專利名稱：高樓玻璃幕墻清洗機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高樓玻璃幕墻清洗機(jī)系統(tǒng)，用于完成城市高樓玻璃幕墻的自動(dòng)清洗任務(wù)，屬于特種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
采用玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的高層建筑，因其采光性好、保溫防潮性能好、實(shí)用美觀等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在大中城市日漸增多。但在玻璃幕墻高效可靠的自動(dòng)化清洗，保持城市建筑外觀整潔方面，目前還沒有成熟的自動(dòng)化技術(shù)方案?？偟脕?lái)講，目前現(xiàn)有的自動(dòng)化清洗機(jī)構(gòu)還不能高效、簡(jiǎn)便的完成對(duì)高層樓宇玻璃幕墻的清洗任務(wù)，在技術(shù)上主要有以下問(wèn)題機(jī)構(gòu)復(fù)雜，靈活性差；智能化程度不高，不能適應(yīng)情況多變的玻璃外墻結(jié)構(gòu)，如跨越障礙；清洗效率低；成本高等。國(guó)內(nèi)已研制成功的壁面清洗機(jī)構(gòu)主要是負(fù)壓吸附式清洗機(jī)構(gòu)，有單吸盤和多吸盤兩種型式。北京藍(lán)星哈工大機(jī)器人技術(shù)有限公司研制的一種壁面清洗機(jī)器人(專利號(hào)ZL01202018.4)，其技術(shù)特征是采用輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、單吸盤吸附方式，移動(dòng)速度較快、清洗效率較高、清洗效果也較好、操作方便、造價(jià)低，但不能跨越窗框等障礙。北京航空航天大學(xué)研制的一種擦窗機(jī)器人(專利號(hào)ZL00201085.2)，其技術(shù)特征是采用框架式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、多足多吸盤吸附方式，對(duì)玻璃壁面的凹凸有一定的適應(yīng)能力，清洗效果也較好、智能化程度高，但移動(dòng)速度慢、清洗效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且造價(jià)高。
中國(guó)發(fā)明專利《高樓清洗機(jī)器人安全保護(hù)機(jī)構(gòu)》(專利申請(qǐng)?zhí)?00410016870.4)以及《具有越障功能的雙吸盤負(fù)壓吸附單元》(專利申請(qǐng)?zhí)?00410025218.9)分別針對(duì)高樓玻璃幕墻清洗機(jī)器人的安全保護(hù)問(wèn)題，以及機(jī)器人工作時(shí)的越障吸附問(wèn)題，提出了可靠的保護(hù)機(jī)構(gòu)和吸附機(jī)構(gòu)，具有很多顯著的優(yōu)點(diǎn)。但是這兩項(xiàng)專利申請(qǐng)只針對(duì)局部問(wèn)題提出了技術(shù)解決方案，仍然有必要結(jié)合現(xiàn)有高樓玻璃幕墻清洗機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，研制一種既能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)速度快、又能達(dá)到適應(yīng)壁面能力強(qiáng)，而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、清洗效果好、操作簡(jiǎn)便的新型高樓玻璃壁面清洗機(jī)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有高層樓宇玻璃幕墻自動(dòng)化清洗技術(shù)中存在的不足，避免由于人工清洗帶來(lái)的各種危險(xiǎn)因素，提供一種簡(jiǎn)單、高效、可靠并能跨越一定尺寸窗框類障礙的清洗機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明系統(tǒng)是由清洗機(jī)本體裝置、樓頂安全裝置、樓下便攜監(jiān)控裝置及電氣控制裝置組成。清洗機(jī)本體在樓頂卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引作用下，依靠密封機(jī)構(gòu)，利用雙吸盤負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)同時(shí)或交替吸附于玻璃壁面，并協(xié)調(diào)本體自身重力至上而下移動(dòng)，同時(shí)在其清洗機(jī)構(gòu)、水循環(huán)回收機(jī)構(gòu)、障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)、潔面機(jī)構(gòu)的配合下完成對(duì)玻璃壁面的清洗以及跨越窗框類障礙等功能。樓頂安全裝置主要起牽引清洗機(jī)本體上下、橫移運(yùn)動(dòng)及安全保護(hù)作用，確保清洗機(jī)本體完成清洗和越障任務(wù)，并供給清洗機(jī)本體電源、氣源和水源。樓下便攜監(jiān)控裝置通過(guò)無(wú)線監(jiān)控的方式向清洗機(jī)本體、樓頂安全裝置發(fā)出動(dòng)作指令，使清洗機(jī)本體完成清洗、越障各動(dòng)作，并通過(guò)無(wú)線視頻監(jiān)視器實(shí)時(shí)監(jiān)視壁面清洗效果。電氣控制裝置用來(lái)驅(qū)動(dòng)以上裝置的執(zhí)行元件完成整個(gè)清洗任務(wù)。
