基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制系统及控制方法，属于爬壁机器人领域。本发明的幕墙清洗机器人控制系统及控制方法，其幕墙清洗机器人利用内外吸附行走机构交替吸附在幕墙上实现清洗机器人的横纵向移动，利用内吸附行走机构的旋转运动使幕墙清洗机器人自如转向，实现360°全方位移动；同时，内外吸附行走机构中的吸盘均具有伸缩功能，使其具有良好的越障功能，可适用于无框玻璃幕墙和有框玻璃幕墙；其控制系统及控制方法利用单片机程序及控制电路对幕墙清洗机器人中的电机和电磁阀进行逻辑控制，使幕墙清洗机器人能够根据操作指令执行清洗、行走、转向和越障等动作，操作灵活方便，稳定可靠，提高了工作效率和清洗效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种幕墙清洗机器人的控制系统及控制方法，更具体地说，涉及一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制系统及控制方法。

背景技术

随着社会的不断发展和科技的不断进步，玻璃幕墙以其美丽的外观、开阔的视野等优势成为了当今世界建筑的主流。我国在上个世纪的80年代开始尝试把玻璃幕墙这一技术应用到建筑当中，而欧美等发达国家早在1917年就开始在建筑中采用玻璃幕墙。虽然我国玻璃幕墙的发展相比较于欧美等西方发达国家较晚，但是发展的速度却十分惊人。目前，我国已经成为了世界上最大的玻璃幕墙生产国和使用国。

据了解，目前玻璃幕墙的清洗方式主要是人工清洗，玻璃幕墙的范围一般较大，并且处在比较危险的高处，周围并没有可以用来支撑的支架，所以清洗工人一般需搭吊篮或者腰系绳索才能对高处的幕墙进行清洗工作，一旦操作不当或遇恶劣天气就会酿成事故，造成人员伤亡，财产损失。另外这种人工擦洗方式劳动强度大，危险系数高，效率低下，价格高昂，属于高危职业。因此，急需一种自动化程度高的智能化清洗机器人代替人工进行危险的玻璃幕墙清洗工作。

随着幕墙清洗的需求越来越大，国内外也涌现出了许多类型的幕墙爬壁机器人，这些幕墙爬壁机器人大都是将移动、吸附、清洗三大机构组合起来实现的，吸附机构一般可分为两大类：一类是适用于在燃气罐、船舶等铁制结构物的壁面上移动的磁铁吸附方式；另一类是适用于在不能采用磁吸附的平滑表面上移动的负压吸附方式。对于玻璃幕墙的清洗，一般采用第二种负压吸附的方式。然而，现有的幕墙清洗机器人的运动机构都较为复杂，成本高昂；而有些结构简单的机器人大都只能上下行走，机器人的作用行走需要依靠起吊装置，并且没有稳定地越障功能，使用局限性大，清洗过程也容易留下死角，幕墙清洗效果不佳。如中国专利号ZL201520339818.6，授权公告日为2015年11月11日，发明创造名称为：一种往复式高空玻璃清洗机器人，该申请案涉及一种往复式高空玻璃清洗机器人，包括控制柜、气泵、水泵、悬吊升降设备和往复式清洗机构，所述的控制柜安装在悬吊升降设备上，所述的控制柜上连接有控制线，所述的往复式清洗机构吊挂在悬吊升降设备的下方。该申请案能够代替人工清洗高空幕墙玻璃，但存在以下缺陷：

(1)往复式清洗机构完全依赖于楼顶的悬吊升降设备的牵引实现上下左右移动，在移动过程中，往复式清洗机构需要反复脱离幕墙，导致移动位置无法精确控制，从而造成清洗死角等问题；

(2)清洗毛刷每次只能清洗框架限定的部分，清洗完成后再通过悬吊升降设备移动到其他位置进行清洗，一方面往复式清洗机构的移动位置难以准确定位，另一方便清洗效率非常低；

(3)越障能力差，对于有框的幕墙的清洗非常困难。

另外，对于幕墙清洗机器人而言，其控制系统也是至关重要的，控制系统的控制逻辑及控制方式直接影响幕墙清洗机器人操作的灵活性和准确性，一套适用的控制系统也能够有效避免误操作，提高清洗效率。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有玻璃幕墙清洗机器人存在的上述不足，提供一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制系统及控制方法，采用本发明的技术方案，利用单片机程序及控制电路对幕墙清洗机器人中的电机和电磁阀进行逻辑控制，使幕墙清洗机器人能够根据操作指令执行清洗、行走、转向和越障等动作，操作灵活方便，稳定可靠，提高了幕墙清洗机器人的工作效率和清洗效果。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制系统，包括幕墙清洗机器人和控制系统两个部分，

