一種墻面清洗機(jī)器人及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，設(shè)及一種墻面清洗裝置，更具體地說(shuō)， 設(shè)及一種墻面清洗機(jī)器人及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高樓隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展，變得越來(lái)越普遍。隨著樓層數(shù)量的增大，對(duì)于高樓墻 壁的清洗卻成為了一項(xiàng)繁重而危險(xiǎn)工作。目前國(guó)內(nèi)外常采用升降平臺(tái)或者吊籃承載清洗人 員來(lái)完成對(duì)高樓墻壁的清洗。而此種清洗方法不僅效率低下，費(fèi)用昂貴，而且安全系數(shù)低， 常有清潔人員墜落事故的發(fā)生。因此急需利用機(jī)器來(lái)替代人工進(jìn)行高樓墻面的清洗工作。
[0003] 目前對(duì)于高樓墻面清洗機(jī)器人已有相關(guān)研究。如對(duì)比文件1:授權(quán)公告號(hào)為CN 101513336 B，申請(qǐng)日為2009年3月28日，公開了名稱為一種高層建筑清洗裝置的專利文件， 包括裝有發(fā)電機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車，機(jī)動(dòng)車上設(shè)有由兩個(gè)可升降并前后移動(dòng)的吊臂支 撐連接的清洗裝置，清洗裝置可隨吊臂與其之間所設(shè)的吊臂絞盤連接輸出的牽引鋼纜的牽 引伸縮而調(diào)整其位置，機(jī)動(dòng)車上部還設(shè)與高壓水累連接的高壓水箱，高壓水箱上設(shè)有通過(guò) 水箱線軸調(diào)節(jié)輸出的、與清洗裝置連通的供水管;清洗裝置包括設(shè)有毛刷、噴水孔及刮板的 清洗框架，毛刷由電動(dòng)機(jī)連接帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，毛刷上部設(shè)噴水孔，噴水孔上部為刮板。該發(fā)明主 要依靠一刷二沖=刮的物理方式清洗玻璃幕墻，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清洗過(guò)程安全省力，有效減少了 工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，減少了清洗成本。但該發(fā)明在工作過(guò)程中，其與墻面的壓 力隨著裝置的下降而逐漸減小，從而使得清洗效果逐漸變差，尤其當(dāng)高樓達(dá)到一定高度后， 利用該裝置清洗時(shí)，低樓層的墻面因?yàn)檎龎毫^(guò)低而造成清洗效果過(guò)差，同時(shí)該裝置在意 外斷電時(shí)，不能緊急制動(dòng)，從而造成裝置墜樓事故的發(fā)生事故。
[0004] 對(duì)比文件2:授權(quán)公告號(hào)為CN 1265756C，申請(qǐng)日為2004年7月29日，公開了名稱為 高樓玻璃幕墻清洗機(jī)系統(tǒng)的專利文件，包括樓頂安全裝置、清洗機(jī)本體、樓下便攜監(jiān)控裝置 及電氣控制裝置。清洗機(jī)本體在樓頂卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引作用下，依靠密封機(jī)構(gòu)，利用雙吸盤負(fù)壓 吸附機(jī)構(gòu)同時(shí)或交替吸附于玻璃壁面，并協(xié)調(diào)清洗機(jī)本體自身重力至上而下移動(dòng)，同時(shí)在 其清洗機(jī)構(gòu)、水循環(huán)回收機(jī)構(gòu)、障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)、潔面機(jī)構(gòu)的配合下完成對(duì)玻璃壁面的清洗W 及跨越窗框類障礙等功能;樓頂安全裝置確保本體完成清洗和越障任務(wù)，并供給本體電源、 氣源和水源;樓下便攜監(jiān)控裝置W無(wú)線監(jiān)控方式發(fā)出動(dòng)作指令，并通過(guò)無(wú)線視頻監(jiān)視器實(shí) 時(shí)監(jiān)視壁面清洗效果，由電氣控制裝置控制各執(zhí)行裝置完成整個(gè)清洗任務(wù)。該發(fā)明能夠很 好地實(shí)現(xiàn)避障，并且可W完成一系列的清洗任務(wù)。但該發(fā)明由于意外斷電時(shí)缺乏自我保護(hù) 機(jī)制，從而存在裝置墜樓的危險(xiǎn)，進(jìn)而造成相關(guān)事故的發(fā)生。
