CN101293541B - 遥控式爬壁清洁机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种遥控式爬壁清洁机器人。它是在主体板下设置一前一后两吸盘，两吸盘中的负压分别由两微型真空泵提供，在机器人的前后分别设置一对圆形清洁盘，机器人的转向功能由换向机构、遥控电路和遥控器配合实现，通过遥控器控制换向机构的动作，实现机器人前进、后退、左转、右转六方位移动。机器人的越障检测由四个接近开关和四个提起机构实现，由于具备越障功能，能替代人从事恶劣作业环境下的壁面清洗作业，提高清洗速度，减轻工人劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及清洁装置，尤其是涉及一种遥控式爬壁清洁机器人。
背景技术
随着近几年来城市化进程的不断加快，城市大规模基础项目改造的不断开展，高层建筑日趋增多，如何高效、安全地进行高楼玻璃幕墙或瓷砖墙面清洁作业的问题逐渐被人们提上日程。高楼玻璃幕墙清洗是一项量大面广的作业，目前国内外基本上还停留在人工清洗阶段。这种作业方式不仅效率低，而且存在着很大的安全隐患。虽然也存在擦墙功能的机器人，但大多因为体积庞大、成本高等因素而无法推广使用。
发明内容
为了解决目前高楼玻璃幕墙人工清洗存在的安全性和效率低的问题，本发明的目的在于提供一遥控式爬壁清洁机器人，能通过无线遥控控制其在墙面上爬行、转向、自动擦洗及智能越障。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
动力电机固定在主体板上，固定在动力电机轴上的后小锥齿轮与装在后轮轴上的后大锥齿轮啮合，后轮轴上还固定有第二同步带轮，通过同步带与装在同步带轮轴上的第一同步带轮相连，固定在同步带轮轴上的中心大锥齿轮与中心轴上的中心小锥齿轮啮合，固定在中心轴上的中心带轮，通过传动带分别与前带轮、后带轮相连，前带轮固定在前清洁盘轴的一端，前清洁盘轴的另一端向外依次固有前清洁盘和前清洁刷，后带轮固定在后清洁盘轴的一端，后清洁盘轴的另一端向外依次固有后清洁盘和后清洁刷，与第一、第二微型真空泵组成的第一、第二提起机构的提起平台分别与前、后吸盘相连，转向电机固定在主体板上，固定在转向电机轴上的小齿轮与扇形换向齿轮啮合，扇形换向齿轮中心孔套在主体板的一凸起上，扇形换向齿轮前端通槽套在连杆的中间凸起上，连杆的左右两孔套在车轮换向轴的前端突起上，车轮换向轴的中间凸起插入主体板前端边缘左右两孔，两个前轮分别固定在左右车轮换向轴上，第一轴承对固定下板的一端与第一轴承固定上板之间安装前带轮，第一轴承对固定下板固定在与第三微型真空泵组成的第三提起机构的提起平台上，第一轴承对固定下板的下凸起插入主体板前端一孔中，与第三微型真空泵组成的第三提起机构固定在主体板上，导向桶固定在主体板的另一端，第二轴承对固定下板的一端突起插入导向桶内，另一端与第二轴承对固定上板之间安装后带轮，第二轴承对固定下板固定在与第四微型真空泵组成的第四提起机构的提起平台上，与第四微型真空泵组成的第四提起机构固定在主体板上，中心小锥齿轮固定在中心轴轴端，两块第三轴承对固定板间每隔120°固定一上立柱，第三轴承对固定板与主体板间每隔120°固定一下立柱，第三轴承对固定板上固定有第三、第四微型真空泵和4根接近开关支撑杆，这4根接近开关支撑杆前端各固定有1个接近开关，分别为第一接近开关、第二接近开关、第三接近开关、第四接近开关，并保证这四个接近开关的位置分别位于前清洁盘、前吸盘、后吸盘、后清洁盘的前方水平距离1-2厘米，后轮固定在后轮轴两端，后轮轴通过轴承装配于固定在主体板的轴承座上，前吸盘杆和后吸盘杆分别插在主体板前后两孔中，第一微型真空泵和第二微型真空泵固定在主体板上。
所述的四个提起机构中，微型真空泵出气孔与电磁换向阀的进气孔相连，电磁换向阀一个气孔与气缸的无杆腔相连，另一个气孔与气缸的有杆腔相连，提起平台固定在活塞杆上，四个提起平台分别与前吸盘、后吸盘、第一轴承对固定下板、第二轴承对固定下板相连。
