一种高空作业机器人跨越底层障碍物的方法

技术领域

本发明涉及幕墙清洗技术领域，具体为一种高空作业机器人跨越底层障碍物的方法。

背景技术

现有的高空作业机器人(幕墙清洗机器人)在进行高空清洗的时候，在机器人的顶部都必须设置保险绳以防止掉落，通过保险绳吊装于建筑物顶端的卷扬机上，刚开始时，通过将高空作业机器人放置于地面上，通过启动卷扬机，保险绳吊装机器人在建筑物竖直方向上向上移动，当移动至幕墙面时，高空作业机器人的吸盘吸附于幕墙面上，通过爬行轮、吸盘的共同作用在幕墙上行走实现清洗。

但是在实际情况中，常常存在以下情况：

1、由于建筑物的底层部分经常用于建设大型商场、展览厅、大堂等特殊功能场所，因此底层凸出于幕墙面。

2、建筑物底层堆放物品，导致临墙建筑物地面无法放置高空作业机器人。

3、建筑物底层在建筑施工，搭建脚手架等，导致临墙地面无法放置高空作业机器人。

遇到此种情况，由于底层障碍物的存在，现有的高空作业机器人难以从地面通过建筑物顶端的保险绳吊装至幕墙面上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高空作业机器人跨越底层障碍物的方法，可实现机器人跨越底层障碍物，提升高空作业机器人的适用性。本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种高空作业机器人跨越底层障碍物的方法，所述高空作业机器人包括机架，安装在机架上的控制器、风机、四组抓绳机及四组绳体，所述抓绳机分别为设置在左上方、右上方、左下方、右下方的第一抓绳机、第二抓绳机、第三抓绳机及第四抓绳机，所述四组绳体分别为安装在第一抓绳机上的第一天索绳、安装在第二抓绳机上的第二天索绳、安装在第三抓绳机上的第一地索绳、安装在第四抓绳机上的第二地索绳；包括以下过程：

a.将第一天索绳的一端拉紧固定于建筑物高空左侧的顶端，另一端穿过第一抓绳机并自由下垂；第一天索绳与第一抓绳机的连接点为第一受力点，第一天索绳固定端至第一受力点为第一拉紧段；将第二天索绳的一端拉紧固定于建筑物高空右侧的顶端，另一端穿过第二抓绳机并自由下垂，第二天索绳与第二抓绳机的连接点为第二受力点，第二天索绳固定端至第二受力点为第二拉紧段。

b.计算第一地索绳及第二地索绳于建筑物底层障碍物外侧与清洗墙面的安装距离T。

c.将第一地索绳的一端拉紧固定于安装距离T处的地面左侧，另一端穿过第三抓绳机并自由下垂；第一地索绳与第三抓绳机的连接点为第三受力点，第一地索绳固定端至第三受力点为第三拉紧段；将第二地索绳的一端拉紧固定于安装距离T处的地面右侧，另一端穿过第四抓绳机并自由下垂；第二地索绳与第四抓绳机的连接点为第四受力点，第二地索绳固定端至第四受力点为第四拉紧段。

d.计算高空作业机器人跨越底层障碍物所需要的安全高度h’。

e.设定高空作业机器人在地面的位置为地面位置，在安全高度时贴合墙面的位置为工作位置，在安全高度时距离墙面安装距离t的位置为上升位置，计算三个位置时四组绳体的拉紧段长度；计算相邻位置拉紧段的收放变化长度。

f.调整风机的风速，使高空作业机器人在工作位置和上升位置之间移动；控制器控制抓绳机，使各绳体的拉紧段移动收放变化长度，从而使高空作业机器人由地面位置至上升位置再至工作位置实现向上跨越底层障碍物；或者使高空作业机器人由工作位置至上升位置再至地面位置实现向下跨越底层障碍物。

