一种玻璃清洁装置的制作方法

本实用新型属于机械技术领域，具体涉及一种玻璃清洁装置。

背景技术：

仿壁虎机器人是科学家依据壁虎的运动方式设计研发的新型爬壁机器人。仿壁虎机器人运用范围较广，因其体积小，重量轻，行动灵活而广泛被应用于航天检测、船舶检测、医疗、搜索救援、军事、反恐等行业中，因此，仿壁虎机器人的各项研究技术在国际上备受关注。

随着现代化城市的发展，许多高楼大厦出现，房屋在设计之初就考虑到了使用过程中的采光问题，平房在设法改善用户采光问题时，设计人员想到了增大墙壁上窗户的数目和面积，楼房也同理，除了增大楼间距，目前比较可行的且广泛应用在建筑行业的方法就是增大窗户数目和面积。伴之而来的是高层建筑的玻璃清洁作业的危险性问题。目前，家政公司针对玻璃清洁的费用昂贵，且都是靠人工操作完成，危险性极高。因此需要提出一种可以像壁虎一样能在竖直墙面上移动和停留的机器人，实现擦玻璃的功能。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提出一种可用于高空作业的仿壁虎机器人及擦玻璃方法，代替人类完成高空危险环境下的玻璃清洁任务。

为达到上述目的，本实用新型一种玻璃清洁装置，包括躯干和对称安装在躯干两端的前工作部和后工作部，前工作部和后工作部的结构相同，前工作部包括前弯板、清洁结构、仿生掌和对称安装在清洁结构上的两个腿部结构，清洁结构和两个腿部结构均安装在前弯板上；前弯板上安装有驱动大腿根转动的第一舵机，大腿根上安装有驱动大腿转动的第二舵机，大腿上安装有驱动小腿转动的第三舵机，小腿上安装有驱动仿生掌上的拉绳动作的第四舵机；仿生掌包括掌部和固定在掌部上的多个指部，每个指部中插有一个弹性片，仿生掌掌心设置有微纳米粘附阵列。

进一步的，清洁结构包括盘形零件和用于驱动盘形零件转动的电机，盘形零件上固定有转轴，盘形零件上端面边缘均匀布置有多个用于固定抹布的挂钩；抹布通过挂钩安装在盘形零件上。

进一步的，躯干采用65mn材料制成，躯干的厚度为0.2mm±0.1mm。

进一步的，躯干上固定有安全绳。

进一步的，小腿与仿生掌连接的一端设置弹簧装置，弹簧装置包括壳体、弹簧芯轴、弹簧、插丝和弹簧顶盘，壳体固定在小腿上，弹簧芯轴穿过壳体，下端与仿生掌固定连接，上端伸出壳体顶部，插丝穿过弹簧芯轴上部以防止弹簧芯轴与小腿脱离，弹簧芯轴下部位于壳体外处固定有弹簧顶盘，弹簧芯轴上套有压缩弹簧，压缩弹簧下部伸出壳体，当压缩弹簧压缩时被弹簧顶盘顶住。

进一步的，弹性片靠近顶端处与拉绳的下端固定连接，拉绳的上端固定在第二舵机连接件上，第二舵机连接件安装在第四舵机的旋转轴上。

进一步的，第三舵机的旋转轴与第一舵机连接件固定连接，第一舵机连接件通过紧固件与小腿固定。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益的技术效果：

本实用新型针对现有的仿壁虎机器人产品，增加其身体躯干部分的柔性，实现了类似于生物壁虎在运动过程当中腰身的扭动动作，特将躯干设计为弹性金属片，结构简单，增加了机器人的自由度。考虑机器人的体积质量问题和成本问题，在仿生掌部位采用了微纳米粘附阵列。采用吸附式而不是气压式仿生掌，使得机器人更加轻巧、灵活，将擦拭机构与仿壁虎机器人结合，使其能应用于高空危险环境下的玻璃清洁任务。可拆卸式的清洁结构，实现了机器人工业到家用电器的转换。

进一步的，清洁结构的主体为盘形零件，盘形零件中部设置有转轴，盘形零件上端面边缘均匀布置有个用于套取并固定自带松紧口抹布的挂钩，挂钩为圆柱形；抹布通过挂钩安装在盘形零件上。此擦拭机构结构简单，其上的抹布可直接拆卸更换，贴合实际情况，通过二次擦拭可以使得清洗和擦拭效果更佳。

