本發明屬于外墻清潔裝置，尤其涉及一種跨越障礙外墻清洗機器人及操作方法。

背景技術：

現代高層建筑中，外墻清洗工作，都是由蜘蛛人進行人工清洗，這種清洗方式不僅效率低，而且這種特殊的高空作業，極易發生傷亡事故。用機器人替代人工清洗，已成為迫在眉睫的研究課題。但目前仍然缺乏使用性能良好的可行性產品。目前外墻清洗機器人分為在墻面上有軌道的和無軌道的兩種，無論哪種外墻清洗機器人，在外墻上清洗系統只能上下運動，不能橫向運動，而且是靠屋頂的起重設備使其上下移動。清洗完一列墻面，需橫向移動繼續清洗相鄰一列時，靠屋頂起重設備的橫向移動，帶動清洗系統移動到需要清洗的墻面，再重復進行上下運動的清洗動作。這類裝置結構龐大笨重，必須有承載起重設備的軌道、對屋頂承載力要求高，操作復雜，使其應用受到限制。目前擦窗機器人的技術日臻成熟，可以對單扇的玻璃進行清潔操作，但擦窗機器人難以適應像玻璃幕墻這樣大面積的清潔工作，由于玻璃幕墻上通常有凸出墻面的框架，普通的擦窗機器人也難以越過。

技術實現要素：

本發明的目的是提出一種跨越障礙外墻清洗機器人及操作方法的技術方案，使擦窗機器人可跨越凸起的障礙，實現對大型光滑墻面的智能化清潔。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：一種跨越障礙外墻清洗機器人，包括機器人本體，所述機器人本體的底面設有將所述機器人本體吸附在工作面上的真空吸槽，所述機器人本體的底面還設有行走履帶，所述機器人本體內設有真空泵，所述跨越障礙外墻清洗機器人是跨越工作面上凸起障礙的清洗機器人；所述跨越障礙外墻清洗機器人設有能夠吸附在所述工作面上的移動吸頭,所述移動吸頭相對于所述機器人本體沿所述行走履帶的行走方向往復移動，所述移動吸頭還垂直于所述機器人本體底面的方向往復移動。

更進一步，所述移動吸頭伸出所述機器人本體邊沿的距離大于所述機器人本體的長度與所述工作面障礙的寬度之和，所述所述移動吸頭伸出所述機器人本體底面的距離大于所述工作面障礙的高度，所述所述移動吸頭升出所述機器人本體底面的距離大于所述工作面障礙的高度。

更進一步，所述移動吸頭是由所述機器人本體內的真空泵提供真空源真空吸頭。

更進一步，所述機器人本體設有沿所述行走履帶的行走方向往復滑動的驅動滑桿，所述機器人本體驅動所述驅動滑桿相對于機器人本體往復滑動，所述移動吸頭設置在所述驅動滑桿的兩端。

更進一步，有四個所述移動吸頭設置在所述驅動滑桿的兩端，在所述機器人本體的行走履帶行走方向的兩端及兩側各設有兩個所述移動吸頭。

更進一步，每個所述移動吸頭通過一只真空缸安裝在所述驅動滑桿上，所述真空缸的軸線垂直于所述機器人本體的底面；

所述真空缸中設有活塞，所述活塞設有向所述機器人本體底面伸出的活塞桿，在所述活塞桿頂端設有所述移動吸頭；在所述活塞桿上套裝有復位壓簧，所述復位壓簧的一端頂壓在所述活塞端面上，所述復位壓簧的另一端頂壓在所述真空缸端面上；

更進一步，所述機器人本體設有使真空缸與所述真空泵連通或與大氣連通的真空缸控制閥，所述真空缸與所述真空泵連通時驅動所述活塞向所述機器人本體底面方向移動；所述機器人本體還設有使移動吸頭與所述真空泵連通或與大氣連通的吸頭控制閥。

更進一步，所述驅動滑桿設有齒條，所述機器人本體內設有驅動所述驅動滑桿往復滑動的驅動齒輪。

更進一步，所述機器人本體的上端面設有凸出的滑桿驅動倉，所述驅動滑桿安裝在所述滑桿驅動倉中，所述移動吸頭的底面升出所述機器人本體的上端面，所述驅動滑桿移動到一端的極限位置時，接近所述機器人本體一側的移動吸頭的外沿收入到機器人本體的外沿之內。