其中，当高空作业机器人从下往上跨越底层障碍物时，包括以下步骤：S1.高空作业机器人放置于地面位置；S2.计算地面位置与上升位置的各绳体的拉紧段长度差值，得到第一收放变化长度，控制器控制抓绳机，各绳体的拉紧段移动第一收放变化长度，机器人即攀爬至底层障碍物上方安全高度；S3.计算工作位置与上升位置的各绳体的拉紧段长度差值，得到第二收放变化长度，启动风机，同时控制器控制抓绳机，使各绳体的拉紧段移动第二收放变化长度，使高空作业机器人贴合至墙面上。

其中，当高空作业机器人从上往下跨越底层障碍物时，包括以下步骤：S1.高空作业机器人运动至工作位置；S2.计算工作位置与上升位置的各绳体的拉紧段长度差值，得到第一收放变化长度；降低风机的风速，使高空作业机器人沿墙面向外移动，同时控制器控制抓绳机，使各绳体的拉紧段移动第一收放变化长度，机器人即移动至上升位置；S3.计算上升位置与地面位置的各绳体的拉紧段长度差值，得到第二收放变化长度，控制器控制抓绳机，各绳体的拉紧段移动第二收放变化长度，使高空作业机器人降落至地面。

进一步的，所述机架上安装有传感器；步骤S1中传感器将当前机器人的姿态发送至控制器，控制器将当前姿态与机器人初始设定的姿态进行对比，调整当前姿态至初始姿态。

优选的，过程b中，安装距离T按照以下公式进行确定：

其中，B为建筑物底层障碍物最外边沿与墙面距离，h为建筑物底层障碍物最上边离地面的高度，b高空作业机器人的厚度，H为绳体在建筑物高空顶端的固定端离地面的高度。

优选的，安全高度h'≥h+2a，t≥B+2b。其中，a为高空作业机器人的高度。

优选的，所述第一天索绳与第一地索绳的固定端位于同一竖直平面上，所述第二天索绳与第二地索绳的固定端位于同一竖直平面上；构建一坐标系，坐标系以水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，垂直于X、Y轴为Z轴，坐标原点位于第一地索绳与第二地索绳固定端的连线的中点且离地面1/2a的位置。

优选的，高空作业机器人处于坐标原点的位置为地面位置，此时的拉紧段长度分别为：第一拉紧段长度L

L

高空作业机器人位于上升位置时的第一拉紧段长度L

高空作业机器人位于工作位置时第一拉紧段长度L

进一步的，当高空作业机器人从下往上跨越底层障碍物时，各绳体的第一收放变化长度为△L

进一步的，当高空作业机器人从上往下跨越底层障碍物时，各绳体的第一收放变化长度为△L

四组绳体的第一收放变化长度或第二收放变化长度为正数时，控制器控制绳体收紧移动相应长度，为负数时，控制器控制绳体放松移动相应长度。

由于采用了上述方法，本发明具有以下有益效果：本发明通过设置四根受力绳体，只需要固定好四根绳体的固定端，通过控制四组绳体的拉紧段的收放，从而实现将高空作业机器人从地面提升至安全高度，或者从安全高度下降至地面，可轻松跨过底层障碍物，使得高空作业机器人具有更广泛的适用性。

附图说明

图1是本发明高空作业机器人的结构示意图。

图2是图1的主视示意图。

图3是图2中隐藏风机的示意图。

图4是图3的A-A剖面示意图。

图5是本发明坐标系的构建示意图。

图6是高空作业机器人各受力点及拉紧段的主视示意图(图中隐藏障碍物)。

图7是高空作业机器人在地面位置时的侧视图(图中将各个绳体的自由段隐藏)。

图8是高空作业机器人在地面位置时的立体图(图中将障碍物及各个绳体的自由段隐藏)。

图9是高空作业机器人在上升位置时的侧视图(图中将各个绳体的自由段隐藏)。

图10是高空作业机器人在上升位置时的立体图(图中将障碍物及各个绳体的自由段隐藏)。

图11是高空作业机器人在工作位置时的侧视图(图中将各个绳体的自由段隐藏)。

图12是高空作业机器人在工作位置时的立体图(图中将障碍物及各个绳体的自由段隐藏)。

主要组件符号说明：

1：机架，2：风机，3：抓绳机，31：第一抓绳机，32：第二抓绳机，33：第三抓绳机，34：第四抓绳机，4：绳体，41：第一天索绳，41a：第一拉紧段，42：第二天索绳，42a：第二拉紧段，43：第一地索绳，43a：第三拉紧段，44：第二地索绳，44a：第四拉紧段，5：障碍物。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

