一种爬墙清洗机器人[实用新型专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921082478.8
(22)申请日 2019.07.11
(73)专利权人 南京工业职业技术学院
地址 210023 江苏省南京市仙林大学城羊
山北路1号
(72)发明人 金美华　王晓勇　夏晶鑫　
(74)专利代理机构 南京业腾知识产权代理事务
所(特殊普通合伙) 32321
代理人 董存壁
(51)Int.Cl.
B62D 57/024(2006.01)
E04G 23/00(2006.01)
A47L 11/38(2006.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称
一种爬墙清洗机器人
(57)摘要
本实用新型公开了一种爬墙清洗机器人，包
括下梁骨架和嵌入在下梁骨架内部的单片机以
及安装在下梁骨架内部并提供电能的蓄电池，所
述下梁骨架两侧均安装有吸盘机构，本实用新型
结构科学合理，使用安全方便，通过下梁骨架和
上梁骨架两侧对称分布的吸盘机构，使得装置吸
附的更加稳定，且下梁骨架和上梁骨架两侧对称
分布的吸盘机构，各具有相同的自由度，配合传
动齿条和传动齿轮的转动作用，减少了电机数
量，使得装置整体质量减轻，通过两对传动机构，
从而使得装置能实现X -Y上的平面移动，无需人
工，实现自动移动式清洗，并配合复位弹簧复位
与电磁衔铁作用，简化了控制方案和程序，可靠
性提高，
降低了成本。

权利要求书2页 说明书5页 附图6页CN 210478871 U 2020.05.08
C N 210478871
U
1.一种爬墙清洗机器人，包括下梁骨架(1)和嵌入在下梁骨架(1)内部的单片机以及安装在下梁骨架(1)内部与单片机电连接并提供电能的蓄电池，其特征在于：所述下梁骨架(1)两侧均安装有吸盘机构(2)，所述吸盘机构(2)包括安装板(201)、电磁衔铁(202)、横板(203)、复位弹簧(204)、连接管(205)和吸盘(206)，所述下梁骨架(1)两侧均固定安装有安装板(201)，所述安装板(201)内部安装有电磁衔铁(202)，所述电磁衔铁(202)与蓄电池电连接，并受单片机独立控制，所述电磁衔铁(202)一侧设置有横板(203)，所述横板(203)两侧均安装有连接管(205)，所述连接管(205)穿过下梁骨架(1)，且所述连接管(205)底端安装有吸盘(206)，所述横板(203)与下梁骨架(1)之间安装有复位弹簧(204)；
所述下梁骨架(1)顶端于安装板(201)相邻位置处安装有刷盘机构(3)，所述刷盘机构(3)包括刷盘电机(4)、刷盘架(5)和刷盘(6)，所述刷盘电机(4)与蓄电池电连接，并受单片机独立控制，所述刷盘电机(4)通过螺栓固定在下梁骨架(1)顶端两侧，且所述下梁骨架(1)输出轴与刷盘架(5)相连，所述刷盘架(5)底端安装有刷盘(6)。

2.根据权利要求1所述的一种爬墙清洗机器人，其特征在于：所述连接管(205)远离吸盘(206)一端安装有真空发生器，且所述真空发生器与蓄电池电连接，并受单片机独立控制，为所述吸盘(206)提供真空环境。

3.根据权利要求1所述的一种爬墙清洗机器人，其特征在于：所述刷盘机构(3)的数量为四个，且两两对称分布在下梁骨架(1)两侧。

4.根据权利要求1所述的一种爬墙清洗机器人，其特征在于：所述下梁骨架(1)底端中心位置处安装有水箱(7)，所述水箱(7)顶端中心位置处安装有水箱连接块(8)，并通过所述水箱连接块(8)与下梁骨架(1)底端相连，所述水箱(7)底部一侧连接有水管(9)，所述水箱(7)内部嵌入安装有水泵(10)，所述水泵(10)与蓄电池电连接，并受单片机独立控制，且所述水泵(10)输出口与水管(9)相连，控制水管(9)内部水流的流速。

5.根据权利要求1所述的一种爬墙清洗机器人，其特征在于：所述下梁骨架(1)顶端中心位置处安装有下梁骨架中心板(11)，所述下梁骨架中心板(11)安装有承接骨架(12)，所述承接骨架(12)两侧均安装有支撑杆(13)，所述支撑杆(13)底端安装有移动轮(14)。

6.根据权利要求5所述的一种爬墙清洗机器人，其特征在于：所述承接骨架(12)一侧两两对称分布安装有第一限位杆(15)，所述下梁骨架中心板(11)两侧均开设有第一限位槽(16)，所述第一限位杆(15)与第一限位槽(16)卡接。