本发明的有益效果是：
一种高楼玻璃幕墙或瓷砖墙面擦洗作业的机械装置，能通过无线遥控控制其在墙面上爬行、转向、自动擦洗及智能越障，而且体积小，成本低，采用干、湿洗结合的清洗方式，能达到较好的清洗效果。由于具备避障和越障功能，能替代人从事恶劣作业环境下的壁面清洗作业，提高清洗速度，减轻工人劳动强度。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是图1的右视图。
图3是爬壁清洁机器人的动力传动路线图。
图4是爬壁清洁机器人的清洁盘布置图。
图5是爬壁清洁机器人的提起机构图。
图6是爬壁清洁机器人的转向机构图。
图中：1.第一轴承对，2.前清洁盘，3.前清洁刷，4.前轮，5.回正挡片，6.连杆，7.扇形换向齿轮，8.小齿轮，9.转向电机，10.主体板，11.中心大锥齿轮，12.同步带轮轴，13.前吸盘，14.同步带，15.动力电机，16.后吸盘，17.后轮，18.导向桶，19.后清洁盘，20.后清洁刷，21.后清洁盘轴，22.后带轮，23.第二轴承对，24.第二轴承对固定上板，25.第二轴承对固定下板，26.第四接近开关，27.第四提起机构，28.后轮轴，29.后大锥齿轮，30.接近开关支撑杆，31.后小锥齿轮，32.第一微型真空泵，33.第三接近开关，34.第二微型真空泵，35.第三微型真空泵，36.中心带轮，37.第三轴承对，38.中心轴，39.第四微型真空泵，40.第二接近开关，41.上立柱，42.中心小锥齿轮，43.第三轴承对固定板，44.下立柱，45.第三提起机构，46.第一轴承对固定下板，47.第一轴承对固定上板，48.前带轮，49.前清洁盘轴，50.第一接近开关，51.车轮换向轴，52.第一同步带轮，53.第二同步带轮，54.轴承座，55.传动带，56.前电机挡板，57.提起平台，58.活塞杆，59.气缸，60.电磁换向阀，61.第一导气管，62.第二导气管，63.第三导气管，64.后电机挡板，.
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1和图2所示，前带轮48固定在前清洁盘轴49的一端，前清洁盘轴49的另一端向外依次固有前清洁盘2和前清洁刷3。第一轴承对固定下板46的一端与第一轴承固定上板47之间安装前带轮48。第一轴承对固定下板46固定在与第三微型真空泵35组成的第三提起机构的提起平台上，第一轴承对固定下板46的下凸起插入主体板10前端一孔中，与第三微型真空泵35组成的第三提起机构45固定在主体板10上，从而实现前清洁盘2的提起与放下。其结构如图5所示。
后带轮22固定在后清洁盘轴21的一端，后清洁盘轴21的另一端向外依次固有后清洁盘19和后清洁刷20。导向桶18固定在主体板的另一端，第二轴承对固定下板25的一端突起插入导向桶18内，另一端与第二轴承对固定上板24之间安装后带轮22，第二轴承对固定下板25固定在与第四微型真空泵39组成的第四提起机构27的提起平台上，与第四微型真空泵39组成的第四提起机构27固定在主体板10上，从而实现后清洁盘19的提起与放下。其结构如图5所示。
第三轴承对37的其中一个轴承的外圈固定在第三轴承对固定板43上，内圈与中心轴38过盈配合，中心带轮36固定在中心轴38上，中心小锥齿轮42固定在中心轴38轴端。两第三轴承对固定板43间每隔120°设一上立柱41，上立柱41两端都固定在第三轴承对固定板43上，第三轴承对固定板43与主体板10间每隔120°设一下立柱44，下立柱44一端固定在第三轴承对固定板43上，另一端固定在主体板10上。在第三轴承对固定板43固定有两微型真空泵——第三微型真空泵35和第四微型真空泵39，分别用在第四提起机构27和第三提起机构中45中，第三轴承对固定板43上还固定有4根接近开关支撑杆30，这4根接近开关支撑杆30前端固定4个接近开关，分别为第一接近开关50、第二接近开关40、第三接近开关33、第四接近开关26，用于检测不同位置的障碍物，控制前、后吸盘13、16和前、后清洁盘2、19提起放下的时间点。
