阅读说明：本技术 一种爬壁清洗机器人 (Wall-climbing cleaning robot ) 是由 张文乐 许军 刘长亮 阮红亮 蒋益超 于 2020-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明的爬壁清洗机器人,包括X向移动机构、Y向移动机构和清扫机构。X向移动机构包括X向支架、X向无杆气缸、两个X向有杆气缸,X向无杆气缸固定在X向支架下,X向有杆气缸固定在X向支架两端,X向有杆气缸的Z向气缸杆的底部固定有X吸盘固定板和X吸盘；Y向移动机构包括两个Y向支架、一个Y向无杆气缸、两个Y向有杆气缸,X向无杆气缸具有X向滑块,Y向无杆气缸具有Y向滑块,X向滑块和Y向滑块垂直连接,Y向支架固定在Y向无杆气缸两端,Y向有杆气缸固定在Y向支架上,Y向有杆气缸的Z向气缸杆的底部固定有Y吸盘固定板和Y吸盘。本发明的爬壁清洗机器人,结构紧凑,质量轻,操作流畅性高,安全性和稳定性高。(The wall climbing cleaning robot comprises an X-direction moving mechanism, a Y-direction moving mechanism and a cleaning mechanism. The X-direction moving mechanism comprises an X-direction support, an X-direction rodless cylinder and two X-direction rod cylinders, the X-direction rodless cylinder is fixed below the X-direction support, the X-direction rod cylinders are fixed at two ends of the X-direction support, and an X sucker fixing plate and an X sucker are fixed at the bottom of a Z-direction cylinder rod of the X-direction rod cylinder; the Y-direction moving mechanism comprises two Y-direction supports, a Y-direction rodless cylinder and two Y-direction rod cylinders, the X-direction rodless cylinder is provided with an X-direction sliding block, the Y-direction rodless cylinder is provided with a Y-direction sliding block, the X-direction sliding block is vertically connected with the Y-direction sliding block, the Y-direction supports are fixed at two ends of the Y-direction rodless cylinder, the Y-direction rod cylinders are fixed on the Y-direction supports, and Y-direction rod cylinder Z-direction cylinder rod bottom is fixed with a Y sucker fixing plate and a Y sucker. The wall-climbing cleaning robot has the advantages of compact structure, light weight, high operation fluency, and high safety and stability.)

一种爬壁清洗机器人

技术领域

本发明属于移动机器人领域，具体涉及一种爬壁清洗机器人。

背景技术

随着社会的不断发展，科学技术的迅猛发展，人类社会的不断进步， 现代都市的摩天大楼越建越多，越建越高，而城市的灰尘污染也越发严重， 在这样的背景下，人类需要依靠升降机平台来逐层地清洗大楼壁面，不但浪 费时间和劳动力，而且人类在清洗大楼壁面的环境越来越恶劣和危险，本课 题来自于社会实际的需求，采用爬壁机器人进行擦洗，降低清洗工人的劳动 强度，提高工作效率，特别是提高安全性。如今，在科学技术领先的国家已 经采取了爬壁清洗机器人作为他们的首选工具，用来对大楼外表面进行清 理。

壁面清洗机器人是以清洗高层建筑为目的的壁面移动机器人，它的出 现将极大降低高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高生产率，也 必将极大的推动清洗业的发展，带来相当的社会效益和经济效益。因此，壁 面清洗机器人的设计和研究有着良好的应用前景。

传统的爬壁机器人在很多方面有不足之处，如对壁面材料和形状的适应 性不强，跨越障碍物的能力不足，体积较大，质量较重等。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种爬壁清洗机器人，以解决现 有爬壁机器人对壁面材料和形状的适应性不强，跨越障碍物的能力不足，体 积较大，质量较重等问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种爬壁清洗机器人，包 括X向移动机构、Y向移动机构和清扫机构；

其中，所述X向移动机构包括一个X向支架、一个X向无杆气缸、两 个X向有杆气缸，所述X向无杆气缸固定在所述X向支架下且所述X向无 杆气缸和所述X向支架的长度方向一致，所述X向有杆气缸分别固定在所 述X向支架的两端，所述X向有杆气缸具有Z向气缸杆，所述X向有杆气 缸的Z向气缸杆的底部固定有X吸盘固定板，所述X吸盘固定板上固定有 用于吸附到待清洁墙面上的X吸盘；

