CN101011700A - 管道清扫机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管道清扫机器人，由基体、摄像照明件、三个电机、机械手臂和清洁工具头组成，该机器人采用三轮三角形布置的轮式移动载体，其后两轮为主动轮，前轮为万向从动轮，且前后轮距伸缩可变。该移动载体的布置方式能够最大限度的满足机器人在不同尺寸管道中可靠工作的能力，提高了移动载体的管道适应性。操作臂机构分为和清扫工具头两部分，机械手臂采用接插式快换接口与清扫工具头相连接。只需将清扫工具头旋转90°安装就可将操作臂机构的清扫方向改为径向或纵向。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于集中空调通风管道的清扫机器人，属于机械结构领域。
背景技术
随着现代社会的发展，越来越多的楼宇采用集中空调系统对室内空气的温度、湿度、气流速度等进行有效的调节，但由于其过滤器的效率不能完全达到100％，空调设备内部也会产生锈和结晶等，长期堆积成为风管内的尘埃污染物质。
如果集中空调的通风管道不能得到及时的清扫，则会由于风阻的加大，从而损耗能源，同时还使室内空气较差，积尘诱发细菌滋生，传染疾病，严重影响人们的生活质量。由于传统的人工作业工程量大，工作效率低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道清扫机器人，该机器人采用三轮三角形布置的轮式移动载体，其后两轮为主动轮，前轮为万向从动轮，且前后轮距伸缩可变。该移动载体的布置方式能够最大限度的满足机器人在不同尺寸管道中可靠工作的能力，提高了移动载体的管道适应性。操作臂机构分为和清扫工具头两部分，机械手臂采用接插式快换接口与清扫工具头相连接。只需将清扫工具头旋转90°安装就可将操作臂机构的清扫方向改为径向或纵向。
本发明是一种管道清扫机器人，由基体、摄像照明件、三个电机、机械手臂和清洁工具头组成，左支臂、右支臂、左连杆、右连杆、滑块、丝杠驱动电机和轻撑杆构成机械手臂。气动马达、动力头、毛刷安装轴和前臂连接件构成清洁工具头。三个电机是指驱动左动轮转动的电机、驱动右动轮转动的电机、丝杠驱动电机。
本发明管道清扫机器人的优点在于：(1)导向轮5a、左动轮5b和右动轮5c为三角形布置的轮式移动载体，其左动轮5b和右动轮5c为主动轮，导向轮5a为万向从动轮，且前后轮距通过左导向杆110、右导向杆109的调节伸缩可变；(2)机械手臂采用接插式快换接口(锁紧螺母套接)与清扫工具头相连接，可以方便的拆卸、更换清扫工具头；(3)调节锁紧螺母16可以使清扫工具头旋转90°，可以方便地改变清扫方向；(4)通过电机10驱动丝杠107运动使左支臂2a和右支臂2b抬升或下降，有效地调节了毛刷的高度，达到良好的清扫效果；(5)照明与摄像采用功能集成的一体件，减少了结构复杂性和基体重量；(6)前臂连接件12采用Y形，可以方便安装气动马达6。
附图说明
图1是本发明机器人的外部结构图。
图2是图1的仰视图。
图3是基体结构图。
图4是机械手臂与清洁工具头装配结构图。
图中： 1.基体 101.连接件 102.基座 103.左轮毂104.支撑轴 105.摄像照明安装架 106.丝杠座 107.丝杠108.上面板 109.右导向杆 110.左导向杆 111.前面板 112.左面板2a.左支臂 2b.右支臂 2c.连接轴 3a.摄像照明件A3b.摄像照明件B 4a.左连杆 4b.右连杆 5a.导向轮5b.左动轮 5c.右动轮 6.气动马达 7.动力头 8.毛刷安装轴9.滑块 10.丝杠驱动电机 11.轻撑杆 12.前臂连接件13.圆筒A 14.圆筒B 15.圆筒C 16.锁紧螺母
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参见附图所示，本发明是一种管道清扫机器人，由基体、摄像照明件(摄像照明件B3b、摄像照明件A3a、安装架105)、三个电机(其中两个分别安装于左动轮5b、右动轮5c内，用于驱动轮子转动；丝杠驱动电机10用于驱动丝杠107带动机械手臂旋转)、机械手臂和清洁工具头组成，左支臂2a、右支臂2b、左连杆4a、右连杆4b、滑块9、丝杠驱动电机10和轻撑杆11构成机械手臂。气动马达6、动力头7、毛刷安装轴8和前臂连接件12构成清洁工具头。三个电机是指驱动左动轮5b转动的电机、驱动右动轮5c转动的电机、丝杠驱动电机10。
