一种四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人

摘要

本发明公开了一种四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人，由螺旋桨旋转提供给机体对墙面的压力，行走轮采用高摩擦硅胶轮，螺旋桨压力作用到高摩擦硅胶轮上，产生足够支撑机器人不下滑的摩擦力，从而确保墙面清洗机器人可以在垂直墙面自由移动。为了适应不平整的墙面，采用四轮独立伸缩式悬挂，每个轮对应设置压簧实现独立伸缩。在清洗工作时，控制器控制机器人按照设定路线进行行走，清水箱提供清水，清洗装置在机器人的行走过程中进行同步清洗，产生的污水由吸水扒进行收集后，沿着水管进入污水箱。该机器人，可以实现在不同类型墙面的自由行走和高效清洗，具有结构简单、实用性强、安全性高等优点。

说明书

技术领域

本发明公开涉及墙面清洗机器人的技术领域，尤其涉及一种四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，城市中出现了越来越多各种各样的大厦，而且大部分的大厦都是采用玻璃外墙，有一些具有艺术气息的大厦甚至害采用了不规则墙面。现在摩天大厦的幕墙清洗大部分还是靠人工，但是这些繁琐和危险的工作也可以用智能墙面清洗机器人去代替。

然而，当今的墙面清洗机器人主要悬挂墙面清洗机器人、机械脚真空吸附机器人等，悬挂式墙面清洗机器人虽然能够代替人工进行幕墙清洗，但是事先要在大厦装配好悬挂架用于悬挂墙面清洗机器人，需要慢慢的把机器人从上往下放，每次清洗完一长条形区域，需要把机器人拉回原点然后人工进行悬挂架的横向移动，再一次重复上述操作，其移动速度慢且困难；机械脚吸盘墙面清洗机器人虽然摆脱了悬挂架，但是行动比较缓慢且行动方式比较复杂。如果遇到稍微不平整的墙面或者墙面上有灰，那么吸盘的吸附力就会下降，安全性就会降低。

因此，如何研发一种新型的墙面清洗机器人，以解决上述问题，成为人们亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人，以解决以往的墙面清洗机器人存在的行动比较缓慢且行动方式比较复杂的问题。

本发明提供的技术方案，具体为，一种四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人，该机器人包括：底盘、四个行走装置、清水箱、污水箱、清洗装置、吸水扒、多个螺旋桨以及控制器；

四个所述行走装置分别设置在所述底盘的四角，每个所述行走装置均包括：驱动电机、电机架、纵向支架、压簧以及行走轮；

所述纵向支架与所述底盘固定连接，在所述纵向支架的上端设置横向折弯板；

所述电机架包括：U型架以及两个连杆，所述U型架横向设置，两个所述连杆分别设置在所述U型架的上下两侧，每个所述连杆均一端与所述U型架中邻近的侧壁固定连接，另一端与所述纵向支架转动连接；

所述压簧设置在所述电机架的上方，一端与所述电机架固定连接，另一端与所述横向折弯板固定连接；

所述驱动电机位于所述U型架内，且所述驱动电机的输出轴穿过所述U型架的顶板与所述行走轮驱动连接；

所述清水箱与所述污水箱相邻并排设置，且均固定位于在所述底盘上，与所述纵向支架的上端固定连接；

所述清洗装置一端与所述底盘的下表面连接，另一端相对所述底盘向外延伸，且所述清洗装置的进水口与所述清水箱的出水口连通；

所述吸水扒位于所述清洗装置的后方，所述吸水扒通过管路与所述污水箱连通；

多个所述螺旋桨分别设置在所述清水箱和所述污水箱上，通过所述螺旋桨旋转提供给所述清水箱、污水箱以及底盘对墙面的压力，压力作用到所述行走轮上，产生足够支撑所述机器人不下滑的摩擦力，从而确保所述机器人可以再垂直墙面自由移动；