后轮17用螺钉固定在后轮轴28的两端，其与后轮轴28为过盈配合。后轮轴28上还过盈配合两轴承，这两轴承外圈与轴承座54过盈配合；与此类似，同步带轮轴12上也过盈配合两轴承，这两轴承外圈与轴承座54过盈配合，轴承座54通过螺栓固定于主体板10上。
动力电机15前后分别用螺钉固定于前电机挡板56和后电机挡板64上，前电机挡板56和后电机挡板64底部都有两个螺孔，用螺钉固定于主体板10上。
前吸盘13杆和后吸盘16杆分别插在主体板10前后两孔中，前吸盘13通过导气管和电磁换向阀与第三微型真空泵32相连，后吸盘16通过导气管和电磁换向阀与第四微型真空泵34相连，与第一、第二微型真空泵32、34组成的第一、第二提起机构的提起平台分别与前、后吸盘13、16相连，第一、第二微型真空泵32、34固定在主体板10上。
如图3所示，动力电机15通过前电机挡板56和后电机挡板64固定在主体板10上，动力电机15将动力通过后小锥齿轮31和后大锥齿轮29啮合传到后轮轴28上，后轮轴28转动带动左右两个后轮17转动，以实现机器人的向前、向后爬行，其中后小锥齿轮31用螺钉固定在动力电机轴上，后大锥齿轮29用螺钉固定在后轮轴28上。第一同步带轮52与后大锥齿轮29同轴，用螺钉固定在后轮轴28上。中心大锥齿轮11与第二同步带轮53同轴，都用螺钉固定在同步带轮轴12上，第二同步带轮53和第一同步带轮52间用同步带14相连，中心大锥齿轮11与中心小锥齿轮42啮合。
如图4所示，前清洁盘2与前带轮48同轴，两前带轮48都通过传动带55与中心带轮36相连，但其中一传动带不交叉，另一传动带交叉，这样可以使两前清洁盘的旋转方向相反，以保证两清洁盘与壁面摩擦所产生的力矩抵消，动力电机15传出的动力通过图3所示的传动路线传到中心带轮36后，再传到两前带轮48，两前带轮48转动，在机器人移动时实现前清洁刷的自动擦洗；后清洁盘19与后带轮22同轴，两后带轮22都通过传动带55与中心带轮36相连，但其中一传动带不交叉，另一传动带交叉，动力电机15传出的动力通过图3所示的传动路线传到中心带轮36后，再传到两后带轮22，两后带轮22转动，在机器人移动时实现后清洁刷的自动擦洗。
如图5所示，微型真空泵32、34、35、39的出气孔连第一导气管61一端，第一导气管61另一端与电磁换向阀60的左下气孔相连，电磁换向阀60的右下气孔与外界相通，左上气孔与第二导气管62相连，右上气孔与第三导气管63相连，第二导气管62的另一端连向气缸59下部气孔，第三导气管63的另一端连向气缸59上部气孔，活塞58可以在气缸59上下两部分来回运动，提起平台57的一侧固定在活塞58杆上，可以随活塞一起上下运动，另一侧分别与前吸盘、后吸盘、第一轴承对固定下板、第二轴承对固定下板相连。这样，利用连接控制电路的接近开关检测障碍物，通过控制电路控制电磁换向阀60的通断电，便能控制气缸59上下部充气或放气，实现提起平台的是上升或下降，从而控制前、后吸盘13、16和前、后清洁盘2、19的提起或放下，实现机器人的智能越障功能。
如图6所示，转向电机9与小齿轮8相连，小齿轮8的中心孔与转向电机轴通过过盈配合固定，小齿轮8与扇形换向齿轮7啮合，扇形换向齿轮7中心孔套在主体板10的一凸起上，使扇形换向齿轮7可以绕这一凸起转动，扇形换向齿轮7前端通槽套在连杆6的中间凸起上，连杆6的左右两孔套在车轮换向轴51的前端突起上，车轮换向轴51的中间凸起插入主体板10前端边缘左右两孔，这样可使车轮换向轴51绕主体板10前端边缘左右两孔转动，前轮4与车轮换向轴51相连，但只是轴向固定，在周向可以绕车轮换向轴51自由转动。这样只要控制转向电机9两端的电压差，就能控制转向电机9的正反转，从而使扇形换向齿轮7绕主体板10凸起转动，带动连杆6左右移动，带动车轮换向轴51绕主体板10前端边缘左右两孔转动，从而使前轮4左右转向，实现机器人爬行方向的转换，确定新的前进方向后，两前轮4在回正挡片5的作用下回正。
