CN101069890A - 中央空调管道式通风系统清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中央空调管道式通风系统清洁机器人。包括行走机构和清扫机构。行走机构突破传统的四轮驱动车的方式，以吸附电磁铁作为主要部件使整个机器吸附在管道侧壁行走。由两对曲柄连杆机构带动滑块延导轨进行的两向45°运动可以合成为沿水平或者竖直方向的运动，从而实现行走横管、竖管和躲避障碍的功能。本发明可清洗竖直管道；可清洗高度在300mm以下的管道。创新刷子机构设计，可一次性完成清洗的功能适用于具有不同长宽比的各种矩形管道的两个壁面。在走过管道的同时，一次性清洗矩形管道两个壁面或者圆管内表面。本发明结构非常简单，节省材料、动力源，清洗效率高。

Description

中央空调管道式通风系统清洁机器人

技术领域

本发明涉及清洁管道的装置。尤其是涉及一种用于清扫中央空调通风管道的机器人。

背景技术

近年来，随着我国国民经济及社会各项事业的不断进步和发展，中央空调系统已被大规模使用，但是由于其不能得到及时清洗而引起的空气污染已引起人们的高度重视，尤其是在2003年春季SARS疫情爆发之后，使人们更加意识到中央空调风管系统定期清洗的重要性。国家出台了相应的国家标准《空调通风系统清洗规范》GB19210-2003，要求对中央空调通风系统必须进行定期清洗。本发计针对中央空调管道式通风线路进行清洁工作的自动工作系统。中央空调管道清理在中国才刚刚兴起，由于国家和社会对环保问题的高度重视，各种国内外公司纷纷进入这一领域。目前的清洗机器人一贯采用的以四轮驱动车为毛刷载体的设计观念，但是由于绝大多数公司都是初步涉及这一行业，所采用的设备往往都是国外进口设备，不仅价格昂贵，而且由于国内外中央空调管道的具体情况完全不同，在施工过程中往往遇到很多问题无法解决：(1)难以清洗车顶部的管道。(2)不能清洗竖直管道。(3)不能清洗高度在300mm以下的管道。(4)清洁长宽比大于4∶1的管道比较困难。(5)清洗效率低。

发明内容

解决上述背景技术中存在的问题，突破目前的清洗机器人一贯采用的以四轮驱动车为毛刷载体的设计观念，本发明的目的在于提供一种中央空调管道式通风系统清洁机器人，采用一种可伸缩框架式结构，以类似步行的方式向前行进，将行走与清洗的过程融为一体，一次性清洗矩形管道的两壁、并能够实现竖直管道的清洗。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：包括行走机构和清扫机构；其中：

1)行走机构：第一导杆组穿过滑块，第一导杆组的一端穿入第一磁铁脚固定座固定，第一导杆组的另一端穿入第三磁铁脚固定座固定，两个电磁铁脚固定座上分别安装电磁铁脚，在第一导杆组的第一磁铁脚固定座朝向滑块较近处安装第一电机座，第一导杆组穿过第一电机座，第一电机座上安装第一行走电机，第一电机座右侧面安装第一限位开关，第一限位开关与安装在滑块上的触发螺母相对应；第一行走电机的输出轴安装第一曲柄，第一曲柄与第一连杆相连，第一连杆与穿过滑块中心的转轴相连，在第一导杆组的第三磁铁脚固定座朝向滑块较近处安装第二限位开关座，第二限位开关座上两导杆中间处装有第三限位开关；由于本机构对称，第二导杆组穿过滑块，与第一导杆组成90°安装，其相关部件的安装与第一导杆组相同，第二行走电机与第一行走电机的安装位置相反；

2)清扫机构：转轴穿过滑块中心，从滑块向外的转轴上依次固定大齿轮，与刷子架相连的棘轮，单向轴承和大带轮，其中单向轴承外圈与刷子架上通孔过盈配合，以上部件由螺母在转轴末端紧固；在刷子架两端凹槽中间分别通过螺钉固定第一刷子架伸展臂和第二刷子架伸展臂，第一刷子架伸展臂末端固定第一小带轮，第二刷子架伸展臂末端固定第二小带轮，第一小带轮中孔安装第一刷子，第二小带轮中孔安装第二刷子，第一小带轮通过第一同步带与大带轮相连，第二小带轮通过第二同步带与大带轮相连；清扫电机安装在滑块顶端棱靠近第二限位开关和第三限位开关处，清扫电机轴安装小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合；滑块侧面安装棘爪支架，棘爪支架上端安装棘爪，棘爪与棘轮接触。

所述的电磁铁脚以安装在第一磁铁脚固定座的电磁铁脚为例：第一推力电磁铁固定在磁铁脚外壳小端内，磁铁脚外壳大端内部底面固定有拉簧，拉簧与磁铁脚外壳大端内的第一吸附电磁铁相连，磁铁脚外壳小端固定在第一磁铁脚固定座上。