所述控制器的输入端与地面控制站的输出端连接，所述控制器的输出端分别与每个所述行走装置中驱动电机的控制端、所述清洗装置的控制端、所述吸水扒的控制端以及每个所述螺旋桨的控制端连接。

优选，每个所述连杆均为Y字形，通过两点与所述纵向支架转动连接。

优选，所述行走轮为高摩擦硅胶轮。

进一步优选，所述清洗装置包括：两个第一连接杆、两个弹簧、滚刷、两个第二连接杆、喷水管以及进水管；

两个所述第一连接杆间隔设置，每个所述第一连接杆的一端端部均分别与所述底盘转动连接；

所述弹簧与所述第一连接杆一一对应，每个所述弹簧均一端与对应的第一连接杆固定连接，另一端与所述底盘的下表面固定连接；

所述滚刷位于两个所述第一连接杆之间，且所述滚刷的两端分别与邻近的第一连接杆的另一端转动连接；

两个所述第二连接杆间隔设置，且每个所述第二连接杆均一端端部与所述底盘固定连接；

所述喷水管的位置与所述滚刷的位置相对，所述喷水管的两端分别与两个所述第二连接杆的另一端固定连接，沿着所述喷水管的长度方向间隔设置有喷嘴；

所述进水管一端与所述喷水管连通，另一端与所述清水箱连通。

进一步优选，所述四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人，还包括：姿态传感器、激光测距仪、两个旋转编码器以及摄像头；

所述姿态传感器安装在所述清水箱上，用于检测所述行走机器人的行走方向，所述姿态传感器的输出端与地面控制站的输入端连接；

所述激光测距仪安装所述污水箱上，用于检测所述行走机器人距离地面的垂直高度，所述激光测距仪的输出端与与地面控制站的输入端连接；

两个所述旋转编码器与位于前方的两个行走装置一一对应，每个所述旋转编码器均通过传动齿轮与对应行走装置的驱动电机的输出轴传动连接，每个所述旋转编码器的输出端均与所述地面控制站的输入端连接；

所述摄像头安装在所述清水箱上，用于采集所述行走机器人前方的图像，所述摄像头的输出端与地面控制站的输入端连接，所述地面控制站依据所述摄像头发送的图像进行障碍物识别，并依据识别结果将控制信息发送到控制器。

进一步优选，所述螺旋桨的个数为4个，分别设置在由所述清水箱和污水箱构成的平面四角。

本发明提供的四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人，由螺旋桨旋转提供给机体对墙面的压力，行走轮采用高摩擦硅胶轮，螺旋桨压力作用到高摩擦硅胶轮上，产生足够支撑机器人不下滑的摩擦力，从而确保墙面清洗机器人可以在垂直墙面自由移动。其中，为了适应不平整的墙面，采用四轮独立伸缩式悬挂。在清洗工作时，控制器接收地面控制站的控制信息，控制墙面清洗机器人按照设定路线进行行走，清水箱为清洗装置提供清水，在墙面清洗机器人的行走过程中进行同步清洗，同时清洗过程中产生的污水，由设置在清洗装置后方的吸水扒进行收集，收集的污水沿着水管进入污水箱，完成清洗工作。

本发明提供的四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人，可以实现在不同类型上的墙面自由行走并且能够对墙面进行高效的清洗，具有结构简单、实用性强、安全性高、行动快捷等优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开实施例提供的一种四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人的结构示意图；

图2为本发明公开实施例提供的一种四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人的底面结构示意图；

图3为本发明公开实施例提供的一种四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人中行走装置的结构示意图；

图4为本发明公开实施例提供的一种四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人的中旋转编码器与驱动电机连接的结构示意图；

图5为本发明公开实施例提供的一种四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人的中清洗装置与吸水扒处的局部结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