所述Y向移动机构包括两个Y向支架、一个Y向无杆气缸、两个Y 向有杆气缸，所述X向无杆气缸具有X向滑块，所述Y向无杆气缸具有Y 向滑块，所述X向滑块和所述Y向滑块垂直连接在一起，所述Y向支架分 别固定在所述Y向无杆气缸的两端，所述Y向有杆气缸固定在所述Y向支 架上，所述Y向有杆气缸具有Z向气缸杆，所述Y向有杆气缸的Z向气缸 杆的底部固定有Y吸盘固定板，所述Y吸盘固定板上固定有用于吸附到待 清洁墙面上的Y吸盘；

所述清扫机构包括电机固定板、电机和滚刷，所述电机固定板固定在 所述Y向无杆气缸上，所述电机固定在所述电机固定板上，所述电机连接着 所述滚刷。

本发明进一步设置为，所述Y向支架包括Y向主体板，所述Y向主体 板的一端垂直向下连接有用于固定在所述Y向无杆气缸端部的第一连接板， 所述Y向主体板的另一端垂直向上连接有第二连接板，所述第二连接板的顶 部垂直连接有第三连接板，所述第三连接板的外侧端部垂直向下连接有第四 连接板，所述Y向无杆气缸固定在所述第二连接板、第三连接板和第四连接 板的空间内。

本发明进一步设置为，所述X向支架包括X向主体板和垂直连接在所 述X向主体板两端的端板，所述X向无杆气缸固定在所述端板的内侧面上。 具体的，所述前端盖和所述后端盖通过螺钉固定在所述端板的内侧面上。

本发明进一步设置为，所述X向有杆气缸包括后端盖、活塞、活塞杆、 缓冲柱塞、缸筒和后端盖；所述后端盖固定在所述缸筒的顶部，所述前端盖 固定在所述缸筒的底部，所述活塞位于所述缓冲柱塞内的上部空间，所述活 塞杆位于所述缓冲柱塞内的下部空间，所述缓冲柱塞的外侧面相对所述后端 盖和所述缸筒的内侧面上下运动。另外，所述Y向有杆气缸和所述X向有 杆气缸的结构一样。

本发明进一步设置为，所述活塞杆的外侧面上连接有两个卡环，所述 缓冲柱塞包括上段、中段和下段，所述上段和所述下段的外径小于所述中段 的外径，所述后端盖位于所述上段外以及所述中段上，所述上段和所述中段 的内侧面与所述活塞杆的外侧面形状一致。

本发明进一步设置为，所述后端盖与所述上段和所述下段接触的角上 开有L形槽，所述L形槽上固定有第一活塞密封圈；所述中段的上部外侧开 有环形槽装有第二活塞密封圈，所述中段的中部中间固定有磁性环，所述中 段的中部外侧固定有导向环，所述中段的下部外侧开有环形槽装有第三活塞 密封圈。

本发明进一步设置为，所述电机固定板上可拆卸地连接有管道，所述 管道的底部固定有喷头，所述喷头向所述滚刷倾斜。

本发明进一步设置为，所述滚刷的刷毛材质为金属、橡胶、塑料或者 木纤维。

本发明进一步设置为，所述X向支架和所述Y向支架的材质为 ZAlCu5Mn，所述X向支架和所述Y向支架的表面涂有防锈漆涂层，所述爬 壁清洗机器人的重量为20kg，每一个所述X吸盘固定板上固定有三个所述X吸盘，每一个所述Y吸盘固定板上固定有三个所述Y吸盘，所述X吸盘 和所述Y吸盘的直径大于等于50㎜。

本发明进一步设置为，所有所述X吸盘通过管路连接着一个两位三通 电磁阀，所有所述Y吸盘通过管路连接着另一个两位三通电磁阀，两个所述 两位三通电磁阀通过管路连接着单向阀，所述单向阀通过管路连接着油雾 器，所述油雾器通过管路连接着节流阀，所述节流阀通过管路连接着过滤器， 所述过滤器通过管路连接着真空泵。