所述的幕墙清洗机器人包括外吸附行走机构、内吸附行走机构、纵向驱动机构、横向驱动机构、清扫机构和气动系统，所述的内吸附行走机构通过纵向驱动机构和横向驱动机构安装于外吸附行走机构的内侧，所述的清扫机构安装于内吸附行走机构上；其中，

所述的外吸附行走机构包括外框架和设于外框架上的若干组外吸盘组件，所述的外吸盘组件包括外伸缩气缸和外吸盘，所述的外伸缩气缸固定于外框架上，所述的外吸盘与外伸缩气缸的活塞杆相连接；

所述的内吸附行走机构包括转向电机、承载架、内伸缩气缸和内吸盘组件，所述的转向电机的驱动端与承载架相连接，用于带动承载架转动，所述的内吸盘组件通过内伸缩气缸安装于承载架的底部，所述的内吸盘组件包括内吸盘安装板和内吸盘；

所述的清扫机构包括摆臂电机、摆臂和清扫组件，所述的摆臂电机固定安装于承载架上，所述的摆臂的一端通过摆臂轴转动安装于承载架上，且摆臂电机的驱动端与摆臂的摆臂轴相连接，所述的摆臂的另一端与清扫组件相连接，所述的摆臂上还设有滚刷电机，所述的滚刷电机的驱动端与清扫组件传动连接；

所述的纵向驱动机构包括纵向运动电机、纵向驱动同步带机构和纵向导轨，所述的纵向运动电机固定安装于外框架上，且纵向运动电机与纵向驱动同步带机构中的带轮传动连接，所述的横向驱动机构滑动安装于纵向导轨上，且横向驱动机构与纵向驱动同步带机构中的同步带相连接；

所述的横向驱动机构包括横向运动电机、横向驱动同步带机构和横向导轨，所述的横向运动电机与横向驱动同步带机构中的带轮传动连接，所述的内吸附行走机构滑动安装于横向导轨上，且内吸附行走机构与横向驱动同步带机构中的同步带相连接；

所述的气动系统包括电磁换向阀一、电磁换向阀二、电磁换向阀三、电磁换向阀四、电磁换向阀五、空压机和真空泵，所述的外伸缩气缸通过电磁换向阀一与空压机气路连接，所述的内伸缩气缸通过电磁换向阀二与空压机气路连接，所述的外吸盘通过电磁换向阀三与真空泵气路连接，所述的内吸盘组件中的内吸盘通过电磁换向阀四与真空泵气路连接，所述的内吸盘组件中的内吸盘还通过电磁换向阀五与空压机气路连接；

所述的控制系统包括电压转换模块、单片机主模块、驱动模块和输入模块，电源通过电压转换模块与单片机主模块电连接，用于为系统提供电能；所述的单片机主模块通过驱动模块分别与上述的转向电机、摆臂电机、滚刷电机、纵向运动电机和横向运动电机电连接，用于控制和驱动各个电机工作；所述的驱动模块通过继电器与上述的电磁换向阀一、电磁换向阀二、电磁换向阀三、电磁换向阀四和电磁换向阀五电连接，用于控制各个电磁换向阀的工作状态；所述的输入模块与单片机主模块电连接，用于向单片机主模块输入操作指令。

更进一步地，所述的单片机主模块采用STC12C5A60S2单片机。

更进一步地，所述的电源电压为24V，所述的电压转换模块为LM2596降压模块。

更进一步地，所述的电磁换向阀一和电磁换向阀二为两位五通电磁换向阀，所述的电磁换向阀三、电磁换向阀四和电磁换向阀五为两位两通电磁换向阀。

更进一步地，所述的外框架为矩形框架，且外框架的至少四个角上设有外吸盘组件；所述的内吸盘在内吸盘安装板上均匀分布有多个。

更进一步地，所述的清扫组件包括滚刷和罩设在滚刷上部的挡水罩。

更进一步地，所述的转向电机与承载架之间还设有万向转盘。

更进一步地，所述的摆臂电机与摆臂轴之间采用齿轮传动机构传动连接。

更进一步地，所述的纵向驱动同步带机构设于外框架的侧边上，所述的纵向运动电机通过中间同步带机构与纵向驱动同步带机构传动连接。

本发明的一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制方法，包含以下步骤：

步骤1：通过输入模块向单片机主模块输入清洗指令，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀三打开，使外吸盘吸附在幕墙表面上，控制摆臂电机和滚刷电机工作，对幕墙表面进行清洗；同时，控制纵向运动电机和横向运动电机工作，驱动清扫组件对幕墙表面进行纵向和横向移动清洗；控制电磁换向阀五导通，通过内吸盘向幕墙表面吹气，对清洗后的位置进行吹干；

