雙柔索驅(qū)動的玻璃幕墻清洗機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙繩索驅(qū)動的玻璃幕墻清洗機器人，用于中低層建筑的玻璃幕墻清洗工作。雙繩索驅(qū)動機構(gòu)，采用雙繩索驅(qū)動的方式，依靠繩索與輥輪間的摩擦力實現(xiàn)繩索收放，再通過輥輪驅(qū)動電機帶動主動輥輪旋轉(zhuǎn)，依靠雙繩索的協(xié)調(diào)收放實現(xiàn)本發(fā)明在清洗平面內(nèi)的移動。偏角檢測機構(gòu)用于檢測繩索與導(dǎo)向滑桿之間的夾角，然后反饋給單片機，通過程序計算，得出輥輪驅(qū)動電機需要的運轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)數(shù)，從而使得兩個輥輪驅(qū)動電機可以協(xié)調(diào)運動，使本發(fā)明更加準確的沿著直線軌跡到達目標位置，減少了運動路程，提高了快速性，準確性。結(jié)合雙繩索驅(qū)動機構(gòu)和偏角檢測機構(gòu)，本發(fā)明可以實現(xiàn)在清洗平面內(nèi)的任意位置的移動和快速調(diào)整，提高清洗效率。
【專利說明】雙柔索驅(qū)動的玻璃幕墻清洗機器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種清洗玻璃幕墻壁面的移動機器人，其由兩條柔索驅(qū)動，適用于中低層建筑玻璃幕墻的清洗。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，對建筑物玻璃幕墻的清洗工作主要還是由清洗工人搭乘吊籃或腰系繩索完成的，這種方式完全依賴人工，不但勞動強度大，工作效率又低，而且十分危險，屬于極限作業(yè)。雙柔索驅(qū)動的玻璃幕墻清洗機器人可以將人們從危險的高空作業(yè)環(huán)境中解脫出來，不僅可以避免事故的發(fā)生，提高清洗效率，而且能夠美化城市環(huán)境，具有十分廣闊的應(yīng)用前
[0003]國內(nèi)北京藍星哈工大機器人技術(shù)有限公司研制的一種壁面清洗機器人(專利號:ZL01202018.4)，其技術(shù)特 征是采用單吸盤吸附輪式移動機構(gòu)，工作效率較高、清洗效果較好，但不能跨越壁面窗框等障礙。
[0004]北京航空航天大學(xué)研制的一種擦窗機器人(專利號:ZL00201085.2)，其技術(shù)特征是采用框架式多足多吸盤吸附移動機構(gòu)，對壁面凹凸有一定的適應(yīng)能力，但移動速度低，工作效率不高。
[0005]中國發(fā)明專利《高層建筑壁面清洗機器人移動機構(gòu)》(申請(專利)號:201010140679.6)針對高層建筑壁面，提出了一種采用水平柔索軌道與卷揚系統(tǒng)實現(xiàn)左右、上下移動的壁面清洗機器人移動機構(gòu)，水平與豎直運動解耦控制，控制算法易于實現(xiàn)，但水平運動時很容易出現(xiàn)左右晃動，使運動不平穩(wěn)。
[0006]本發(fā)明的研究人員發(fā)現(xiàn)，上述以及現(xiàn)有技術(shù)中的類似玻璃幕墻清洗機器人存在不能跨越壁面窗框等障礙或是對壁面凹凸適應(yīng)能力差等問題，且存在移動速度低、清洗效率不高、運動不平穩(wěn)和運動范圍在結(jié)構(gòu)上受限等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計一種仿蜘蛛在空間運動方式的仿生爬壁清洗機器人，其結(jié)構(gòu)簡單可靠，壁面適應(yīng)能力強，運動平穩(wěn)靈活，運動范圍不受結(jié)構(gòu)的限制。