本發(fā)明的清洗機(jī)本體裝置主要由雙吸盤負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)、清洗機(jī)構(gòu)、水循環(huán)回收機(jī)構(gòu)、障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及潔面機(jī)構(gòu)組成。負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)風(fēng)機(jī)、上下兩個(gè)單面開口的長(zhǎng)方體吸盤、兩吸盤內(nèi)側(cè)通斷吸盤氣路的閘片、H型真空發(fā)生室以及連接兩吸盤和真空發(fā)生室的滑動(dòng)套筒。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)分別通過(guò)左右兩個(gè)滑動(dòng)套筒連通與真空發(fā)生室間的氣路，且內(nèi)部閘片均開啟的上下兩個(gè)吸盤在各自氣缸驅(qū)動(dòng)下伸出，并平整貼近玻璃壁面時(shí)，依靠密封機(jī)構(gòu)，便在負(fù)壓發(fā)生室及兩吸盤的封閉空間內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，清洗機(jī)本體便在負(fù)壓作用下吸附于玻璃壁面，從而使清洗機(jī)本體在清洗刷高速旋轉(zhuǎn)時(shí)獲得垂直于壁面的抽打力。兩吸盤密封機(jī)構(gòu)包括橡膠材質(zhì)的密封件和吸盤外側(cè)四角的隨動(dòng)滾輪。密封機(jī)構(gòu)在本體清洗壁面過(guò)程中緊貼玻璃壁面，防止吸盤中氣體過(guò)量泄漏，同時(shí)在清洗過(guò)程中隨吸盤一起沿玻璃壁面下滑。吸盤外側(cè)面隨動(dòng)滾輪用來(lái)調(diào)節(jié)密封橡膠條和壁面的距離，防止橡膠條過(guò)緊接觸壁面，并將其一部分滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為隨動(dòng)滾輪的滾動(dòng)摩擦，從而減小了橡膠條的磨損以及密封機(jī)構(gòu)和玻璃壁面間的摩擦力。清洗機(jī)構(gòu)由清洗滾刷、滾筒軸、罩體、噴嘴、電機(jī)和抽水泵組成。清洗滾刷纏繞固定在滾筒軸上，滾筒軸支撐在罩體兩端，并由直流伺服電機(jī)經(jīng)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)清洗滾刷高速旋轉(zhuǎn)。抽水泵通過(guò)8個(gè)微型噴嘴沖洗清洗滾刷下方，并濕潤(rùn)玻璃壁面。清洗刷是具有一定柔韌性的長(zhǎng)毛刷子，利用隨其中心回轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)起來(lái)后對(duì)玻璃壁面的抽打力，將污垢剝離壁面，完成清洗。水循環(huán)回收機(jī)構(gòu)由接水刮板、水泵、過(guò)濾器、回水泵以及儲(chǔ)水箱組成。接水刮板靠近壁面一端上翹，并通過(guò)海綿材質(zhì)緊貼壁面，沿壁面下淌的污水經(jīng)接水刮板接收后回流到罩體內(nèi)。過(guò)濾器將污水過(guò)濾后經(jīng)回水泵抽回到儲(chǔ)水箱內(nèi)循環(huán)使用；障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)由4組光電傳感器組成，分別實(shí)現(xiàn)下吸盤、接水刮板、上吸盤以及潔面裝置對(duì)前方障礙物的檢測(cè)功能。潔面機(jī)構(gòu)由一端帶橡膠材質(zhì)，一端和氣動(dòng)元件連接的長(zhǎng)刮板組成，位于清洗機(jī)本體的最上端，完成對(duì)已清洗壁面的最后清潔工作。潔面機(jī)構(gòu)通過(guò)其端面上的橡膠材質(zhì)刮洗已清洗壁面，起到清潔壁面，清除殘留水漬的作用。
以下詳細(xì)說(shuō)明本體各機(jī)構(gòu)組成和連接方式1、雙吸盤負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)由風(fēng)機(jī)、H型負(fù)壓發(fā)生室、上吸盤、下吸盤及氣動(dòng)元件組成。H型負(fù)壓發(fā)生室是清洗機(jī)本體的主體，上下兩個(gè)長(zhǎng)方體吸盤大小相同，各經(jīng)過(guò)左右兩個(gè)滑動(dòng)套筒連接到H型負(fù)壓發(fā)生室上，并各由安裝在H型真空發(fā)生室肩部和底部側(cè)面的兩個(gè)氣缸控制吸盤的伸出和回縮。兩風(fēng)機(jī)并放在H型真空發(fā)生室上部空位處，通過(guò)一平板用螺絲固定在發(fā)生室上。每個(gè)吸盤內(nèi)部后端面靠近左右兩個(gè)滑動(dòng)套筒處分別有兩個(gè)閘片，并由放置在兩閘片間的一個(gè)氣缸同時(shí)控制兩閘片的開啟或關(guān)閉，閘片用來(lái)通斷吸盤、滑動(dòng)套筒及H型真空發(fā)生室間的氣路。正對(duì)四個(gè)滑動(dòng)套筒的H型真空發(fā)生室后背處布置有四個(gè)圓形安裝孔，并由四個(gè)圓形板通過(guò)螺栓與真空發(fā)生室后背連接，從而便于各裝置的安裝。上下兩吸盤完全伸出后成一個(gè)平面。