为了解决以往墙面清洗机器人存在的行动比较缓慢且行动方式比较复杂的问题，本实施方案提供了一种四轮独立伸缩式自由行走的墙面清洗机器人，参见图1、图2，改墙面清洗机器人主要由底盘1、四个行走装置2、清水箱3、污水箱4、清洗装置5、吸水扒6、多个螺旋桨7以及控制器构成，其中，四个行走装置2分别设置在底盘1的四角，参见图3，每个行走装置2均由驱动电机21、电机架22、纵向支架23、压簧24以及行走轮25构成，上述纵向支架23与底盘1固定连接，在纵向支架23的上端设置横向折弯板231，电机架22包括U型架221以及两个连杆222，上述U型架221横向设置，两个连杆222分别设置在U型架221的上下两侧，每个连杆222均一端与U型架221中邻近的侧壁固定连接，另一端与纵向支架23转动连接，压簧24设置在电机架22的上方，一端与电机架22固定连接，另一端与横向折弯板231固定连接，驱动电机21位于U型架221内，且驱动电机21的输出轴穿过U型架221的顶板与行走轮25驱动连接，通过上述行走装置的结构设计，每当遇到墙面凸起时，该处的行走装置可自动向上收缩，避免产生剧烈震动，提高其在墙面行驶的稳定性，以适应不同墙面的爬行。清水箱3与污水箱4相邻并排设置，且均固定位于在底盘1上，与纵向支架23的上端固定连接，形成该墙面清洗机器人的机体，清洗装置5一端与底盘1的下表面连接，另一端相对底盘1向外延伸，且清洗装置5的进水口与清水箱3的出水口连通，吸水扒6位于清洗装置5的后方，吸水扒6通过管路与污水箱4连通，多个螺旋桨7分别设置在清水箱3和污水箱4上，通过螺旋桨7旋转提供给清水箱3、污水箱4以及底盘1对墙面的压力，压力作用到行走轮25上，产生足够支撑机器人不下滑的摩擦力，控制器的输入端与地面控制站的输出端连接，控制器的输出端分别与每个行走装置2中驱动电机21的控制端、清洗装置的控制端、吸水扒6的控制端以及每个螺旋桨7的控制端连接，控制器依据从地面控制站接收的控制信号，控制驱动电机的工作，进行墙面清洗机器人行驶路线的控制，控制清洗装置、吸水扒以及螺旋桨的工作与否，同时还可控制螺旋桨的转速，以时刻确保提供给墙面清洗机器人对墙面的压力。

上述墙面清洗机器人中的吸水扒采用的为现有结构，由现有自动扫地车的结构和工作原理相同，即吸水扒在工作过程中，与地面水平接触后形成一个真空状态，此时墙面清洗机器人向前行时，污水随着墙面清洗机器人的前行进入吸水扒的真空中，会随着污水管吸进墙面清洗机器人的污水箱中，优选，在吸水扒上有吸水孔，加大吸水力度。

上述墙面清洗机器人的具体工作过程为：在进行墙面的清洗时，首先将墙面清洗机器人放置在玻璃幕墙上，同时由地面控制站发送控制信号给控制器，控制器控制螺旋桨进行旋转，进而使墙面清洗机器人吸附在墙面上，而后根据设定的行走路线将对应的控制信号发送给控制器，控制器分别控制4个行走装置按照设定的路线进行爬行，在墙面清洗机器人行走的同时，地面控制站发送信号给控制器，控制器控制清洗装置以及吸水扒进行工作，由清水箱为清洗装置进行供水清洗，而吸水扒将清洗装置清洗玻璃幕墙形成的污水，吸入后通过管道流入到污水箱中，再墙面清洗机器人行走的过程中，同步完成清洗作业，直至墙面清洗机器人按照设定的路线完成爬行，整个清洗作业完成。

上述墙面清洗机器人由螺旋桨旋转提供给机体对墙面的压力，行走轮采用高摩擦硅胶轮，螺旋桨压力作用到高摩擦硅胶轮上，产生足够支撑机器人不下滑的摩擦力，从而确保墙面清洗机器人可以在垂直墙面自由移动。其中，为了适应不平整的墙面，采用四轮独立伸缩式悬挂。墙面清洗机器人采用的是独立悬挂的想法，用四根弹簧做独立悬挂系统，这样能够减少机体收到的冲击力，并提高行走轮对墙面的附着，每个行走轮单独跳动、压缩，互补干扰，能够减少机体的倾斜和震动，提高墙面清洗机器人在墙面行走的稳定性，从而能够适应在各种墙面上行走，扩大适用范围。

