本實(shí)用新型涉及一種清潔機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的一種特種機(jī)器人，尤其是涉及一種高層建筑壁面清潔機(jī)器人。

背景技術(shù)：

壁面清洗機(jī)器人包括建筑行業(yè)的噴涂巨型墻面、安裝瓷磚、壁面清洗和擦玻璃機(jī)器人等，也包括核工業(yè)中的對核廢液儲罐進(jìn)行視覺檢查，測厚及焊縫探傷機(jī)器人等，還包括石化企業(yè)中的對圓柱形大罐或球形罐的內(nèi)外壁面進(jìn)行檢查或噴砂除銹、噴漆防腐的機(jī)器人。對于目前建筑行業(yè)的壁面清洗而言，這類工作仍由清潔工人搭乘吊籃進(jìn)行高空作業(yè)來完成。一方面工人的工作環(huán)境惡劣,具有一定的危險(xiǎn)性,工作效率也很低,另一方面清洗一幢大樓有時(shí)要耗時(shí)數(shù)十天,耗資巨大，致使人工清洗不僅成本高，效率低，且極其危險(xiǎn)。因此從經(jīng)濟(jì)角度和安全角度考慮，需要研發(fā)一種高效的壁面清潔機(jī)器人解決以上狀況。

就高層建筑外墻壁面清潔機(jī)器人而言,機(jī)器人的吸附、行走、越障、定位、信號傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)目前尚不夠完善，其越障技術(shù)，距離實(shí)際應(yīng)用差距就更大，這就極大地限制了高層建筑外墻壁面清潔機(jī)器人的廣泛應(yīng)用。此外，高層建筑外墻的清潔是一種危險(xiǎn)的高空作業(yè)。機(jī)器人工作的可靠性、安全性十分重要。而且室外作業(yè)環(huán)境要求其結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、具有高性價(jià)比,對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),能完成各種墻面的噴涂工作,而且具有穩(wěn)定的吸附力,方便的移動(dòng)機(jī)構(gòu),較強(qiáng)的越障功能,價(jià)格便宜,經(jīng)濟(jì)耐用,對操作人員技術(shù)要求低,使用維護(hù)方便。

目前壁面清潔機(jī)器人的研究較多，如申請?zhí)枮镃N201320885854.3的中國實(shí)用新型專利，公告日為2014-07-16，記載了一種由驅(qū)動(dòng)部分、變向部分、吸附部分、清潔部分、水循環(huán)部分、組成的吸附移動(dòng)式爬壁雙向清潔機(jī)器人，雖然具有便于調(diào)整方向與更換路徑，可攜帶多種儀器設(shè)備，有雙向清洗模式,工作效率高的優(yōu)點(diǎn)，但是該機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，螺桿和電磁閥等不易控制，且該機(jī)器人無法實(shí)現(xiàn)越障功能。再如申請?zhí)枮镃N200920283411.0的中國實(shí)用新型專利，公告日為2010-11-03，記載了一種由清潔機(jī)構(gòu)、壁面吸附機(jī)構(gòu)、機(jī)器人越障機(jī)構(gòu)、機(jī)器人支援系統(tǒng)和GPS位姿跟蹤控制系統(tǒng)構(gòu)成的高層建筑外壁面清潔機(jī)器人，該機(jī)器人的行走越障機(jī)構(gòu)為飛行器，由于機(jī)器人在高空作業(yè)，靠吸附裝置與壁面接觸，飛行器頻繁越障后下落吸附會(huì)造成工作不穩(wěn)定，一旦墜落將造成嚴(yán)重事故。而且對飛行器的控制要求比較高。

目前壁面清潔機(jī)器人也有一些實(shí)際應(yīng)用，如日本科沃斯公司在2014年5月發(fā)售的winbot擦玻璃機(jī)器人。該機(jī)器人通過真空抽氣的方式將機(jī)器人吸附在表面相對光滑的玻璃上，使用履帶進(jìn)行移動(dòng)。winbot采取“z”字形清潔的方法，自動(dòng)檢測邊緣，設(shè)定覆蓋玻璃面積的最短路徑。但是該機(jī)器人只能在擦拭一整塊玻璃，無法越過從一塊玻璃到另一塊玻璃的障礙。再如德國hobot擦玻璃機(jī)器人，通過一個(gè)真空馬達(dá)抽氣，采取雙吸盤吸附并移動(dòng)擦拭，能自動(dòng)識別邊緣并進(jìn)行最優(yōu)路徑規(guī)劃，通過遙控器進(jìn)行操作。雖然它體積更為小巧，重量更輕。但是它依然無法完成越障動(dòng)作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中提到的諸多問題，本實(shí)用新型提供一種吸附力穩(wěn)定、越障能力強(qiáng)、擦拭效率高、抗風(fēng)載荷能力強(qiáng)、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單和控制方便的雙吸盤連桿式壁面清潔機(jī)器人。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型為一種可完整清潔存在150mm ×150mm障礙的高樓壁面清潔機(jī)器人。其主要結(jié)構(gòu)包括：吸附裝置為2個(gè)吸盤和真空泵；行走越障裝置，兩個(gè)吸盤通過舵機(jī)和舵機(jī)支架與四連桿機(jī)構(gòu)通過聯(lián)軸器連接，通過控制四連桿的旋轉(zhuǎn)伸縮并配合吸盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)清潔機(jī)器人的螺旋式行走擦拭和越障；動(dòng)力裝置，吸盤處安裝有步進(jìn)電機(jī)，為吸盤的轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力，連桿處裝有舵機(jī)，為連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力；控制裝置主要包括紅外檢測裝置、角度檢測裝置和壓力檢測裝置，分別安裝在適當(dāng)?shù)奈恢?，發(fā)出不同的控制信號，分別檢測障礙距離、旋轉(zhuǎn)角度和真空腔內(nèi)壓力；清潔裝置，由清潔箱、清潔布、硅膠環(huán)和節(jié)流閥組成，能夠保證清潔液不斷滲至清潔布上；安全裝置，由安全環(huán)和安全繩組成。

