本發明涉及機器人技術領域，特別是涉及一種玻璃幕墻清洗機器人。

背景技術：

隨著經濟的發展和城市化率的提高，城市可使用建筑面積越來越少，為了節約用地，城市中高層建筑物越來越多，基于玻璃幕墻的采光性較好，能帶來更美觀的裝飾效果，所以，目前大多數中高層建筑外表面采用玻璃幕墻裝飾，于此同時也帶來了較繁重的玻璃幕墻清洗任務。

長期以來，高層玻璃幕墻清洗都是“一桶水、一根繩、一塊板”的作業方式。迄今為止，高樓壁面清洗的自動化設備尚未得到很好的解決，這類工作仍由人工搭乘吊籃掉凳進行高空作業來完成，高空氣流使吊籃和工作人員難以平衡，對人身安全和大樓壁面構成很大的威脅，并且這種作業方式效率低、成本高。

技術實現要素：

基于此，有必要提供一種能提高玻璃幕墻清洗效率的玻璃幕墻清洗機器人。

一種玻璃幕墻清洗機器人，用于玻璃幕墻的清洗，包括：

支撐架，

驅動機構，用于驅動所述支撐架沿所述玻璃幕墻運動；所述驅動機構包括用于固定在建筑物上的卷筒、和一端纏繞在所述卷筒上且另一端與所述支撐架連接的拉繩；

清洗機構，設置在所述支撐架上靠近所述玻璃幕墻的一側；

附壁機構，設置在所述支撐架上遠離所述玻璃幕墻的一側，并用于通過所述支撐架使所述清洗機構抵緊所述玻璃幕墻；

控制機構，安裝在所述支撐架上并用于控制所述驅動機構、所述清洗機構和所述附壁機構。

在其中一個實施例中，還包括安裝在所述支撐架相對兩端上并用于使機器人跨越障礙物的越障機構，所述越障機構包括與所述支撐架連接的固定支座、與所述固定支座轉動連接的第一關節連桿、一端與所述第一關節連桿轉動連接的第二關節連桿、安裝在所述第二關節連桿的另一端并用于與所述玻璃幕墻相吸附的吸盤；

所述固定支座上設置有驅動所述第一關節連桿轉動的第一電機，所述第一關節連桿與所述第二關節連桿的連接處設置有驅動所述第二關節連桿轉動的第二電機，所述第二關節連桿靠近所述吸盤的一端設置有驅動所述吸盤轉動的第三電機。

在其中一個實施例中，所述清洗機構包括安裝在所述支撐架上的滾筒、沿所述滾筒的周向均勻布置的清洗刷、和驅動所述滾筒轉動的驅動組件。

在其中一個實施例中，所述驅動組件包括設置在所述驅動機構上的驅動電機、安裝在所述滾筒一端的帶輪、連接所述驅動電機的輸出軸與所述帶輪的同步帶、設置在所述支撐架上的軸承支座、和與所述滾筒連接并安裝在所述軸承支座上的軸承，所述驅動電機還連接有控制其轉速的電機調速器。

在其中一個實施例中，還包括設置在所述支撐架上的輔助清洗機構，所述輔助清洗機構包括安裝在所述支撐架上的安裝板、與所述安裝板連接并用于與所述玻璃幕墻接觸的柔性刮板。

在其中一個實施例中，所述安裝板上設置有用于使所述柔性刮板與所述安裝板螺紋連接的壓片、用于檢測玻璃幕墻上障礙物高度的測距傳感器、和用于檢測所述柔性刮板與所述玻璃幕墻之間壓緊力的壓力傳感器。

在其中一個實施例中，所述附壁機構包括多個對稱布置的推力組件，所述推力組件包括一端通過第一卡扣固定在所述支撐架上的連接臂、通過第二卡扣固定在所述連接臂另一端上的第四電機、與所述第四電機輸出軸連接的槳葉。

在其中一個實施例中，還包括設置在所述支撐架上靠近所述玻璃幕墻的一側的安全機構，所述安全機構包括多個防撞組件，所述防撞組件包括與所述支撐架連接的安裝座、與所述安裝座轉動連接并防止所述支撐架與障礙物或所述玻璃幕墻碰撞的防撞輪。

在其中一個實施例中，所述控制機構位于所述清洗機構和所述附壁機構之間，所述控制機構包括與所述支撐架連接的中間隔板、設置在所述中間隔板上的控制器，以及用于采集所述玻璃幕墻清洗機器人運動狀態信息的加速度計和陀螺儀傳感器。

在其中一個實施例中，還包括與所述控制機構連接的圖像采集機構，所述圖形采集機構包括與所述控制機構連接的第一L型支座、安裝在所述第一L型支座上的第一云臺電機、與所述第一云臺電機輸出軸連接的第二L型支座、安裝在所述第二L型支座上的第二云臺電機、通過相機支座與所述第二云臺電機輸出軸連接的采集相機。