如图1～图2所示，本发明公开了一种高空作业机器人跨越底层障碍物的方法，本发明的高空作业机器人包括机架1，安装在机架1上的控制器、传感器、风机2、四组抓绳机3及四组绳体4。

控制器及传感器在图中未示出。传感器包括测距传感器和角度传感器，测距传感器可以选用现有的红外测距传感器、光电测距传感器、激光位移测距传感器等，用于测量机架1的位置。角度传感器可以选用现有的倾角传感器(建大仁科RS485)、陀螺仪姿态角度传感器BWT61CL等，用于测量机架的偏移角度。控制器用于对四组抓绳机3以及若干组风机2进行控制，控制抓绳机3收紧或放松绳体4，以及控制风机2以某一速度启动或者减速或者关闭。

结合图3、图4所示，抓绳机3分别为设置在左上方、右上方、左下方、右下方的第一抓绳机31、第二抓绳机32、第三抓绳机33及第四抓绳机34。抓绳机3可以采用公开号为：CN114105052A、CN111675164A公开的结构，或者市售的现有抓绳机。四组绳体4分别为安装在第一抓绳机31上的第一天索绳41、安装在第二抓绳机32上的第二天索绳42、安装在第三抓绳机33上的第一地索绳43、安装在第四抓绳机34上的第二地索绳44。四组绳体4均包括固定端及自由端，固定端固定在建筑物或地面上，自由端向下自由垂放。启动四组抓绳机3，四组抓绳机3在绳体4上移动，从而带动机架1整体在绳体4上移动。

本发明方法包括以下过程：

a.如图5、图6所示，将第一天索绳41的一端(即固定端D1)拉紧固定于建筑物高空左侧的顶端，另一端(即自由端F1)穿过第一抓绳机31并自由下垂，第一天索绳41与第一抓绳机31的连接点为第一受力点S1，第一天索绳固定端D1至第一受力点S1为第一拉紧段41a。

将第二天索绳42的一端(即固定端D2)拉紧固定于建筑物高空右侧的顶端，另一端(即自由端F2)穿过第二抓绳机32并自由下垂，第二天索绳42与第二抓绳机32的连接点为第二受力点S2，第二天索绳固定端D2至第二受力点S2为第二拉紧段42a。

b.计算第一地索绳43及第二地索绳44于建筑物底层障碍物5的外侧与清洗墙面P的安装距离T。

c.如图6所示，将第一地索绳43的一端(即固定端D3)拉紧固定于安装距离T处的地面左侧，另一端(即自由端F3)穿过第三抓绳机33并自由下垂。第一地索绳43与第三抓绳机33的连接点为第三受力点S3，第一地索绳固定端D3至第三受力点S3为第三拉紧段43a。

将第二地索绳44的一端(即固定端D4)拉紧固定于安装距离T处的地面右侧，另一端(即自由端F4)穿过第四抓绳机34并自由下垂。第二地索绳44与第四抓绳机34的连接点为第四受力点S4，第二地索绳固定点D4至第四受力点S4为第四拉紧段44a。

d.计算高空作业机器人跨越底层障碍物5所需要的安全高度h’。

e.设定高空作业机器人在地面的位置为地面位置(如图7、图8所示)，在安全高度时贴合墙面的位置为工作位置(如图11、图12所示)，在安全高度时距离墙面距离t的位置为上升位置(如图9、图10所示)。计算三个位置时四组绳体4的拉紧段长度。计算相邻位置拉紧段的收放变化长度。

f.启动风机，使高空作业机器人在工作位置和上升位置之间移动；控制器控制抓绳机，使各绳体的拉紧段移动收放变化长度，从而使高空作业机器人由地面位置至上升位置再至工作位置实现向上跨越底层障碍物5；或者使高空作业机器人由工作位置至上升位置再至地面位置实现向下跨越底层障碍物5。