一種跨越障礙外墻清洗機器人的操作方法，所述跨越障礙外墻清洗機器人是權利要求4所述的跨越障礙外墻清洗機器人，所述障礙是所述工作面上凸起障礙，其特征在于，所述跨越凸起障礙方法的步驟包括：

a. 當所述機器人本體行走倒所述凸起障礙處時，所述跨越障礙外墻清洗機器人停止行走；

b. 機器人本體驅動所述移動吸頭向機器人本體行走方向的前方移動，使移動吸頭伸出所述機器人本體前沿的距離不小于所述機器人本體的長度和所述凸起障礙的寬度之和；

c. 所述移動吸頭向所述機器人本體底面的方向伸出，使所述移動吸頭與所述工作面接觸；

d. 使移動吸頭吸附在所述工作面上；

e. 解除所述機器人本體的真空吸槽的吸附作用，所述移動吸頭繼續向所述工作面的方向伸出，使機器人本體脫離所述工作面升起，機器人本體的底面高于所述凸起障礙；

f. 所述機器人本體驅動所述驅動滑桿相對運動，使機器人本體在所述驅動滑桿上向行走前方運動，越過所述凸起障礙；

g. 所述移動吸頭向升出所述機器人本體底面的方向運動，使所述機器人本體回落在所述工作面上，并使機器人本體通過真空吸槽吸附在所述工作面上；

h. 使移動吸頭解除與所述工作面之間的吸附，所述移動吸頭繼續向升出所述機器人本體底面的方向運動，使所述移動吸頭脫離工作面升起。

本發明的有益效果是：在現有擦窗機器人技術的基礎上，采用可伸縮移動位置的移動吸頭，可越過工作面的凸起障礙，設備重量輕，運行靈活，方便安裝與操作，實現對玻璃幕墻等大面積墻面的智能化連續清洗。

下面結合附圖和實施例對本發明作一詳細描述。

附圖說明

圖1是本發明跨越障礙外墻清洗機器人上側結構圖；

圖2是本發明跨越障礙外墻清洗機器人底面結構圖；

圖3是本發明跨越障礙外墻清洗機器人的移動吸頭結構圖，移動吸頭處于不工作的復位狀態；

圖4是本發明跨越障礙外墻清洗機器人的移動吸頭結構圖，移動吸頭和機器人本體都處于與工作面的接觸狀態；

圖5是本發明跨越障礙外墻清洗機器人的移動吸頭結構圖，移動吸頭處于伸出狀態；

圖6是本發明跨越障礙外墻清洗機器人的使用狀態圖；

圖7是本發明跨越障礙外墻清洗機器人遇到工作面凸起障礙時的示意圖；

圖8是本發明跨越障礙外墻清洗機器人遇到工作面凸起障礙時的示意圖，機器人本體的前沿行走到接縫位置，移動吸頭跨越凸起障礙；

圖9是本發明跨越障礙外墻清洗機器人遇到工作面凸起障礙時的示意圖，移動吸頭向工作面伸出并吸附在工作面上；

圖10是本發明跨越障礙外墻清洗機器人遇到工作面凸起障礙時的示意圖，機器人本體從工作面升起；

圖11是本發明跨越障礙外墻清洗機器人遇到工作面凸起障礙時的示意圖，機器人本體跨越凸起障礙；

圖12是本發明跨越障礙外墻清洗機器人遇到工作面凸起障礙時的示意圖，機器人本體回落在工作面上；

圖13是本發明跨越障礙外墻清洗機器人遇到工作面凸起障礙時的示意圖，移動吸頭升起至復位狀態；

圖14是本發明跨越障礙外墻清洗機器人移動吸頭收納到機器人本體之內的示意圖。

具體實施方式

目前擦窗機器人的技術日臻成熟，可以對單扇的玻璃進行清潔操作，擦窗機器人能夠在工作面上沿各方向自由行走和轉彎，并具有智能控制，但擦窗機器人難以適應像玻璃幕墻這樣大面積的清潔工作，由于采用移動吸頭技術吸附在玻璃表面，也難以跨越工作面的凸起障礙。為了克服擦窗機器人的上述缺陷，實現對玻璃幕墻等大面積墻面的智能化連續清洗，本發明提出一種跨越障礙外墻清洗機器人及操作方法的技術方案。

如圖1至圖4，一種跨越障礙外墻清洗機器人，包括機器人本體10，所述機器人本體的底面11設有將所述機器人本體吸附在工作面01上的真空吸槽12，所述機器人本體的底面還設有行走履帶13，所述機器人本體內設有真空泵，所述跨越障礙外墻清洗機器人是跨越工作面上凸起障礙02的清洗機器人；所述跨越障礙外墻清洗機器人設有能夠吸附在所述工作面上的移動吸頭20,所述移動吸頭相對于所述機器人本體沿所述行走履帶的行走方向往復移動，所述移動吸頭還垂直于所述機器人本體底面的方向往復移動。