本发明进一步设置为，所述X向无杆气缸通过管路连接着一个三位五通 电磁阀，所述Y向无杆气缸通过管路连接着一个三位五通电磁阀，所有所述 X向有杆气缸通过管路连接着一个三位五通电磁阀，所有所述Y向有杆气缸 通过管路连接着一个三位五通电磁阀，所有所述三位五通电磁阀通过管路连 接着油雾器，所述油雾器通过管路连接着节流阀，所述节流阀通过管路连接 着过滤器，所述过滤器通过管路连接着气压泵。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的爬壁清洗机器人采用了十字交叉的架构，通过与各种气 缸的连接实现移动，结构紧凑，在满足所有功能的基础上尽可能简单。加之， X向支架和Y向支架采用轻质铝材，整体质量轻；

(2)本发明的爬壁清洗机器人采用十字交叉的架构，通过各种气缸的 连接实现可控化操作和连续性移动，能对待清洗墙面进行全方面各个角度的 清洁；进一步的，增设吸附部分和气缸运动部分的控制系统，使得整个运动 过程可控性高，运动流畅性大大提高；

(3)本发明的爬壁清洗机器人采用的吸盘可以采用不同材质，应用于 各种环境，且吸盘的吸附力稳定可靠；

(4)本发明爬壁清洗机器人的滚刷可采用各种材质，以适用于不同光 洁度和粗糙度的墙面清洁。还可以增设喷头，以应用于需要水进行清洁的墙 面；

(5)本发明的爬壁清洗机器人在操作时可增设互锁控制，能进一步减 少机器人的掉落及误操作的发生，提高操作的安全性和稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例的主视剖面图；

图2为图1的局部放大图；

图3为本发明实施例的左视图；

图4为本发明实施例的俯视图；

图5为吸附部分气路图；

图6为气缸运动部分气路图；

图7为PLC控制面板；

图8为PLC的I/O口分配图；

图9为PLC梯形图之一；

图10为PLC梯形图之二；

图11为PLC梯形图之三；

图12为PLC梯形图之四；

图13为PLC梯形图之五；

图14为PLC梯形图之六。

其中，100、真空泵；200、过滤器；300、节流阀；400、油雾器；500、 单向阀；600、X吸盘；700、Y吸盘；800、气压泵；

1、X向有杆气缸；1-1、前端盖；1-2、活塞；1-3、活塞杆；

1-4、缓冲柱塞；1-4-1、上段；1-4-2、中段；1-4-3、下段；1-5、缸筒； 1-6、后端盖；1-7、第一活塞密封圈；1-8、第二活塞密封圈；1-9、磁性环； 1-10、导向环；1-11、第三活塞密封圈；

2、X向无杆气缸；3、Y向有杆气缸；4、Y向无杆气缸；5、X向支架； 5-1、X向主体板；5-2、端板；6、X吸盘固定板；

7、Y向支架；7-1、Y向主体板；7-2、第一连接板；7-3、第二连接板； 7-4、第三连接板；7-5、第四连接板；

8、Y吸盘固定板；9、电机固定板；10、电机；11、联轴器；12、滚刷； 13、管道；14、喷头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

作为本发明的一个实施例，可参见图1、图3和图4，本发明提供一种 爬壁清洗机器人，包括X向移动机构、Y向移动机构和清扫机构。其中，X 向移动机构包括一个X向支架5、一个X向无杆气缸2、两个X向有杆气缸 1，X向无杆气缸2固定在X向支架5下且X向无杆气缸2和X向支架5的 长度方向一致，X向有杆气缸1分别固定在X向支架5的两端，X向有杆气 缸1具有Z向气缸杆，X向有杆气缸1的Z向气缸杆的底部固定有X吸盘 固定板6，X吸盘固定板6上固定有用于吸附到待清洁墙面上的X吸盘600。 Y向移动机构包括两个Y向支架7、一个Y向无杆气缸4、两个Y向有杆气 缸3，X向无杆气缸2具有X向滑块，Y向无杆气缸4具有Y向滑块，X向滑块和Y向滑块垂直连接在一起，Y向支架7分别固定在Y向无杆气缸4 的两端，Y向有杆气缸3固定在Y向支架7上，Y向有杆气缸3具有Z向气 缸杆，Y向有杆气缸3的Z向气缸杆的底部固定有Y吸盘固定板8，Y吸盘 固定板8上固定有用于吸附到待清洁墙面上的Y吸盘700。清扫机构包括电 机固定板9、电机10和滚刷12，电机固定板9固定在Y向无杆气缸4上， 电机10固定在电机固定板9上，电机10连接着滚刷12。