其具有雙柔索驅(qū)動機構(gòu)和偏角檢測機構(gòu)，依靠協(xié)調(diào)收放兩根柔索來實現(xiàn)玻璃幕墻上任意位置的移動，可應(yīng)用于中低層建筑的玻璃幕墻清洗工作。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明設(shè)計的雙柔索驅(qū)動機構(gòu)由兩條柔索、兩組輪組以及兩輥輪驅(qū)動電機和碼盤組成。每組輪組由兩個帶四個槽的槽輪式輥子組成，包括一個主動輥輪和一個從動輥輪，主動輥輪在上、從動輥輪在下，兩輪組左右對稱安裝于前后兩支撐板之間，兩主動輥輪分別與兩輥輪驅(qū)動電機相連，輥輪驅(qū)動電機為帶渦輪蝸桿減速器的直流電機。本發(fā)明采用雙柔索驅(qū)動的方式，兩根柔索的一端分別固定在幕墻清洗區(qū)域兩個頂端，呈倒八字懸掛，提高本發(fā)明的運動穩(wěn)定性，柔索的另一端分別從幕墻清洗機器人的兩組輪組上繞過，柔索先從主動輥輪的第一個槽的內(nèi)側(cè)繞到從動輥輪第一個槽的內(nèi)側(cè)，再由從動輥輪第一個槽的外側(cè)繞到主動輥輪第二個槽的外側(cè)，依次纏繞形成“O”字螺旋。這樣相鄰兩槽導(dǎo)向的柔索之間不會發(fā)生干涉，而且柔索可收放的長度不受槽的任何影響，本發(fā)明可達工作位置不受輥輪槽的數(shù)量的影響。輥輪驅(qū)動電機上的渦輪蝸桿減速器可以使本發(fā)明實現(xiàn)自鎖，保證本發(fā)明安全可靠的性能。直流電機的減速箱輸出兩個動力軸，其一為給主動輥輪(14)傳遞動力的蝸桿軸；其二為與蝸桿軸的速度比為12:1的軸，其后固定碼盤，用于測量輥輪驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)數(shù)。通過輥輪驅(qū)動電機帶動主動輥輪旋轉(zhuǎn),靠柔索與輥輪間的摩擦力收放柔索。柔索的協(xié)調(diào)收放實現(xiàn)本發(fā)明在清洗平面內(nèi)上下左右方向的移動。
[0009]本發(fā)明設(shè)計的偏角檢測機構(gòu)包括導(dǎo)向滑桿、滑桿支架、電位器、電位器支架和導(dǎo)向套。導(dǎo)向滑桿通過U型架安裝于本發(fā)明前后連接板上端，對偏角檢測機構(gòu)起支撐與導(dǎo)向作用，保證偏角檢測機構(gòu)在水平方向上移動。滑桿支架與電位器支架通過螺栓實現(xiàn)可靠連接，滑桿支架兩側(cè)開有通孔，導(dǎo)向滑桿從中穿過，滑桿支架可以在導(dǎo)向滑桿上滑動，電位器支架上連接有電位器和導(dǎo)向套，電位器的作用是將空間內(nèi)柔索與導(dǎo)向滑桿之間的夾角轉(zhuǎn)換成單片機能接受的電信號。導(dǎo)向套的柔索導(dǎo)向孔內(nèi)徑略大于柔索的直徑，與其成90°的電位器連接孔與電位器相連，用緊固螺釘固定。柔索通過柔索導(dǎo)向孔帶動導(dǎo)向套轉(zhuǎn)動，導(dǎo)向套通過電位器連接孔帶動電位器的軸轉(zhuǎn)動，這樣隨著柔索與導(dǎo)向滑桿之間角度的不同，可以實時檢測出柔索與導(dǎo)向滑桿之間的夾角，然后反饋給單片機，經(jīng)單片機計算處理，得出輥輪驅(qū)動電機需要的運轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)數(shù)，從而使得兩個輥輪驅(qū)動電機可以協(xié)調(diào)運動，驅(qū)動兩主動輥輪收放柔索，使本發(fā)明向目標位置平穩(wěn)運動，并且準確的沿著直線軌跡到達目標位置，減少了運動路程，提高了快速性，準確性。