2、吸盤密封機(jī)構(gòu)由雙層橡膠條和側(cè)面滾輪組成。雙層橡膠條布置在兩吸盤開口外圍周邊成環(huán)狀，其一端均被卡緊在有一段螺紋狀外形并和吸盤固定在一起的兩層鋁板之間，另一端伸出吸盤和壁面接觸。每個(gè)吸盤外側(cè)四角處均放置有四個(gè)隨動(dòng)滾輪，滾輪直徑超出吸盤開口面，用來(lái)限制橡膠條和壁面接觸長(zhǎng)度，減少橡膠條磨損及壁面和吸盤間的摩擦力。根據(jù)壁面摩擦系數(shù)的不同和吸盤所需吸附力大小，可更換不同大小滾輪。該密封裝置允許存在一定的泄漏，只要求吸盤內(nèi)能維持一定的負(fù)壓保證清洗機(jī)本體對(duì)玻璃壁面的清洗抽打力。
3、清洗機(jī)構(gòu)由清洗滾刷、罩體、滾筒軸、噴嘴、直流伺服電機(jī)及抽水泵組成。罩體單面開口，開口面正對(duì)壁面。罩體放置在上下兩個(gè)長(zhǎng)方體吸盤之間，后部緊靠H型真空發(fā)生室并用螺栓固定。清洗滾刷、滾筒軸、噴嘴均放置在罩體內(nèi)部，柔性滾刷纏繞固定在滾筒軸上，滾筒軸跨接在罩體兩端。直流伺服電機(jī)放置在罩體左邊的上蓋板上，經(jīng)同步帶帶動(dòng)滾筒軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)清洗滾刷旋轉(zhuǎn)。當(dāng)吸盤吸附于壁面上，清洗刷旋轉(zhuǎn)起來(lái)后，清洗刷回轉(zhuǎn)半徑超出吸盤外伸面，能在吸附過(guò)程中抽打壁面，使清洗機(jī)本體完成對(duì)壁面以及在越障過(guò)程中對(duì)障礙物(窗框)的清洗。上下兩吸盤完全伸出后成一個(gè)平面與壁面接觸。8個(gè)噴嘴按一定間隔并排固定在罩體內(nèi)后面板底部，經(jīng)放置在儲(chǔ)水箱上部的兩個(gè)抽水泵從儲(chǔ)水箱內(nèi)抽水噴淋清洗刷和壁面。
4、水循環(huán)回收機(jī)構(gòu)由接水刮板、儲(chǔ)水箱、液位傳感器、過(guò)濾器、回水泵及氣動(dòng)元件組成。接水刮板放置在罩體底部，清洗刷下方，一端上翹并通過(guò)海綿材質(zhì)材料和壁面緊密接觸，另一端和放置在罩體底部?jī)啥说膬蓺飧咨斐鲚S連接，氣缸動(dòng)作實(shí)現(xiàn)接水刮板的伸縮。儲(chǔ)水箱放置在H型真空發(fā)生室外側(cè)下部空位處。壁面清洗后的污水經(jīng)接水刮板聚集到罩體內(nèi)側(cè)底部并由水管由過(guò)濾裝置過(guò)濾后經(jīng)安裝在儲(chǔ)水箱上部的兩個(gè)回水泵抽回到儲(chǔ)水箱內(nèi)循環(huán)使用。液位傳感器固定在儲(chǔ)水箱內(nèi)用來(lái)檢測(cè)水容量。該套機(jī)構(gòu)能防止污水污染下方待清洗壁面，并提高水利用率。
5、潔面機(jī)構(gòu)由潔面刮板、橡膠材質(zhì)刮洗器和氣動(dòng)元件組成，位于清洗機(jī)本體的最上端。潔面刮板通過(guò)跨接在H真空發(fā)生室兩端肩部端面上的兩氣缸伸縮實(shí)現(xiàn)和壁面的接觸和分離，刮板一端的橡膠材質(zhì)刮洗器緊貼壁面并隨清洗機(jī)本體自上而下刮洗壁面，從而清除壁面殘留水漬。
6、障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)由清洗機(jī)本體上安裝的四組光電傳感器組成，根據(jù)本體裝配結(jié)構(gòu)，由下往上分別安裝在靠近下吸盤、接水刮板、上吸盤及潔面機(jī)構(gòu)的適當(dāng)位置，并以本體垂直中心線各對(duì)稱放置兩個(gè)傳感器，各傳感器感應(yīng)距離可調(diào)節(jié)。根據(jù)傳感器檢測(cè)信號(hào)，通知控制系統(tǒng)以上各機(jī)構(gòu)在本體自上而下清洗過(guò)程中是否接近突起障礙物(窗框)，經(jīng)各自氣動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)，依次回縮，跨越障礙后，再依次伸出，從而實(shí)現(xiàn)清洗機(jī)本體整體越障。
樓頂安全裝置主要由卷?yè)P(yáng)機(jī)、鋼絲繩、移動(dòng)小車、固定軌道、支撐架、控制柜組成，主要完成清洗機(jī)本體的提升、下降及橫移動(dòng)作以及高度計(jì)量功能，并協(xié)調(diào)清洗機(jī)本體重力使本體實(shí)現(xiàn)清洗和越障功能并起安全保護(hù)作用。卷?yè)P(yáng)機(jī)放置在移動(dòng)小車上，纏繞在卷?yè)P(yáng)機(jī)排線器上的兩組鋼絲繩通過(guò)支撐架下放，并與清洗機(jī)本體H型真空發(fā)生室肩部外側(cè)的兩吊環(huán)連接，經(jīng)卷?yè)P(yáng)機(jī)同步旋轉(zhuǎn)后，帶動(dòng)清洗機(jī)本體在其重力作用下垂直向下運(yùn)動(dòng)?？刂乒裢ㄟ^(guò)電纜與卷?yè)P(yáng)機(jī)連接，編碼器放置在支撐架頂端回轉(zhuǎn)軸處并與鋼絲繩同步運(yùn)轉(zhuǎn)，用來(lái)計(jì)量鋼絲繩的下放或上收長(zhǎng)度，從而將清洗機(jī)本體的高度信息傳送給控制系統(tǒng)，其控制線纜沿支撐架通過(guò)航空插頭和控制柜連接。