步骤2：通过输入模块向单片机主模块输入上下运动指令，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀二正向导通，使内伸缩气缸带动内吸盘组件向外伸出，同时控制电磁换向阀四打开，使内吸盘组件中的内吸盘吸附在幕墙表面上；之后，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀三换向，使外吸盘与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀一反向导通，使外伸缩气缸带动外吸盘向后收缩；然后，单片机主模块通过驱动模块控制纵向运动电机工作，带动外吸附行走机构沿上下方向移动，到达设定位置后，控制电磁换向阀一正向导通，使外伸缩气缸带动外吸盘向外伸出，同时控制电磁换向阀三换向，使外吸盘吸附在幕墙表面上；随后控制电磁换向阀四换向，使内吸盘与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀二反向导通，使内伸缩气缸带动内吸盘组件向后收缩；完成一次纵向运动；

步骤3：通过输入模块向单片机主模块输入横向运动指令，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀二正向导通，使内伸缩气缸带动内吸盘组件向外伸出，同时控制电磁换向阀四打开，使内吸盘组件中的内吸盘吸附在幕墙表面上；之后，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀三换向，使外吸盘与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀一反向导通，使外伸缩气缸带动外吸盘向后收缩；然后，单片机主模块通过驱动模块控制横向运动电机工作，带动外吸附行走机构沿左右方向移动，到达设定位置后，控制电磁换向阀一正向导通，使外伸缩气缸带动外吸盘向外伸出，同时控制电磁换向阀三换向，使外吸盘吸附在幕墙表面上；随后控制电磁换向阀四换向，使内吸盘与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀二反向导通，使内伸缩气缸带动内吸盘组件向后收缩；完成一次横向运动；

步骤4：通过输入模块向单片机主模块输入转向运动指令，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀二正向导通，使内伸缩气缸带动内吸盘组件向外伸出，同时控制电磁换向阀四打开，使内吸盘组件中的内吸盘吸附在幕墙表面上；之后，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀三换向，使外吸盘与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀一反向导通，使外伸缩气缸带动外吸盘向后收缩；然后，单片机主模块通过驱动模块控制转向电机工作，带动外吸附行走机构旋转，旋转到达设定角度后，控制电磁换向阀一正向导通，使外伸缩气缸带动外吸盘向外伸出，同时控制电磁换向阀三换向，使外吸盘吸附在幕墙表面上；随后控制电磁换向阀四换向，使内吸盘与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀二反向导通，使内伸缩气缸带动内吸盘组件向后收缩；完成一次转向运动；

步骤5：通过输入模块向单片机主模块输入越障指令，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀二正向导通，使内伸缩气缸带动内吸盘组件向外伸出，同时控制电磁换向阀四打开，使内吸盘组件中的内吸盘吸附在幕墙表面上；之后，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀三换向，使外吸盘与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀一反向导通，使外伸缩气缸带动外吸盘向后收缩；随后，继续控制电磁换向阀二正向导通，使内伸缩气缸带动内吸盘组件继续向外伸出一定长度，使外吸附行走机构高于障碍；然后，单片机主模块通过驱动模块控制纵向运动电机或横向运动电机工作，带动外吸附行走机构向障碍一侧移动并越过障碍；在外吸附行走机构的一侧越过障碍后，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀一正向导通，并控制电磁换向阀三换向，使外吸盘向外伸出并吸附在幕墙表面上；随后电磁换向阀四换向，电磁换向阀二反向导通，使内吸盘与幕墙表面分离并向后收缩；此时单片机主模块通过驱动模块控制纵向运动电机或横向运动电机工作，带动内吸附行走机构向障碍一侧移动并越过障碍；重复上述外吸附行走机构的越障动作，使外吸附行走机构的另一侧越过障碍。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制系统，其幕墙清洗机器人利用外吸附行走机构和内吸附行走机构交替吸附在幕墙上来实现整个清洗机器人的横向和纵向移动，并且利用内吸附行走机构的旋转运动可使幕墙清洗机器人自如转向，实现360°全方位移动，对于特殊形状的幕墙也能够实现无死角清洗；同时，外吸附行走机构和内吸附行走机构中的吸盘均具有伸缩功能，从而使幕墙清洗机器人具有良好的越障功能，不仅适用于中高层无框玻璃幕墙的清洗，还能够很好地适用于有框玻璃幕墙的清洗；控制系统及控制方法利用单片机程序及控制电路对幕墙清洗机器人中的电机和电磁阀进行逻辑控制，使幕墙清洗机器人能够根据操作指令执行清洗、行走、转向和越障等动作，操作灵活方便，稳定可靠，提高了幕墙清洗机器人的工作效率和清洗效果；

