触。

7.如权利要求2所述的一种玻璃清洗机器人的清洗玻璃方法，其特征是：所述检测单元（14）包括窗框检测单元和窗边检测单元，窗框检测单元安装在底板的中前方，窗边检测单元安装在底板四角。

8.如权利要求2所述的一种玻璃清洗机器人的清洗玻璃方法，其特征是：所述底盘总成（32）为可升降结构，所述的底盘总成（32）包括横向车桥（321）、纵向车桥（322）、驱动电机（323）、履带（324）、驱动轮（325）、张紧轮（326）、压带轮（327），螺母（315）、螺母分别固定到横向车桥（321）和纵向车桥（322）上；且横向车桥（321）、纵向车桥（322）上分别设置有导向装置。

9.如权利要求8所述的一种玻璃清洗机器人的清洗玻璃方法，其特征是：所述导向装置，包括直线轴承（3211）、导向杆（3212）、定位座（3213），直线轴承（3211）安装在车桥两端，定位座（3213）安装在底板（11）上。