可变形式墙面清洁机器人及其清洁方法及其越障方法与流程

本发明属于机械技术领域，涉及一种高层清洁工具，特别是一种可变形式墙面清洁机器人及其清洁方法及其越障方法。

背景技术：

高层建筑的传统清洁技术多采用人工悬吊或吊篮式清洁，两种清洁方式都依赖人工，作业效率低下且危险性大。高空作业中横风风速快，风压大，两种清洁方式工作中都依赖绳索自然悬吊，在横风的影响下容易出现摆动，不仅影响作业人员的人身安全，还容易撞坏墙面及清洗设备。

现有的墙面清洁机器人平台重量过重。提升机器所用的卷扬机需要固定在建筑物顶端，每完成一次清洗任务后都需要重新移动和固定卷扬机，架设过程费时费力，使用非常不便。

现有的墙面清洁机器人多用于玻璃幕墙清洁，行走机构配备的真空吸盘对墙面光滑度要求较高，且只能在玻璃面上行走，使用场景较为单一。行走机构的移动速度较慢，作业效率低下。

现有的墙面清洁机器人配备的清洁机构仅能在由上至下一个方向上完成墙面清洁工作，机器人下降至清洁面底端后重新提升至清洁面顶端的过程中存在空回程，影响作业效率。

现有的墙面清洁机器人配备的越障机构结构复杂，重量较大，且无法攀越如窗沿、给排水管等高度在30-50cm左右的障碍物或打开的玻璃幕墙墙面，对使用场景的平整程度要求较高。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种通过自由式牵引车、背推风压装置与变形越障结构相结合，实现“几”字形单向清洁行程，轻松越障，清洁效率高、效果好的可变形式墙面清洁机器人及其清洁方法及其越障方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：可变形式墙面清洁机器人，包括牵引车和清洁机器人，所述牵引车上设置卷扬机，所述卷扬机通过牵引绳吊接所述清洁机器人，所述清洁机器人包括变形机架，所述变形机架包括框架，所述框架的一侧面为正面，另一侧面为背面，所述框架的背面上至少安装一个背推风扇，所述框架的正面设置上压力喷头组件和下压力喷头组件，所述牵引车上设置水箱，所述水箱通过给水管连通所述上压力喷头组件和下压力喷头组件，所述框架的正面设置呈平行四边形结构的变形架，所述变形架包括上方的两根支腿和下方的两根支腿，所述支腿的首端与所述框架相铰接，所述支腿的尾端安装万向轮，上方的两根支腿/下方的两根支腿之间通过定杆固连，上方的支腿与下方的支腿之间通过动杆铰接相连，两根动杆之间固连一根定位杆，所述支腿与框架之间还活动连接有伸缩推动器，两根所述动杆上固装上刮水板和下刮水板，所述上刮水板和下刮水板之间至少设置一个清洁机构，所述清洁机构固装在所述定位杆上。

牵引车具有无轨化的特点，由此无需轨道安装，即牵引车无需固定，可以在建筑物顶端在工作面水平方向上移动，通过牵引绳带动清洁机器人实现水平方向上的运动。另外牵引车自身重量轻、体积较小，架设准备时间低，搬运方便，不仅能够提高工作效率，还具备储运便携化的优点。通过卷扬机驱动牵引绳实现清洁机器人垂直方向上的运动。支腿上设置万向轮以方便清洁机器人在竖直、水平方向的自由转换，保障顺畅行走。背推风扇具体采用上下两个对称设置，由此形成平衡的背推风力，以提高清洁机器人上行、下行的稳定性。

在上述的可变形式墙面清洁机器人中，所述清洁机构包括驱动电机和转盘，所述驱动电机的转轴固连所述转盘的中心，所述驱动电机固装在所述定位杆上，所述转盘的盘面上设置毛刷。在清洁机器人上下左右移动过程中，驱动电机带动转盘进行自转，使其毛刷在运动的状态下对墙面进行细致擦拭。