7.根据权利要求5所述的一种爬墙清洗机器人，其特征在于：所述承接骨架(12)顶端中心位置处安装有承接骨架中心板(17)，所述承接骨架中心板(17)顶端安装有上梁骨架(18)，所述上梁骨架(18)一侧两两对称分布安装有第二限位杆(19)，所述承接骨架中心板(17)两侧均开设有第二限位槽(20)，所述第二限位杆(19) 和第二限位槽(20)卡接。

8.根据权利要求7所述的一种爬墙清洗机器人，其特征在于：所述上梁骨架(18)两侧均安装有上梁骨架吸盘机构(22)，所述上梁骨架吸盘机构(22)与所述吸盘机构(2)结构相同。

9.根据权利要求5和7任一项所述的一种爬墙清洗机器人，其特征在于：所述下梁骨架中心板(11)和承接骨架(12)之间以及承接骨架中心板(17)和上梁骨架(18)之间均安装有传动机构(21)，所述传动机构(21)包括传动齿条(2101)、传动齿轮(2102)和传动电机(2103)，所述传动齿条(2101)与传动齿轮(2102)啮合连接，所述传动齿轮(2102)与传动电机(2103)的输出轴相连，所述传动电机(2103)与蓄电池电连接，并受单片机独立控制。

10.根据权利要求9所述的一种爬墙清洗机器人，其特征在于：位于所述下梁骨架中心板(11)和承接骨架(12)之间的传动机构(21)，其中，所述传动齿条(2101)通过螺栓固定安装在所述下梁骨架中心板(11)中心位置处，所述传动电机(2103)通过螺栓固定安装在所述承接骨架(12)中心位置处，位于承接骨架中心板(17)和上梁骨架(18)之间的传动机构(21)，其中所述传动齿条(2101)通过螺栓固定安装在所述上梁骨架(18)中心位置处，所述传动电机(2103)通过螺栓固定安装在所述承接骨架中心板(17)中心位置处。

一种爬墙清洗机器人
技术领域
[0001]本实用新型涉及移动机器人技术领域，具体为一种爬墙清洗机器人。

背景技术
[0002]随着人口密集程度越来越大，城市中公司的数量也变得越来越多，因此高大的办公楼也越来越多，与此同时高大的办公楼为了长期保持美观就要对高楼壁面进行清洗，由此衍生出了相当繁重的清洗任务。

[0003]现有技术中是靠人工完成清洗工作，即通过绳索悬挂清洁工人进行壁面的清洗作业，这种清洗方式虽然操作起来比较简单，但清洗速度及效率比较低而且危险系数很大，清洗工作人员的安全存在很大隐患，所以急需一种爬墙清洗机器人来解决上述问题。

发明内容
[0004]本实用新型提供一种爬墙清洗机器人，可以有效解决上述背景技术中提出现有技术中是靠人工完成清洗工作，即通过绳索悬挂清洁工人进行壁面的清洗作业，这种清洗方式虽然操作起来比较简单，但清洗速度及效率比较低而且危险系数很大，清洗工作人员的安全存在很大隐患的问题。

[0005]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种爬墙清洗机器人，包括下梁骨架和嵌入在下梁骨架内部的单片机以及安装在下梁骨架内部与单片机电连接并提供电能的蓄电池，所述下梁骨架两侧均安装有吸盘机构，所述吸盘机构包括安装板、电磁衔铁、横板、复位弹簧、连接管和吸盘，所述下梁骨架两侧均固定安装有安装板，所述安装板内部安装有电磁衔铁，所述电磁衔铁与蓄电池电连接，并受单片机独立控制，所述电磁衔铁一侧设置有横板，所述横板两侧均安装有连接管，所述连接管穿过下梁骨架，且所述连接管底端安装有吸盘，所述横板与下梁骨架之间安装有复位弹簧；
[0006]所述下梁骨架顶端于安装板相邻位置处安装有刷盘机构，所述刷盘机构包括刷盘电机、刷盘架和刷盘，所述刷盘电机与蓄电池电连接，并受单片机独立控制，所述刷盘电机通过螺栓固定在下梁骨架顶端两侧，且所述下梁骨架输出轴与刷盘架相连，所述刷盘架底端安装有刷盘。