上述实施例的爬壁清洗机器人的工作过程为：(1)爬壁清洗机器人的移 动机构采用X向无杆气缸2和Y向无杆气缸4的X向滑块和Y向滑块实现 上、下、左、右四个方向的运动。具体的，以图4为例，以向X向支架5 的右侧移动为例，Y向有杆气缸3收缩，X吸盘600吸附到墙体表面固定， Y向移动机构和清扫机构随X向滑块沿着X向支架5向右移动，然后，Y 向有杆气缸3伸展，Y吸盘700吸紧墙体表面固定，X向有杆气缸1收缩， X向支架5向右移动。同样的，向X向支架5的左侧移动原理一样。以向Y 向支架7的上方移动为例，Y向有杆气缸3收缩，X吸盘600吸附到墙体表 面固定，Y向移动机构和清扫机构随Y向滑块沿着Y向支架7向上移动， 然后，Y向有杆气缸3伸展，Y吸盘700吸紧墙体表面固定，X向有杆气缸 1收缩，X向移动机构相对Y向滑块沿着Y向支架7向上移动。同样的，向 Y向支架7的下方移动原理一样。这里的上下左右仅以图纸为参照便于描述， 实际工作中较为灵活，不限定为实际墙体的上下左右。(2)当清扫机构被 带到任何一个位置时，便可以启动电机10，滚刷12便进行清扫。

本发明的爬壁清洗机器人，包括X向移动机构和Y向移动机构，在工 作过程中携带清扫机构，吸附在建筑物壁面上，实现对建筑物壁面清洗的功 能。爬壁清洗机器人主体部分由可以相互平移的两个呈十字型的框架构成， 其中任意一个框架可以相对另一个进行平移，准确的来说是由X向无杆气缸 2上的X向滑块和Y向无杆气缸4上的Y向滑块连接着两个移动支架进行 移动，每个框架成组配备可独立控制的“腿足结构”。“腿足结构”包括X向有杆气缸1和Y向有杆气缸3，Z向气缸杆的伸出和缩进使机器人主体能够 上下抬起和降下。随着腿部的交替吸附和框架主体的相对运动，机器人实现 壁面自由移动功能。框架结构主要依赖于X向支架5和Y向支架7的自由 度与X向有杆气缸1和Y向有杆气缸3的自由度的结构，各部分结构简单， 满足灵活性和机动性的要求。例如，如果实际需要爬壁清洗机器人能跨越 50mm的障碍，那么对X向有杆气缸1和Y向有杆气缸3要求有抬高至少 50mm的能力。

本发明的爬壁清洗机器人可以应用于多种待清洗墙面，例如毛墙面，包 括水泥、混凝土墙面等，这时候使用的滚刷12的刷毛材质为金属较佳，耐 磨性好。而对于较为光滑的玻璃或者金属墙面则可以使用橡胶、塑料或者木 纤维等制成的滚刷12即可。

在作业时，有些墙面只需要通过滚刷12的旋转运动即可擦除干净，满 足施工需要，而还有一些墙面需要的洁净度较高，可以引入外接水源。具体 的，在电机固定板9上可拆卸地连接有管道13，管道13的底部固定有喷头 14，喷头14向滚刷12倾斜。在滚刷12清扫时，喷头14喷水进行清洗，满 足不同的需要。喷头14可以通过螺钉固定在电机固定板9上，在不使用时 卸掉即可，能尽量降低爬壁清洗机器人的自重。清洗作业方式中的滚刷12 由电机10通过联轴器11直接连接实现回转运动。电源及喷淋系统的水源都 采取外接的方式，能进一步减轻爬壁清洗机器人的体积和重量，并且能延长 爬壁清洗机器人的工作时间。具体的，本发明的电机10可选取90BF003反 应式步进电机。