在上述的可变形式墙面清洁机器人中，所述清洁机构包括滚筒，所述滚筒的中心贯穿旋转架，所述旋转架的两端弯折后固定在所述定位杆上，所述滚筒的外周包覆擦布。在清洁机器人上下移动过程中，滚筒绕旋转架自转，使其上的擦布在滚动状态下擦拭墙面；在清洁机器人左右移动过程中，滚筒不动，使其上的擦布与墙面接触进行擦拭。

在上述的可变形式墙面清洁机器人中，所述清洁机构包括平板座，所述定位杆中心固设一铰接座，所述平板座的背侧通过销轴与所述铰接座形成转动连接，所述平板座的板面上铺设刷布。在清洁机器人上下左右移动过程中，平板座上的刷布与墙面接触进行擦拭，平板座可通过销轴实现小范围的摆动，在不同角度下以提高刷布与墙面的接触面积，确保清洁效果。

在上述的可变形式墙面清洁机器人中，所述伸缩推动器包括动力装置，所述动力装置驱动连接一伸缩杆，所述动力装置的外端铰接在所述框架上，所述伸缩杆的外端铰接在所述支腿上。

在上述的可变形式墙面清洁机器人中，所述动力装置为电动液压缸或者电动气缸。变形架在越障过程中所需扭矩也可通过扭力电机、大功率舵机等提供。

在上述的可变形式墙面清洁机器人中，所述支腿的外周包覆有半弧形的护板，位于上方的支腿，所述护板包覆其上侧半圆周，位于下方的支腿，所述护板包覆其下侧半圆周。护板采用自润滑材料制成，在清洁机器人遇到障碍时，先由护板接触障碍物以保护支腿，延长支腿使用寿命。

在上述的可变形式墙面清洁机器人中，所述背推风扇采用螺旋桨或者涵道风扇的风力推动结构。

可变形式墙面清洁机器人的清洁方法，包括以下步骤：

1)、牵引车先静止不动，卷扬机匀速释放牵引绳使清洁机器人垂直下降进行由上至下的清洁工作，利用背推风扇的旋转风力提供横向推力，使整体清洁机器人贴在墙面上并用万向轮行走；通过水箱供给清洗液，在下降过程中由下压力喷头组件向墙面喷洒清洗液，而上压力喷头组件不工作，而后通过清洁机构对具有清洗液的墙面进行擦拭清理，最后由上刮水板刮除墙面剩余的清洗液，直至清洁机器人下降至清洁面工作位置底端时，卷扬机停止运动，完成一段墙面清洁流程；

2)、牵引车在水平方向上前行略小于清洁机构清洁宽度的一段距离后停止，清洁机器人在牵引绳的带动下也在水平方向前行同样的距离，而后卷扬机匀速收回牵引绳使清洁机器人垂直上升进行由下至上的清洁工作，利用背推风扇的旋转风力提供横向推力，使整体清洁机器人贴在墙面上并用万向轮行走；在上升过程中由上压力喷头组件向墙面喷洒清洗液，而下压力喷头组件不工作，而后通过清洁机构对具有清洗液的墙面进行擦拭清理，最后由下刮水板刮除墙面剩余的清洗液，直至清洁机器人上升至清洁面工作位置顶端时，卷扬机停止运动，完成一段墙面清洁流程；

3)、牵引车在水平方向上继续前行略小于清洁机构清洁宽度的一段距离后停止，如此往复上升下降运动，直至完成整个工作面的清洁工作；卷扬机将清洁机器人重新牵引至建筑物顶端，工作人员回收清洁机器人，取下牵引绳和给水管，完成整个清洁任务。

牵引车带动清洁机器人实现上下和水平方向上的“几”字形连续工作路径，进而没有空回程，最高程度优化清洁工作效率与质量。整个墙面清洁流程执行中，清洁机器人均处于运动状态，从而实现连续工作，提高清洁效率。本清洁机器人可清洗的墙面包括但不限于水泥、玻璃、钢材、木质等光滑和不光滑、可磁吸附和不可磁吸附式硬质墙面。