所述工作面是指被所述跨越障礙外墻清洗機器人清洗的表面，所述工作面可以是玻璃幕墻外表面、大理石墻面或其他平整、光滑的表面，在所述工作面上有凸起的障礙。

所述移動吸頭伸出所述機器人本體邊沿的距離大于所述機器人本體的長度與所述工作面障礙的寬度之和，所述移動吸頭伸出所述機器人本體底面的距離S1大于所述工作面障礙的高度S（如圖5所示）；所述所述移動吸頭升出所述機器人本體底面的距離S2大于所述工作面障礙的高度S（如圖3所示）。

所述移動吸頭是由所述機器人本體內的真空泵提供真空源真空吸頭。

所述機器人本體設有沿所述行走履帶的行走方向往復滑動的驅動滑桿30，所述機器人本體驅動所述驅動滑桿相對于機器人本體往復滑動，所述移動吸頭設置在所述驅動滑桿的兩端。

有四個所述移動吸頭設置在所述驅動滑桿的兩端，在所述機器人本體的行走履帶行走方向的兩端及兩側各設有兩個所述移動吸頭。

每個所述移動吸頭通過一只真空缸40安裝在所述驅動滑桿上，所述真空缸的軸線垂直于所述機器人本體的底面；

所述真空缸中設有活塞41，所述活塞設有向所述機器人本體底面伸出的活塞桿42，在所述活塞桿頂端設有所述移動吸頭；在所述活塞桿上套裝有復位壓簧43，所述復位壓簧的一端頂壓在所述活塞端面上，所述復位壓簧的另一端頂壓在所述真空缸端面上；

所述機器人本體設有使真空缸與所述真空泵連通或與大氣連通的真空缸控制閥，所述真空缸與所述真空泵連通時驅動所述活塞向所述機器人本體底面方向移動；所述機器人本體還設有使移動吸頭與所述真空泵連通或與大氣連通的吸頭控制閥。

所述驅動滑桿設有齒條31，所述機器人本體內設有驅動所述驅動滑桿往復滑動的驅動齒輪19。

所述機器人本體的上端面設有凸出的滑桿驅動倉1a，所述驅動滑桿安裝在所述滑桿驅動倉中，所述移動吸頭的底面升出所述機器人本體的上端面1b，所述驅動滑桿移動到一端的極限位置時，接近所述機器人本體一側的移動吸頭的外沿收入到機器人本體的外沿之內，如圖14所示。

實施例一：

如圖1至圖5，一種跨越障礙外墻清洗機器人，跨越障礙外墻清洗機器人是跨越工作面上凸起障礙02的清洗機器人，包括機器人本體10。機器人本體的底面11設有將所述機器人本體吸附在工作面01上的真空吸槽12，機器人本體的底面還設有行走履帶13，共有兩條行走履帶驅動機器人本體行走和轉彎，行走履帶是帶有人字形花紋的履帶，在真空吸槽內設有真空吸口14。機器人本體內設有真空泵（圖中未示出）。真空泵為真空吸槽提供真空源，使機器人本體能夠吸附在工作面上。機器人本體還設有驅動行走履帶運行的行走電機（圖中未示出）。在機器人本體的頂面設有懸掛孔15、電源和控制接口16、清洗液接口17和氣源接口18。在機器人本體內還設有控制玻璃幕墻清洗機器人工作的智能控制系統。機器人本體用于對工作面進行清洗，在機器人本體底面設有擦洗布。

工作面01是指被所述跨越障礙外墻清洗機器人清洗的表面，工作面可以是玻璃幕墻外表面、大理石墻面或其他平整、光滑的表面，在工作面上有凸起的障礙02。

機器人本體設有沿行走履帶的行走方向往復滑動的驅動滑桿30，驅動滑桿是雙柱滑桿，驅動滑桿設有齒條31，機器人本體內設有驅動所述驅動滑桿往復滑動的驅動齒輪19。機器人本體通過驅動齒輪驅動所述驅動滑桿相對于機器人本體往復滑動。