本發明提供的玻璃幕墻清洗機器人，在附壁機構的作用下，附壁機構通過推動支撐架而使清洗機構于玻璃幕墻接觸，從而使清洗機構對玻璃幕墻進行有效擦洗，驅動機構帶動支撐架沿玻璃幕墻做橫向和豎向運動，使機器人能對玻璃幕墻的任何部位進行清洗，控制結構則通過控制驅動機構、清洗機構和附壁機構而實現對機器人運動狀態的調整，該機器人明顯提高了清洗效率，同時確保清洗的質量和安全性。

附圖說明

圖1為機器人的正視結構示意圖；

圖2為機器人的局部結構示意圖；

圖3為機器人的后視結構示意圖；

圖4為清洗機構的平面結構示意圖；

圖5為推力組件的結構示意圖；

圖6為控制結構的結構示意圖；

圖7為輔助清洗機構的結構示意圖；

圖8為越障機構的結構示意圖；

圖9為防撞機構的結構示意圖；

圖10為圖形采集結構的結構示意圖；

圖11為控制機構的控制原理框圖；

圖12為越障機構的動作順序框圖。

具體實施方式

為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施方式。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施方式。相反地，提供這些實施方式的目的是使對本發明的公開內容理解的更加透徹全面。

需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“內”、“外”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。

參閱圖1至圖3，一種玻璃幕墻清洗機器人000，用于玻璃幕墻的清洗，包括支撐架100，驅動機構200、清洗機構300、附壁機構400和控制機構500。驅動機構200用于驅動支撐架100沿玻璃幕墻運動，清洗機構300設置在支撐架100上靠近玻璃幕墻的一側，用于清洗玻璃幕墻。附壁機構400設置在支撐架100上遠離玻璃幕墻的一側，用于通過支撐架100使清洗機構300抵緊玻璃幕墻，換言之，工作時，附壁機構400使整個機器人000附著在玻璃幕墻上。控制機構500安裝在支撐架100上，用于控制驅動機構200、清洗機構300和附壁機構400以協調三者之間的運動。

參閱圖1和圖2，支撐架100呈長方體狀，包括頂框120、底框110和立柱130，頂框120和底框110平行設置，立柱130連接在頂框120和底框110之間。清洗機構300安裝在支撐架100的底框110上，附壁機構400安裝在支撐架100的頂框120上，控制機構500安裝在支撐架100的立柱130的中間部位，即控制機構500位于底框110和頂框120之間。

參閱圖1和圖3，驅動機構200為卷揚機，卷揚機包括卷筒220和拉繩210，卷筒220固定在建筑物上(例如建筑物的頂部)，拉繩210的一端纏繞在卷筒220上，拉繩210的一端則與支撐架100連接，當拉繩210上下伸縮時，可以通過支撐架100而帶動整個機器人000沿玻璃幕墻做升降運動，當卷筒220左右移動時，可以通過支撐架100而帶動整個機器人000沿玻璃幕墻做橫移運動，通過驅動機構200的作用，機器人000可以抵達玻璃幕墻上的任意位置，從而對玻璃幕墻進行全方位的清洗。可以理解，卷揚機上還可以設置防退件，根據實際情況的需要，防退件用于控制卷筒220的反轉或正傳，從而使機器人000穩定可靠的停止在玻璃幕墻上的任意位置。

參閱圖1至圖4，清洗機構300包括滾筒310，清洗刷320和驅動組件330，滾筒310安裝在支撐架100的底框110的中部，清洗刷320包括若干刷絲321，若干刷絲321在滾筒310表面上沿其軸向排成一列刷絲組，多列刷絲組沿滾筒310的周向均勻布置，多列刷絲組則形成整個清洗刷320。刷絲321成長條形狀，刷絲321采用柔性尼龍材料制成，能根據玻璃表面臟污程度產生多種形變量，從而達到不同的清洗效果，當玻璃幕墻上存在高度較低的障礙物時，整個滾筒310通過刷絲321產生的柔性變形量碾壓過障礙物，從而使得該障礙物不能阻礙機器人000的移動。