(2)本发明的一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制系统，其单片机主模块采用STC12C5A60S2单片机，该单片机能够很好地适用于电机控制，具有较强的抗干扰能力；电压转换模块为LM2596降压模块，具有十分良好的线性与负载调节特性，提高了控制系统的稳定性；

(3)本发明的一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制系统，其在进行幕墙清洗过程中，利用内吸附行走机构的内吸盘进行吹气，对清洗过的位置进行快速吹干，避免了灰尘重新附着在幕墙上，提高了幕墙清洗效果；

(4)本发明的一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制系统，其外框架为矩形框架，且外框架的至少四个角上设有外吸盘组件，内吸盘在内吸盘安装板上均匀分布有多个，利用真空吸盘保证了幕墙清洗机器人能够稳定地吸附在幕墙表面工作，确保了幕墙清洗机器人行走的稳定性，结构设计简单巧妙；

(5)本发明的一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制系统，其转向电机与承载架之间还设有万向转盘，提高了幕墙清洗机器人的转向稳定性；摆臂电机与摆臂轴之间采用齿轮传动机构传动连接，便于摆臂驱动组件的位置设置，使整个幕墙清洗机器人更加紧凑，有效降低了幕墙清洗机器人移动和转向过程中出现管线缠绕等问题的发生几率；

(6)本发明的一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制系统，其纵向驱动机构和横向驱动机构均采用同步带传动机构，具有传动距离长、质量轻、结构简单、传动距离易控制、价格低等优点，能够有效减轻幕墙清洗机器人的整体重量，使其移动更加灵活；

(7)本发明的一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制方法，该方法操作简单方便，能够方便地控制幕墙清洗机器人的清洗、行走、转向和越障等动作，很好地代替了人工进行幕墙清洗，降低了幕墙清洗作业的风险。

附图说明

图1为本发明中的幕墙清洗机器人的一个角度的立体结构示意图；

图2为本发明中的幕墙清洗机器人的另一个角度的立体结构示意图；

图3为本发明的幕墙清洗机器人中的内吸附行走机构和清扫机构的一个角度的立体结构示意图；

图4为本发明的幕墙清洗机器人中的内吸附行走机构和清扫机构的另一个角度的立体结构示意图；

图5为本发明的幕墙清洗机器人中的气动系统的原理示意图；

图6为本发明中的控制系统的系统原理示意图；

图7为本发明中的控制系统的工作流程示意图。

示意图中的标号说明：

1、外吸附行走机构；1-1、外框架；1-2、外吸盘组件；1-2-1、外伸缩气缸；1-2-2、外吸盘；2、内吸附行走机构；2-1、转向驱动组件；2-1-1、转向电机；2-1-2、转向减速器；2-2、万向转盘；2-3、承载架；2-4、内伸缩气缸；2-5、内吸盘组件；2-5-1、内吸盘安装板；2-5-2、内吸盘；3、纵向驱动机构；3-1、纵向运动电机；3-2、中间同步带机构；3-3、纵向驱动同步带机构；3-4、纵向导轨；4、横向驱动机构；4-1、横向运动电机；4-2、横向驱动同步带机构；4-3、横向导轨；5、清扫机构；5-1、摆臂驱动组件；5-1-1、摆臂电机；5-1-2、摆臂减速器；5-2、齿轮传动机构；5-3、摆臂轴；5-4、摆臂；5-5、清扫组件；5-5-1、滚刷；5-5-2、挡水罩；5-6、滚刷驱动组件；5-6-1、滚刷电机；5-6-2、滚刷减速器；

6、电磁换向阀一；7、电磁换向阀二；8、电磁换向阀三；9、电磁换向阀四；10、电磁换向阀五；11、空压机；12、真空泵。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例

本实施例的一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制系统，包括幕墙清洗机器人和控制系统两个部分。