樓下便攜監(jiān)控裝置主要由控制箱體、操作面板、無(wú)線視頻監(jiān)視器、無(wú)線遙控通訊模塊及控制單元組成。操作面板、無(wú)線視頻監(jiān)視器、無(wú)線遙控通訊模塊及控制單元均放置在監(jiān)控箱體內(nèi)。打開便攜控制箱體，操作面板在監(jiān)控箱俯視位置，在其底部放置有控制單元，包括中央處理器(CPU)、電源模塊等。操作面板上布置有命令按鈕、液晶狀態(tài)顯示器、急停按鈕、警報(bào)器等。無(wú)線視頻監(jiān)視器包括無(wú)線監(jiān)視屏、無(wú)線監(jiān)視通訊模塊，無(wú)線視頻監(jiān)視器和無(wú)線遙控通訊模塊都固定在控制箱上蓋內(nèi)側(cè)，除無(wú)線監(jiān)視屏露出上視板外，其它由上視板遮蓋。裝在清洗機(jī)本體上的攝像頭經(jīng)無(wú)線監(jiān)視通訊模塊，由無(wú)線視頻監(jiān)視器實(shí)時(shí)顯示已清洗壁面的清潔狀態(tài)。控制單元CPU按照操作面板按鍵指令通過(guò)無(wú)線遙控通訊模塊向清洗機(jī)本體以及樓頂安全裝置發(fā)出控制命令，完成本體清洗全過(guò)程。
電氣控制裝置由清洗機(jī)本體控制系統(tǒng)、樓頂安全控制系統(tǒng)及樓下便攜監(jiān)控系統(tǒng)三部分組成。清洗機(jī)本體采用可編程邏輯控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)器、直流伺服電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、氣動(dòng)元件、電磁閥等作為執(zhí)行裝置。PLC、繼電器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、無(wú)線遙控通訊模塊以及電源模塊等元件放置在一正方體型控制箱內(nèi)。控制箱固定在清洗機(jī)本體H型真空發(fā)生室右側(cè)空位處，并通過(guò)螺栓與罩體后背固定連接。6個(gè)電磁閥及其他氣動(dòng)元件固定在H型真空發(fā)生室左側(cè)空位處，并通過(guò)一平板與罩體后背固定連接。本體上所有電路走線均規(guī)整到固定在H型真空發(fā)生室后背、儲(chǔ)水箱上方的坦克鏈內(nèi)，各通過(guò)航空插頭連接到右側(cè)的控制箱體上；樓頂安全控制系統(tǒng)由PLC控制器、變頻器、低壓電器電路、無(wú)線遙控通訊模塊、電源模塊等組成，均放置在一長(zhǎng)方體控制箱內(nèi)，控制箱放置在移動(dòng)小車上，所有電氣線均通過(guò)航空插頭連接；樓下便攜監(jiān)控系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，以無(wú)線遙控方式經(jīng)各自無(wú)線遙控通訊模塊向本體控制系統(tǒng)和樓頂控制系統(tǒng)發(fā)送各種控制指令，并接收本體和樓頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)信息在其操作面板的液晶屏上顯示。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明采用依靠樓頂卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引以及清洗機(jī)本體自身重力實(shí)現(xiàn)自上而下移動(dòng)清洗以及使用雙吸盤吸附單元交替吸附跨越窗框類障礙的機(jī)構(gòu)，能提供一種對(duì)高層樓宇玻璃幕墻的高效、可靠的自動(dòng)化清洗手段。本發(fā)明方法相對(duì)于現(xiàn)有的人工清洗操作，操作費(fèi)用低、安全性好，能大幅度提高清洗效率；相對(duì)于現(xiàn)有的清洗機(jī)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能有效解決效率和越障的矛盾性。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，1為樓頂安全裝置、2為清洗機(jī)本體、3為樓下便攜監(jiān)控裝置。
圖2是本發(fā)明清洗機(jī)本體立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2中，4為潔面刮板、5為罩體、6為清洗滾刷、7為接水刮板、8為橡膠材質(zhì)、9為上吸盤、10為氣缸、11為光電傳感器、12為隨動(dòng)滾輪、13為橡膠條、14為下吸盤、15為下滑動(dòng)套筒、16為下吸盤閘片、17為下吸盤閘片氣缸、18為光電傳感器、19為滾筒軸、20為傳動(dòng)裝置、21為直流伺服電機(jī)、22為潔面橡膠、23為上吸盤氣動(dòng)元件、24為H型負(fù)壓發(fā)生室、25為吊環(huán)、26為上滑動(dòng)套筒、27為風(fēng)機(jī)、28為上吸盤閘片氣缸、29為攝像頭、30為氣缸、31為上吸盤閘片。
圖3是本發(fā)明清洗機(jī)本體側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3中，32為下吸盤氣動(dòng)元件、33為水過(guò)濾裝置。
圖4是本發(fā)明清洗機(jī)本體背面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4中，34為抽水泵、35為儲(chǔ)水箱、36為液位傳感器、37為回水泵、38為微型噴嘴、39為光電傳感器、40為光電傳感器、41為安裝孔。
圖5是樓頂安全裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5中，42為控制柜、43為卷?yè)P(yáng)機(jī)、44為移動(dòng)小車及軌道、45為鋼絲繩、46為編碼器、47為導(dǎo)向輪、48為支撐架。
圖6是樓下便攜監(jiān)控裝置示意圖。
