一種墻面清洗機器人及其控制方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于機械制造技術領域，具體地說，設及一種墻面清洗裝置，更具體地說， 設及一種墻面清洗機器人及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 高樓隨著城市現代化的發展，變得越來越普遍。隨著樓層數量的增大，對于高樓墻 壁的清洗卻成為了一項繁重而危險工作。目前國內外常采用升降平臺或者吊籃承載清洗人 員來完成對高樓墻壁的清洗。而此種清洗方法不僅效率低下，費用昂貴，而且安全系數低， 常有清潔人員墜落事故的發生。因此急需利用機器來替代人工進行高樓墻面的清洗工作。
[0003] 目前對于高樓墻面清洗機器人已有相關研究。如對比文件1:授權公告號為CN 101513336 B，申請日為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， 包括裝有發電機和計算機系統的機動車，機動車上設有由兩個可升降并前后移動的吊臂支 撐連接的清洗裝置，清洗裝置可隨吊臂與其之間所設的吊臂絞盤連接輸出的牽引鋼纜的牽 引伸縮而調整其位置，機動車上部還設與高壓水累連接的高壓水箱，高壓水箱上設有通過 水箱線軸調節輸出的、與清洗裝置連通的供水管;清洗裝置包括設有毛刷、噴水孔及刮板的 清洗框架，毛刷由電動機連接帶動旋轉，毛刷上部設噴水孔，噴水孔上部為刮板。該發明主 要依靠一刷二沖=刮的物理方式清洗玻璃幕墻，結構簡單，清洗過程安全省力，有效減少了 工人勞動強度，提高了工作效率，減少了清洗成本。但該發明在工作過程中，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，尤其當高樓達到一定高度后， 利用該裝置清洗時，低樓層的墻面因為正壓力過低而造成清洗效果過差，同時該裝置在意 外斷電時，不能緊急制動，從而造成裝置墜樓事故的發生事故。
[0004] 對比文件2:授權公告號為CN 1265756C，申請日為2004年7月29日，公開了名稱為 高樓玻璃幕墻清洗機系統的專利文件，包括樓頂安全裝置、清洗機本體、樓下便攜監控裝置 及電氣控制裝置。清洗機本體在樓頂卷揚機的牽引作用下，依靠密封機構，利用雙吸盤負壓 吸附機構同時或交替吸附于玻璃壁面，并協調清洗機本體自身重力至上而下移動，同時在 其清洗機構、水循環回收機構、障礙檢測機構、潔面機構的配合下完成對玻璃壁面的清洗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，并供給本體電源、 氣源和水源;樓下便攜監控裝置W無線監控方式發出動作指令，并通過無線視頻監視器實 時監視壁面清洗效果，由電氣控制裝置控制各執行裝置完成整個清洗任務。該發明能夠很 好地實現避障，并且可W完成一系列的清洗任務。但該發明由于意外斷電時缺乏自我保護 機制，從而存在裝置墜樓的危險，進而造成相關事故的發生。
[0005] 對比文件3:授權公告號為CN 101422344 B，申請日為2007年11月2日，公開了名稱 為一種外墻清洗機的拉繩裝置的專利文件，包括卷揚機、滑輪、升降纜繩、承重機架、滑道、 清洗機架、連接架、清洗配件、配重物、穩固繩、支撐架、纜繩孔、拉繩、轉盤和有撐腳的小車， 穩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 過滑輪一端與卷揚機相連接，另一端與承重機架相連接，支撐架連接有一拉繩，拉繩通過連 接架尾部的纜繩孔與轉盤相連接，轉盤安裝在有撐腳的小車上，連接架安裝在清洗機架右 側尾部，承重機架通過兩側腰部滑道和清洗機架相連接，清洗機架左側連接有清洗配件，回 拉繩一端與承重機架右側相連接，回拉繩另一端與清洗機架左側相連接，承重機架上設有 一電機，當卷揚機拉動升降纜繩，帶動清洗機架上下移動，轉盤拉緊拉繩，將清洗機架緊貼 墻壁。該發明很好地解決了在清洗墻面時與墻面正壓力過低而導致清洗效果差的問題，但 由于裝置復雜，實施困難，尤其是在樓層較高或高樓處于繁華地帶時，則無法正常完成清洗 任務。
[0006] 綜上所述，目前的清洗機器人存在W下問題：（1)清洗機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，尤其當高樓達到一定高度后，低樓層的 墻面因為正壓力過低而造成清洗效果過差；（2)清洗機器人在高空作業，在意外斷電時，缺 乏保護裝置，不能緊急制動，從而造成裝置墜樓事故的發生；（3)清洗機器人的清洗模式固 定，不能根據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 低對墻面的損傷。
[0007] 對于上述問題，目前的清洗機器人并沒有解決，或者只解決了部分問題，因此急需 將上述問題全部解決，W提高清洗機器人的清洗效果和工作的安全性。
【發明內容】