[0010]結(jié)合雙柔索驅(qū)動機構(gòu)和偏角檢測機構(gòu)，本發(fā)明可以實現(xiàn)在清洗平面內(nèi)的任意位置的移動和快速調(diào)整，提高清洗效率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、輕巧，本發(fā)明主體材料采用鋁合金制作，不僅強度高，而且重量輕。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
(1)通過偏角檢測機構(gòu)中的電位器實時檢測出柔索與導(dǎo)向滑桿之間的夾角，可計算得到本發(fā)明在清洗平面內(nèi)的上下左右位置信息，從而獲得柔索收放的控制值比例關(guān)系；
(2)設(shè)計了水平的導(dǎo)向滑桿，來適應(yīng)電位器和其支架的水平位置變化，以便于精確實時的檢測出柔索與導(dǎo)向滑桿之間的夾角；
(3 )本發(fā)明的兩側(cè)分別由雙柔索驅(qū)動，兩根柔索又分別由直流電機驅(qū)動。通過兩個柔索的收放長度的協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)本發(fā)明在清洗平面內(nèi)上下左右的移動；
(4)為了增大柔索的摩擦力，設(shè)計了兩個帶有4個槽的柔索纏繞輥子，使柔索按“O”字纏繞方式繞過三圈，有效地增大了摩擦力；
(5)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單且采用鋁合金材料，不僅強度高，而且重量輕；
(6)本發(fā)明采用雙柔索驅(qū)動方式，使用時懸掛在幕墻上，而輥輪驅(qū)動電機帶有能自鎖的渦輪蝸桿減速器，保證本發(fā)明的安全可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的雙柔索驅(qū)動的玻璃幕墻清洗機器人的主視圖；
圖2為本發(fā)明的雙柔索驅(qū)動的玻璃幕墻清洗機器人的左視圖； 圖3為本發(fā)明的雙柔索驅(qū)動的玻璃幕墻清洗機器人的偏角檢測機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；
圖4為本發(fā)明的雙柔索驅(qū)動的玻璃幕墻清洗機器人的柔索與輪組纏繞方式示意圖；
圖5為本發(fā)明的雙柔索驅(qū)動的玻璃幕墻清洗機器人的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]在圖1、圖2、圖3、圖4中:
1:柔索，2:導(dǎo)向套,3:導(dǎo)向滑桿,4:潤輪蝸桿減速器,5:碼盤,6:棍輪驅(qū)動電機，
7:旋轉(zhuǎn)刷子，8:刷子電機，9:水罐，10:噴水控制閥，11:噴頭，12:從動輥輪，
13:螺旋槳，14:主動輥輪，15:滑桿支架，16:電位器支架，17:電位器，18:U型架，
19:后支撐板，20:前支撐板，21:緊定螺釘。
[0014]在圖5中:
22:電位器連接孔，23:緊定螺釘孔，24:柔索導(dǎo)向孔。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及實施方式。