可变形式墙面清洁机器人的越障方法，包括以下步骤：

1)、当清洁机器人下降过程中遇到障碍物时，先由下方支腿下侧的护板接触障碍物，伸缩推动器同步伸缩形成越障所需长度，四根支腿与框架沿铰接点旋转，带动动杆一同动作，以形成支腿倾斜朝上的变形四边形，卷扬机继续释放牵引绳，清洁机器人在重力作用下继续增加四边形的变形量，直至万向轮逐个越过障碍物，而后在背推风扇的横向压力作用下，使清洁机器人重新贴附在墙面上继续清洁工作；

2)、当清洁机器人上升过程中遇到障碍物时，先由上方支腿上侧的护板接触障碍物，伸缩推动器同步伸缩形成越障所需长度，四根支腿与框架沿铰接点旋转，带动动杆一同动作，以形成支腿倾斜朝下的变形四边形，卷扬机继续收回牵引绳，清洁机器人在牵引绳拉力作用下继续增加四边形的变形量，直至万向轮逐个越过障碍物，而后在背推风扇的横向压力作用下，使清洁机器人重新贴附在墙面上继续清洁工作。

由伸缩推动器带动变形架的可变形式，变形架在变形后可以使得清洁机器人实现储运状态中下降清洁工作状态和上升清洁工作状态的转变。清洁机器人通过变形来实现由上至下和由下至上两个方向上的清洁和越障功能，极大程度上降低了对工作墙面平整程度的要求，工作过程连续性高，清洁机器人整体重量较低，有利于使用和储运。

与现有技术相比，本可变形式墙面清洁机器人及其清洁方法及其越障方法具有以下优点：

1、清洁机器人不仅能够在玻璃幕墙面上完成清洁工作，还可以在水泥、瓷砖等常见居民楼墙面上完成清洁工作，应用场景广泛，市场前景广阔。

2、清洁机器人在牵引平台的牵引下实现左右横移，无需预先架设塔吊和轨道，一体化程度较高，使用方便，储运便捷。

3、清洁机器人配备有平行四边形伸缩变形机构，在变形后清洁机器人在由上至下和由下至上两个方向上实现越障和清洁功能，没有空回程。不仅可以提高工作效率，还可以越过常见障碍，适用于复杂的工作平面。

附图说明

图1是本可变形式墙面清洁机器人的工作过程示意图。

图2是本可变形式墙面清洁机器人的立体结构示意图。

图3是本可变形式墙面清洁机器人的下降越障过程示意图。

图4是本可变形式墙面清洁机器人的上升越障过程示意图。

图中，1、牵引车；2、卷扬机；3、水箱；4、框架；5、背推风扇；6、上压力喷头组件；7、下压力喷头组件；8、支腿；9、护板；10、万向轮；11、定杆；12、动杆；13、定位杆；14、伸缩推动器；15、上刮水板；16、下刮水板；17、驱动电机；18、转盘。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

如图1至图4所示，本可变形式墙面清洁机器人，包括牵引车1和清洁机器人，所述牵引车1上设置卷扬机2，所述卷扬机2通过牵引绳吊接所述清洁机器人，所述清洁机器人包括变形机架，所述变形机架包括框架4，所述框架4的一侧面为正面，另一侧面为背面，所述框架4的背面上至少安装一个背推风扇5，所述框架4的正面设置上压力喷头组件6和下压力喷头组件7，所述牵引车1上设置水箱3，所述水箱3通过给水管连通所述上压力喷头组件6和下压力喷头组件7，所述框架4的正面设置呈平行四边形结构的变形架，所述变形架包括上方的两根支腿8和下方的两根支腿8，所述支腿8的首端与所述框架4相铰接，所述支腿8的尾端安装万向轮10，上方的两根支腿8/下方的两根支腿8之间通过定杆11固连，上方的支腿8与下方的支腿8之间通过动杆12铰接相连，两根动杆12之间固连一根定位杆13，所述支腿8与框架4之间还活动连接有伸缩推动器14，两根所述动杆12上固装上刮水板15和下刮水板16，所述上刮水板15和下刮水板16之间至少设置一个清洁机构，所述清洁机构固装在所述定位杆13上。

