CN101195119A - 立柱清洗机器人 - Google Patents

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王晓光
陈明森
张青
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武汉理工大学
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本发明提供的立柱清洗机器人,主要由爬行部分和清洗部分组成。爬行部分:设有轮流夹紧杆体的两对机械手(3),产生伸缩动作的曲柄连杆机构,协调这两种动作的凸轮联动机构;以及为上述动作提供动力的电机;它们均装在替代人体骨架的导杆(1)上,由此构成模仿爬杆动作的机器人。清洗装置:包括装在导杆上的、始终环抱被清洗立柱的两对清洗刷(5),上方的清洗刷上各设有一个喷头(4);在喷头喷出的水流和清洗刷的刷洗作用下实现立柱的清洗;清洗后的污水沿着立柱流入其底部的污水收集环(15)中。本发明具有结构紧凑、使用方便、低耗能高效率、不污染环境和节省人力物力等优点,可用于垂直立柱或者倾斜杆的清洗作业。

Description

立柱清洗机器人
技术领域
本发明属于一种爬升清洗机构,涉及杆状建筑物和公共设施的清洗领域,特别是涉及 一种新型、绿色无污染的适用于路灯杆等杆状结构的建筑物或公共设施清洗的环卫设备一 一立柱清洗机器人。
背景技术
城市里电线杆、路灯杆、悬索桥钢索等由于风沙等原因,长年累月的积累会形成灰尘 层,该污染影响城市的美观,并且一直没有很好的清洗方法和专门的清洗设施。目前的清 洗技术主要为人工清洗、化学药剂清洗和高压水枪清洗等几种方法。其中人工清洗效率低、 成本高、无法清洗高处。化学药剂清洗除上述缺点外,其去污剂具有很强的毒副作用会对 人造成潜在的危害,还会造成环境的二次污染。高压水枪清洗耗能比较大、成本高,且对 周边环境有很大的影响,在利用高压水枪进行清洗时,它的周边不能有车辆、行人通过, 且不能有过近的建筑物。
目前,国内外提出的一些依附于杆体表面的自动爬行机构主要有电动机械式爬行器、 电动液压式爬行器和气动蠕行式爬行器等。电动机械式爬行器是由电动机带动链轮驱动夹 紧杆体的前后轮向同一方向转动,依靠链轮与杆体的摩擦力使爬升器沿杆体上升下降。气 动蠕行式爬行器用气缸驱动机构实现交替夹紧和移动,其向上爬行时气缸动作一个周期的 过程为下体汽缸夹紧,上体汽缸松开,提升汽缸活塞杆伸出,上体上升;上体汽缸夹紧, 下体汽缸松开,提升气缸体上升,下体上升。如此反复,机构就可以连续爬行。螺旋运动 爬升机械手机构的爬行动作是由轮子的安装位置决定的,轮子滚动方向与水平面成一定角 度,这样轮子转动时它在杆体上形成的是螺旋轨迹,沿此轨迹通过电动机的正反转该机构 便可实现上升和下降运动。电动机械式爬行器和螺旋线运动爬行机械手机构都是以电动机 带动滚轮压紧杆体,依靠此摩擦力带动整个机构沿杆体上升和下降。如果工作阻力和重力 大于摩擦力就不能安全运作,且机构总体机构较复杂。对于气动蠕行式爬行器,其上升和 下降运动的实现由气压控制,需要气源和气动控制系统,因此其设备成本较高。
由上面叙述及调研可知目前国内外所设计制造的各种电机机械式爬行器均有一个缺 陷:它们大多采用凸轮机构夹紧,由于凸轮机构的不可伸縮性,它们均只能爬行等直径杆, 一个爬行器只能爬行特定直径的等直径的杆件。目前要实现变直径杆的爬行则只能依靠气 动蠕行式爬行器来解决,其上升和下降由气压控制,还需要气源和气动控制系统,因此其 设备成本较高。
上述的爬杆机构均不具备清洗功能。