[000引1.發明要解決的技術問題
[0009] 針對現有墻面清洗機器人在清洗墻面時，因對墻面的正壓力過小而導致清洗效果 差，W及隨著清洗機器人下降距離的增大，對墻面的正壓力逐步減小，而導致清洗不均勻， 不能根據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，沒有合理的保護機 構或保護機構的安全系數過低，而導致清洗機器人墜樓事故的發生等問題，本發明提供了 一種墻面清洗機器人及其控制方法，通過在清洗端設置連桿吸附機構，使得清洗刷對墻面 壓力能夠保持在較大的壓力范圍內，并且不隨著機器人下降距離的增大而大幅變小，并根 據具體墻面的污損情況設置了不同的清洗模式，同時增加了轉動限制保護機構和多級增力 保護機構，利用兩套保護機構，使得機器人在意外斷電時能夠安全制動，防止事故的發生。 同時本發明還給出了其控制方法。
[0010] 2.技術方案
[0011] 為解決上述問題，本發明采用如下的技術方案。
[0012] -種墻面清洗機器人，包括升降控制端、清洗端，所述的升降控制端與清洗端通過 繩相連，所述的升降控制端由轉動限制保護機構、多級增力保護機構組成，
[0013] 所述的轉動限制保護機構由升降端機架、升降用電機、電磁超越離合器、漉筒、繩 組成，所述的升降用電機固連在升降端機架上，其軸與漉筒相連，所述的電磁超越離合器的 外圈與升降端機架相連，電磁超越離合器的內圈與漉筒軸相連，所述的電磁超越離合器在 斷電時內外圈接合，通電時內外圈分離，所述的繩繞于漉筒外圈，并且繩的末端與漉筒固 連，
[0014] 所述的多級增力保護機構由偏屯、圓盤、杠桿、彈黃、電磁鐵、模形板組成，所述的繩 穿過偏屯、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架上，并與杠桿的一 端相連，所述的杠桿較接于升降端機架上，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架，
[0015] 所述的清洗端由清洗端機架、導向環、吸盤、連桿、蝸輪蝸桿機構、連桿用電機、導 管、氣動驅動箱、氣動用電機、清洗刷、減速器、清洗用電機、滾輪組成，所述的導向環、吸盤、 連桿、蝸輪蝸桿機構、連桿用電機、導管、氣動驅動箱、氣動用電機組成連桿吸附機構，
[0016] 所述的繩穿過導向環與清洗端機架相連，所述的導向環固連于吸盤上，所述的吸 盤的外殼與連桿相連，所述的連桿通過蝸輪蝸桿機構與連桿用電機相連，所述的連桿用電 機固定在清洗端機架上，所述的吸盤的內腔與導管相連，所述的導管的另一端連接在氣動 驅動箱上，所述的氣動驅動箱上設有氣動用電機，所述的連桿為多級伸縮連桿，通過內部直 線電機控制其伸縮長度，
[0017] 所述的滾輪設置在清洗端機架上，所述的清洗刷通過軸承固定于清洗端機架上， 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的軸相 連。
[0018] 所述的偏屯、圓盤上與升降端機架、杠桿相較接的兩點距離為
，其中G 為墻面清洗機器人的重力，F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，a為圓盤上與升降端機架的較接點到圓盤邊緣的最小距離，C為杠桿與升降 端機架的較接點到杠桿與圓盤較接點的距離，b為杠桿與升降端機架的較接點到杠桿與電 磁鐵連接點之間的距離。
[0019] 所述的減速器為擺線針輪減速器;所述的彈黃為拉彈黃;所述的連桿用電機為步 進電機。
[0020] -種墻面清洗機器人的控制方法，設及清洗機器人的清洗控制步驟與控制方式：
[0021] (1)清洗模式的選擇：
[0022] 當墻面僅有灰塵時，選用邵氏硬度為50-70HA的清洗刷，清洗刷的轉速為500-6(K)r/min;當墻面含有大量粘性物質時，選用邵氏硬度為100-120HA的清洗刷，清洗刷的轉 速為 300-400;r/min;
[0023] (2)升降用電機開始運行，其運行轉速為 ，其中m為清洗刷的轉速，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，其內外圈分離；
[00巧](4)電磁鐵通電，電壓為220V，電磁鐵伸縮桿運動的距離為 ，其中d為繩 的直徑，G為墻面清洗機器人的重力，0為模形板末端的角度，y為繩與模形板之間的摩擦系 數，F為電磁鐵的電磁力，此時偏屯、圓盤與模形板之間的間隙變大，繩通過間隙向下運動，清 洗端開始向下運動；
[0026] (5)清洗用電機開始運行，其轉速為n3 = iim，其中ii為減速器的傳動比，m為清洗 刷的轉速，并通過減速器帶動清洗刷轉動；
[0027] (6)當升降用電機的運行時間
'時，（其中L為清洗端豎直方向的長度，ri2為 升降用電機的轉速，D為漉筒的直徑），升降用電機與清洗用電機停止運行，連桿用電機開始 運行，轉動方向為順時針方向，轉