圖6中，49為無(wú)線遙控通訊模塊、50為控制箱體、51為控制單元、52為操作面板、53為無(wú)線視頻監(jiān)視器。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明的清洗機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，主要包括樓頂安全裝置1、清洗機(jī)本體2、樓下便攜監(jiān)控裝置3及電氣控制裝置。清洗機(jī)本體2的結(jié)構(gòu)如圖2、圖3、圖4所示，清洗機(jī)本體2在樓頂安全系統(tǒng)1中卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引作用下，依靠密封機(jī)構(gòu)的橡膠條13、側(cè)面隨動(dòng)滾輪12，利用雙吸盤負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)的上吸盤9及其氣動(dòng)元件23、下吸盤14及其氣動(dòng)元件32，同時(shí)或交替吸附于玻璃壁面，依靠自身重力至上而下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)壁面清洗和跨越窗框類障礙等功能；樓頂安全裝置1主要起安全保護(hù)作用，確保清洗機(jī)本體2完成清洗和越障任務(wù)，并供給清洗機(jī)本體2電源、氣源和水源；樓下便攜監(jiān)控裝置3通過(guò)無(wú)線監(jiān)控的方式向清洗機(jī)本體2、樓頂安全裝置1發(fā)送動(dòng)作指令，使清洗機(jī)本體2完成清洗、越障等動(dòng)作，并通過(guò)無(wú)線視頻監(jiān)視器實(shí)時(shí)監(jiān)視壁面清洗效果。電氣控制裝置用來(lái)控制各執(zhí)行裝置完成整個(gè)清洗任務(wù)。
清洗機(jī)本體2由雙吸盤負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)、清洗機(jī)構(gòu)、水循環(huán)回收機(jī)構(gòu)、障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及潔面機(jī)構(gòu)組成。其中，負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)由風(fēng)機(jī)27、H型負(fù)壓發(fā)生室24、上吸盤9、下吸盤14及上吸盤氣動(dòng)元件23、下吸盤氣動(dòng)元件32組成。H型負(fù)壓發(fā)生室24是清洗機(jī)本體的主體，上下兩個(gè)長(zhǎng)方體吸盤尺寸為800*200*150，各經(jīng)過(guò)左右兩滑動(dòng)套筒連接到H型負(fù)壓發(fā)生室上，并各由安裝在H型真空發(fā)生室肩部和底部側(cè)面的兩個(gè)氣缸控制吸盤的伸出和回縮。兩風(fēng)機(jī)27并放在H型真空發(fā)生室上部空位處，通過(guò)一平板用螺絲固定在發(fā)生室上。每個(gè)吸盤內(nèi)部后端面靠近滑動(dòng)套筒處有兩個(gè)閘片，下吸盤閘片16和上吸盤閘片31，分別由兩閘片中間的下吸盤閘片氣缸17、上吸盤閘片氣缸28控制閘片的開啟或關(guān)閉，用來(lái)分別通斷上下兩吸盤與H型真空發(fā)生室24間的氣路。吸盤密封機(jī)構(gòu)由橡膠條13和側(cè)面隨動(dòng)滾輪12組成。橡膠條13布置在兩吸盤9、14開口外圍周邊成環(huán)狀，其一端被卡緊在有一段螺紋狀外形并和吸盤固定在一起的兩層鋁板之間，另一端伸出吸盤和壁面接觸。每個(gè)吸盤外側(cè)四角處均放置有四個(gè)隨動(dòng)滾輪12，滾輪12超出吸盤開口面，用來(lái)限制橡膠條13與壁面接觸程度，以減少橡膠條磨損，并減小壁面對(duì)吸盤的摩擦力。根據(jù)壁面摩擦系數(shù)的不同和所需吸盤吸附力大小，可更換不同尺寸隨動(dòng)滾輪。本發(fā)明密封機(jī)構(gòu)允許存在一定的泄漏，只要求吸盤內(nèi)能有一定的負(fù)壓維持清洗機(jī)本體對(duì)玻璃壁面的清洗力。清洗機(jī)構(gòu)由清洗滾刷6、罩體5、滾筒軸19、微型噴嘴38、直流伺服電機(jī)21及抽水泵34組成。清洗滾刷6、滾筒軸19、噴嘴38均放置在罩體5內(nèi)部，罩體5長(zhǎng)1500毫米，放置在上下兩個(gè)長(zhǎng)方體吸盤之間，后部緊靠H型真空發(fā)生室24，在上下兩吸盤9、14吸附在壁面上時(shí)，罩體開口側(cè)面距離壁面2～3英寸。滾刷6固定在滾筒軸19上成環(huán)狀，滾筒軸19跨接在罩體兩端。直流伺服電機(jī)21放置在罩體5左角上蓋面板上，經(jīng)同步傳動(dòng)裝置20帶動(dòng)滾筒軸19旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)清洗滾刷6旋轉(zhuǎn)。當(dāng)吸盤9、14吸附于壁面上時(shí)，清洗滾刷6旋轉(zhuǎn)起來(lái)后，其回轉(zhuǎn)半徑超出吸盤外伸面，從而抽打壁面，使清洗機(jī)本體2完成對(duì)壁面以及在越障過(guò)程中對(duì)障礙物(窗框)的清洗。上下兩吸盤9、14完全伸出后與壁面呈一平面接觸，罩體5外側(cè)與壁面距離2～3英寸。8個(gè)噴嘴38并排按一定間隔固定在罩體5內(nèi)后側(cè)面板底部，抽水泵34從儲(chǔ)水箱35內(nèi)抽水噴淋清洗刷和壁面；水循環(huán)回收裝置由接水刮板7、儲(chǔ)水箱35、液位傳感器36、過(guò)濾器33、回水泵37及氣缸10組成。接水刮板7放置在清洗罩體5底部清洗滾刷6下方，一端上翹并通過(guò)海綿材質(zhì)材料8和壁面緊密接觸，另一端和放置在罩體底部布置在兩端的兩個(gè)氣缸10連接，氣缸10動(dòng)作實(shí)現(xiàn)接水刮板7的伸縮。