在本发明中，基体1的基座102的左面板112上安装有左轮毂103(图3所示)，基体1的基座102的右面板上安装有右轮毂(图中未示出)，在左轮毂103上固定左动轮5b，在右轮毂上固定右动轮5c(图2所示)，左动轮5b内安装有电机，右动轮5c内安装有电机；基座102的后端设有主支承轴104，主支承轴104的两端分别与左支臂2a、右支臂2b连接，基座102的前面板111上连接有右导向杆109、左导向杆110，右导向杆109与左导向杆110保持平行，且右导向杆109与左导向杆110之间安装有丝杠座106，丝杠座106上套接有丝杠107，丝杠107的一端与丝杠驱动电机10的输出轴连接，另一端穿过滑块9连接在连接件101上；基座102的上面板108上固定有安装架105，摄像照明件B3b安装在安装架105上，摄像照明件A3a通过螺钉固定在基座102上端面上，一般为了得到较佳的视频信息，可以安装在基座102上端面的后部(图1、图3所示)。
在本发明中，机械手臂的左连杆4a的一端与左支臂2a连接，另一端与前臂连接件12的圆筒A13连接；右连杆4b的一端与右支臂2b连接，另一端与前臂连接件12的圆筒B14连接，左支臂2a和右支臂2b的中部通过连接轴2c连接；前臂连接件12的圆筒C15通过锁紧螺母16与气动马达6连接。机械手臂由一个24V直流电机独立驱动，电机纵向布置在小车内，车体的防护使电机在恶劣的作业环境下也能安全可靠地工作。电机通过丝杠的螺旋传动，带动机械手臂的旋转，且带有限位装置，使机械手臂可在0～45°范围内自由调节。同时，臂长也可调节，手动调整伸缩后由锁紧装置固定，这样可使该操作臂机构适用于多种规格的空调管道，具有一定的通用性。为了克服所携带的清扫工具毛刷机构在作业过程中对小车的倾覆力，本设计未采用传统的在小车后面加配重的方式，而是通过调整轮距可伸缩的万向从动轮(导向轮5a)位置，使其成为操作臂机构的支撑，这样节省了小车的驱动力，使小车可以克服更大的电缆阻力而增加其行程，这也是本清扫机器人区别于其他国内外产品的鲜明特点。
在本发明中，基体1中的左动轮5b内安装有电机，右动轮5c内安装有电机；基座102左右侧对称设有供左动轮5b、右动轮5c固定的轮毂，其中，左动轮5b固定在基座102左侧的左轮毂103上(图3所示)，右动轮5c固定在基座102右侧的右轮毂上(图中未示出)；导向轮5a的连接架通过螺钉固定在左导向杆110、右导向杆109内的拉伸杆端部(左导向杆110、右导向杆109内分别套接有拉伸杆，图中未示出)；这种(导向轮5a与左动轮5b、右动轮5c)前后轮距可变的三轮式移动载体使得其整体尺寸相对减小，转向方便、灵活，且由于管道内作业环境的复杂性，采用三轮行走机构较四轮更为平稳，受力更为均匀。导向轮5a、左动轮5b和右动轮5c为三角形布置的轮式移动载体，其左动轮5b和右动轮5c为主动轮，导向轮5a为万向从动轮，且前后轮距通过左导向杆110、右导向杆109的调节伸缩可变。
观察管道的作业环境，手动将左导向杠110、右导向杆109内的拉伸杆拉伸，使导向轮5a与左动轮5b、右动轮5c之间的前后轮距至合适长度后，将机器人放入管道内。增大导向轮5a与左动轮5b、右动轮5c之间的前后轮距，是为了克服安装在毛刷安装轴8上的毛刷在清扫过程中对机器人的倾覆力，保证机器人的工作稳定性，节省其驱动力，使其可以克服更大的电缆阻力而增加其行程，不再需要采用传统在机器人基体1后部加配重的方式，这也是本清扫机器人区别于其他国内外产品的鲜明特点。
驱动电机10工作，通过丝杠座106上设有的轴承带动丝杠107同向旋转。滑块9上设有供轻撑杆11安装的轴承，轻撑杆11的一端安装在所述轴承内，轻撑杆11的另一端安装在连接轴2c上。通过丝杠107的螺旋传动，滑块9可以在丝杠107上移动，从而带动左支臂2a、右支臂2b以支撑轴104为圆心转动，从而调节安装在毛刷安装轴8上的毛刷至合适高度。