所述吸附裝置，吸附力由真空泵提供，使吸盤內(nèi)形成負(fù)壓，依靠摩擦力將機(jī)器人吸附于壁面上，在擦拭過程中，需要通過調(diào)節(jié)真空泵轉(zhuǎn)速來控制吸盤對壁面的壓力，當(dāng)需要吸盤吸附時(shí)，將壓力調(diào)整到最大，當(dāng)只需小壓力吸附旋轉(zhuǎn)擦拭時(shí)，將壓力調(diào)至合適的范圍（具體參數(shù)可通過試驗(yàn)獲得），保證清潔布以足夠壓力將壁面清潔干凈。

所述行走越障裝置，吸盤處主動(dòng)力由2個(gè)步進(jìn)電機(jī)提供，步進(jìn)電機(jī)控制吸盤的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)螺旋軌跡行走，來增大擦拭的面積和提高擦拭效率，連桿處的動(dòng)力由3個(gè)舵機(jī)提供，舵機(jī)相互協(xié)調(diào)配合旋轉(zhuǎn)一定的角度，以控制連桿帶動(dòng)吸盤前進(jìn)擦拭和越障。這種吸盤交替吸附越障方式，可保證越障穩(wěn)定，適應(yīng)較寬越障范圍。

所述行走越障裝置，步進(jìn)電機(jī)可帶動(dòng)整體或清潔盤轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在上端蓋上的舵機(jī)支架上的舵機(jī)與四連接桿通過聯(lián)軸器連接，帶動(dòng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，其耦合位置，放置在真空泵上端，而不是側(cè)端，主要是為了便于安裝舵機(jī)，保證足夠大的連桿運(yùn)動(dòng)空間，便于越障，且考慮到電機(jī)扭矩，對桿長設(shè)計(jì)更有利。

所述控制裝置，紅外檢測裝置，當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)沒有障礙時(shí)，電平為低電平，監(jiān)測到有障礙時(shí)，電平變?yōu)楦唠娖?。該雙吸盤連桿式壁面清潔機(jī)器人吸盤圓形外殼底部四周各均勻安裝四個(gè)紅外傳感器。圓形外殼內(nèi)部各安裝一個(gè)壓力傳感器。步進(jìn)電機(jī)上裝有光電編碼器。主控制器可以設(shè)置十個(gè)端口用來檢測電平變化，兩個(gè)端口讀取步進(jìn)電機(jī)角度。進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)配合轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)避障、越障，準(zhǔn)確控制活動(dòng)端吸盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，控制吸盤壓力，保證穩(wěn)定吸附。

所述清潔裝置，兩個(gè)對稱分布的清潔箱安裝在外殼圓筒內(nèi)部，清潔箱內(nèi)部裝有清潔液，清潔箱的安裝方式能夠保證清潔液在任意時(shí)刻均能在重力的作用下流出，清潔箱外部安裝有帶節(jié)流閥的細(xì)管道，可以控制清潔液流出的速度，保證清潔液以小流速滲至清潔布上。

所述安全裝置，將安全環(huán)扣在外殼圓筒處，且安全環(huán)處連有繩索，可保證機(jī)器人脫離壁面后不會(huì)翻轉(zhuǎn)，與壁面發(fā)生碰撞，損壞壁面，同時(shí)保證機(jī)器人不會(huì)墜落到地面，引起事故。

所述四連桿機(jī)構(gòu)為可拆卸裝置，可更換以適應(yīng)壁面上不同尺寸的障礙。

本實(shí)用新型一種雙吸盤連桿式壁面清潔機(jī)器人的有益技術(shù)效果為：新穎、實(shí)用、高效，可有效解決現(xiàn)有壁面清潔機(jī)器人越障能力差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、吸附和控制不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，可批量生產(chǎn)，具有較好的推廣和使用價(jià)值。

附圖說明

圖1是一種雙吸盤連桿式壁面清潔機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是機(jī)器人行走擦拭軌跡簡圖。