[0005] 對(duì)比文件3:授權(quán)公告號(hào)為CN 101422344 B，申請(qǐng)日為2007年11月2日，公開了名稱 為一種外墻清洗機(jī)的拉繩裝置的專利文件，包括卷?yè)P(yáng)機(jī)、滑輪、升降纜繩、承重機(jī)架、滑道、 清洗機(jī)架、連接架、清洗配件、配重物、穩(wěn)固繩、支撐架、纜繩孔、拉繩、轉(zhuǎn)盤和有撐腳的小車， 穩(wěn)固繩和配重物相連接，配重物連接有支撐架，支撐架尾部下方連接有一滑輪，升降纜繩通 過(guò)滑輪一端與卷?yè)P(yáng)機(jī)相連接，另一端與承重機(jī)架相連接，支撐架連接有一拉繩，拉繩通過(guò)連 接架尾部的纜繩孔與轉(zhuǎn)盤相連接，轉(zhuǎn)盤安裝在有撐腳的小車上，連接架安裝在清洗機(jī)架右 側(cè)尾部，承重機(jī)架通過(guò)兩側(cè)腰部滑道和清洗機(jī)架相連接，清洗機(jī)架左側(cè)連接有清洗配件，回 拉繩一端與承重機(jī)架右側(cè)相連接，回拉繩另一端與清洗機(jī)架左側(cè)相連接，承重機(jī)架上設(shè)有 一電機(jī)，當(dāng)卷?yè)P(yáng)機(jī)拉動(dòng)升降纜繩，帶動(dòng)清洗機(jī)架上下移動(dòng)，轉(zhuǎn)盤拉緊拉繩，將清洗機(jī)架緊貼 墻壁。該發(fā)明很好地解決了在清洗墻面時(shí)與墻面正壓力過(guò)低而導(dǎo)致清洗效果差的問(wèn)題，但 由于裝置復(fù)雜，實(shí)施困難，尤其是在樓層較高或高樓處于繁華地帶時(shí)，則無(wú)法正常完成清洗 任務(wù)。
[0006] 綜上所述，目前的清洗機(jī)器人存在W下問(wèn)題：（1)清洗機(jī)器人與墻面的壓力隨著裝 置的下降而逐漸減小，從而使得清洗效果逐漸變差，尤其當(dāng)高樓達(dá)到一定高度后，低樓層的 墻面因?yàn)檎龎毫^(guò)低而造成清洗效果過(guò)差；（2)清洗機(jī)器人在高空作業(yè)，在意外斷電時(shí)，缺 乏保護(hù)裝置，不能緊急制動(dòng)，從而造成裝置墜樓事故的發(fā)生；（3)清洗機(jī)器人的清洗模式固 定，不能根據(jù)墻面具體的污損程度選擇不同的模式，W增加清洗效率，提高清洗效果，并降 低對(duì)墻面的損傷。
[0007] 對(duì)于上述問(wèn)題，目前的清洗機(jī)器人并沒(méi)有解決，或者只解決了部分問(wèn)題，因此急需 將上述問(wèn)題全部解決，W提高清洗機(jī)器人的清洗效果和工作的安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0009] 針對(duì)現(xiàn)有墻面清洗機(jī)器人在清洗墻面時(shí)，因?qū)γ娴恼龎毫^(guò)小而導(dǎo)致清洗效果 差，W及隨著清洗機(jī)器人下降距離的增大，對(duì)墻面的正壓力逐步減小，而導(dǎo)致清洗不均勻， 不能根據(jù)具體墻面污損情況選擇合理的清洗方式，W及在意外斷電時(shí)，沒(méi)有合理的保護(hù)機(jī) 構(gòu)或保護(hù)機(jī)構(gòu)的安全系數(shù)過(guò)低，而導(dǎo)致清洗機(jī)器人墜樓事故的發(fā)生等問(wèn)題，本發(fā)明提供了 一種墻面清洗機(jī)器人及其控制方法，通過(guò)在清洗端設(shè)置連桿吸附機(jī)構(gòu)，使得清洗刷對(duì)墻面 壓力能夠保持在較大的壓力范圍內(nèi)，并且不隨著機(jī)器人下降距離的增大而大幅變小，并根 據(jù)具體墻面的污損情況設(shè)置了不同的清洗模式，同時(shí)增加了轉(zhuǎn)動(dòng)限制保護(hù)機(jī)構(gòu)和多級(jí)增力 保護(hù)機(jī)構(gòu)，利用兩套保護(hù)機(jī)構(gòu)，使得機(jī)器人在意外斷電時(shí)能夠安全制動(dòng)，防止事故的發(fā)生。 同時(shí)本發(fā)明還給出了其控制方法。
[0010] 2.技術(shù)方案
[0011] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。
[0012] -種墻面清洗機(jī)器人，包括升降控制端、清洗端，所述的升降控制端與清洗端通過(guò) 繩相連，所述的升降控制端由轉(zhuǎn)動(dòng)限制保護(hù)機(jī)構(gòu)、多級(jí)增力保護(hù)機(jī)構(gòu)組成，
[0013] 所述的轉(zhuǎn)動(dòng)限制保護(hù)機(jī)構(gòu)由升降端機(jī)架、升降用電機(jī)、電磁超越離合器、漉筒、繩 組成，所述的升降用電機(jī)固連在升降端機(jī)架上，其軸與漉筒相連，所述的電磁超越離合器的 外圈與升降端機(jī)架相連，電磁超越離合器的內(nèi)圈與漉筒軸相連，所述的電磁超越離合器在 斷電時(shí)內(nèi)外圈接合，通電時(shí)內(nèi)外圈分離，所述的繩繞于漉筒外圈，并且繩的末端與漉筒固 連，
[0014] 所述的多級(jí)增力保護(hù)機(jī)構(gòu)由偏屯、圓盤、杠桿、彈黃、電磁鐵、模形板組成，所述的繩 穿過(guò)偏屯、圓盤與模形板組成的間隙，所述的偏屯、圓盤較接于升降端機(jī)架上，并與杠桿的一 端相連，所述的杠桿較接于升降端機(jī)架上，并在末端分別與彈黃、電磁鐵的相連，所述的彈 黃與電磁鐵的底端固連于升降端機(jī)架，