儲(chǔ)水箱35放置在H型真空發(fā)生室24外側(cè)下部空位處，抽水泵34、回水泵37固定在儲(chǔ)水箱上部。壁面清洗后的污水經(jīng)接水刮板7聚集到罩體5底部并由軟管經(jīng)過(guò)濾器33過(guò)濾后由安裝在儲(chǔ)水箱35上的回水泵37抽回到儲(chǔ)水箱35內(nèi)循環(huán)使用。液位傳感器36固定在儲(chǔ)水箱35內(nèi)用來(lái)檢測(cè)水容量。水循環(huán)回收機(jī)構(gòu)能防止污水污染下方待清洗壁面，提高水利用率；潔面機(jī)構(gòu)由潔面刮板22、橡膠刮洗器4和氣缸30組成，位于清洗機(jī)本體2的最上端。潔面刮板22通過(guò)跨接在H真空發(fā)生室24兩端肩部端面上的兩氣缸30伸縮實(shí)現(xiàn)和壁面接觸和分離，潔面刮板22一端橡膠材質(zhì)刮洗器4并緊貼壁面隨清洗機(jī)本體2自上而下刮洗壁面，從而清除壁面殘留水漬。障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)由清洗機(jī)本體上安裝的四組光電傳感器11、39、18、40組成，從下往上分別安裝在靠近下吸盤14、接水刮板7、上吸盤9及潔面刮板22的適當(dāng)位置，每組光電傳感器以清洗機(jī)本體2的垂直中心線對(duì)稱放置，并根據(jù)本體結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)各傳感器感應(yīng)距離。通過(guò)檢測(cè)以上各機(jī)構(gòu)在自上而下清洗過(guò)程中是否接近突起障礙物(窗框)，經(jīng)各自氣動(dòng)元件，依次回縮，跨越障礙后，再依次伸出，從而實(shí)現(xiàn)清洗機(jī)本體2整體越障。
本發(fā)明樓頂安全裝置1的結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要包括控制柜42、卷?yè)P(yáng)機(jī)43、移動(dòng)小車及軌道44、鋼絲繩45、編碼器46、導(dǎo)向輪47及支撐架48。卷?yè)P(yáng)機(jī)43放置在移動(dòng)小車44上，纏繞在卷?yè)P(yáng)機(jī)排線器上的兩組鋼絲繩45通過(guò)支撐架48及導(dǎo)向輪47從樓頂下放與清洗機(jī)本體2中H型真空發(fā)生室24肩部外側(cè)的兩吊環(huán)25連接，并經(jīng)卷?yè)P(yáng)機(jī)43的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)清洗機(jī)本體2上下運(yùn)動(dòng)?？刂乒?2通過(guò)電纜與卷?yè)P(yáng)機(jī)43連接，編碼器46放置在支撐架48頂端導(dǎo)向輪47回轉(zhuǎn)軸處并與鋼絲繩45同步運(yùn)轉(zhuǎn)，計(jì)量鋼絲繩45的下放或上收長(zhǎng)度，其控制線纜沿支撐架48通過(guò)航空插頭和控制柜42連接。
本發(fā)明樓下便攜監(jiān)控裝置3的結(jié)構(gòu)如圖6所示，包括無(wú)線視頻監(jiān)視器53、無(wú)線遙控通訊模塊49、控制箱體50、控制單元51及操作面板52。操作面板52上布置有命令按鈕、液晶狀態(tài)顯示器、急停按鈕、警報(bào)器等。無(wú)線視頻監(jiān)視器53以及無(wú)線遙控通訊模塊49固定在控制箱上蓋內(nèi)側(cè)，無(wú)線視頻監(jiān)視器53的顯示屏露出上視板，其他部分都由上視板遮蓋。裝在清洗機(jī)本體2上的攝像頭25經(jīng)無(wú)線視頻監(jiān)視器53的通訊模塊，由無(wú)線視頻監(jiān)視器實(shí)時(shí)監(jiān)視清洗機(jī)本體2已清洗完壁面的清潔狀態(tài)?？刂茊卧?1按照操作面板52按鍵指令通過(guò)無(wú)線遙控通訊模塊49向清洗機(jī)本體2以及樓頂安全裝置1發(fā)出各種動(dòng)作命令，遙控實(shí)現(xiàn)清洗全過(guò)程。
本發(fā)明清洗機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程如下1)系統(tǒng)上電起動(dòng)，樓頂卷?yè)P(yáng)機(jī)43將清洗機(jī)本體2提升至樓頂待清洗壁面(自上往下)，上吸盤氣動(dòng)元件23控制上吸盤9，下吸盤氣動(dòng)元件32控制下吸盤14伸出與壁面接觸(氣缸行程為75mm)，清洗機(jī)本體2即吸附于平整玻璃壁面。此時(shí)，清洗機(jī)本體2上的氣缸10、30處于回縮狀態(tài)。清洗機(jī)本體各動(dòng)作可自動(dòng)進(jìn)行，也可在樓下監(jiān)控裝置1遙控下進(jìn)行。
2)風(fēng)機(jī)27啟動(dòng)，負(fù)壓發(fā)生室24內(nèi)很快形成負(fù)壓，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(約幾秒鐘)，上吸盤閘片氣缸28控制上吸盤閘片31打開、下吸盤閘片氣缸17控制下吸盤閘片16打開，從而連通上吸盤9、下吸盤14、上滑動(dòng)套筒26、下滑動(dòng)套筒15與負(fù)壓發(fā)生室24間的氣路，上下兩吸盤9、14在密封機(jī)構(gòu)的隨動(dòng)滾輪12、橡膠條13作用下，內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，使清洗機(jī)本體2吸附于壁面；3)氣缸10控制接水刮板7，氣缸30控制潔面刮板4各自貼緊壁面，噴嘴38向壁面和清洗滾刷6上噴水，直流伺服電機(jī)21、抽水泵34啟動(dòng)，清洗滾刷6旋轉(zhuǎn)，開始清洗壁面；4)在2)、3)動(dòng)作的同時(shí)，在卷?yè)P(yáng)機(jī)43和清洗機(jī)本體2自身重力的協(xié)調(diào)作用下，樓頂控制系統(tǒng)控制清洗機(jī)本體2沿平整玻璃壁面平穩(wěn)勻速下滑，同時(shí)清洗滾刷6完成壁面清洗；