本发明的管道清扫机器人，根据摄像照明件A3a或摄像照明件B3b所获取的管道内部环境信息，驱动分别安装在左动轮5b和右动轮5c内的电机(24V直流电机)。当两电机转向相同且转速相等时，机器人直线前进或后退；当两电机转向相同且转速不等时，机器人在前进或后退的情况下向左或向右以不同的转向半径转弯；当两电机转向完全相反时，机器人原地转弯。采用摄像和照明一体化的安装方式，使用灵活，节省空间，使小车结构更为紧凑。在小车前后各装有一个摄像照明一体机，为远程操作者提供360°的视角，其中照明使用白光LED新光源，节能防眩，保证了远程遥控的彩色高清晰画面。
本发明的管道清扫机器人在行走的同时，动力头7内安装有一对锥齿轮(主动锥齿轮、被动锥齿轮)，气动马达6输出端安装在动力头7内部的主动锥齿轮上，被动锥齿轮与主动锥齿轮啮合，毛刷安装轴8为被动锥齿轮的输出轴，毛刷安装轴8的两端伸出在动力头7外，毛刷安装轴8的伸出部分上用于安装毛刷。在气动马达6作用下，通过动力头7内部装配的一对锥齿轮传动改变方向，经毛刷安装轴8使毛刷高速转动，完成清扫要求。
本发明管道清扫机器人的基体1采用电机(安装在左动轮5b和右动轮5c内的电机)驱动，在传统的设计中，驱动轮与电机都是采取的大功率布置方式，靠传动部件进行连接，浪费了大量空间，且设计难度增大，结构过于复杂，加工难度及成本均较大，可靠性差。而本设计无需大功率电机驱动，驱动轮采用具有创新理念的电机内置于轮内的布置方式，省去了传动机构，使结构大为紧凑，两轮运动互不干涉，可靠性强。在实际使用中，考虑到清扫不同形状管道对移动载体的要求，可针对圆形管道和方形管道的不同要求，对车轮总成进行更换适配。该移动载体的布置方式能够最大限度的满足机器人在不同尺寸管道中可靠工作的能力，提高了移动载体的管道适应性。
Claims (2)
1、一种管道清扫机器人，其特征在于：由基体(1)、摄像照明件A(3a)、摄像照明件B(3b)、安装架(105)、驱动左动轮(5b)转动的电机、驱动右动轮(5c)转动的电机、丝杠驱动电机(10)、机械手臂和清洁工具头组成；
左支臂(2a)、右支臂(2b)、左连杆(4a)、右连杆(4b)、滑块(9)、丝杠驱动电机(10)和轻撑杆(11)构成机械手臂；左连杆(4a)的一端与左支臂(2a)连接，另一端与前臂连接件(12)的圆筒A(13)连接；右连杆(4b)的一端与右支臂(2b)连接，另一端与前臂连接件(12)的圆筒B(14)连接，左支臂(2a)和右支臂(2b)的中部通过连接轴(2c)连接；前臂连接件(12)的圆筒C(15)通过锁紧螺母(16)与气动马达(6)连接；
气动马达(6)、动力头(7)、毛刷安装轴(8)和前臂连接件(12)构成清洁工具头；动力头(7)内安装有主动锥齿轮、被动锥齿轮，气动马达(6)输出端安装在动力头(7)内部的主动锥齿轮上，被动锥齿轮与主动锥齿轮啮合，毛刷安装轴(8)为被动锥齿轮的输出轴，毛刷安装轴(8)的两端伸出在动力头(7)外；
基体(1)的基座(102)的左面板(112)上安装有左轮毂(103)，基体(1)的基座(102)的右面板上安装有右轮毂，在左轮毂(103)上固定左动轮(5b)，在右轮毂上固定右动轮(5c)，左动轮(5b)内安装有用于驱动左动轮(5b)转动的电机，右动轮(5c)内安装有用于驱动右动轮(5c)转动的电机；基座(102)的后端设有支撑轴(104)，支撑轴(104)的两端分别与左支臂(2a)、右支臂(2b)连接，基座(102)的前面板(111)上连接有右导向杆(109)、左导向杆(110)，右导向杆(109)与左导向杆(110)保持平行，且右导向杆(109)与左导向杆(110)之间安装有丝杠座(106)，丝杠座(106)上套接有丝杠(107)，丝杠(107)的一端与丝杠驱动电机(10)的输出轴连接，另一端穿过滑块(9)连接在连接件(101)上；基座(102)的上面板(108)上固定有安装架(105)，摄像照明件B(3b)安装在安装架(105)上，摄像照明件A(3a)通过螺钉固定在基座(102)上端面上。
2、根据权利要求1所述的管道清扫机器人，其特征在于：导向轮(5a)、左动轮(5b)和右动轮(5c)为三角形布置的轮式移动载体，其左动轮(5b)和右动轮(5c)为主动轮，导向轮(5a)为万向从动轮，且前后轮距通过左导向杆(110)、右导向杆(109)的调节伸缩可变。
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