[0015] 所述的清洗端由清洗端機(jī)架、導(dǎo)向環(huán)、吸盤、連桿、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、連桿用電機(jī)、導(dǎo) 管、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)箱、氣動(dòng)用電機(jī)、清洗刷、減速器、清洗用電機(jī)、滾輪組成，所述的導(dǎo)向環(huán)、吸盤、 連桿、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、連桿用電機(jī)、導(dǎo)管、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)箱、氣動(dòng)用電機(jī)組成連桿吸附機(jī)構(gòu)，
[0016] 所述的繩穿過(guò)導(dǎo)向環(huán)與清洗端機(jī)架相連，所述的導(dǎo)向環(huán)固連于吸盤上，所述的吸 盤的外殼與連桿相連，所述的連桿通過(guò)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)與連桿用電機(jī)相連，所述的連桿用電 機(jī)固定在清洗端機(jī)架上，所述的吸盤的內(nèi)腔與導(dǎo)管相連，所述的導(dǎo)管的另一端連接在氣動(dòng) 驅(qū)動(dòng)箱上，所述的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)箱上設(shè)有氣動(dòng)用電機(jī)，所述的連桿為多級(jí)伸縮連桿，通過(guò)內(nèi)部直 線電機(jī)控制其伸縮長(zhǎng)度，
[0017] 所述的滾輪設(shè)置在清洗端機(jī)架上，所述的清洗刷通過(guò)軸承固定于清洗端機(jī)架上， 所述的減速器的輸出軸與清洗刷的軸相連，所述的減速器的輸入軸與清洗用電機(jī)的軸相 連。
[0018] 所述的偏屯、圓盤上與升降端機(jī)架、杠桿相較接的兩點(diǎn)距離為
，其中G 為墻面清洗機(jī)器人的重力，F(xiàn)為電磁鐵的電磁力，0為模形板末端的角度，y為繩與模形板之 間的摩擦系數(shù)，a為圓盤上與升降端機(jī)架的較接點(diǎn)到圓盤邊緣的最小距離，C為杠桿與升降 端機(jī)架的較接點(diǎn)到杠桿與圓盤較接點(diǎn)的距離，b為杠桿與升降端機(jī)架的較接點(diǎn)到杠桿與電 磁鐵連接點(diǎn)之間的距離。
[0019] 所述的減速器為擺線針輪減速器;所述的彈黃為拉彈黃;所述的連桿用電機(jī)為步 進(jìn)電機(jī)。
[0020] -種墻面清洗機(jī)器人的控制方法，設(shè)及清洗機(jī)器人的清洗控制步驟與控制方式：
[0021] (1)清洗模式的選擇：
[0022] 當(dāng)墻面僅有灰塵時(shí)，選用邵氏硬度為50-70HA的清洗刷，清洗刷的轉(zhuǎn)速為500-6(K)r/min;當(dāng)墻面含有大量粘性物質(zhì)時(shí)，選用邵氏硬度為100-120HA的清洗刷，清洗刷的轉(zhuǎn) 速為 300-400;r/min;
[0023] (2)升降用電機(jī)開始運(yùn)行，其運(yùn)行轉(zhuǎn)速為 ，其中m為清洗刷的轉(zhuǎn)速，D為 漉筒的直徑，繩開始從漉筒上繞出；
[0024] (3)電磁超越離合器通電，其內(nèi)外圈分離；
[00巧](4)電磁鐵通電，電壓為220V，電磁鐵伸縮桿運(yùn)動(dòng)的距離為 ，其中d為繩 的直徑，G為墻面清洗機(jī)器人的重力，0為模形板末端的角度，y為繩與模形板之間的摩擦系 數(shù)，F(xiàn)為電磁鐵的電磁力，此時(shí)偏屯、圓盤與模形板之間的間隙變大，繩通過(guò)間隙向下運(yùn)動(dòng)，清 洗端開始向下運(yùn)動(dòng)；
[0026] (5)清洗用電機(jī)開始運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速為n3 = iim，其中ii為減速器的傳動(dòng)比，m為清洗 刷的轉(zhuǎn)速，并通過(guò)減速器帶動(dòng)清洗刷轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0027] (6)當(dāng)升降用電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間
'時(shí)，（其中L為清洗端豎直方向的長(zhǎng)度，ri2為 升降用電機(jī)的轉(zhuǎn)速，D為漉筒的直徑），升降用電機(jī)與清洗用電機(jī)停止運(yùn)行，連桿用電機(jī)開始 運(yùn)行，轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍D(zhuǎn)