在驅動滑桿的兩端設有真空缸40。有四個真空缸設置在驅動滑桿的兩端，在機器人本體的行走履帶行走方向的兩端及兩側各設有兩個真空缸。真空缸的軸線垂直于機器人本體的底面。真空缸中設有活塞41，活塞設有向機器人本體底面伸出的活塞桿42，在活塞桿上套裝有復位壓簧43，復位壓簧的一端頂壓在所述活塞端面上，復位壓簧的另一端頂壓在所述真空缸端面上。活塞另一端的氣缸通過一個透氣孔44與大氣連通。在真空缸下部設有真空源接口45，機器人本體設有真空缸控制閥（未在圖中標示），真空控制閥是三通閥，使真空缸與真空泵連通或與大氣連通，真空缸的真空源接口45與機器人本體內的真空缸控制閥通過真空軟管46連接。

在每個真空缸的活塞桿頂端都設有一個移動吸頭20。移動吸頭是由機器人本體內的真空泵提供真空源真空吸頭。

在活塞桿的下部設有與移動吸頭連通的真空源接口47，機器人本體還設有吸頭控制閥（未在圖中標示），吸頭控制閥是三通閥，使移動吸頭與真空泵連通或與大氣連通，活塞桿的真空源接口47與機器人本體內的吸頭控制閥通過真空軟管48連接。

移動吸頭與真空泵連通時，移動吸頭通過真空作用吸附在工作面上；移動吸頭與大氣連通時，移動吸頭解除吸附作用。移動吸頭相對于機器人本體沿行走履帶的行走方向往復移動，移動吸頭還在垂直于機器人本體底面的方向往復移動。真空缸與真空泵連通時驅動活塞向伸出機器人本體底面方向移動；真空缸與大氣連通時復位壓簧使活塞向升出機器人本體底面的方向移動，移動吸頭處于不工作的復位狀態。

為了能夠跨越凸起的障礙，在驅動滑桿兩端的移動吸頭之間的距離L大于兩倍的機器人本體長度L1與凸起障礙的寬度K之和，即：

L < 2×L1+K。

L為驅動滑桿兩端的移動吸頭之間的靜距離，如圖1所示。

因此移動吸頭伸出機器人本體邊沿的距離大于機器人本體的長度與工作面障礙的寬度之和。移動吸頭伸出機器人本體底面的距離S1大于工作面障礙的高度S，如圖5所示。移動吸頭升出機器人本體底面的距離S2大于工作面障礙的高度S，如圖3所示。跨越障礙外墻清洗機器人能夠順利跨越工作面凸起的障礙。

本實施例的跨越障礙外墻清洗機器人具有移動吸頭收納功能。機器人本體的上端面設有凸出的滑桿驅動倉1a，驅動滑桿以滑動配合安裝在滑桿驅動倉中，移動吸頭在復位狀態時，移動吸頭的底面升出所述機器人本體的上端面1b，驅動滑桿移動到一端的極限位置時，接近所述機器人本體一側的移動吸頭的外沿收入到機器人本體的外沿之內，如圖14所示。使跨越障礙外墻清洗機器人功能有效的清洗工作面的角落部位。

目前擦窗機器人技術已日臻成熟，擦窗機器人中配置有真空裝置（真空泵）、履帶行走裝置和智能控制裝置。本實施例的機器人本體采用了目前擦窗機器人的較為成熟的技術，移動吸頭采用真空缸驅動移動吸頭，可利用機器人本體中的真空泵。采用外接電源供電可以省去機器人本體內的電池。這些技術措施有效地簡化了裝置結構，減輕了裝置重量，使玻璃幕墻清洗機器人操作靈活，可方便地對大面積的建筑物外墻進行清潔。通常的玻璃幕墻清洗需要較多的清洗液，機器人本體的行走履帶采用人字形花紋的履帶，可更好的適應在濕滑表面的行走。

實施例二：

如圖6，一種跨越障礙外墻清洗機器人的操作方法。玻璃幕墻清洗機器人是實施例一所述的跨越障礙外墻清洗機器人，工作面01是玻璃幕墻。工作面設有凸起障礙02，凸起障礙是玻璃幕墻的結構框架。

跨越障礙外墻清洗機器人在工作時，在建筑物的屋頂設有一臺輔助小車60，輔助小車可沿墻面的邊緣行走，輔助小車設有吊桿61，在吊桿上設有滑輪62，在輔助小車內裝有清洗液，輔助小車還設有用于加壓清洗液的液泵和氣泵，氣泵用于加壓對工作面烘干的熱空氣。輔助小車還設有為玻璃幕墻清洗機器人供電的電源。建筑物的墻面是工作面，建筑物墻面是玻璃幕墻，設有凸起的結構框架52。跨越障礙外墻清洗機器人吸附在墻面上，輔助小車與玻璃幕墻清洗機器人之間用一條安全纜繩連接，安全纜繩系在機器人本體的懸掛孔16上，輔助小車的電源和控制系統通過電纜連接機器人本體的電源和控制接口17，輔助小車的也泵通過液體軟管連接機器人本體的清洗液接口18，輔助小的氣泵車通過氣體軟管連接機器人本體的氣源接口19。機器人本體設有清洗液噴口（圖中未實際標出），清洗液噴口向工作面噴灑清洗液。在機器人本體的底面設有清潔布或清潔刷，用于清除工作面的污垢，機器人本體還設有空氣噴口（圖中未實際標出），用于烘干工作面，以獲得良好的清潔效果。