[0007]优选的，所述连接管远离吸盘一端安装有真空发生器，且所述真空发生器与蓄电池电连接，并受单片机独立控制，为所述吸盘提供真空环境。

[0008]优选的，所述刷盘机构的数量为四个，且两两对称分布在下梁骨架两侧。

[0009]优选的，所述下梁骨架底端中心位置处安装有水箱，所述水箱顶端中心位置处安装有水箱连接块，并通过所述水箱连接块与下梁骨架底端相连，所述水箱底部一侧连接有水管，所述水箱内部嵌入安装有水泵，所述水泵与蓄电池电连接，并受单片机独立控制，且所述水泵输出口与水管相连，控制水管内部水流的流速。

[0010]优选的，所述下梁骨架顶端中心位置处安装有下梁骨架中心板，所述下梁骨架中心板安装有承接骨架，所述承接骨架两侧均安装有支撑杆，所述支撑杆底端安装有移动轮。

[0011]优选的，所述承接骨架一侧两两对称分布安装有第一限位杆，所述下梁骨架中心板两侧均开设有第一限位槽，所述第一限位杆与第一限位槽卡接。

[0012]优选的，所述承接骨架顶端中心位置处安装有承接骨架中心板，所述承接骨架中心板顶端安装有上梁骨架，所述上梁骨架一侧两两对称分布安装有第二限位杆，所述承接骨架中心板两侧均开设有第二限位槽，所述第二限位杆和第二限位槽卡接。

[0013]优选的，所述上梁骨架两侧均安装有上梁骨架吸盘机构，所述上梁骨架吸盘机构与所述吸盘机构结构相同。

[0014]优选的，所述下梁骨架中心板和承接骨架之间以及承接骨架中心板和上梁骨架之间均安装有传动机构，所述传动机构包括传动齿条、传动齿轮和传动电机，所述传动齿条与传动齿轮啮合连接，所述传动齿轮与传动电机的输出轴相连，所述传动电机与蓄电池电连接，并受单片机独立控制。

[0015]优选的，位于所述下梁骨架中心板和承接骨架之间的传动机构，其中，所述传动齿条通过螺栓固定安装在所述下梁骨架中心板中心位置处，所述传动电机通过螺栓固定安装在所述承接骨架中心位置处，位于承接骨架中心板和上梁骨架之间的传动机构，其中所述传动齿条通过螺栓固定安装在所述上梁骨架中心位置处，所述传动电机通过螺栓固定安装在所述承接骨架中心板中心位置处。

[0016]与现有技术相比，本实用新型的有益效果：本实用新型结构科学合理，使用安全方便：
[0017]1、通过下梁骨架和上梁骨架两侧对称分布的吸盘机构，使得装置吸附的更加稳定，且下梁骨架和上梁骨架两侧对称分布的吸盘机构，各具有相同的自由度，配合传动齿条和传动齿轮的转动作用，减少了电机数量，大大降低了控制难度，同时使得装置整体质量减轻，通过水泵控制水箱中的水流输送至各个刷盘，操作简便，使清洗功能更加的完善。

[0018]2、通过下梁骨架中心板和承接骨架以及承接骨架中心板和上梁骨架之间均安装有传动机构，从而使得装置能实现X-Y上的平面移动，无需人工，实现自动移动式清洗，并配合复位弹簧复位与电磁衔铁作用，大大降低了机器人的整体控制难度和要求，简化了控制方案和程序，可靠性提高，降低了机器人的开发成本以及制造各项其它成本。

附图说明
[0019]附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

[0020]在附图中：
[0021]图1是本实用新型爬墙清洗机器人的结构示意图；
[0022]图2是本实用新型爬墙清洗机器人的正视图；
[0023]图3是本实用新型爬墙清洗机器人的左视图；
[0024]图4是本实用新型吸盘机构的结构示意图；
[0025]图5是本实用新型水箱的结构示意图；
[0026]图6是本实用新型承接骨架的结构示意图；
[0027]图7是本实用新型上梁骨架的结构示意图；
[0028]图8是本实用新型传动机构的结构示意图；
[0029]图9是本实用新型的单片机控制的系统框图；
[0030]图中标号：1、下梁骨架；
[0031]2、吸盘机构；201、安装板；202、电磁衔铁；203、横板；204、复位弹簧；205、连接管；206、吸盘；
[0032]3、刷盘机构；4、刷盘电机；5、刷盘架；6、刷盘；7、水箱；8、水箱连接块；9、水管；10、水泵；11、下梁骨架中心板；12、承接骨架；13、支撑杆；14、移动轮；15、第一限位杆；16、第一限位槽；17、承接骨架中心板；18、上梁骨架；19、第二限位杆；20、第二限位槽；
[0033]21、传动机构；2101、传动齿条；2102、传动齿轮；2103、传动电机；
[0034]22、上梁骨架吸盘机构。

