本實用新型涉及一種清潔機器人技術領域的一種特種機器人，尤其是涉及一種高樓建筑玻璃幕墻清潔機器人。

背景技術：

目前高層建筑玻璃幕墻的清洗主要靠升降平臺或吊籃承載清潔工進行玻璃幕墻的清洗，它的勞動強度大，工作效率又低，高空強氣流使人難以平衡，工作環(huán)境惡劣，屬于高空極限作業(yè)，對人身安全及玻璃壁面的安全都有很大的威脅性。因此從安全角度考慮，需要研發(fā)一種高效的玻璃幕墻清潔機器人解決以上狀況。

就高層建筑外墻玻璃幕墻清潔機器人而言，機器人的吸附、行走、越障、定位、信號傳輸?shù)汝P鍵技術目前尚不夠完善，其越障技術，距離實際應用差距就更大，這就極大地限制了高層建筑外墻玻璃幕墻清潔機器人的廣泛應用。

目前玻璃幕墻清潔機器人的研究較多，如申請?zhí)枮镃N201320885854.3的中國實用新型專利，公告日為2014-07-16，記載了一種由驅(qū)動部分、變向部分、吸附部分、清潔部分、水循環(huán)部分、組成的吸附移動式爬壁雙向清潔機器人，雖然具有便于調(diào)整方向與更換路徑，可攜帶多種儀器設備，有雙向清洗模式,工作效率高的優(yōu)點，但是該機器人結構復雜，螺桿和電磁閥等不易控制，且該機器人無法實現(xiàn)越障功能。再如申請?zhí)枮镃N200920283411.0的中國實用新型專利，公告日為2010-11-03，記載了一種由清潔機構、壁面吸附機構、機器人越障機構、機器人支援系統(tǒng)和GPS位姿跟蹤控制系統(tǒng)構成的高層建筑外玻璃幕墻清潔機器人，該機器人的行走越障機構為飛行器，由于機器人在高空作業(yè)，靠吸附裝置與壁面接觸，飛行器越障后下落吸附會造成工作的不穩(wěn)定性，一旦墜落將造成嚴重事故。而且對飛行器的控制要求比較高。

目前玻璃幕墻清潔機器人也有一些應用，如日本科沃斯公司在2014年5月發(fā)售的winbot擦玻璃機器人。該機器人通過真空抽氣的方式將機器人吸附在表面相對光滑的玻璃上，使用履帶進行移動。winbot采取“z”字形清潔的方法，自動檢測邊緣，設定覆蓋玻璃面積的最短路徑。但是該機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擦玻璃機器人，通過一個真空馬達抽氣，采取雙吸盤吸附并移動擦拭，能自動識別邊緣并進行最優(yōu)路徑規(guī)劃，通過遙控器進行操作。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作。

國內(nèi)遠大集團、新松公司、梵天工業(yè)設計三家沈陽龍頭企業(yè)共同研發(fā)推出了一款首款玻璃幕墻清洗機器人。該機器人需安裝在樓體特殊軌道上來完成清洗和越障動作，雖然安全性得到保證，但無疑增加了其使用的復雜程度及其成本，不易普及，而且對于不能鋪設軌道的玻璃幕墻結構來說，將無適用空間。另外，平面玻璃幕墻清洗機器人設計了2 個自身無行走機構并依靠壁面牽引移動的清洗機器人系統(tǒng). 機器人吸附在壁面上,在樓頂卷揚機的牽引作用下依靠自身重力沿壁面下滑,同時完成清洗作業(yè)，該機器人運動軌跡笨拙，越障能力差，幕墻尚未投入市場運用。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決背景技術中提到的諸多問題，本實用新型提供一種吸附力穩(wěn)定、越障能力強、擦拭效率高、抗風載荷能力強、重量輕、結構簡單和控制方便的雙吸盤連桿式玻璃幕墻清潔機器人。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型為一種可完整清潔存在150mm×150mm障礙的高樓玻璃幕墻清潔機器人。其主要結構包括：吸附裝置為2個吸盤和真空泵；行走越障裝置，兩個吸盤及固定在其上的吸盤頂升機構通過吸盤推進機構連接在一起，通過分別控制吸盤推進機構和吸盤頂升機構中的絲杠的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)清潔機器人的螺旋式行走擦拭和越障；動力裝置，吸盤處安裝有步進電機，為吸盤的轉(zhuǎn)動提供動力，吸盤頂升機構中絲杠靠近吸盤的一側(cè)安裝步進電機，為吸盤的抬起提供動力，吸盤鼎盛機構的上頂板上安裝步進電機，為機器人的整體轉(zhuǎn)動提供動力，吸盤推進機構中絲杠一側(cè)安裝步進電機，為吸盤的前進提供動力；控制裝置，紅外檢測裝置和角度檢測裝置，安裝在適當?shù)母叨?，發(fā)出不同的控制信號，分別檢測障礙距離和旋轉(zhuǎn)角度；清潔裝置，由清潔箱、清潔布、橡膠環(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)形成負壓，依靠摩擦力將機器人吸附于壁面上，在擦拭過程中，需要通過調(diào)節(jié)真空泵來控制吸盤對壁面的壓力，當需要吸盤吸附時，將壓力調(diào)整到很大，當只需小壓力吸附旋轉(zhuǎn)擦拭時，將壓力調(diào)至一定小的范圍，保證清潔布有足夠壓力將玻璃幕墻清潔干凈。

所述行走越障裝置，吸盤處主動力由2個步進電機提供，步進電機控制吸盤的旋轉(zhuǎn)，來增大擦拭的面積和提高擦拭效率，吸盤推進機構和吸盤頂升機構處的動力由5個步進電機提供，分別控制不同電機的工作狀況，以控制吸盤前進擦拭和越障。其中吸盤交替吸附越障方式，可保證越障穩(wěn)定，增大越障度。