如图1和图2所示，幕墙清洗机器人包括外吸附行走机构1、内吸附行走机构2、纵向驱动机构3、横向驱动机构4、清扫机构5和气动系统，内吸附行走机构2通过纵向驱动机构3和横向驱动机构4安装于外吸附行走机构1的内侧，使内吸附行走机构2能够在外吸附行走机构1的内侧沿纵向和横向移动，清扫机构5安装于内吸附行走机构2上，随内吸附行走机构2移动而对幕墙表面进行清扫；外吸附行走机构1和内吸附行走机构2均能够吸附在幕墙表面上，通过外吸附行走机构1和内吸附行走机构2交替吸附和移动，从而能够实现幕墙清洗机器人在幕墙表面行走。

外吸附行走机构1包括外框架1-1和设于外框架1-1上的若干组外吸盘组件1-2，外吸盘组件1-2包括外伸缩气缸1-2-1和外吸盘1-2-2，外伸缩气缸1-2-1固定于外框架1-1上，外吸盘1-2-2与外伸缩气缸1-2-1的活塞杆相连接，在外伸缩气缸1-2-1的作用下，外吸盘1-2-2能够做升降运动。优选地，外框架1-1为矩形框架，且外框架1-1的至少四个角上设有外吸盘组件1-2，以保证外吸附行走机构1能够牢牢吸附在幕墙表面上；并且，所有外伸缩气缸1-2-1的进出气管线均围绕外框架1-1侧壁设置，所有外吸盘1-2-2抽真空管路也均围绕外框架1-1侧壁设置，这样，管线分布整洁，不会干扰到幕墙清洗机器人的行走和转向运动。

参见图3和图4所示，内吸附行走机构2包括转向电机2-1-1、承载架2-3、内伸缩气缸2-4和内吸盘组件2-5，转向电机2-1-1通过纵向驱动机构3和横向驱动机构4安装于外吸附行走机构1的内侧，且转向电机2-1-1的驱动端与承载架2-3相连接，用于带动承载架2-3转动，内吸盘组件2-5通过内伸缩气缸2-4安装于承载架2-3的底部，能够伸缩吸附于幕墙表面上。内吸附行走机构2能够在纵向驱动机构3和横向驱动机构4的驱动下沿横向和纵向移动，并且内吸盘组件2-5能够在转向电机2-1-1的驱动下旋转运动，这样，当内吸盘组件2-5吸附在幕墙表面时，转向电机2-1-1工作旋转，从而能够带动外吸附行走机构1转向，从而能够实现幕墙清洗机器人360°全方位移动。并且，内吸盘组件2-5在内伸缩气缸2-4的带动下亦可以伸缩，配合外吸附行走机构1的外吸盘1-2-2伸缩运动即可实现越障动作。上述的转向电机2-1-1的驱动端还设有转向减速器2-1-2，两组组成转向驱动组件2-1。上述的内伸缩气缸2-4采用双杆气缸最佳，气动控制更加方便，动作响应快速。上述的内吸盘组件2-5包括内吸盘安装板2-5-1和内吸盘2-5-2，优选地，内吸盘2-5-2在内吸盘安装板2-5-1上均匀分布有多个，保证内吸附行走机构2能够牢牢吸附在幕墙表面上，保证了幕墙清洗机器人行走的稳定性，结构设计简单巧妙。另外，转向电机2-1-1与承载架2-3之间还设有万向转盘2-2，提高了幕墙清洗机器人的转向稳定性。

接续图3和图4所示，清扫机构5包括摆臂电机5-1-1、摆臂5-4和清扫组件5-5，摆臂电机5-1-1固定安装于承载架2-3上，摆臂5-4的一端通过摆臂轴5-3转动安装于承载架2-3上，且摆臂电机5-1-1的驱动端与摆臂5-4的摆臂轴5-3相连接，用于驱动摆臂5-4摆动，摆臂5-4的另一端与清扫组件5-5相连接。清扫组件5-5能够在摆臂电机5-1-1的控制下抬起或压下，能够更好地贴合幕墙表面，达到更佳的清洗效果，在清洗机构抬起后，幕墙清洗机器人能够更加灵活地在幕墙上行走和越障。上述的摆臂电机5-1-1的驱动端还设有摆臂减速器5-1-2，两者组成摆臂驱动组件5-1；为了方便摆臂驱动组件5-1的位置布置，摆臂驱动组件5-1与摆臂轴5-3之间采用齿轮传动机构5-2传动连接，便于摆臂驱动组件5-1的位置设置，使整个幕墙清洗机器人更加紧凑，有效降低了幕墙清洗机器人移动和转向过程中出现管线缠绕等问题的发生几率。在本实施例中，上述的清扫组件5-5包括滚刷5-5-1和罩设在滚刷5-5-1上部的挡水罩5-5-2，摆臂5-4上还设有滚刷电机5-6-1，滚刷电机5-6-1的驱动端与清扫组件5-5传动连接，利用滚刷电机5-6-1驱动清扫组件5-5的滚刷5-5-1主动旋转清洗，清洗效果好、效率高。本实施例中的滚刷电机5-6-1的驱动端也设有滚刷减速器5-6-2，两者组成滚刷驱动组件5-6。