本发明中的吸盘(包括X吸盘和Y吸盘)的材料可采用丁腈橡胶制造， 具有较大的扯断力。较磁吸式而言，利用吸盘使物体吸附在壁面上是最廉价 的方法。吸盘品种多样，橡胶制成的吸盘可在高温下进行操作，由硅橡胶制 成的吸盘非常适于抓住表面粗糙的制品；由聚氨酯制成的吸盘则很耐用。另 外，在实际生产中，如果要求吸盘具有耐油性，则可以考虑使用聚氨酯、丁 腈橡胶或含乙烯基的聚合物等材料来制造吸盘。通常，为避免玻璃壁面的表 面被划伤，最好选择由丁腈橡胶或硅橡胶制成的带有波纹管的吸盘。

建筑物壁面材料虽然多样化，但是大多数都不是导磁材料，如玻璃、瓷 砖、涂料等，所以吸附方式采用真空吸附。一个吸盘虽然结构简单，容易控 制，但会降低爬壁清洗机器人在移动过程的越障能力和可靠性，可以采用吸 盘组的形式，例如一个吸盘固定板上固定3个左右的吸盘，吸盘组结构形式 使用吸盘弹性变形，提高越障能力，确保吸盘和壁面吸附、提高爬壁清洗机 器人工作的安全性和可靠性。框架结构使机器人结构紧凑，可以保证刚度的 前提下爬壁清洗机器人完成移动吸附过程，爬壁清洗机器人可以自由移动。

具体的，参见图3，Y向支架7包括Y向主体板7-1，Y向主体板7-1 的一端垂直向下连接有用于固定在Y向无杆气缸4端部的第一连接板7-2， Y向主体板7-1的另一端垂直向上连接有第二连接板7-3，第二连接板7-3 的顶部垂直连接有第三连接板7-4，第三连接板7-4的外侧端部垂直向下连 接有第四连接板7-5，Y向无杆气缸4固定在第二连接板7-3、第三连接板 7-4和第四连接板7-5的空间内。

具体的，参见图1和图2，X向支架5包括X向主体板5-1和垂直连接 在X向主体板5-1两端的端板5-2，X向无杆气缸2固定在端板5-2的内侧 面上。具体的，前端盖1-1和后端盖1-6通过螺钉固定在端板5-2的内侧面 上。

进一步的，参见图1和图2，X向有杆气缸1包括后端盖1-6、活塞1-2、 活塞杆1-3、缓冲柱塞1-4、缸筒1-5和后端盖1-6；后端盖1-6固定在缸筒 1-5的顶部，前端盖1-1固定在缸筒1-5的底部，活塞1-2位于缓冲柱塞1-4 内的上部空间，活塞杆1-3位于缓冲柱塞1-4内的下部空间，缓冲柱塞1-4 的外侧面相对后端盖1-6和缸筒1-5的内侧面上下运动。进一步的，Y向有 杆气缸3和X向有杆气缸1的结构一样。更进一步的，活塞杆1-3的外侧面 上连接有两个卡环，缓冲柱塞1-4包括上段1-4-1、中段1-4-2和下段1-4-3， 上段1-4-1和下段1-4-3的外径小于中段1-4-2的外径，后端盖1-6位于上段1-4-1外以及中段1-4-2上，上段1-4-1和中段1-4-2的内侧面与活塞杆1-3 的外侧面形状一致。后端盖1-6与上段1-4-1和下段1-4-3接触的角上开有L 形槽，L形槽上固定有第一活塞密封圈1-7；中段1-4-2的上部外侧开有环形槽装有第二活塞密封圈1-8，中段1-4-2的中部中间固定有磁性环1-9，中段 1-4-2的中部外侧固定有导向环1-10，中段1-4-2的下部外侧开有环形槽装有 第三活塞密封圈1-11。

X向支架5和Y向支架7的材质优选为ZAlCu5Mn，ZAlCu5Mn可热 处理强化，热处理后强度高，塑性、韧性、焊接性能及可切削加工性能良好， 耐热性和强度是铸造铝合金中最好的。由于作为爬壁清洗机器人的支架结 构，可能经常要与水接触，即使对于高强度铝合金而言被氧化机率不是很大， 但是工作时间一长也会有所氧化迹象，而且支架零件不易更换。因此，在切 削加工过后需要在零件表面涂上一层防锈漆涂层，以防上述情况产生。

作为一种具体实现方式，假设爬壁清洗机器人的重量为20kg，负载15kg， 每一个X吸盘固定板6上固定有三个X吸盘600，每一个Y吸盘固定板8 上固定有三个Y吸盘700，X吸盘600和Y吸盘700的直径大于等于50㎜。 具体理论验证计算方式如下：吸盘直径公式：