參閱圖1至圖4，及圖6，具體的，驅動組件330包括驅動電機331、帶輪334、同步帶(圖未示)、軸承支座333和軸承332。驅動電機331安裝在驅動機構200上，軸承支座333的數量為兩個，兩個軸承支座333安裝在支撐架100的底框110上，軸承332與軸承支座333相對應且數量同樣為兩個，軸承332可以采用滾動軸承和滑動軸承，軸承支座333對軸承332起到承載作用，當滾筒310轉動時，軸承332可以降低滾筒310轉動過程中的摩擦系數，同時保障滾筒310的回轉精度。帶輪334安裝在滾筒310的一端，驅動電機331的輸出軸上也安裝有一個帶輪334，同步帶則連接在該兩個帶輪334上，當驅動電機331轉動時，同步帶將驅動電機331的動力通過帶輪334的轉動傳遞給滾筒310，從而使滾筒310產生轉動，轉動的滾筒310帶動刷絲321擦洗玻璃幕墻。驅動電機331還連接有電機調速器520，控制機構500通過電機調速器520以控制驅動電機331的轉速，從而控制清洗刷320的對玻璃幕墻的擦洗速度。當然，可以理解，滾筒310也可以采用直接與驅動電機331的輸出軸連接的模式。

參閱圖7，支撐架100上還設置有輔助清洗機構600，輔助清洗機構600的數量可以兩個，輔助清洗機構600安裝在支撐架100的底框110的兩端，清洗機構300上的滾筒310則剛好位于該兩個輔助清洗機構600之間。輔助清洗機構600包括安裝板620和柔性刮板610，安裝板620設置在支撐架100的兩個側面上，安裝板620垂直于支撐架100的底框110，安裝板620上設置有壓片650，通過螺栓將壓片650和柔性刮板610固定在安裝板620上，柔性刮板610凸出支撐架100的底框110一定距離。當清洗刷320將玻璃幕墻上粘附力較高的污染物去除之后，隨著機器人000的移動，柔性刮板610將清洗刷320清洗過的玻璃幕墻做進一步的拭擦，更加提高了玻璃幕墻的光潔度。

進一步的，安裝板620上還設置有測距傳感器640和壓力傳感器630，測距傳感器640為紅外測距傳感器640，測距傳感器640用于檢測玻璃幕墻上可能阻礙機器人000移動的障礙物的高度，同時檢測支撐架100底部與障礙物之間的距離，并將采集信息反饋至控制機構500，以防支撐架100與障礙物之間產生碰撞。壓力傳感器630為壓力應變片，壓力傳感器630可以檢測柔性刮板610與玻璃幕墻之間的壓緊力，通過控制機構500的調整，使得柔性刮板610與玻璃幕墻之間產生合適的壓緊力以便實現有效擦洗。

參閱圖1至圖3、圖5，及附壁機構400包括多個對稱布置的推力組件410，在本實施例中，推力組件410為四個，推力組件410連接臂412、槳葉411和第四電機413。連接臂412的一端通過第一卡扣414固定在支撐架100的頂框120的四角處，四根連接臂412剛好分別與支撐架100的頂框120表面的對角線重合，簡而言之，四根連接臂412呈輻射狀的安裝在支撐架100的頂框120上。第四電機413通過第二卡扣415固定在連接臂412另一端上，槳葉411安裝在第四電機413的輸出軸上，當第四電機413驅動槳葉411高速運轉時，通過槳葉411上設計的流道向背離玻璃幕墻的方向排出空氣，空氣對槳葉411產生的反作用力則進一步傳導至支撐架100，支撐架100將對玻璃幕墻產生壓力而使機器人000附著在玻璃幕墻上。當槳葉411運動速度增大時，空氣對槳葉411產生的反作用力增大，機器人000的附著力增強；相反，當槳葉411運動速度減小時，空氣對槳葉411產生的反作用力減小，機器人000的附著力減弱。

參閱圖1至圖3，及圖9，機器人000還包括安全機構800，安全機構800包括多個防撞組件，在本實施例中，防撞組件為四個，防撞組件分別位于支撐架100底框110的四角上，防撞組件包括安裝座820和防撞輪810。安裝座820安裝在支撐架100的底框110上，防撞輪810與安裝座820轉動連接，由于防撞輪810凸出支撐架100的底框110一定的距離，當支撐架100受到垂直于玻璃幕墻的撞擊力時，防撞輪810將避免支撐架100與玻璃幕墻直接接觸并而產生撞擊，同時吸收支撐架100所傳遞的撞擊力。再者，防撞輪810也可以避免支撐架100與障礙物之間接觸并產生劇烈碰撞，從而保護整個機器人000不因碰撞而損壞。

參閱圖1至圖3，及圖6，控制機構500位于清洗機構300和附壁機構400之間，控制機構500包括中間隔板530、控制器510、加速度計和陀螺儀傳感器540。中間隔板530安裝在支撐架100的中層位置，控制器510安裝在中間隔板530上。控制器510可以控制驅動電機331的轉速以控制清洗刷320的清洗速度，控制器510也可以控制第四電機413的轉速以控制槳葉411的轉速，從而進一步控制機器人000在玻璃幕墻上的附著力。加速度計和陀螺儀傳感器540可以共同采集機器人000的運動狀態信息，例如運動速度和運動加速度等，以便控制器510對機器人000運動狀態的實時監控和調整。參閱圖11，控制機構500對各部件的控制以實現機器人000的運動。