返回图2所示，在本实施例中，纵向驱动机构3和横向驱动机构4均采用同步带传动机构。其中，纵向驱动机构3包括纵向运动电机3-1、纵向驱动同步带机构3-3和纵向导轨3-4，纵向驱动同步带机构3-3通过两个同步带轮设置在外框架1-1上，纵向导轨3-4在外框架1-1的两侧各设有一根，纵向运动电机3-1固定安装于外框架1-1上，且纵向运动电机3-1与纵向驱动同步带机构3-3中的带轮传动连接，横向驱动机构4滑动安装于纵向导轨3-4上，且横向驱动机构4与纵向驱动同步带机构3-3中的同步带相连接，横向驱动机构4与同步带之间具体可采用夹板夹紧固定。纵向驱动同步带机构3-3设于外框架1-1的一侧侧边上，纵向运动电机3-1通过中间同步带机构3-2与纵向驱动同步带机构3-3传动连接，更加方便了纵向运动电机3-1的位置设置，使整个幕墙清洗机器人的结构更加紧凑。横向驱动机构4通过滑块横跨在外框架1-1两侧的纵向导轨3-4上，横向驱动机构4包括横向运动电机4-1、横向驱动同步带机构4-2和横向导轨4-3，横向驱动同步带机构4-2通过两个同步带轮横向设置在纵向导轨3-4上的两组滑块上，横向导轨4-3的两端分别与纵向导轨3-4上的两组滑块相连，横向运动电机4-1与一侧的滑块固定连接，且横向运动电机4-1与横向驱动同步带机构4-2中的带轮传动连接，内吸附行走机构2滑动安装于横向导轨4-3上，且内吸附行走机构2与横向驱动同步带机构4-2中的同步带相连接，内吸附行走机构2与同步带之间具体也可采用夹板夹紧固定。纵向驱动机构3和横向驱动机构4均采用同步带传动机构，具有传动距离长、质量轻、结构简单、传动距离易控制、价格低等优点，能够有效减轻幕墙清洗机器人的整体重量，使其移动更加灵活。

如图5所示，气动系统包括电磁换向阀一6、电磁换向阀二7、电磁换向阀三8、电磁换向阀四9、电磁换向阀五10、空压机11和真空泵12，外伸缩气缸1-2-1通过电磁换向阀一6与空压机11气路连接，用于控制外伸缩气缸1-2-1的伸缩运动；内伸缩气缸2-4通过电磁换向阀二7与空压机11气路连接，用于控制内伸缩气缸2-4的伸缩运动；外吸盘1-2-2通过电磁换向阀三8与真空泵12气路连接，用于控制外吸盘1-2-2与幕墙表面的吸附和分离；内吸盘组件2-5中的内吸盘2-5-2通过电磁换向阀四9与真空泵12气路连接，用于控制内吸盘2-5-2与幕墙表面的吸附和分离；内吸盘组件2-5中的内吸盘2-5-2还通过电磁换向阀五10与空压机11气路连接，用于通过内吸盘2-5-2向幕墙表面吹气，实现幕墙吹扫风干作用。上述的电磁换向阀一6和电磁换向阀二7优选为两位五通电磁换向阀，电磁换向阀三8、电磁换向阀四9和电磁换向阀五10优选为两位两通电磁换向阀。

如图6所示，控制系统包括电压转换模块、单片机主模块、驱动模块和输入模块，电源通过电压转换模块与单片机主模块电连接，用于为系统提供电能；单片机主模块通过驱动模块分别与上述的转向电机2-1-1、摆臂电机5-1-1、滚刷电机5-6-1、纵向运动电机3-1和横向运动电机4-1电连接，用于控制和驱动各个电机工作；驱动模块通过继电器与上述的电磁换向阀一6、电磁换向阀二7、电磁换向阀三8、电磁换向阀四9和电磁换向阀五10电连接，用于控制各个电磁换向阀的工作状态；输入模块与单片机主模块电连接，用于向单片机主模块输入操作指令。上述的单片机主模块为整个控制系统的核心，本实施例中的单片机主模块采用STC12C5A60S2单片机，STC12C5A60S2单片机是一种新型的高速、低功耗的8051单片机，其指令代码与引脚与8051完全兼容，但速度比8051块了8-12倍，这种单片机适用于电机控制，具有较强的抗干扰能力，并且不需要专用的编程器，可以通过串口p3.0/p3.1直接下载用户程序。本实施例中采用电压24V的电源，而单片机主模块的电压为5V，电机所需的电压为12V，为此，上述的电压转换模块采用LM2596降压模块，可以输出3A的驱动电流，具有十分良好的线性与负载调节特性。由于电机的驱动电流较大，因此上述的驱动模块采用L298N驱动模块，用于控制电机的正反转。由于单片机的输出功率太小，而电磁换向阀需要的功率很大，故在单片机与电磁换向阀之间设置了继电器作为功率放大电路，该继电器采用5V低电平触发继电器，当信号端有信号时，公共端与常开端会导通，控制顺序为单片机控制继电器，继电器控制电磁换向阀。