式中：M——承受质量；

S——吸盘吸附系数，垂直吸附S＝8；

P——真空压力(-KPa)；

n——吸盘个数。

表1吸盘参数

根据表1所得数据代入式(1)得：

因为真空压力会使吸盘变形，所以吸附面积要比吸盘直径小。变形度根 据吸盘的材质、形状、橡胶的硬度而有区别，因此，在计算得出吸盘直径时 需留出余量。安全系数中包括变形部分。

吸附面积：

A＝3.14*D²/(4*100)(2)

式中：A——吸附面积(cm²)；

D——吸盘直径(mm)。

代入式(2)得：

A_min＝3.14*40.2²/(4*100)＝12.69cm²

吸盘直径虽表示吸盘的外径，但利用真空压力吸附物体时，因真空压会 使橡胶变形，吸附面积也会随之缩小。缩小后的面积即称为有效吸附面积， 此时的吸盘直径即称为有效吸盘直径。

根据真空压力，吸盘橡胶的厚度以及与吸附物的摩擦系数等不同，有效 吸盘直径也会有差异，一般情况可预估会缩小10％。

选取D＝50mm的吸盘：

A_有效＝3.14*50²/(4*100)*90％＝17.66cm²＞A_min

所以D＝50mm的吸盘可行。

表2吸盘各直径理论起吊力

本发明采用电磁阀来控制吸附部分(包括X吸盘600、Y吸盘700)和 气缸运动部分(包括X向无杆气缸2、Y向无杆气缸4、X向有杆气缸1、Y 向有杆气缸3)的工作。电磁阀的结构是在它里面有密闭腔，不同的位置打 开了每个孔都出现通路都是连接不同的气管，双方面都是有两块电磁铁在上 面，如果左面的电磁阀线圈得电，阀体就会被往左边吸住，如果右面的电磁 铁线圈得电，阀体就会被往左边吸住，可以运用这样的操作控制预想的通路，(即堵住不想运用的气孔，打开想要运用的气孔)。如果进气孔是常开的， 气流就会通过电磁铁的动作来判断所要通路气路，然后再来推动活塞杆1-3， 使气缸进行想要的操作。这就是气缸与电磁阀在机械运动中的运用。

对于吸附部分：所有X吸盘600通过管路连接着一个两位三通电磁阀， 所有Y吸盘700通过管路连接着另一个两位三通电磁阀，两个两位三通电磁 阀通过管路连接着单向阀500，单向阀500通过管路连接着油雾器400，油 雾器400通过管路连接着节流阀300，节流阀300通过管路连接着过滤器200， 过滤器200通过管路连接着真空泵100。

由图5可以看出吸附部分的气动回路工作原理为：打开真空泵100通过 单向阀500、过滤器200、节流阀300与油雾器400，分离了空气中的水汽使 工作时保持空气的干燥。当按钮无动作时，对应的X吸盘600或者Y吸盘 700处于松开状态，当按动吸附按钮时，即两位三通电磁阀(YA1或YA2) 得电，两位三通电磁阀(YA1或YA2)切换到左位，使对应的X吸盘600 或者Y吸盘700吸附。吸盘具体的操作控制设计部分详见图8。

对于气缸运动部分：X向无杆气缸2通过管路连接着一个三位五通电磁 阀，Y向无杆气缸4通过管路连接着一个三位五通电磁阀，所有X向有杆气 缸1通过管路连接着一个三位五通电磁阀，所有Y向有杆气缸3通过管路连 接着一个三位五通电磁阀，所有三位五通电磁阀通过管路连接着油雾器400， 油雾器400通过管路连接着节流阀300，节流阀300通过管路连接着过滤器 200，过滤器200通过管路连接着气压泵800。