本发明具有的有益效果是：

(1)电磁铁的吸附作用可以使机器吸附在管道侧壁行走，由两对曲柄连杆机构带动滑块延导轨进行的两向45°运动可以合成为沿水平或者竖直方向的运动，从而实现行走横管、竖管和躲避障碍的功能。

(2)可清洗竖直管道。

(3)可清洗高度在300mm以下的管道。

(4)创新刷子机构设计，可一次性完成清洗的功能适用于具有不同长宽比的各种矩形管道的两个壁面。

(5)在走过管道的同时，一次性清洗矩形管道两个壁面或者圆管内表面。

本发明结构非常简单，节省材料、动力源，清洗效率高。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明行走机构示意图。

图3是本发明行走机构电磁铁脚示意图。

图4是本发明清扫机构示意图。

图5是本发明转轴部分机构剖视图。

图中：1、第一电机座，2、第一导杆组，3、第一行走电机，4、第一曲柄，5、第一连杆，6、第一限位开关，7、第一限位开关座，8、第二限位开关，9、第二限位开关座，10、第三限位开关，11、第二连杆，12、第二曲柄，13、第二电机座，14、第二行走电机，15、第二导杆组，16、第四限位开关，17、滑块，18、第一触发螺母，19、第一吸附电磁铁，20、第一推力电磁铁，21、第一磁铁脚固定座，22、第二触发螺母，23、第二吸附电磁铁，24、第二推力电磁铁，25、第二磁铁脚固定座，26、第三吸附电磁铁，27、第三推力电磁铁，28、第三磁铁脚同定座，29、第四推力电磁铁，30、第四磁铁脚固定座，31、第四吸附电磁铁，32、紧固螺钉，33、拉簧，34、磁铁脚外壳，35、第一小带轮，36、第一刷子，37、第一同步带，38、第一刷子架伸展臂，39、刷子架，40、第一螺钉组，41、螺钉，42、大带轮，43、转轴，44、螺钉，45、第二螺钉组，46、第二刷子架伸展臂，47、第二同步带，48、第二小带轮，49、第二刷子，50、小齿轮，51、清扫电机，52、棘轮，53、大齿轮，54、棘爪支架，55、棘爪，56、第一直线轴承，57、深沟球轴承，58、垫片，59、螺母，60、深沟球轴承，61、第二直线轴承，62、单向轴承，63、垫片，64、垫片，65、螺母，66、垫片，67、深沟球轴承，68、垫片，69、深沟球轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图3所示，其中图3为电磁铁脚的剖视图，这种中央空调管道式通风系统清洁机器人的行走机构：第一导杆组2穿过滑块17，第一导杆组2的一端穿入第一磁铁脚固定座21，将其固定，第一导杆组2的另一端穿入第三磁铁脚固定座28，将其固定，两个电磁铁脚固定座上分别安装电磁铁脚，在第一导杆组2的第一磁铁脚固定座21朝向滑块17较近处安装第一电机座1，第一导杆组2穿过第一电机座1，第一电机座1上安装第一行走电机3，第一电机座1右侧面安装第一限位开关6，第一限位开关6与安装在滑块17上的触发螺母22相对应；第一行走电机3的输出轴安装第一曲柄4，第一曲柄4与第一连杆5相连，第一连杆5与穿过滑块17中心的转轴43相连，在第一导杆组2的第三磁铁脚固定座28朝向滑块17较近处安装第二限位开关座9，第二限位开关座9上两导杆中间处装有第三限位开关10。由于本机构对称，第二导杆组15穿过滑块17，与第一导杆组2成90°安装，其相关部件：第二电机座13，第二磁铁脚固定座25，第四磁铁脚固定座30的安装与第一导杆组2相同，第二行走电机14与第一行走电机3的安装位置相反。对于前文中所述的电磁铁脚，以安装在第一磁铁脚固定座21的电磁铁脚为例：第一推力电磁铁20被紧固螺钉32固定在磁铁脚外壳34小端内，磁铁脚外壳34大端内部底面固定有拉簧33，拉簧33与磁铁脚外壳34大端内的第一吸附电磁铁19相连，磁铁脚外壳34小端固定在第一磁铁脚固定座21上。当机器吸附在管道侧壁在管道内向前行进时，第一行走电机3带动第一曲柄4，第一曲柄4带动第一连杆5使滑块17沿第一导杆组2朝向第二限位开关座9运动，第二行走电机14带动第二曲柄12，第二曲柄12带动第二连杆11使滑块17沿第二导杆组15朝向第一限位开关座7运动，此时第二吸附电磁铁23和第四吸附电磁铁31不通电，具有磁性，吸附在管道侧壁上，使得第二导杆组15与其上的部件相对壁面静止。第一吸附电磁铁19和第三吸附电磁铁26通电，不具有磁性，脱离壁面，使得第一导杆组2与其上部件相对壁面运动，由于是两个导杆组的运动相对垂直，机器总体的运动方向为图2中所示的A方向。当滑块17碰触第三限位开关10，第一行走电机3将停止转动，当滑块碰触第二限位开关8，第二行走电机14将停止转动，此时如图2所示，第一推力电磁铁20和第三推力电磁铁27通电，将第一吸附电磁铁19和第三吸附电磁铁26推出，压在管道壁面上，同时第一吸附电磁铁19和第三吸附电磁铁26将断电，具有磁性，吸附在管道壁上，使得第一导杆组2与其上的部件相对管道壁面静止，0.3s后第二推力电磁铁24和第四推力电磁铁29断电，不再推出第二吸附电磁铁23和第四吸附电磁铁31，第二吸附电磁铁23和第四吸附电磁铁31通电失去磁性，同时被与安装在磁铁脚外壳34内部的拉簧33类似的拉簧拉进电磁铁脚外壳内，同时第一行走电机3和第二行走电机14开始旋转。同理，当第二触发螺母22和第一触发螺母18分别碰触第一限位开关6和第四限位开关16时，第一行走电机3将停止转动，第二行走电机14将分别停止转动，此时，第二推力电磁铁24和第四推力电磁铁29通电，将第二吸附电磁铁23和第四吸附电磁铁31推出，压在管道壁面上，同时第二吸附电磁铁23和第四吸附电磁铁31断电，具有磁性，吸附在管道壁上，使得第二导杆组15与其上的部件相对管道壁面静止，0.3s后第一推力电磁铁20和第三推力电磁铁27断电，不再推出第一吸附电磁铁19和第三吸附电磁铁26，第一吸附电磁铁20和第三吸附电磁铁26通电失去磁性，同时被与安装在磁铁脚外壳34内部的拉簧33类似的拉簧拉进电磁铁脚外壳内，同时第一行走电机3和第二行走电机14开始旋转。行走电机和电磁铁交替重复上述动作，如此呈周期往复，机器将沿A方向运动。以上的时间控制将由电路控制完成。当要爬行竖直管道时，只需第一行走电机3和第二行走电机14转角相差180°即可，此动作可以在当机器处于横管道与竖直管道的拐角处时，第一行走电机3停转，第二行走电机14继续旋转，直到滑块17碰触第二限位开关8，第二行走电机14停转，然后两个电机同时启动，即可爬行竖直管道；当爬行竖直管道时，与爬行横管不同的是，在爬行横管时，第一限位开关6与第三限位开关10被视为同一组的控制开关控制分别控制两个行走电机的通电与断电，第二限位开关8与第四限位开关16被视为同一组的控制开关控制分别控制两个行走电机的通电与断电，当爬行竖直管道时，第一限位开关6与第二限位开关8被视为同一组的控制开关控制分别控制两个行走电机的通电与断电，第三限位开关10与第四限位开关16被视为同一组的控制开关控制分别控制两个行走电机的通电与断电，其控制电机和电磁铁的功能及实现过程与机器在爬行横管时相同。为保证滑块17沿导杆运动顺畅，如图5所示，在滑块17内用卡簧紧固安装第一直线轴承56和第二直线轴承61，使导杆在直线轴承内滑动。