所述行走越障裝置，吸盤頂升機構和吸盤推動機構均采用帶支撐軌道的絲杠螺母機構，其中絲杠螺母機構用來傳遞動力，支撐軌道則用來承載和導向，從而在保證絲杠螺母不會因承載過高失效的同時提高了其運動精度，整個機構結構簡單，承載能力強，控制方便。

所述控制裝置，紅外檢測裝置，當傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)沒有障礙時，電平為低電平，監(jiān)測到有障礙時，電平變?yōu)楦唠娖?。該雙吸盤連桿式玻璃幕墻清潔機器人對的吸盤圓形外殼處各安裝一個紅外傳感器。主控制器可以設置三個端口用來檢測電平變化，進而控制步進電機和舵機配合轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)避障。角度檢測裝置，主要是越障時，準確控制活動端吸盤轉(zhuǎn)動的角度。

所述清潔裝置，兩個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刻均能在重力的作用下流出，清潔箱外部連帶有節(jié)流閥的細管道，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，可保證機器人脫離壁面后不會翻轉(zhuǎn)，與壁面發(fā)生碰撞，損壞壁面，同時保證機器人不會墜落到地面，引起事故。

所述行走越障裝置，安裝在吸盤上的吸盤頂升機構及與吸盤頂升機構相連的吸盤推進機構可以拆卸、更換以適應壁面上不同尺寸的障礙。

本實用新型一種可越障的玻璃幕墻清潔機器人的有益技術效果為：新穎、實用、高效，可有效解決現(xiàn)有玻璃幕墻清潔機器人越障能力差，結構復雜和吸附及控制不穩(wěn)定的缺點，可批量生產(chǎn)，具有較好的推廣和使用價值。

附圖說明

圖1是一種可越障的玻璃幕墻清潔機器人的總體結構圖。

圖2是機器人行走擦拭軌跡簡圖。

圖3是該機器人初始狀態(tài)圖。

圖4是該機器人前進狀態(tài)圖。

圖5是該機器人遠離障礙端吸盤越障示意圖。

圖6是該機器人遠離障礙端吸盤越障成功示意圖。

圖7是該機器人靠近障礙端吸盤越障示意圖。

圖8是該機器人整體越障成功示意圖。

具體實施方式

結合圖1—8對本實用新型做出進一步的詳細說明。

該清潔機器人由兩個由真空泵（8）和兩個吸盤（9）包括下端蓋（5）、真空腔（6）和上端蓋（7）組成的吸附裝置，由支撐軌道（2）、絲杠（1）和安裝支架（3）組成的吸盤頂升機構，由絲杠（1）和支撐軌道（2）以及安裝支架（3）組成的吸盤推進機構，5步進電機（13），2個直流電機（11），2個編碼器（12），水箱（4）和安全繩（10）組成，如圖1所示。

圖2是機器人行走擦拭軌跡簡圖，圖2（a）是整體擦拭行走軌跡圖，清楚地表達了清潔機器人在清潔壁面時，由上至下，由左向右，進行擦拭，圖2（b）是機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是該機器人初始狀態(tài)圖，工作初始狀態(tài)時，通過調(diào)節(jié)真空泵使兩端的吸盤均吸附在壁面上，且此時吸盤頂升機構的螺母位于絲杠的最靠近根部的位置，整個機器人處于最矮狀態(tài)，吸盤推進機構的螺母也位于絲杠的最根部位置，整個機器人處于最短狀態(tài)。

圖4是該機器人前進狀態(tài)圖，清潔工作開始時，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，此時通過步進電機控制首端的吸盤在固定位置小幅度往復擺動，同時通過步進電機控制吸盤推進機構中的絲杠的轉(zhuǎn)動使螺母與絲杠根部的距離不斷變大，從而使尾端吸盤實現(xiàn)螺旋式前進，該過程中步進電機驅(qū)動尾端吸盤轉(zhuǎn)動，帶動其下面的清潔布進行旋轉(zhuǎn)式清潔。

圖5是該機器人遠離障礙端吸盤越障示意圖，當通過紅外傳感器檢測到框架障礙時，遠離障礙端的真空泵逐漸停止工作，壓力減小，另一側(cè)吸盤頂升機構中的絲杠轉(zhuǎn)動，把遠離障礙端的吸盤抬到指定高度，可根據(jù)障礙高度估定，使其大于最高的障礙物高度。

圖6是該機器人遠離障礙端吸盤越障成功示意圖，當把吸盤抬至一定高度時，靠近障礙端的吸盤頂升機構安裝板處的步進電機轉(zhuǎn)動，使機器人逆時針轉(zhuǎn)動180°，越過障礙物，同一吸盤頂升機構的絲杠反向轉(zhuǎn)動，使遠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是該機器人靠近障礙端吸盤越障示意圖，當遠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)吸盤頂升機構中的絲杠轉(zhuǎn)動，把靠近障礙端的吸盤抬到指定高度，可根據(jù)障礙高度估定，使其大于最高的障礙物高度。

本實用新型可用于高樓外壁的清洗，包括瓷磚、玻璃幕墻或敷設鋁塑板結構。由于該機器人的四連桿可拆卸和更換，可以適應不同尺寸的障礙物。可將清潔裝置換成噴涂裝置和檢測裝置等其它裝置，以完成管道噴涂等作業(yè)。

上述應用實例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并加以實施，并不能限制本實用新型的保護范圍，凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所做出的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍內(nèi)。