由图6可以看出运动部分的气动回路工作原理为：打开气压泵800通过 过滤器200、节流阀300与油雾器400，分离了空气中的水汽使工作时保持 空气的干燥。当按钮无动作时，气缸处于静止状态，当按动抬升按钮时，即 电磁YA4、YA6得电，电磁阀切换到右位，使Z向气缸杆伸出；当按动下 降按钮时，即电磁YA3、YA5得电，电磁阀切换到左位，使Z向气缸杆缩 回；当按动向左按钮时，即电磁YA9得电，电磁阀切换到右位，使X滑块 向左，带动Y向支架7向左；当按动向右按钮时，即电磁YA10得电，电磁 阀切换到左位，使X滑块向右，带动Y向支架7向右；当按动向上按钮时， 即电磁YA7得电，电磁阀切换到右位，使Y滑块向上，带动X向支架5向 上；当按动向下按钮时，即电磁YA8得电，电磁阀切换到左位，使Y滑块 向下，带动X向支架5向下。(这里的上、下、左、右是以墙为参照物，以 图为辅助说明，这里所说的电磁均为三位五通电磁阀)。

本发明运用了两个部分的回路：吸附部分和气缸运动部分。在吸附部分 的气动回路中，采用了单向阀500，以防吸盘中的真空度不够，导致吸附力 未达到设计要求的数值。在气缸运动部分采用了三位五通电磁阀，使气缸的 运动达到运动要求。在两大部分都安装了气动三元件(过滤器200、节流阀 300与油雾器400)，能保证在回路中的空气干燥。

关于本发明中的PLC的I/O口分配，首先对机器人所需要控制的动作进 行分析，得出输入端口的操作控制和输出端口的执行操作，详见表3。

表3PLC的I/O口分配

根据表3中I/O口个数进行PLC选型选用三菱的FX1N-24MR-001，输 入点数：24；输出点数：16。FX1N-24MR-001三菱PLC FX1N系列是一种 卡片大小的PLC，适合在小型环境中进行控制。

在设计控制面板时考虑到要使操作人员直观地通过操作面板了解到机 器人的运行动作，把控制方向的按钮(SB9、SB10、SB11、SB12)制造成 方向键的形状，使操作简单易懂。详见图7。结合表3与图7中的内容在PLC 上进行接线，详见图8。

由于本次设计的爬壁清洗机器人的控制为人工在地面操作，出于安全的 考虑，在编程的时候会有一些互锁的环节，以防机器人的掉落及误操作。

如图9所示，此操作为按下SB1和SB3分别使电磁YA1和YA2得电， 通过真空泵100使吸盘吸附，并实现自锁，按下SB2和SB4分别使电磁YA1 和YA2失电，实现松开吸盘的操作。

如图10所示，此操作为按下SB5使电磁YA3得电，并且只能在Y吸 盘700吸住、Y气缸放下时才能使X向有杆气缸1抬起；按下SB6使电磁 YA4得电，并且只能在Y吸盘700吸住、Y向有杆气缸3放下时才能使X 向有杆气缸1放下。并分别实现自锁。

如图11所示，此操作为按下SB7使电磁YA5得电，并且只能在X吸 盘600吸住、X向有杆气缸1放下时才能使Y向有杆气缸3抬起；按下SB8 使电磁YA6得电，并且只能在X吸盘600吸住、X向有杆气缸1放下时才 能使Y向有杆气缸3放下。并分别实现自锁。

如图12所示，此操作为按下SB9使电磁YA10得电，并且只能在Y向 有杆气缸3抬起、Y吸盘700吸住、X向有杆气缸1放下时才能使X向无杆 气缸2向左；按下SB10使电磁YA9得电，并且只能在Y向有杆气缸3抬 起、Y吸盘700吸住、X向有杆气缸1放下时才能使X向无杆气缸2向右。 并分别实现自锁。

如图13所示，此操作为按下SB11使电磁YA8得电，并且只能在X向 有杆气缸1抬起、X吸盘600吸住、Y向有杆气缸3放下时才能使Y向无杆 气缸4向上；按下SB12使电磁YA7得电，并且只能在X向有杆气缸1抬 起、X吸盘600吸住、Y向有杆气缸3放下时才能使Y向无杆气缸4向下。 并分别实现自锁。

如图14所示，当四个脚上的X向有杆气缸1和Y向有杆气缸3都收缩 时(即爬壁清洗机器人整体放下时)，电机10正转，喷淋启动，并实现自 锁。

本发明的爬壁清洗机器人的控制部分，采用简单方便的控制面板以便人 们快速上手。其次，从运用时的安全方面进行考虑，采用几个控制的互锁， 以防机器人的掉落和运行不合理。