采用上述的幕墙清洗机器人，利用外吸附行走机构1和内吸附行走机构2交替吸附在幕墙上来实现整个清洗机器人的横向和纵向移动，并且利用内吸附行走机构2的旋转运动可使幕墙清洗机器人自如转向，实现360°全方位移动，对于特殊形状的幕墙也能够实现无死角清洗；同时，外吸附行走机构1和内吸附行走机构2中的吸盘均具有伸缩功能，从而使幕墙清洗机器人具有良好的越障功能，不仅适用于中高层无框玻璃幕墙的清洗，还能够很好地适用于有框玻璃幕墙的清洗。采用上述的控制系统，利用单片机程序及控制电路对幕墙清洗机器人中的电机和电磁阀进行逻辑控制，使幕墙清洗机器人能够根据操作指令执行清洗、行走、转向和越障等动作，操作灵活方便，稳定可靠，提高了幕墙清洗机器人的工作效率和清洗效果。

本实施例还公开了一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制方法，结合图5和图6以及图1至图4所示，该控制方法包含以下步骤：

步骤1：通过输入模块向单片机主模块输入清洗指令，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀三8打开，使外吸盘1-2-2吸附在幕墙表面上，并控制摆臂电机5-1-1和滚刷电机5-6-1工作，对幕墙表面进行清洗；同时，控制纵向运动电机3-1和横向运动电机4-1工作，驱动清扫组件5-5对幕墙表面进行纵向和横向移动清洗；单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀五10导通，通过内吸盘2-5-2向幕墙表面吹气，对清洗后的位置进行吹干；在清洗接收后，单片机主模块通过驱动模块控制滚刷电机5-6-1停止工作，并且控制摆臂电机5-1-1反向旋转而带动清扫组件5-5抬起。

步骤2：通过输入模块向单片机主模块输入上下运动指令，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀二7正向导通，使内伸缩气缸2-4带动内吸盘组件2-5向外伸出，同时控制电磁换向阀四9打开，使内吸盘组件2-5中的内吸盘2-5-2吸附在幕墙表面上；之后，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀三8换向，使外吸盘1-2-2与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀一6反向导通，使外伸缩气缸1-2-1带动外吸盘1-2-2向后收缩；然后，单片机主模块通过驱动模块控制纵向运动电机3-1工作，带动外吸附行走机构1沿上下方向移动，到达设定位置后，控制电磁换向阀一6正向导通，使外伸缩气缸1-2-1带动外吸盘1-2-2向外伸出，同时控制电磁换向阀三8换向，使外吸盘1-2-2吸附在幕墙表面上；随后控制电磁换向阀四9换向，使内吸盘2-5-2与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀二7反向导通，使内伸缩气缸2-4带动内吸盘组件2-5向后收缩；完成一次纵向运动；重复上述步骤即可实现幕墙清洗机器人在纵向连续行走。

步骤3：通过输入模块向单片机主模块输入横向运动指令，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀二7正向导通，使内伸缩气缸2-4带动内吸盘组件2-5向外伸出，同时控制电磁换向阀四9打开，使内吸盘组件2-5中的内吸盘2-5-2吸附在幕墙表面上；之后，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀三8换向，使外吸盘1-2-2与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀一6反向导通，使外伸缩气缸1-2-1带动外吸盘1-2-2向后收缩；然后，单片机主模块通过驱动模块控制横向运动电机4-1工作，带动外吸附行走机构1沿左右方向移动，到达设定位置后，控制电磁换向阀一6正向导通，使外伸缩气缸1-2-1带动外吸盘1-2-2向外伸出，同时控制电磁换向阀三8换向，使外吸盘1-2-2吸附在幕墙表面上；随后控制电磁换向阀四9换向，使内吸盘2-5-2与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀二7反向导通，使内伸缩气缸2-4带动内吸盘组件2-5向后收缩；完成一次横向运动；重复上述步骤即可实现幕墙清洗机器人在横向连续行走。