优选，上述连杆222均为Y字形，通过两点与纵向支架23转动连接，进而提高连接的稳固程度。

上述的墙面清洗机器人由于采用4轮的独立驱动，使得机器人行走更加灵活，优选，行走轮25采用高摩擦硅胶轮，增加轮子与墙面的摩擦力，且4个轮子都采用悬挂式减震装置，使得机器人能够平稳的行走在不光滑的墙面上。

参见图5，上述墙面清洗机器人中的清洗装置5主要由两个第一连接杆51、两个弹簧52、滚刷53、两个第二连接杆54、喷水管55以及进水管56构成，其中，两个第一连接杆51间隔设置，每个第一连接杆51的一端端部均分别与底盘1转动连接，弹簧52与第一连接杆51一一对应，每个弹簧52均一端与对应的第一连接杆51固定连接，另一端与底盘1的下表面固定连接，滚刷53位于两个第一连接杆51之间，且滚刷53的两端分别与邻近的第一连接杆51的另一端转动连接，两个第二连接杆54间隔设置，且每个第二连接杆54均一端端部与底盘1固定连接，喷水管55的位置与滚刷53的位置相对，喷水管55的两端分别与两个第二连接杆54的另一端固定连接，沿着喷水管55的长度方向间隔设置有喷嘴，该喷水管35的横向长度与滚刷53的横向长度一致，进水管56一端与喷水管55连通，另一端与所述清水箱3连通。

上述的清洗装置中，喷水管上的喷嘴位于滚刷的上方，当机器人开始清洗时，喷嘴会将向滚刷喷水，滚刷随着机器人的运动开始滚动，进行墙面的清洗，其中，弹簧的设置会增大滚刷与墙面接触的压力，提高清洁程度。

作为技术方案的进一步改进，参见图1、图4，在该墙面清洗机器人中还设置有姿态传感器8、激光测距仪10、两个旋转编码器101以及摄像头9，其中，姿态传感器8安装在清水箱3上，用于检测行走机器人的行走方向，姿态传感器8的输出端与地面控制站的输入端连接，激光测距仪10安装污水箱4上，为了确保激光测距仪12可时刻检测垂直对地的高度，该激光测距仪10通过托架102安装在墙面清洗机器人上，具体而言，激光测距仪10不对称地安装在托架102上，托架102底下装有转动轮通过支撑柱连接在机器人外壳(污水箱)上方，从而时刻保持激光测距仪10垂直对地检测高度，该激光测距仪10的输出端与与地面控制站的输入端连接，上述关于激光测距仪的安装方式可以选择多种方式，只要能够实现测量准确即可。两个旋转编码器101与位于前方的两个行走装置2一一对应，每个旋转编码器101均通过传动齿轮与对应行走装置2的驱动电机21的输出轴传动连接，测出机器人的行走位移实现计程，每个旋转编码器101的输出端均与地面控制站的输入端连接，地面控制站通过上述姿态传感器8、激光测距仪10以及两个旋转编码器101发送的检测数据，可形成一个三维坐标，进而实现对机器人的定位，进而实现对墙面清洗机器人的准确控制。

摄像头9安装在清水箱3上，用于采集所述行走机器人前方的图像，摄像头9的输出端与地面控制站的输入端连接，地面控制站依据摄像头发送的图像进行障碍物识别结合上述对于机器人的定位，将对应的控制信息发送到控制器，由控制器进行墙面清洗机器人的控制。

上述墙面清洗机器人中的螺旋桨7优选采用4个，分别设置在由清水箱3和污水箱4构成的平面四角，增强墙面清洗机器人对于墙面的压力，其中，螺旋桨7采用无刷电机进行驱动。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。