因此,有必要研发和制造一种利用纯机械结构实现变直径杆的攀爬,同时在爬行过程 中可利用清洁能源实现对路灯杆等杆状城市建筑的清洗作业的设备,这正是本发明所要解 决的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种适用于路灯杆等杆状城市设施清洗的环卫机 械,用以解决当前城镇中存在的影响市容的公共设施的污染问题,从而保证良好的清洗效 果,低耗能高效率,绿色环保,节省人力物力。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是-
由爬行部分和清洗部分组成,具体是:
爬行部分:设有轮流夹紧杆体的两对机械手,产生伸縮动作的曲柄连杆机构,协调这 两种动作的凸轮联动机构;以及为上述动作提供动力的电机;它们均装在替代人骨架的导 杆上,由此构成模仿爬杆动作的机器人;
清洗装置:包括装在导杆上的、能够环抱住需要清洗立柱的两对清洗刷,其中上方的 一对清洗刷的两旁各设有一个对立柱进行清洗的喷头;在喷头喷出的水流和清洗刷的作用 下实现对立柱的清洗;清洗后的污水沿着立柱流入其底部的污水收集环中。
本发明的设计及工作原理为:减速电机的回转,驱动曲柄及和曲柄固接在一起的并联 盘形凸轮转动,推动下机械臂摆动,实现下机械手的抓紧和松开;与此同时带动和连杆固 接在一起的移动凸轮上下移动,推动上机械臂摆动,实现上机械手的抓紧和松开;最终准 确实现机械手的要求的协调动作和机构整体的蠕行爬行。在整个向上爬行过程中,喷头连 续喷水,清洗刷一直与杆体相接触,处于工作状态。这些工作程序的顺利准确完成,能够 最终实现对路灯杆等的清洗作业。在路灯杆的底部有专门的污水处理装置,实现污水的收 集和循环再利用,不对周边环境造成二次污染。
本发明与现有技术相比具有以下的主要优点:
1. 可用于金属电线杆、水泥电线杆以及其他具有杆状结构的建筑物或公共设施的清洗 作业,提出了一种新的杆状结构的建筑物或公共设施的清洗设备。
2. 清洗效果良好,低耗能高效率;使用电力、水等清洁能源,采用物理清洗方式,无 化学物质带来的污染,在路灯杆的底部有专门的污水收集环,污水可回收和循环使用,不 对环境造成二次污染。
3. 以机械方式实现了机构整体的联动:利用曲柄连杆机构,并联凸轮,移动凸轮、摆 杆机构,实现上、下部机械手的夹紧与放松的联动、以及上下部之间的伸縮联动。
4. 实现了变直径杆的攀爬:本机器人依靠弹簧预紧力夹紧在杆体上,从而实现变直 径杆的攀爬。
附图说明
图1是立杆清洗机器人的正视图。
图2是图1的右视图。
图3是图1的俯视图。
图4是图1的轴侧图。
图5是图1的结构原理图。
图6是污水收集环15的轴侧图。
图中:l.导杆;2.上机械臂;3.机械手;4.喷头;5.清洗刷;6.弹簧;7.滚轮; 8.移动凸轮;9.电机;IO.连杆;ll.曲柄;12.并联盘形凸轮;13.弹簧;14.下机械臂; 15.污水收集环;16.片弹簧;17.水泵;18.水管;19.立柱;20.接口 ; 21.过滤网。
具体实施方式
本发明提供的是一种由爬行部分和清洗部分组成的立柱清洗机器人,其结构如图1和 图2所示,具体如下:
爬行部分:设有轮流夹紧杆体的两对机械手3,产生伸縮动作的曲柄连杆机构,协调 这两种动作的凸轮联动机构;以及为上述动作提供动力的电机;它们均装在导杆l上,由 此构成模仿爬杆动作的机器人。
清洗装置:包括装在导杆l上的、始终环抱被清洗立柱的两对清洗刷5,上方的一对 清洗刷上各设有一个喷头4;在喷头喷出的水流和清洗刷的洗刷作用下实现立柱的清洗; 清洗后的污水沿着立柱流入其底部的污水收集环15中,收集的污水经沉淀过滤后,可以 循环再利用。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