步骤4：通过输入模块向单片机主模块输入转向运动指令，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀二7正向导通，使内伸缩气缸2-4带动内吸盘组件2-5向外伸出，同时控制电磁换向阀四9打开，使内吸盘组件2-5中的内吸盘2-5-2吸附在幕墙表面上；之后，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀三8换向，使外吸盘1-2-2与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀一6反向导通，使外伸缩气缸1-2-1带动外吸盘1-2-2向后收缩；然后，单片机主模块通过驱动模块控制转向电机2-1-1工作，带动外吸附行走机构1旋转，旋转到达设定角度后，控制电磁换向阀一6正向导通，使外伸缩气缸1-2-1带动外吸盘1-2-2向外伸出，同时控制电磁换向阀三8换向，使外吸盘1-2-2吸附在幕墙表面上；随后控制电磁换向阀四9换向，使内吸盘2-5-2与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀二7反向导通，使内伸缩气缸2-4带动内吸盘组件2-5向后收缩；完成一次转向运动；将转向运动和上述纵向、横向运动相结合即可控制幕墙清洗机器人360°全方位行走，清洗无死角。

步骤5：通过输入模块向单片机主模块输入越障指令，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀二7正向导通，使内伸缩气缸2-4带动内吸盘组件2-5向外伸出，同时控制电磁换向阀四9打开，使内吸盘组件2-5中的内吸盘2-5-2吸附在幕墙表面上；之后，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀三8换向，使外吸盘1-2-2与幕墙表面分离，同时控制电磁换向阀一6反向导通，使外伸缩气缸1-2-1带动外吸盘1-2-2向后收缩；随后，继续控制电磁换向阀二7正向导通，使内伸缩气缸2-4带动内吸盘组件2-5继续向外伸出一定长度，使外吸附行走机构1高于障碍；然后，单片机主模块通过驱动模块控制纵向运动电机3-1或横向运动电机4-1工作，带动外吸附行走机构1向障碍一侧移动并越过障碍；在外吸附行走机构1的一侧越过障碍后，单片机主模块通过驱动模块控制电磁换向阀一6正向导通，并控制电磁换向阀三8换向，使外吸盘1-2-2向外伸出并吸附在幕墙表面上；随后电磁换向阀四9换向，电磁换向阀二7反向导通，使内吸盘2-5-2与幕墙表面分离并向后收缩；此时单片机主模块通过驱动模块控制纵向运动电机3-1或横向运动电机4-1工作，带动内吸附行走机构2向障碍一侧移动并越过障碍；重复上述外吸附行走机构1的越障动作，使外吸附行走机构1的另一侧越过障碍；使幕墙清洗机器人既可以适用于中高层无框玻璃幕墙的清洗，又可以适用于有框玻璃幕墙的清洗。

如图7所示，为本发明中的控制系统的工作流程示意图，通过该流程图可对单片机进行编程。如图7所示，控制系统中的输入模块可以采用按键等外设设备，首先在开机后，系统会对按键进行扫描，判断是否有相应的按键按下，然后系统根据按键的命令输入情况控制对应的电机或继电器工作。至于具体的程序编制可采用C语言进行编写，通过程序控制电机的正反转及停止、继电器的开闭即可，具体程序的编制在此不再赘述。

本发明的一种基于单片机控制的幕墙清洗机器人控制系统及控制方法，其幕墙清洗机器人利用外吸附行走机构和内吸附行走机构交替吸附在幕墙上来实现整个清洗机器人的横向和纵向移动，并且利用内吸附行走机构的旋转运动可使幕墙清洗机器人自如转向，实现360°全方位移动，对于特殊形状的幕墙也能够实现无死角清洗；同时，外吸附行走机构和内吸附行走机构中的吸盘均具有伸缩功能，从而使幕墙清洗机器人具有良好的越障功能，不仅适用于中高层无框玻璃幕墙的清洗，还能够很好地适用于有框玻璃幕墙的清洗。控制系统及控制方法利用单片机程序及控制电路对幕墙清洗机器人中的电机和电磁阀进行逻辑控制，使幕墙清洗机器人能够根据操作指令执行清洗、行走、转向和越障等动作，操作灵活方便，稳定可靠，提高了幕墙清洗机器人的工作效率和清洗效果，很好地代替了人工进行幕墙清洗，降低了幕墙清洗作业的风险。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。