工作面清洗方法包括：安裝輔助小車60，將跨越障礙外墻清洗機器人放置在工作面上，通過機器人本體10底部的真空吸槽11將玻璃幕墻清洗機器人吸附在工作面上，移動吸頭處于不工作的復位狀態。玻璃幕墻清洗機器人由行走履帶驅動在所述工作面上行走并清洗工作面。

跨越障礙外墻清洗機器人在工作面上遇到凸起障礙時，如圖7所示，需要跨越凸起障礙，跨越凸起障礙方法的步驟包括：

a. 當機器人本體行走倒凸起障礙處時，跨越障礙外墻清洗機器人停止行走。本實施例中，跨越障礙外墻清洗機器人是向上方行走時遇到橫向的凸起障礙。

b. 機器人本體驅動移動吸頭向機器人本體行走方向的前方移動，使移動吸頭伸出機器人本體前沿的距離不小于機器人本體的長度和凸起障礙的寬度之和，如圖8所示。具體操作是：機器人本體通過驅動齒輪驅動所述驅動滑桿向上方滑動滑動，由于移動吸頭升出機器人本體底面的距離大于凸起障礙的高度，移動吸頭能夠跨越凸起障礙，伸出到凸起障礙的上方。

c. 移動吸頭向機器人本體底面的方向伸出，使移動吸頭與工作面接觸，如圖9所示。具體操作是：真空缸控制閥連通真空泵與四只真空缸，四只活塞在真空作用下向工作面方向移動，活塞通過活塞桿驅動四只移動吸頭與工作面接觸；此時機器人本體的底面與移動吸頭的底面均處于同一平面，即工作面上。

d. 使移動吸頭吸附在工作面上。具體操作是：吸頭控制閥連通真空泵與四只移動吸頭，使四只移動吸頭吸附在工作面上。

e. 解除機器人本體的真空吸槽的吸附作用，移動吸頭繼續向所述工作面的方向伸出，使機器人本體脫離工作面升起，機器人本體的底面高于凸起障礙，如圖10所示。

f. 機器人本體驅動驅動滑桿相對運動，使機器人本體在驅動滑桿上向行走前方運動，越過所述凸起障礙，如圖11所示。具體操作是：機器人本體通過驅動齒輪驅動所述驅動滑桿向下方滑動滑動，由于四只移動吸頭已吸附在工作面上，因此，機器人本體沿驅動滑桿向上方移動；又由于機器人本體的底面高于凸起障礙，機器人本體能夠跨越到凸起障礙的上方。

g. 移動吸頭向升出機器人本體底面的方向運動，使機器人本體回落在工作面上，并使機器人本體通過真空吸槽吸附在工作面上，如圖12所示。具體操作是：真空缸控制閥連通大氣與四只真空缸，四只活塞桿在復位壓簧作用下向真空缸內收縮，由于四只移動吸頭已吸附在工作面上，機器人本體回落至工作面上。

h. 使移動吸頭解除與工作面之間的吸附，移動吸頭繼續向升出機器人本體底面的方向運動，使移動吸頭脫離工作面升起，如圖13所示。具體操作是：吸頭控制閥連通移動吸頭與大氣，四只活塞桿在復位壓簧作用下向真空缸內收縮，帶動移動吸頭脫離工作面升起至復位狀態。

移動吸頭完成升起后，機器人本體的驅動齒輪驅動四只移動吸頭至平衡位置，如圖13所示。以使跨越障礙外墻清洗機器人在清洗操作過程中更好地保持平衡。

跨越障礙外墻清洗機器人完成跨越凸起障礙后，繼續進行玻璃幕墻的清洗工作。

當跨越障礙外墻清洗機器人需要清洗工作面的角落時，可將驅動滑桿移動到一端的極限位置，此時一端的兩個移動吸頭的外沿收入到機器人本體的外沿之內，不會影響工作面角落的清洗工作。