參閱圖3和圖10，機器人000還包括圖像采集機構900，圖像采集機構900與控制機構500連接，圖像采集機構900包括第一L型支座910、第一云臺電機911、第二L型支座920、第二云臺電機921和采集相機930。第一L型支座910安裝在控制機構500上的中間隔板530上，第一云臺電機911安裝第一L型支座910上，第二L型支座920安裝在第一云臺電機911的輸出軸上，第二云臺電機921安裝在第二L型支座920上，第二云臺電機921的輸出軸上安裝相機支座940，采集相機930則安裝在相機支座940上，通過控制器510控制第一云臺電機911和第二云臺電機921的轉動，可以實現采集相機930多自由度方向的轉動，從而從多角度采集障礙物和玻璃幕墻表面的信息，例如障礙物的高度，支撐架100與障礙物之間的距離等。

特別值得一提的是，玻璃材料長期暴露在室外，經過長期的風吹日曬，有可能會發生爆裂等現象，這些情況如不能及時發現，爆裂的玻璃在墻面上長時間懸掛后可能墜落引發安全事故。因此，在機器人000對玻璃幕墻清洗的過程中，圖像采集機構900上的采集相機930將對玻璃幕墻表面的情況進行實時監控，盡早發現并排除安全隱患，防止意外情況的發生。機器人000除具備清洗功能之外，還具備安全監測和防范功能。

參閱圖1至圖3，及圖8，機器人000還包括越障機構700，越障機構700安裝在支撐架100的頂框120的兩端上，越障機構700包括數量均為四個的固定支座740、第一關節連桿710、第二關節連桿720和吸盤730。固定支座740與支撐架100固定連接，第一關節連桿710與固定支座740轉動連接，第二關節連桿720的一端與第一關節連桿710轉動連接，第二關節連桿720的另一端與吸盤730轉動連接。吸盤730在真空負壓的作用下吸附在玻璃幕墻上，從而可以承受整個機器人000的重量。

具體的，固定支座740上設置有第一電機741，第一電機741可以驅動第一關節連桿710轉動，第一關節連桿710與第二關節連桿720的連接處設置有第二電機711，第二電機711驅動第二關節連桿720轉動，第二關節連桿720靠近吸盤730的一端設置有第三電機721，第三電機721驅動吸盤730轉動，控制機構500上的控制器510均可以控制第一電機741、第二電機711和第三電機721的轉動情況，從而控制第一關節連桿710、第二關節連桿720和吸盤730的轉動。

測距傳感器640和采集相機930沒有檢測到不可逾越的障礙物時，第一關節連桿710轉動從而與支撐架100的頂框120緊貼，隨后，第二關節連桿720轉動至與第一關節連桿710接近重合的位置處，此時，越障機構700處于完全收縮的非工作狀態。

當機器人000沿玻璃幕墻向下運動時，驅動機構200上的拉繩210向下伸長，通過測距傳感器640和采集相機930的信息采集，如果玻璃幕墻上存在高度大于滾筒310或支撐架100高度的障礙物，即障礙物能阻止滾筒310轉動或支撐架100移動時，可以開啟越障機構700使機器人000跨越該障礙物，具體操作方法如下：

參閱圖1和圖2，首先，使位于支撐架100下部的兩第二關節連桿720展開，同時越過障礙物，吸盤730將第二關節連桿720固定在玻璃幕墻上，位于支撐架100下部的第二關節連桿720也展開，并使吸盤730固定在玻璃幕墻上，此時，整個越障機構700將對機器人000起到支撐作用。然后，通過第四電機413逐漸減小直至停止驅動槳葉411轉動，解除附壁機構400對機器人000的附著作用。最后，通過第一關節連桿710的轉動，將支撐架100相對玻璃幕墻抬升一定高度一避免障礙物的干擾，此時，位于支撐架100下部的第一關節連桿710向背離障礙物的方向收縮，位于支撐架100上部的第一關節連桿710則向靠近障礙物的方向伸展，進而推動整個機器人000向下運動以完全跨越障礙物(即支撐架100的上部完全位于障礙物的下方)。機器人000成功跨越障礙物后，越障機構700重新恢復至原來的收縮狀態，同時第四電機413驅動槳葉411轉動，使機器人000附著在玻璃幕墻上。參閱圖12，總之，根據所識別的障礙物類型，控制機構500通過匹配的運動程序驅動第一關節連桿710和第二關節連桿720運動，從而使機器人000順利的跨越障礙物。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。