进一步的，躯干采用65mn材料制成，躯干的厚度为0.2mm±0.1mm，在增加机器人躯干柔性的同时，降低了机身重量。

进一步的，躯干一端固定有安全绳，控制机器人的上升或降落，以实现仿生掌的吸附与脱附。

进一步的，小腿与仿生掌连接的一端设置弹簧装置，所述弹簧装置包括壳体、弹簧芯轴、弹簧、插丝和弹簧顶盘，所述壳体固定在小腿上，弹簧芯轴穿过壳体，下端与仿生掌固定连接，上端伸出壳体顶部，插丝穿过弹簧芯轴上部以防止弹簧芯轴与小腿脱离，弹簧芯轴下部位于壳体外处固定有弹簧顶盘，弹簧芯轴上套有压缩弹簧，压缩弹簧下部伸出壳体，当压缩弹簧压缩时被弹簧顶盘顶住。弹簧芯轴上的压缩弹簧起缓冲减震作用，弹簧芯轴下方的弹簧顶盘可防止压缩弹簧弹出。

进一步的，弹性片靠近顶端处与拉绳的下端固定连接，拉绳的上端固定在第二舵机连接件上，第二舵机连接件安装在第四舵机的旋转轴上。采用第四舵机旋转控制拉绳牵引弹性片弯曲以达到部分仿生掌脱附，以便为大腿根减少由于仿生掌大面积吸附于玻璃表面产生的较大旋转阻力，使仿生掌更易脱附，当第四舵机旋转使得拉绳松弛时，弹性片伸展，增大仿生掌与玻璃表面的接触面积，使仿生掌更易吸附。

附图说明

图1为本实用新型机器人机械结构的主视图；

图2为本实用新型机器人机械结构的左视图；

图3为本实用新型机器人机械结构的俯视图；

图4为本实用新型机器人擦拭机构的三维示意图；

图5为本实用新型机器人的小腿和仿生掌的左视图；

图6为本实用新型机器人的后工作部的左视图。

1-仿生掌，2-小腿，3-大腿，4-大腿根，5-电机固定套，6-旋转盘，7-躯干，8-前弯板，9-第一内六角圆柱头螺钉，101-第一舵机，102-第二舵机，103-第三舵机，104-第四舵机，11-插丝，12-安全绳，13-弹性片，14-第一十字槽盘头螺钉，15-弹簧顶盘，16-压缩弹簧，17-第二十字槽盘头螺钉，18-十字槽沉头螺钉，19-第三十字槽盘头螺钉，21-第二内六角圆柱头螺钉，22-几字板，23-尾弯板，24-第一舵机连接件，25-弹簧芯轴，26-拉绳，27-电机，28-顶丝，31-盘形零件，32-挂钩，33-转轴，34-第三舵机的旋转轴，35-头部、36-尾部，37-壳体，38-第四舵机的旋转轴，39-第二舵机连接件；40-掌部，41-指部。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型。

参照图1，一种玻璃清洁装置包括依次连接的头部35、躯干7和尾部36，躯干7两端安装有结构和大小均相同的前工作部与后工作部，前工作部与后工作部完全对称设置，躯干7采用弹性金属片等轻质量高强度材料，可以较大程度减轻机器人质量，并且使其更灵活。具体的，躯干7采用材料为65mn，长为102mm±0.5mm，宽10mm±0.5mm，厚0.2mm±0.1mm的金属片。

前工作部由清洁结构、仿生掌1和对称安装在清洁结构上的两个相同的腿部结构构成，两个腿部结构通过前弯板8安装在清洁结构上。前弯板8上固定有头部35，后工作部由清洁结构、仿生掌1和对称安装在清洁结构上的两个腿部结构构成，两个腿部结构通过尾弯板23安装在清洁结构上，尾弯板23上固定有尾部36。

参照图4，清洁结构包括电机27和旋转盘6，旋转盘6主体为盘形零件31，盘形零件31中部设置有转轴33，盘形零件31上端面边缘均匀布置有8个用于套取并固定自带松紧口抹布的挂钩32，挂钩32为圆柱形；抹布通过挂钩32安装在盘形零件31上。电机27用于驱动盘形零件31旋转。