所述的导杆l有两个,平行排列。在两个导杆的上部设置有一对上机械臂2,下部设 置有一对下机械臂14。两对机械臂以导杆为转动轴,其一端装有机械手3,分别称为上机 械手和下机械手;而一对上机械臂2的另一端设置有弹簧6, 一对下机械臂14的另一端 设置有弹簧13。所述的弹簧6和13,其作用是使机械手3抱紧立柱,在机器人爬行时产 生足够的摩擦力不至于滑落。
在导杆1的下部设置有电机9,其输出轴上安装有并联盘形凸轮12和曲柄11。并联 盘形凸轮12和曲柄11由电机9带动。曲柄11通过连杆10与移动凸轮8相连。曲柄11 和连杆IO带动机构上部的移动凸轮运动,实现机构上部的上升和下降运动。
所述的凸轮联动机构由两套凸轮和摆杆机构构成,其中: 一套是由摆杆即上机械臂2 和移动凸轮8构成的摆杆机构, 一套是由摆杆即下机械臂14和与电机9传动轴相连的并 联盘形凸轮12构成的摆杆机构,它们分别装在导杆1的上、下部;通过曲柄11、连杆10, 将并联盘形凸轮、移动凸轮连接起来,使整个机构形成一个整体,上部的摆杆机构在曲柄 连杆机构的作用下可以沿导杆1上下移动,下部的摆杆机构与导杆1固接,在电机9的驱 动下,上、下部机械臂摆动并带动机械手3实现依次夹紧和放松的联动。
所述的清洗刷5,其上安装有片弹簧16,在片弹簧16的作用下,清洗刷始终与立柱 保持接触。
需要清洗的立柱是指建筑物或公共设施的垂直或者倾斜的柱状结构。例如金属电线 杆、金属路灯杆、水泥电线杆、水泥路灯杆、悬索桥的悬索、斜拉桥的钢索或建筑物的柱 状结构。立柱是指等直径杆或变直径杆。立柱的截面是指圆形、椭圆形或多边形。
所述的污水收集环15,其结构如图6所示:该收集环上有出水口,出水口上装有过 滤网,出水口下连接有水泵,水泵上连有直达喷嘴的水管。污水收集环15可以由具有弹 性的橡胶制成,其上有一个可以打开的接口 20,该接口处两边重叠并通过粘胶粘合,既
保证不漏水又方便装卸,还可以适合立柱直径的变化。 下面结合附图简述本发明的工作过程:
1. 初始状态:曲柄连杆机构中的曲柄11、连杆IO处于重叠共线状态,上机械手在弹 簧6的拉力作用下夹紧立柱,这样就在接触面上产生了一个正压力,相应也就产生了一个 摩擦力,该摩擦力可以支撑整个机构的自重使其稳定地夹紧在立柱上;下机械手处在并联 盘形凸轮12的最大向径处,弹簧13拉伸,使下机械手处于松开状态。
2. 第一步运动:曲柄11和固连在一起的并联盘形凸轮12在电机9的带动下同步转动, 并联盘形凸轮12转过回程角后,滚轮7与并联盘形凸轮12脱离,则下机械手在弹簧13 的拉力作用下夹紧立柱形成摩擦力,支撑机构自重使整个机构稳定地夹紧在立柱上;并联 盘形凸轮12转过回程角的同时,移动凸轮8在连杆IO的推动下滑过空行程,接着移动凸 轮推开上机械臂2,使该机械臂上的机械手松开,机器人上部在导杆1上向上一直滑动到 最上端,即曲柄连杆展开共线状态。
3. 第二歩运动:电机继续转动,并联盘形凸轮12转过升程角后,下机械臂14停歇在 凸轮的最大向径处,下机械手放松;并联盘形凸轮转过升程角的同时,移动凸轮在连杆的 拉动下滑过空行程,接着移动凸轮8从滚轮7处退出,上机械手在弹簧的拉力作用下夹紧 在立柱上,机器人下部与固连在一起的导杆1上向上一直滑动到最上端,即曲柄连杆重叠 共线状态;
4. 至此完成一个完整动作,机器人整体向上爬动一步;回复至初始状态,再重复循 环第一、二步的动作。