[0016]本發(fā)明設(shè)計的雙柔索驅(qū)動機構(gòu)由兩條柔索1、兩組輪組以及兩個輥輪驅(qū)動電機6和兩個碼盤5組成。每組輪組由兩個帶四個槽的槽輪式輥子組成，包括一個主動輥輪14和一個從動輥輪12，主動輥輪14在上從動輥輪12在下，兩輪組左右對稱安裝于前支撐板20與后支撐板19之間，兩主動輥輪14分別與兩輥輪驅(qū)動電機6相連，輥輪驅(qū)動電機6為帶渦輪蝸桿減速器4的直流電機。本發(fā)明采用雙柔索驅(qū)動的方式，兩根柔索I的一端分別固定在幕墻清洗區(qū)域兩個頂端，呈倒八字懸掛，提高本發(fā)明的運動穩(wěn)定性，柔索I的另一端分別從本發(fā)明的兩組輪組上繞過，柔索I先從主動輥輪14的第一個槽的內(nèi)側(cè)繞到從動輥輪12第一個槽的內(nèi)側(cè)，再由從動輥輪12第一個槽的外側(cè)繞到主動輥輪14第二個槽的外側(cè)，依次纏繞形成“O”字螺旋。這樣相鄰兩槽導(dǎo)向的柔索I之間不會發(fā)生干涉，而且柔索I可收放的長度不受槽的任何影響，本發(fā)明可達工作位置不受槽的數(shù)量的影響，即本發(fā)明運動范圍不受結(jié)構(gòu)的限制。輥輪驅(qū)動電機6上的渦輪蝸桿減速器4可以使本發(fā)明實現(xiàn)自鎖，保證本發(fā)明安全可靠的性能。直流電機的減速箱輸出兩個動力軸，其一為給主動輥輪14傳遞動力的蝸桿軸；其二為與蝸桿軸的速度比為12:1的軸，其后固定碼盤5，用于測量輥輪驅(qū)動電機6的轉(zhuǎn)數(shù)。通過輥輪驅(qū)動電機6帶動主動輥輪14旋轉(zhuǎn)，靠柔索I與輥輪間的摩擦力實現(xiàn)柔索收放，因此，可以通過兩輥輪驅(qū)動電機6之間的協(xié)調(diào)動作實現(xiàn)本發(fā)明在清洗平面內(nèi)上下左右方向的移動。
[0017]本發(fā)明設(shè)計的偏角檢測機構(gòu)包括導(dǎo)向滑桿3、滑桿支架15、電位器17、電位器支架16和導(dǎo)向套2。導(dǎo)向滑桿3通過U型架18安裝于本發(fā)明上端，對偏角檢測機構(gòu)起支撐與導(dǎo)向作用，保證偏角檢測機構(gòu)在水平方向上移動。滑桿支架15與電位器支架16通過螺栓實現(xiàn)可靠連接，滑桿支架15兩側(cè)開有通孔，導(dǎo)向滑桿3從中穿過，滑桿支架15可以在導(dǎo)向滑桿3上滑動，電位器支架16上連接有電位器17和導(dǎo)向套2，電位器17的作用是將空間內(nèi)柔索與水平的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成單片機能接受的信號，
導(dǎo)向套2的柔索導(dǎo)向孔24內(nèi)徑略大于柔索的直徑，與其成90°的電位器連接孔22與電位器17相連，用緊固螺釘21固定。柔索I通過柔索導(dǎo)向孔24帶動導(dǎo)向套2轉(zhuǎn)動，導(dǎo)向套2通過電位器連接孔22帶動電位器17的軸轉(zhuǎn)動，這樣隨著柔索I與導(dǎo)向滑桿3之間角度的不同，可以檢測出柔索I與導(dǎo)向滑桿3之間的夾角變化，然后反饋給單片機，經(jīng)單片機計算處理，得出輥輪驅(qū)動電機6需要的運轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)數(shù)，從而使得兩個輥輪驅(qū)動電機6可以協(xié)調(diào)運動，驅(qū)動兩主動輥輪14收放柔索I，使本發(fā)明向目標位置平穩(wěn)運動，并且準確的沿著直線軌跡到達目標位置，減少了運動路程，提高了快速性，準確性。
[0018]本發(fā)明工作過程如下:
兩根柔索I的一端分別固定在需清洗的幕墻上方兩端，柔索I另一端分別從本發(fā)明的兩組輪組上繞過，柔索I先從主動輥輪14的第一個槽的內(nèi)側(cè)繞到從動輥輪12第一個槽的內(nèi)側(cè)，再由從動輥輪12第一個槽的外側(cè)繞到主動輥輪14第二個槽的外側(cè)，依次纏繞形成“O”字螺旋；螺旋槳13旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力，實現(xiàn)本發(fā)明在垂直幕墻上的吸附功能，并產(chǎn)生刷子7清洗所需的正壓力；儲存在水罐9中的水經(jīng)噴水控制閥10輸送至噴頭11，由噴頭11噴出水霧，兩個旋轉(zhuǎn)刷子7在兩個刷子電機8的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，開始玻璃壁面的清洗。同時，單片機控制輥輪驅(qū)動電機6轉(zhuǎn)動，驅(qū)動兩個主動輥輪14轉(zhuǎn)動，此時，本發(fā)明開始在幕墻平面內(nèi)移動。通過本發(fā)明所述的偏角檢測機構(gòu)，檢測出柔索I與滑桿之間3的夾角，然后反饋給單片機，單片機通過程序的計算，得出輥輪驅(qū)動電機6需要的運轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)數(shù)，然后通過碼盤5記錄電機轉(zhuǎn)數(shù)，反饋給單片機，實現(xiàn)電機的閉環(huán)控制，從而使得兩個輥輪驅(qū)動電機6可以協(xié)調(diào)驅(qū)動兩輪組收放柔索I。當兩輥輪同時收或放柔索I時，本發(fā)明向上或向下運動，當兩輪組一收一放柔索I時，本發(fā)明左右運動。整個清洗過程由單片機控制，并采用藍牙模塊實現(xiàn)無線遙控，操作人員可以通過遙控器遠程遙控操作。
【權(quán)利要求】
1.一種雙繩索驅(qū)動的玻璃幕墻清洗機器人，包括雙繩索驅(qū)動機構(gòu)、偏角檢測機構(gòu)，其特征在于:所述雙繩索驅(qū)動機構(gòu)，由兩條柔索(I)、兩組輪組以及兩輥輪驅(qū)動電機(6)和碼盤(5)組成，每組輪組由兩個帶四個槽的槽輪式輥子組成，包括一個主動輥輪(14)和一個從動輥輪(12)，主動輥輪(14)在上從動輥輪(12)在下，兩輪組左右對稱安裝于前支撐板(20)與后支撐板(19)之間，兩主動輥輪(14)分別與兩輥輪驅(qū)動電機(6)相連，輥輪驅(qū)動電機(6)為帶渦輪蝸桿減速器(4)的直流電機；本發(fā)明采用雙柔索驅(qū)動的方式，兩根柔索(I)的一端分別固定在幕墻清洗區(qū)域兩個頂端，呈倒八字懸掛，柔索(I)的另一端分別從本發(fā)明的兩組輪組上繞過，柔索(I)先從主動輥輪(14)的第一個槽的內(nèi)側(cè)繞到從動輥輪(12)第一個槽的內(nèi)側(cè)，再由從動輥輪(12)第一個槽的外側(cè)繞到主動輥輪(14)第二個槽的外側(cè)，依次纏繞形成“O”字螺旋；直流電機的減速箱輸出兩個動力軸，其一為給主動輥輪(14)傳遞動力的蝸桿軸；其二為與蝸桿軸的速度比為12:1的軸，用于固定碼盤(5)。
2.所述偏角檢測機構(gòu)包括導(dǎo)向滑桿(3)、滑桿支架(15)、電位器(17)、電位器支架(16)和導(dǎo)向套(2)，導(dǎo)向滑桿(3)通過U型架(18)安裝于機器人上端，滑桿支架(15)與電位器支架(16)通過螺栓實現(xiàn)可靠連接，滑桿支架(15)兩側(cè)開有通孔，導(dǎo)向滑桿(3)從中穿過，電位器支架(16)上連接有電位器(17)和導(dǎo)向套(2)，電位器(17)和導(dǎo)向套(2)上的電位器連接孔(22 )通過緊釘螺釘(21)連接，柔索(I)通過柔索導(dǎo)向孔(24 )穿過導(dǎo)向套。
【文檔編號】A47L11/38GK103445731SQ201210178030
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月1日
【發(fā)明者】張永德, 姜金剛, 羅春玲 申請人:哈爾濱理工大學(xué)