5)如前方出現(xiàn)窗框類障礙，障礙檢測(cè)光電傳感器11、39、18、40將依次檢測(cè)到該障礙物，清洗機(jī)本體2控制系統(tǒng)通知樓頂控制系統(tǒng)使清洗機(jī)本體2減速，在氣動(dòng)元件的作用下，使下吸盤14、接水刮板7、上吸盤9、潔面刮板4依次縮回，各自越障后再相繼伸出，從而實(shí)現(xiàn)越障。
6)到樓底結(jié)束清洗位置，風(fēng)機(jī)27、直流伺服電機(jī)21、抽水泵34、回水泵37停止工作，上下兩吸盤9、14、潔面刮板4和接水刮板7縮回。卷?yè)P(yáng)機(jī)43帶動(dòng)清洗機(jī)本體2快速上升至樓頂初始清洗位置處，樓頂移動(dòng)小車44啟動(dòng)，使樓頂安全裝置1沿樓頂固定軌道向左(或右)移動(dòng)一定距離(小于清洗滾刷長(zhǎng)度)，在鋼絲繩45牽引下，清洗機(jī)本體2便向左(或右)移動(dòng)相同距離，此后重復(fù)動(dòng)作1)，循環(huán)往復(fù)，直至清洗完整個(gè)樓面。
本發(fā)明能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下1、清洗樓面高度120米及以上2、清洗寬度每次1.5米以上3、清洗效率240平方米/時(shí)或以上(因壁面潔凈程度不同而異)4、越障能力橫窗框高度為2英寸，寬度為2～3英寸5、耗水量每千平方米≤25公斤(因壁面潔凈程度不同而異)本發(fā)明是一種移動(dòng)速度快、又具備壁面適應(yīng)能力強(qiáng)，并且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、清洗效果好、操作簡(jiǎn)便的新型高樓壁面清洗機(jī)。本發(fā)明不僅可應(yīng)用于高120米以上高層樓宇，長(zhǎng)1.5米、寬1米以上玻璃幕墻的清洗，還可推廣應(yīng)用于其他類型高樓平整外墻的清洗。
權(quán)利要求
1.一種高樓玻璃幕墻清洗機(jī)系統(tǒng)，包括樓頂安全裝置(1)、清洗機(jī)本體(2)、樓下便攜監(jiān)控裝置(3)及電氣控制裝置，清洗機(jī)本體(2)包括雙吸盤負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)、障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其特征在于清洗機(jī)本體(2)還包括清洗機(jī)構(gòu)、水循環(huán)回收機(jī)構(gòu)及潔面機(jī)構(gòu)，清洗機(jī)本體(2)在樓頂安全裝置(1)中卷?yè)P(yáng)機(jī)(43)的牽引作用下，依靠密封機(jī)構(gòu)的橡膠條(13)、側(cè)面隨動(dòng)滾輪(12)，利用雙吸盤負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)的上吸盤(9)及其氣動(dòng)元件(23)、下吸盤(14)及其氣動(dòng)元件(32)，同時(shí)或交替吸附于玻璃壁面，依靠自身重力至上而下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)壁面清洗和跨越障礙，樓頂安全裝置(1)起安全保護(hù)作用，確保清洗機(jī)本體(2)完成清洗和越障任務(wù)，并供給清洗機(jī)本體(2)電源、氣源和水源，樓下便攜監(jiān)控裝置(3)通過(guò)無(wú)線監(jiān)控的方式向清洗機(jī)本體(2)、樓頂安全裝置(1)發(fā)送動(dòng)作指令，使清洗機(jī)本體(2)完成清洗、越障動(dòng)作，并通過(guò)無(wú)線視頻監(jiān)視器實(shí)時(shí)監(jiān)視壁面清洗效果，由電氣控制裝置控制各執(zhí)行裝置完成整個(gè)清洗任務(wù)。
2.如權(quán)利要求1的高樓玻璃幕墻清洗機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述清洗機(jī)構(gòu)中，清洗滾刷(6)、滾筒軸(19)、噴嘴(38)均放置在罩體(5)內(nèi)部，罩體(5)放置在上吸盤(9)、下吸盤(14)之間，清洗滾刷(6)固定在滾筒軸(19)上成環(huán)狀，滾筒軸(19)跨接在罩體兩端，直流伺服電機(jī)(21)經(jīng)同步傳動(dòng)裝置(20)帶動(dòng)滾筒軸(19)旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)清洗滾刷(6)旋轉(zhuǎn)，噴嘴(38)并排間隔固定在罩體(5)內(nèi)底部。
3.如權(quán)利要求1的高樓玻璃幕墻清洗機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述水循環(huán)回收機(jī)構(gòu)中，接水刮板(7)放置在罩體(5)底部清洗滾刷(6)下方，并和放置在罩體底部?jī)啥说膬蓚€(gè)氣缸(10)連接，儲(chǔ)水箱(35)放置在H型真空發(fā)生室(24)下部空位處，抽水泵(34)、回水泵(37)固定在儲(chǔ)水箱(35)上部，液位傳感器(36)固定在儲(chǔ)水箱(35)內(nèi)用來(lái)檢測(cè)水容量。