如图4和图5所示，清扫机构：转轴43穿过滑块17中心，由滑块17起，在转轴上依次固定大齿轮53，与刷子架39通过螺钉41和螺钉44相连的棘轮52，单向轴承62，垫片63和大带轮42，其中单向轴承62外圈与刷子架39上通孔过盈配合，以上部件由螺母65在转轴43末端加垫片64紧固；在转轴上由大齿轮起向右依次固定深沟球轴承67，垫片68，深沟球轴承69，深沟球轴承60，深沟球轴承57，垫片58末端由螺母59固定，其中深沟球轴承57和深沟球轴承67的外圈分别与第一连杆5和第二连杆11过盈配合；由在刷子架39两端凹槽中间分别通过螺钉组40和螺钉组45固定第一刷子架伸展臂38和第二刷子架伸展臂46，第一刷子架伸展臂38末端固定第一小带轮35，第二刷子架伸展臂46末端固定第二小带轮48，第一小带轮35中孔安装第一刷子36，第二小带轮48中孔安装第二刷子49，第一小带轮35通过第一同步带37与大带轮42相连，第二小带轮48通过第二同步带47与大带轮42相连；清扫电机51安装在滑块顶端棱靠近第二限位开关8和第三限位开关10处，清扫电机51轴安装小齿轮50，小齿轮50与大齿轮53啮合；滑块17侧面安装棘爪支架54，棘爪支架54上端安装棘爪55，棘爪55与棘轮52接触。当开始清扫工作时，清扫电机51按顺时针方向旋转，清扫电机51带动小齿轮50旋转，通过小齿轮50与大齿轮53的传动作用带动转轴43旋转，由于顺时针方向是单向轴承所限制的旋转方向，在此旋转方向时，相当于刷子架39与转轴43过盈配合，此时由于单向轴承62的单向限制旋转作用，刷子架39和棘轮将随转轴43旋转，以此来调整刷子架39的角度，使刷子架39两端的第一刷子36和第二刷子49能够分别紧贴管道上下壁；第一刷子架伸展臂38和第二刷子架伸展臂46分别被第一螺钉组40和第二螺钉组45固定在刷子架39两端，刷子架39和刷子架伸展臂上都有连续的螺钉孔，通过不同孔之间的配合，可以调节刷子的工作适应范围，以适应不同尺寸的管道。当刷子架39被调整到合适角度时，清扫电机51反转，此时棘爪55将限制棘轮52的运动，由于棘轮52和刷子架39固定，刷子架39的空间位置将固定，此时转轴43带动大带轮42旋转，大带轮42通过第一同步带37和第二同步带47带动第一小带轮35和第二小带轮48旋转，第一小带轮35带动第一刷子36旋转，第二小带轮48带动第二刷子49旋转，开始清扫工作。当需要清扫管道侧壁时，使机器吸附在管道上壁和下壁行走即可。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1、中央空调管道式通风系统清洁机器人，其特征在于包括行走机构和清扫机构；其中：