牵引车1具有无轨化的特点，由此无需轨道安装，即牵引车1无需固定，可以在建筑物顶端在工作面水平方向上移动，通过牵引绳带动清洁机器人实现水平方向上的运动。另外牵引车1自身重量轻、体积较小，架设准备时间低，搬运方便，不仅能够提高工作效率，还具备储运便携化的优点。通过卷扬机2驱动牵引绳实现清洁机器人垂直方向上的运动。支腿8上设置万向轮10以方便清洁机器人在竖直、水平方向的自由转换，保障顺畅行走。背推风扇5具体采用上下两个对称设置，由此形成平衡的背推风力，以提高清洁机器人上行、下行的稳定性。

清洁机构包括驱动电机17和转盘18，所述驱动电机17的转轴固连所述转盘18的中心，所述驱动电机17固装在所述定位杆13上，所述转盘18的盘面上设置毛刷。在清洁机器人上下左右移动过程中，驱动电机17带动转盘18进行自转，使其毛刷在运动的状态下对墙面进行细致擦拭。

伸缩推动器14包括动力装置，所述动力装置驱动连接一伸缩杆，所述动力装置的外端铰接在所述框架4上，所述伸缩杆的外端铰接在所述支腿8上。

动力装置为电动液压缸或者电动气缸。变形架在越障过程中所需扭矩也可通过扭力电机、大功率舵机等提供。

支腿8的外周包覆有半弧形的护板9，位于上方的支腿8，所述护板9包覆其上侧半圆周，位于下方的支腿8，所述护板9包覆其下侧半圆周。护板9采用自润滑材料制成，在清洁机器人遇到障碍时，先由护板9接触障碍物以保护支腿8，延长支腿8使用寿命。

背推风扇5采用螺旋桨或者涵道风扇的风力推动结构。

可变形式墙面清洁机器人的清洁方法，包括以下步骤：

1)、牵引车1先静止不动，卷扬机2匀速释放牵引绳使清洁机器人垂直下降进行由上至下的清洁工作，利用背推风扇5的旋转风力提供横向推力，使整体清洁机器人贴在墙面上并用万向轮10行走；通过水箱3供给清洗液，在下降过程中由下压力喷头组件7向墙面喷洒清洗液，而上压力喷头组件6不工作，而后通过清洁机构对具有清洗液的墙面进行擦拭清理，最后由上刮水板15刮除墙面剩余的清洗液，直至清洁机器人下降至清洁面工作位置底端时，卷扬机2停止运动，完成一段墙面清洁流程；

2)、牵引车1在水平方向上前行略小于清洁机构清洁宽度的一段距离后停止，清洁机器人在牵引绳的带动下也在水平方向前行同样的距离，而后卷扬机2匀速收回牵引绳使清洁机器人垂直上升进行由下至上的清洁工作，利用背推风扇5的旋转风力提供横向推力，使整体清洁机器人贴在墙面上并用万向轮10行走；在上升过程中由上压力喷头组件6向墙面喷洒清洗液，而下压力喷头组件7不工作，而后通过清洁机构对具有清洗液的墙面进行擦拭清理，最后由下刮水板16刮除墙面剩余的清洗液，直至清洁机器人上升至清洁面工作位置顶端时，卷扬机2停止运动，完成一段墙面清洁流程；

3)、牵引车1在水平方向上继续前行略小于清洁机构清洁宽度的一段距离后停止，如此往复上升下降运动，直至完成整个工作面的清洁工作；卷扬机2将清洁机器人重新牵引至建筑物顶端，工作人员回收清洁机器人，取下牵引绳和给水管，完成整个清洁任务。