参照图1，仿壁虎擦玻璃机器人由舵机控制配合安全绳12控制机器人的上升或降落，以实现仿生掌的吸附与脱附。

仿生掌1包括掌部和固定在掌部外侧的四个指部，每个指部中插有一个弹性片13，仿生掌1的掌心设置有微纳米粘附阵列。

参照图1和图2，腿部结构为三连杆结构，前弯板8与大腿根4，大腿根4与大腿3、大腿3和小腿2间各有一个关节，各关节处两个零件通过螺钉铰接连接，实现腿部的旋转。大腿根4第一端安装在前弯板8上，第二端和大腿3的第一端铰接，大腿3的第二端和小腿2的第一端铰接。所述大腿根4和前弯板8的转动轴与大腿根4在同一平面，所述大腿根4和大腿3转动轴与大腿3垂直，所述大腿3和小腿2的转动轴与小腿2垂直。前弯板8上安装有驱动大腿根4转动的第一舵机101，大腿根4上安装有驱动大腿3转动的第二舵机102，大腿3上安装有驱动小腿2转动的第三舵机103，小腿2上安装有驱动仿生掌上的拉绳26动作的第四舵机104；第三十字槽盘头螺钉19将大腿3上的第三舵机103的旋转轴34与第一舵机连接件24固定连接，第一舵机连接件24通过两个十字槽沉头螺钉18与小腿2固定，以便大腿3上的第三舵机103控制小腿2旋转。第一舵机101的旋转轴和大腿根4的连接方式，第二舵机102的旋转轴和大腿的连接方式均与第三舵机的旋转轴34和小腿2的连接方式相同。以上所有舵机各自分别通过四个第一十字槽盘头螺钉14固定在相应的腿部。

第二十字槽盘头螺钉17将第四舵机的旋转轴38与第二舵机连接件39固定，当舵机旋转轴34旋转时，带动第二舵机连接件39旋转，由于第二舵机连接件39上的小孔上固定拉绳26终端，所以在第二舵机连接件39旋转的过程中，拉绳26可将仿生掌1上的弹性片向上拉使仿生掌1上插有弹性片的部分抬起或松开，拉绳26使弹性片呈自由状态。

参照图5和图6，小腿2与仿生掌1连接的一端设计有一个弹簧装置，弹簧装置包括壳体37、弹簧芯轴25、弹簧16、插丝11和弹簧顶盘15，壳体37固定在小腿2上，弹簧芯轴25穿过壳体37，下端与仿生掌1固定连接，上端伸出壳体37顶部，插丝11穿过弹簧芯轴25上部的小孔以防止弹簧芯轴与小腿2脱离，插丝11的长度大于壳体37顶部开设的用于穿过弹簧芯轴25的通孔的直径，弹簧芯轴25下部位于壳体37外处固定有弹簧顶盘15，弹簧芯轴25上套有压缩弹簧16，压缩弹簧16下部伸出壳体37，弹簧压缩时被弹簧顶盘顶住；弹簧芯轴25上的压缩弹簧16起缓冲减震作用，弹簧芯轴25下方的弹簧顶盘15可防止压缩弹簧16弹出。

图6中前弯板8下方的第一舵机101的旋转轴穿过前弯板8，第一舵机101的旋转轴端部与大腿根4固定，以通过舵机旋转轴带动大腿根4旋转。前弯板8包括固定连接的水平部和竖直部，前弯板8的水平部通过电机固定套5安装有电机27，电机的动力输出轴通过顶丝28与擦拭机构的转轴33连接，躯干7两端分别固定有几字板22，几字板22通过四个第一内六角圆柱头螺钉9与前弯板8的水平部铆接，前弯板8的竖直部上固定有舵机10，第二内六角圆柱头螺钉21和前工作部的几字板22将前弯板8和躯干7固定连接在一起；拉绳26通过牵拉作用保持弹性的仿生掌时刻展开，拉绳26一端在弹性片13靠近顶端处，另一端从小腿下端穿入，并固定在小腿的舵机连接件24上。

优选的，头部固定有安全绳12，安全绳12可以在机器人意外掉落时拉住机器人，起保险作用，也可以起到快速降落或快速提升高度的作用。

上述清洁装置向上行走过程如下：

步骤1：将机器人通过微纳米粘附阵列粘在竖直的玻璃上；

步骤2：机器人右前小腿和左后小腿上的舵机启动，通过拉绳牵拉弹性片使右前和左后仿生掌的前端脱附。

步骤3：机器人右前小腿和左后小腿上的舵机启动的同时，前弯板和尾弯板上控制右前大腿根、左后大腿根的舵机启动，右前大腿根使右前大腿向远离玻璃的方向旋转10°～30°，左后大腿根使左后大腿向远离玻璃的方向旋转，其角度与右前大腿根相同，使右前仿生掌和左后仿生掌脱附，离开玻璃表面。