具体实施方式
[0035]以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

[0036]实施例：如图1-4和9所示，本实用新型提供一种技术方案，一种爬墙清洗机器人，包括下梁骨架1和嵌入在下梁骨架1内部的单片机，单片机的型号为STM32F103RBT6，并采用闭环数字控制，以及安装在下梁骨架1内部与单片机电连接并提供电能的蓄电池，其中，通过采用蓄电池提供电能，便于减少过多线缆，降低冗杂程度，下梁骨架1材质为LF21铝合金，减轻下梁骨架1的质量，下梁骨架1两侧均安装有吸盘机构2，吸盘机构2包括安装板201、电磁衔铁202、横板203、复位弹簧204、连接管205和吸盘206，下梁骨架1两侧均固定安装有安装板201，安装板201内部安装有电磁衔铁202，其中，电磁衔铁202为一种软铁材质的构件，电磁衔铁202与蓄电池电连接，并受单片机独立控制，电磁衔铁202一侧设置有横板203，通过控制电磁衔铁202工作，从而对横板203进行吸附或者排斥，使其进行移动，横板203两侧均安装有连接管205，连接管205穿过下梁骨架1，且连接管205底端安装有吸盘206，吸盘206为一种橡胶吸盘，横板203与下梁骨架1之间安装有复位弹簧204，复位弹簧204材质为弹簧钢65Mn，下梁骨架1顶端于安装板201相邻位置处安装有刷盘机构3，刷盘机构3包括刷盘电机4、刷盘架5和刷盘6，刷盘电机4与蓄电池电连接，并受单片机独立控制，其中，刷盘电机4为直流电机且型号为ZYTD-520，刷盘电机4通过螺栓固定在下梁骨架1顶端两侧，且下梁骨架1输出轴与刷盘架5相连，刷盘架5底端安装有刷盘6，刷盘6由超细纤维布条组成，提高刷盘6的清洗效果。

[0037]具体的，连接管205远离吸盘206一端安装有真空发生器，且真空发生器与蓄电池电连接，并受单片机独立控制，为吸盘206提供真空环境，使得装置吸附的更加稳定。

[0038]具体的，刷盘机构3的数量为四个，且两两对称分布在下梁骨架1两侧，提高装置的清洗效果。

[0039]如图5所示，下梁骨架1底端中心位置处安装有水箱7，水箱7为一种注塑磨钢水箱，水箱7顶端中心位置处安装有水箱连接块8，并通过水箱连接块8与下梁骨架1底端相连，水箱7底部一侧连接有水管9，水箱7内部嵌入安装有水泵10，水泵10为一种直流微型水泵，水泵10与蓄电池电连接，并受单片机独立控制，且水泵10输出口与水管9相连，控制水管9内部水流的流速，从而根据需求为刷盘机构3提供定量的水流。

[0040]如图6所示，下梁骨架1顶端中心位置处安装有下梁骨架中心板11，下梁骨架中心
板11安装有承接骨架12，承接骨架12两侧均安装有支撑杆13，支撑杆13和承接骨架12材质均为Q235钢，提高整体结构的刚度，支撑杆13底端安装有移动轮14。

[0041]具体的，承接骨架12一侧两两对称分布安装有第一限位杆15，下梁骨架中心板11两侧均开设有第一限位槽16，第一限位杆15与第一限位槽16卡接，从而将承接骨架12与下梁骨架中心板11进行连接，同时使得承接骨架12可以在下梁骨架中心板11上顺着第一限位槽16滑动。

[0042]如图7所示，承接骨架12顶端中心位置处安装有承接骨架中心板17，承接骨架中心板17顶端安装有上梁骨架18，上梁骨架18材质为LF21铝合金，减轻装置的重量，上梁骨架18一侧两两对称分布安装有第二限位杆19，承接骨架中心板17两侧均开设有第二限位槽20，第二限位杆19和第二限位槽20卡接，从而将上梁骨架18与承接骨架中心板17进行连接，同时使得上梁骨架18可以在承接骨架中心板17上顺着第二限位槽20滑动。