具体的计算过程通过以下实施例进行详细说明。

实施例一

本实施例公开了高空作业机器人从地面向上(从下往上)跨越底层障碍物的方法。

包括以下步骤：

S1.如图7、8所示，将高空作业机器人放置于地面位置。

安装距离T按照以下公式进行确定：

其中，B为建筑物底层障碍物最外边沿与墙面距离，h为建筑物底层障碍物最上边离地面的高度，b高空作业机器人的厚度，H为绳体在建筑物高空顶端的固定端离地面的高度。

第一天索绳与第一地索绳的固定端位于同一竖直平面上，第二天索绳与第二地索绳的固定端位于同一竖直平面上。构建一坐标系，坐标系以水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，垂直于X、Y轴为Z轴，坐标原点O位于第一地索绳与第二地索绳固定端的连线的中点且离地面1/2a的位置，a为高空作业机器人的高度。使高空作业机器人放置于坐标原点位置。

S2.计算地面位置与上升位置的各绳体的拉紧段长度差值，得到第一收放变化长度。

(1)如图7、图8所示，地面位置时拉紧段长度分别为：第一拉紧段长度L

L

其中，X

(2)上升位置时高空作业机器人位于安全高度h'及安全高度时距离墙面距离t的位置。此时安全高度h’须满足h'≥h+2a，距离墙面距离t≥B+2b。

如图9、图10所示，高空作业机器人位于上升位置时的第一拉紧段长度L

(3)计算第一收放变化长度

各绳体的第一收放变化长度为△L

△L

△L

控制器控制抓绳机，使各绳体的拉紧段移动第一收放变化长度，机器人即攀爬至底层障碍物上方安全高度。四组绳体的第一收放变化长度为正数时，控制器控制绳体收紧移动相应长度，为负数时，控制器控制绳体放松移动相应长度。

可知此时△L

S3.计算工作位置与上升位置的各绳体的拉紧段长度差值，得到第二收放变化长度。

如图11、图12所示，高空作业机器人位于工作位置时第一拉紧段长度L

计算第二收放变化长度为：△L

△L

△L

启动风机，同时控制器控制抓绳机，使各绳体的拉紧段移动第二收放变化长度，使高空作业机器人贴合至墙面上。

可知此时△L

实施例二

本实施例公开了高空作业机器人从上往下跨越底层障碍物的方法。包括以下步骤：

S1.高空作业机器人运动至工作位置。

此时高空作业机器人清洗完幕墙，运动至工作位置，由于清洗时需要贴合墙面进行行走和清洗，因此风机处于启动状态。

S2.计算工作位置与上升位置的各绳体的拉紧段长度差值，得到第一收放变化长度，降低风机的风速，此时高空作业机器人水平推力变小，使高空作业机器人沿Z轴方向向外移动，同时控制器控制抓绳机，使各绳体的拉紧段移动第一收放变化长度，机器人即移动至上升位置。

本实施例中，工作位置与上升位置的拉紧段的长度计算与实施例一相同。

各绳体的第一收放变化长度为△L

△L

△L

可知此时△L

S3.计算上升位置与地面位置的各绳体的拉紧段长度差值，得到第二收放变化长度，控制器控制抓绳机，使各绳体的拉紧段移动第二收放变化长度，使高空作业机器人降落至地面。

本实施例中，地面位置的拉紧段的长度计算与实施例一相同。

第二收放变化长度为：△L

△L

△L

可知此时△L

以上仅为两个实施方式，在其它实施方式中，也可以不将高空作业机器人放置于地面的坐标原点位置，此时，第一拉紧段与第二拉紧段的长度不相同，第三拉紧段与第四拉紧段的长度不相同。通过计算四个拉紧段在三个位置时的长度，并计算收放变化长度，同理可以依照本发明的方法进行底层障碍物的跨越。控制高空作业机器人位于坐标原点的地面位置进行跨越，可简化计算。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。