步骤4：在大腿根旋转的同时，启动右前大腿根和左后大腿根上的舵机，分别驱动右前大腿逆时针旋转30°，左后大腿顺时针旋转30°。

步骤5：在大腿根和大腿旋转的同时，右前大腿和左后大腿上的舵机启动，分别驱动右前小腿顺时针旋转30°，左后小腿逆时针旋转30°。

步骤6：小腿上的舵机旋转使拉绳松弛，仿生掌前端伸展。右前大腿根使右前大腿向靠近玻璃的方向旋转10°，左后大腿根使左后大腿向靠近玻璃的方向旋转10°，使得右前仿生掌和左后仿生掌吸附在玻璃上。

步骤7：机器人左前小腿和右后小腿上的舵机启动，通过拉绳牵拉弹性片使左前和右后仿生掌的前端脱附。

步骤8：机器人右前小腿和左后小腿上的舵机启动的同时，前弯板和尾弯板上控制左前大腿根、右后大腿根的舵机启动，左前大腿根使左前大腿向远离玻璃的方向旋转10°，右后大腿根使右后大腿向远离玻璃的方向旋转10°，使左前仿生掌和右后仿生掌脱附，离开玻璃表面。

步骤8：在大腿根旋转的同时，左前大腿根和右后大腿根上的舵机启动，分别驱动左前大腿顺时针旋转30°，右后大腿逆时针旋转30°。

步骤9：在大腿根和大腿旋转的同时，左前大腿和右后大腿上的舵机启动，分别驱动左前小腿逆时针旋转30°，右后小腿顺旋转30°。

步骤10：小腿上的舵机旋转使拉绳松弛，仿生掌前端伸展。左前大腿根使左前大腿向靠近玻璃的方向旋转10°，右后大腿根使右后大腿向靠近玻璃的方向旋转10°，使得左前仿生掌和右后仿生掌吸附在玻璃上。

至此，完成一次向上行走。

上述玻璃清洁装置向下行走过程如下：

步骤1：将机器人粘在竖直的玻璃上；

步骤2：机器人右前小腿和左后小腿上的舵机启动，通过拉绳牵拉弹性片13使右前和左后仿生掌的前端脱附。

步骤3：机器人右前小腿和左后小腿上的舵机启动的同时，前弯板和尾弯板上控制右前大腿根、左后大腿根的舵机启动，右前大腿根使右前大腿向远离玻璃的方向旋转30°，左后大腿根使左后大腿向远离玻璃的方向旋转，其角度与左前大腿根相同，使左前仿生掌和右后仿生掌脱附，离开玻璃表面。

步骤4：在大腿根旋转的同时，启动右前大腿根和左后大腿根上的舵机，分别驱动右前大腿逆时针旋转45°，左后大腿顺时针旋转45°。

步骤5：在大腿根和大腿旋转的同时，右前大腿和左后大腿上的舵机启动，分别驱动右前小腿顺时针旋转45°，左后小腿逆时针旋转45°。

步骤6：小腿上的舵机旋转使拉绳松弛，仿生掌前端伸展。左前大腿根使左前大腿向靠近玻璃的方向旋转30°，右后大腿根使右后大腿向靠近玻璃的方向旋转30°，使得左前仿生掌和右后仿生掌吸附在玻璃上。

步骤7：机器人右前小腿和左后小腿上的舵机启动，通过拉绳牵拉弹性片使左前和右后仿生掌的前端脱附。

步骤8：机器人左前小腿和右后小腿上的舵机启动的同时，前弯板和尾弯板上控制右前大腿根、左后大腿根的舵机启动，右前大腿根使右前大腿向远离玻璃的方向旋转30°，左后大腿根使左后大腿向远离玻璃的方向旋转30°，使右前仿生掌和左后仿生掌脱附，离开玻璃表面。

步骤8：在大腿根旋转的同时，左前大腿根和右后大腿根上的舵机启动，分别驱动左前大腿顺时针旋转45°，右后大腿逆时针旋转45°。

步骤9：在大腿根和大腿旋转的同时，左前大腿和右后大腿上的舵机启动，分别驱动左前小腿逆时针旋转45°，右后小腿顺旋转45°。

步骤10：小腿上的舵机旋转使拉绳松弛，仿生掌前端伸展。左前大腿根使左前大腿向靠近玻璃的方向旋转30°，右后大腿根使右后大腿向靠近玻璃的方向旋转30°，使得左前仿生掌和右后仿生掌吸附在玻璃上。

至此，完成一次向上行走。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

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