牵引车1带动清洁机器人实现上下和水平方向上的“几”字形连续工作路径，进而没有空回程，最高程度优化清洁工作效率与质量。整个墙面清洁流程执行中，清洁机器人均处于运动状态，从而实现连续工作，提高清洁效率。本清洁机器人可清洗的墙面包括但不限于水泥、玻璃、钢材、木质等光滑和不光滑、可磁吸附和不可磁吸附式硬质墙面。

可变形式墙面清洁机器人的越障方法，包括以下步骤：

1)、当清洁机器人下降过程中遇到障碍物时，先由下方支腿8下侧的护板9接触障碍物，伸缩推动器14同步伸缩形成越障所需长度，四根支腿8与框架4沿铰接点旋转，带动动杆12一同动作，以形成支腿8倾斜朝上的变形四边形，卷扬机2继续释放牵引绳，清洁机器人在重力作用下继续增加四边形的变形量，直至万向轮10逐个越过障碍物，而后在背推风扇5的横向压力作用下，使清洁机器人重新贴附在墙面上继续清洁工作；

2)、当清洁机器人上升过程中遇到障碍物时，先由上方支腿8上侧的护板9接触障碍物，伸缩推动器14同步伸缩形成越障所需长度，四根支腿8与框架4沿铰接点旋转，带动动杆12一同动作，以形成支腿8倾斜朝下的变形四边形，卷扬机2继续收回牵引绳，清洁机器人在牵引绳拉力作用下继续增加四边形的变形量，直至万向轮10逐个越过障碍物，而后在背推风扇5的横向压力作用下，使清洁机器人重新贴附在墙面上继续清洁工作。

由伸缩推动器14带动变形架的可变形式，变形架在变形后可以使得清洁机器人实现储运状态中下降清洁工作状态和上升清洁工作状态的转变。清洁机器人通过变形来实现由上至下和由下至上两个方向上的清洁和越障功能，极大程度上降低了对工作墙面平整程度的要求，工作过程连续性高，清洁机器人整体重量较低，有利于使用和储运。

实施例二

本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，不一样的地方在于：

清洁机构包括滚筒，所述滚筒的中心贯穿旋转架，所述旋转架的两端弯折后固定在所述定位杆13上，所述滚筒的外周包覆擦布。在清洁机器人上下移动过程中，滚筒绕旋转架自转，使其上的擦布在滚动状态下擦拭墙面；在清洁机器人左右移动过程中，滚筒不动，使其上的擦布与墙面接触进行擦拭。

实施例三

本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，不一样的地方在于：

清洁机构包括平板座，所述定位杆13中心固设一铰接座，所述平板座的背侧通过销轴与所述铰接座形成转动连接，所述平板座的板面上铺设刷布。在清洁机器人上下左右移动过程中，平板座上的刷布与墙面接触进行擦拭，平板座可通过销轴实现小范围的摆动，在不同角度下以提高刷布与墙面的接触面积，确保清洁效果。

与现有技术相比，本可变形式墙面清洁机器人及其清洁方法及其越障方法具有以下优点：

1、清洁机器人不仅能够在玻璃幕墙面上完成清洁工作，还可以在水泥、瓷砖等常见居民楼墙面上完成清洁工作，应用场景广泛，市场前景广阔。

2、清洁机器人在牵引平台的牵引下实现左右横移，无需预先架设塔吊和轨道，一体化程度较高，使用方便，储运便捷。

3、清洁机器人配备有平行四边形伸缩变形机构，在变形后清洁机器人在由上至下和由下至上两个方向上实现越障和清洁功能，没有空回程。不仅可以提高工作效率，还可以越过常见障碍，适用于复杂的工作平面。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了牵引车1；卷扬机2；水箱3；框架4；背推风扇5；上压力喷头组件6；下压力喷头组件7；支腿8；护板9；万向轮10；定杆11；动杆12；定位杆13；伸缩推动器14；上刮水板15；下刮水板16；驱动电机17；转盘18等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。