通过上面的运动步骤,本发明机器人可实现垂直立柱的攀爬,在电动机的带动下,实 现爬行所要求的机械手依次夹紧和放松的联动,上下部分的伸縮,实现机器人的爬行。在 整个爬行过程中,喷头连续喷水,同时清洗刷一直包在杆体上,处于工作状态。这些工作 程序的顺利准确完成,最终可以实现对路灯杆等的清洗作业。清洗用过的污水由安装在路 灯杆的底部的污水收集环15收集,污水经沉淀过滤后,可以循环再利用,不对周边环境 造成二次污染。
污水收集环15的使用方法是:污水顺着立柱19流入污水收集环15,并且在污水收 集环15中沉淀,然后经过过滤网21过滤,再流进水泵17,经水泵17增压后通过水管18 接到喷嘴4,由喷嘴4喷出,对立柱19进行冲洗。

Claims (10)

1.一种立柱清洗机器人,其特征是由爬行部分和清洗部分组成,具体是: 爬行部分:设有轮流夹紧杆体的两对机械手(3),产生伸缩动作的曲柄连杆机构,协调这两种动作的凸轮联动机构;以及为上述动作提供动力的电机;它们均装在替代人体骨架的导杆(1)上,由此构成模仿爬杆动作的机器人; 清洗装置:包括装在导杆(1)上的、始终环抱被清洗立柱的两对清洗刷(5),上方的一对清洗刷上各设有一个喷头(4);在喷头喷出的水流和清洗刷的洗刷作用下实现立柱的清洗;清洗后的污水沿着立柱流入其底部的污水收集环(15)中。
2. 根据权利要求1所述的立柱清洗机器人,其特征在于:有两个平行的导杆(1),导 杆(O的上部和下部各设置有一对上机械臂(2)、下机械臂(14);所有的机械臂均以导 杆(1)为转动轴,并且一端装有机械手(3),另一端设置有弹簧;所有的机械臂上都设置有滚轮(7)。
3. 根据权利要求2所述的立柱清洗机器人,其特征在于:在导杆(1)的下部设置有电机,其输出轴上安装有并联盘形凸轮(12),并联盘形凸轮(12)通过曲柄(11)、连杆(10)与移动凸轮(8)相连;在该机械臂上的弹簧的作用下,机械手抱紧立柱,只有当 并联盘形凸轮(12)或者移动凸轮(8)推动机械臂上的滚轮(7)时,机械手才松开立柱, 使机器人歩进式地爬上立柱。
4. 根据权利要求1或2或3所述的立柱清洗机器人,其特征在于凸轮联动机构由两 套凸轮和摆杆机构构成,其中: 一套是由摆杆即上机械臂(2)和移动凸轮(8)构成的摆 杆机构, 一套是由摆杆即下机械臂(14)和与电机(9)传动轴相连的并联盘形凸轮(12) 构成的摆杆机构,它们分别装在导杆(1)的上、下部;通过曲柄(11)、连杆(10),将 并联盘形凸轮、移动凸轮连接起来,使整个机构形成一个整体,上部的摆杆机构可以沿导 杆(1)上下移动,下部的摆杆机构与导杆(1)固接,在电机(9)的驱动下,上、下部 机械臂摆动并带动机械手(3)实现依次夹紧和放松的联动。
5. 根据权利要求1所述的立柱清洗机器人,其特征在于:清洗刷(5)上安装有片弹 簧(16),在片弹簧(16)的作用下,清洗刷始终与立柱保持接触。
6. 根据权利要求1所述的立柱清洗机器人,其特征在于:污水收集环(15)收集的 污水经沉淀过滤后,可以循环再利用。
7. 根据权利要求1所述的立柱清洗机器人,其特征在于:需要清洗的立柱是指建筑物或公共设施的垂直或者倾斜的柱状结构。
8. 根据权利要求7所述的立柱清洗机器人,其特征在于:立柱是指金属电线杆、金属路灯杆、水泥电线杆、水泥路灯杆、悬索桥的悬索、斜拉桥的钢索或建筑物的柱状结构。
9. 根据权利要求7或8所述的立柱清洗机器人,其特征在于:立柱是指等直径杆或变直径杆。
10. 根据权利要求7或8所述的立柱清洗机器人,其特征在于:立柱的截面是指圆形、椭圆形或多边形。
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