圖3是該機(jī)器人初始狀態(tài)圖。

圖4是該機(jī)器人前進(jìn)狀態(tài)圖。

圖5是該機(jī)器人遠(yuǎn)離障礙端吸盤越障示意圖。

圖6是該機(jī)器人遠(yuǎn)離障礙端吸盤越障成功示意圖。

圖7是該機(jī)器人靠近障礙端吸盤越障示意圖。

圖8是該機(jī)器人整體越障成功示意圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1—8對本實(shí)用新型做出進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1是一種雙吸盤連桿式壁面清潔機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)圖，該清潔機(jī)器人由兩個(gè)吸盤（11），包括上端蓋（5）和下端蓋（9），真空泵（4），1個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)（2）,2個(gè)步進(jìn)電機(jī)（10）及步進(jìn)電機(jī)減速器（8），舵機(jī)支架（3），3個(gè)舵機(jī)（14）及舵機(jī)減速器（1），清潔箱（13）、節(jié)流閥（7）、圓形外殼（12）、編碼器（6）和安全繩索（15）組成。

圖2是機(jī)器人行走擦拭軌跡簡圖，圖2（a）是機(jī)器人整體擦拭行走軌跡圖，清楚地表達(dá)了清潔機(jī)器人在清潔壁面時(shí)，由上至下，由左向右，由右至左，循環(huán)往復(fù)進(jìn)行擦拭，圖2（b）是機(jī)器人局部擦拭軌跡圖，以螺旋式軌跡行走擦拭。該擦拭軌跡可節(jié)約能量，提高擦拭效率。

圖3是該機(jī)器人初始狀態(tài)圖，工作初始狀態(tài)時(shí)，通過調(diào)節(jié)真空泵使兩端的吸盤均吸附在壁面上，且此時(shí)兩圓形外殼處于最近狀態(tài)。

圖4是該機(jī)器人前進(jìn)狀態(tài)圖，清潔工作開始時(shí)，保持首端的吸盤固定在壁面上，通過調(diào)節(jié)真空泵將尾端吸盤的吸力減小，使吸盤以較小壓力貼在壁面上，此時(shí)通過步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)減速器控制首端的吸盤沿固定軌跡小幅度往復(fù)擺動(dòng)，同時(shí)通過舵機(jī)使舵機(jī)減速器控制四連桿不斷伸長，使尾端吸盤實(shí)現(xiàn)螺旋式前進(jìn)，該過程中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)尾端吸盤轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)其下面的清潔布進(jìn)行螺旋式清潔，此時(shí)兩圓形外殼處于最遠(yuǎn)狀態(tài)。

圖5是該機(jī)器人遠(yuǎn)離障礙端吸盤越障示意圖，當(dāng)通過紅外傳感器檢測到框架障礙時(shí)，遠(yuǎn)離障礙端的真空泵逐漸停止工作，壓力減小，另一側(cè)舵機(jī)帶動(dòng)連桿向上轉(zhuǎn)動(dòng)，把遠(yuǎn)離障礙端的吸盤通過行走機(jī)構(gòu)抬到指定高度（可根據(jù)障礙高度估定），使其大于最高的障礙物高度。

圖6是該機(jī)器人遠(yuǎn)離障礙端吸盤越障成功示意圖，當(dāng)把吸盤抬至一定高度時(shí)，靠近障礙端的吸盤處的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)器人逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°，越過障礙物，舵機(jī)帶動(dòng)連桿逐漸向下轉(zhuǎn)動(dòng)，使遠(yuǎn)離障礙端的吸盤落至接觸壁面，真空泵開始工作，并使其吸附在障礙的另一側(cè)。

圖7是該機(jī)器人靠近障礙端吸盤越障示意圖，當(dāng)遠(yuǎn)離障礙端的吸盤吸附在障礙的另一側(cè)后，控制靠近障礙端的真空泵逐漸停止工作，壓力減小，另一側(cè)舵機(jī)帶動(dòng)連桿向上轉(zhuǎn)動(dòng)，把靠近障礙端的吸盤通過行走機(jī)構(gòu)抬到指定高度（可根據(jù)障礙高度估定），使其大于最高的障礙物高度。

圖8是該機(jī)器人整體越障成功示意圖，當(dāng)把吸盤抬至一定高度時(shí)，越過障礙的吸盤處的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)器人逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°，越過障礙物，舵機(jī)帶動(dòng)連桿逐漸向下轉(zhuǎn)動(dòng)，使遠(yuǎn)離障礙端的吸盤落至接觸壁面，真空泵開始工作，并使其吸附在障礙的另一側(cè)。

本實(shí)用新型可用于高樓外壁（瓷磚、玻璃幕墻或敷設(shè)鋁塑板結(jié)構(gòu)）的清洗。由于該機(jī)器人的四連桿可拆卸和更換，可以適應(yīng)不同尺寸的障礙物?？蓪⑶鍧嵮b置換成噴涂裝置和檢測裝置等其它裝置，以完成管道噴涂、檢測等作業(yè)。

本實(shí)用新型也可用于自動(dòng)清潔樓梯，也可用于自動(dòng)清潔地面。

上述應(yīng)用實(shí)例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所做出的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。