[0043]具体的，上梁骨架18两侧均安装有上梁骨架吸盘机构22，上梁骨架吸盘机构22与吸盘机构2结构相同，通过四个吸盘机构2进行吸附，从而提高装置的稳定性。

[0044]定点清洗时：
[0045]将装置放置在待清洗的壁面上，单片机发出命令，启动电磁衔铁202进行工作，电磁衔铁202产生斥力，使得横板203向壁面一次移动，从而带动连接管205移动，使得吸盘206紧贴在壁面上，接着启动真空发生器，利用正压气源产生负压，从而通过连接管205将吸盘206与吸盘206之间形成真空，使得吸盘206与壁面连接的更加紧密，重复上述工作，使得下梁骨架1和上梁骨架18两侧的吸盘206均与壁面贴合，达到将装置吸附在壁面上的作用，接着启动刷盘电机4和水泵10，通过刷盘电机4带动刷盘架5进行旋转，从而转动刷盘6对壁面进行清洗工作，同时水泵10抽取水箱7内部的清水，顺着水管9输送至刷盘6一侧，辅助进行清洗工作，
[0046]如图8所示，下梁骨架中心板11和承接骨架12之间以及承接骨架中心板17和上梁骨架18之间均安装有传动机构21，传动机构21包括传动齿条2101、传动齿轮2102和传动电机2103，传动齿条2101与传动齿轮2102啮合连接，传动齿条2101与传动齿轮2102材质均为20Cr钢，传动齿轮2102与传动电机2103的输出轴相连，其中，传动电机2103为一种直流减速电机，传动电机2103与蓄电池电连接，并受单片机独立控制。

[0047]具体的，位于下梁骨架中心板11和承接骨架12之间的传动机构21，其中，传动齿条2101通过螺栓固定安装在下梁骨架中心板11中心位置处，传动电机2103通过螺栓固定安装在承接骨架12中心位置处，位于承接骨架中心板17和上梁骨架18之间的传动机构21，其中传动齿条2101通过螺栓固定安装在上梁骨架18中心位置处，传动电机2103通过螺栓固定安装在承接骨架中心板17中心位置处。

[0048]纵向移动清洗时：
[0049]下梁骨架1两侧的吸盘机构2保持吸附状态，单片机控制上梁骨架18两侧吸盘机构2内的真空发生器关闭，解除上梁骨架18两侧吸盘206的真空状态，同时电磁衔铁202产生吸力，横板203在吸力以及复位弹簧204的弹性作用下向反方向移动，从而将吸盘206与壁面脱离，接着控制承接骨架12底端的传动电机2103工作，通过传动电机2103带动传动齿轮2102转动，从而使其在传动齿条2101上移动，从而带动承接骨架12和上梁骨架18在下梁骨架1上纵向移动，利用承接骨架12两侧的移动轮14作用，保证了机器人平衡，使其移动更加稳定，
当承接骨架12和上梁骨架18移动到合适位置时，关闭承接骨架12底端的传动电机2103，启动上梁骨架18两侧电磁衔铁202产生斥力，使其两端的吸盘206按上述操作吸附在壁面上，接着按上述操作解除下梁骨架1两侧吸盘机构2的吸附状态，接着启动承接骨架12底端的传动电机2103，使得传动齿轮2102转动，此时承接骨架12和上梁骨架18由于吸盘机构2工作保持不动，下梁骨架1上的传动齿条2101在传动齿轮2102转动的转动下，向纵向发生移动，重复上述操作，即可进行纵向移动式清洗工作。

[0050]横向清洗时：
[0051]上梁骨架18两侧的吸盘机构2保持吸附状态，单片机控制下梁骨架1两侧吸盘机构2内的真空发生器关闭，解除下梁骨架1两侧吸盘206的真空状态，同时电磁衔铁202产生吸力，横板203在吸力以及复位弹簧204的弹性作用下向反方向移动，从而将吸盘206与壁面脱离，接着启动承接骨架中心板17顶端的传动电机2103进行工作，带动传动齿轮2102转动，由于上梁骨架18处于吸附状态，从而保持不动，传动齿轮2102带动承接骨架12和下梁骨架1在上梁骨架18下端进行横向移动清洗，当承接骨架12和下梁骨架1移动至上梁骨架18端部时，关闭传动电机2103，下梁骨架1两侧的吸盘机构2按上述操作进行吸附工作，上梁骨架18两侧的吸盘机构2解除吸附状态，启动传动电机2103，此时由于下梁骨架1两侧的吸盘机构2为吸附状态，从而使得下梁骨架1和承接骨架12保持不动，上梁骨架18下端的传动齿条2101在传动齿轮2102的带动下，进行横向移动，从而带动上梁骨架18进行横向移动，反复上述操作，即可完成进行横向移动式清洗工作，控制操作简单，清洗效率高，使用便捷可靠。

[0052]可选的，上梁结构骨架18顶端可以通过打孔螺丝固定的方式，安装摄像头和各种检测设备。

[0053]最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。

凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

图1
图2
图3
图4
图5
图6
图7
图8
图9。