4.如權(quán)利要求1的高樓玻璃幕墻清洗機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述潔面機(jī)構(gòu)位于清洗機(jī)本體(2)的上端，由潔面刮板(22)、橡膠刮洗器(4)和氣缸(30)組成，潔面刮板(22)通過(guò)跨接在H真空發(fā)生室(24)兩端肩部端面上兩氣缸(30)的伸縮實(shí)現(xiàn)與壁面的接觸和分離，潔面刮板(22)一端有刮洗器(4)。
5.如權(quán)利要求1的高樓玻璃幕墻清洗機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)由清洗機(jī)本體上安裝的四組光電傳感器(11、39、18、40)組成，分別靠近下吸盤(14)、接水刮板(7)、上吸盤(9)及潔面刮板(22)安裝，并以清洗機(jī)本體(2)的垂直中心線對(duì)稱放置。
6.如權(quán)利要求1的高樓玻璃幕墻清洗機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述樓頂安全裝置(1)中，卷?yè)P(yáng)機(jī)(43)放置在移動(dòng)小車(44)上，纏繞在卷?yè)P(yáng)機(jī)排線器上的兩組鋼絲繩(45)通過(guò)支撐架(48)及導(dǎo)向輪(47)從樓頂下放與清洗機(jī)本體(2)中H型真空發(fā)生室(24)肩部外側(cè)的兩吊環(huán)(25)連接，并經(jīng)卷?yè)P(yáng)機(jī)(43)的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)清洗機(jī)本體(2)上下運(yùn)動(dòng)，控制柜(42)通過(guò)電纜與卷?yè)P(yáng)機(jī)(43)連接，編碼器(46)放置在支撐架(48)頂端導(dǎo)向輪(47)回轉(zhuǎn)軸處并與鋼絲繩(45)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，計(jì)量鋼絲繩(45)的下放或上收長(zhǎng)度，其控制線纜沿支撐架(48)通過(guò)航空插頭和控制柜(42)連接。
7.如權(quán)利要求1的高樓玻璃幕墻清洗機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述樓下便攜監(jiān)控裝置(3)包括無(wú)線視頻監(jiān)視器(53)、無(wú)線遙控通訊模塊(49)、控制箱體(50)、控制單元(51)及操作面板(52)，裝在清洗機(jī)本體(2)上的攝像頭(25)連接無(wú)線視頻監(jiān)視器(53)，實(shí)時(shí)監(jiān)視清洗機(jī)本體(2)已清洗完壁面的清潔狀態(tài)，控制單元(51)按照操作面板(52)按鍵指令通過(guò)無(wú)線遙控通訊模塊(49)向清洗機(jī)本體(2)以及樓頂安全裝置(1)發(fā)出動(dòng)作命令，遙控實(shí)現(xiàn)清洗全過(guò)程。
8.如權(quán)利要求1的高樓玻璃幕墻清洗機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述密封機(jī)構(gòu)由橡膠條(13)和側(cè)面隨動(dòng)滾輪(12)組成，橡膠條(13)布置在上下兩吸盤(9、14)開口外圍周邊成環(huán)狀，其一端被卡緊在有一段螺紋狀外形并和吸盤固定在一起的兩層鋁板之間，另一端伸出吸盤和壁面接觸，每個(gè)吸盤外側(cè)四角處均放置四個(gè)隨動(dòng)滾輪(12)，滾輪(12)超出吸盤開口面。
全文摘要
一種高樓玻璃幕墻清洗機(jī)系統(tǒng)，包括樓頂安全裝置、清洗機(jī)本體、樓下便攜監(jiān)控裝置及電氣控制裝置。清洗機(jī)本體在樓頂卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引作用下，依靠密封機(jī)構(gòu)，利用雙吸盤負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)同時(shí)或交替吸附于玻璃壁面，并協(xié)調(diào)清洗機(jī)本體自身重力至上而下移動(dòng)，同時(shí)在其清洗機(jī)構(gòu)、水循環(huán)回收機(jī)構(gòu)、障礙檢測(cè)機(jī)構(gòu)、潔面機(jī)構(gòu)的配合下完成對(duì)玻璃壁面的清洗以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(wù)，并供給本體電源、氣源和水源；樓下便攜監(jiān)控裝置以無(wú)線監(jiān)控方式發(fā)出動(dòng)作指令，并通過(guò)無(wú)線視頻監(jiān)視器實(shí)時(shí)監(jiān)視壁面清洗效果，由電氣控制裝置控制各執(zhí)行裝置完成整個(gè)清洗任務(wù)。本發(fā)明提供一種高效、可靠并能越障的清洗機(jī)系統(tǒng)，避免了因人工清洗帶來(lái)的各種危險(xiǎn)因素。
文檔編號(hào)A47L11/00GK1586384SQ20041005326
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者錢志源, 趙言正, 付莊, 曹其新, 楊金汕 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)