1)行走机构：第一导杆组(2)穿过滑块(17)，第一导杆组(2)的一端穿入第一磁铁脚固定座(21)固定，第一导杆组(2)的另一端穿入第三磁铁脚固定座(28)固定，两个电磁铁脚固定座上分别安装电磁铁脚，在第一导杆组(2)的第一磁铁脚固定座(21)朝向滑块(17)较近处安装第一电机座(1)，第一导杆组(2)穿过第一电机座(1)，第一电机座(1)上安装第一行走电机(3)，第一电机座(1)右侧面安装第一限位开关(6)，第一限位开关(6)与安装在滑块(17)上的触发螺母(22)相对应；第一行走电机(3)的输出轴安装第一曲柄(4)，第一曲柄(4)与第一连杆(5)相连，第一连杆(5)与穿过滑块(17)中心的转轴(43)相连，在第一导杆组(2)的第三磁铁脚固定座(28)朝向滑块(17)较近处安装第二限位开关座(9)，第二限位开关座(9)上两导杆中间处装有第三限位开关(10)；由于本机构对称，第二导杆组(15)穿过滑块(17)，与第一导杆组(2)成90°安装，其相关部件的安装与第一导杆组(2)相同，第二行走电机(14)与第一行走电机(3)的安装位置相反；

2)清扫机构：转轴(43)穿过滑块(17)中心，从滑块(17)向外的转轴上依次固定大齿轮(53)，与刷子架(39)相连的棘轮(52)，单向轴承(62)和大带轮(42)，其中单向轴承(62)外圈与刷子架(39)上通孔过盈配合，以上部件由螺母(65)在转轴(43)末端紧固；在刷子架(39)两端凹槽中间分别通过螺钉固定第一刷子架伸展臂(38)和第二刷子架伸展臂(46)，第一刷子架伸展臂(38)末端固定第一小带轮(35)，第二刷子架伸展臂(46)末端固定第二小带轮(48)，第一小带轮(35)中孔安装第一刷子(36)，第二小带轮(48)中孔安装第二刷子(49)，第一小带轮(35)通过第一同步带(37)与大带轮(42)相连，第二小带轮(48)通过第二同步带(47)与大带轮(42)相连；清扫电机(51)安装在滑块顶端棱靠近第二限位开关(8)和第三限位开关(10)处，清扫电机(51)轴安装小齿轮(50)，小齿轮(50)与大齿轮(53)啮合；滑块(17)侧面安装棘爪支架(54)，棘爪支架(54)上端安装棘爪(55)，棘爪(55)与棘轮(52)接触。

2、根据权利要求1所述的中央空调管道式通风系统清洁机器人，其特征在于：所述的电磁铁脚以安装在第一磁铁脚固定座(21)的电磁铁脚为例：第一推力电磁铁(20)固定在磁铁脚外壳(34)小端内，磁铁脚外壳(34)大端内部底面固定有拉簧(33)，拉簧(33)与磁铁脚外壳(34)大端内的第一吸附电磁铁(19)相连，磁铁脚外壳(34)小端固定在第一磁铁脚固定座(21)上。

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