综上所述，本发明是以遥控四驱车为基本模型，在主体板下设置一前一后两吸盘，使其能吸附在玻璃墙面上；两吸盘中的负压分别由装在机器人上的两微型真空泵提供，微型真空泵与吸盘间的导气管上设置一电磁换向阀，来实现吸气、充气间的转换控制。在机器人的前后分别设置一对圆形清洁盘，其盘面与墙面平行，且能在动力电机的带动下高速旋转，能在机器人前进时实现对墙面的清洗，其中前面的两清洁盘带水，属于湿擦；而后两清洁盘是干燥的，属于干擦。机器人的转向功能由换向机构、遥控电路和遥控器配合实现，通过遥控器控制换向机构的动作，实现机器人前进、后退、左转、右转六方位移动。机器人的越障检测由安装于机器人周边的四个接近开关实现，若前后清洁盘前方的接近开关检测到障碍物，相应的电磁换向阀就通电，改变提起机构中气流的回路方向，气缸充气，活塞上升，清洁盘便被带起到一定高度，待清洁盘越过障碍，即障碍离开接近开关的检测范围，电磁换向阀便断电，提起机构中气流的回路方向回到原状态，气缸抽气，活塞下降，清洁盘被放下，并贴紧墙面；若前后吸盘前方的接近开关检测障碍物，便会启动相应的电磁换向阀，吸盘的回路气流方向改变，吸盘内的负压状态消除，吸盘在自身弹簧的作用下被提起，待吸盘越过障碍，即障碍离开接近开关的检测范围，电磁换向阀便断电，吸盘的回路气流方向回到原状态，吸盘内再次产生负压，吸附在墙面上。
Claims (2)
1.一种遥控式爬壁清洁机器人，其特征在于：动力电机(15)固定在主体板(10)上，固定在动力电机(15)轴上的后小锥齿轮(31)与装在后轮轴(28)上的后大锥齿轮(29)啮合，后轮轴(28)上还固定有第二同步带轮(52)，通过同步带(14)与装在同步带轮轴(12)上的第一同步带轮(53)相连，固定在同步带轮轴(12)上的中心大锥齿轮(11)与中心轴(38)上的中心小锥齿轮(42)啮合，固定在中心轴(38)上的中心带轮(36)，通过传动带(55)分别与前带轮(48)、后带轮(22)相连，前带轮(48)固定在前清洁盘轴(49)的一端，前清洁盘轴(49)的另一端向外依次固有前清洁盘(2)和前清洁刷(3)，后带轮(22)固定在后清洁盘轴(21)的一端，后清洁盘轴(21)的另一端向外依次固有后清洁盘(19)和后清洁刷(20)，与第一、第二微型真空泵(32、34)组成的第一、第二提起机构的提起平台分别与前、后吸盘(13、16)相连，转向电机(9)固定在主体板(10)上，固定在转向电机(9)轴上的小齿轮(8)与扇形换向齿轮(7)啮合，扇形换向齿轮(7)中心孔套在主体板(10)的一凸起上，扇形换向齿轮(7)前端通槽套在连杆(6)的中间凸起上，连杆(6)的左右两孔套在车轮换向轴(51)的前端突起上，车轮换向轴(51)的中间凸起插入主体板(10)前端边缘左右两孔，两个前轮(4)分别固定在左右车轮换向轴(51)上，第一轴承对固定下板(46)的一端与第一轴承固定上板(47)之间安装前带轮(48)，第一轴承对固定下板(46)固定在与第三微型真空泵(35)组成的第三提起机构的提起平台上，第一轴承对固定下板(46)的下凸起插入主体板(10)前端一孔中，与第三微型真空泵(35)组成的第三提起机构(45)固定在主体板(10)上，导向桶(18)固定在主体板的另一端，第二轴承对固定下板(25)的一端突起插入导向桶(18)内，另一端与第二轴承对固定上板(24)之间安装后带轮(22)，第二轴承对固定下板(25)固定在与第四微型真空泵组成的第四提起机构(27)的提起平台上，与第四微型真空泵(39)组成的第四提起机构(27)固定在主体板(10)上，中心小锥齿轮(42)固定在中心轴(38)轴端，两块第三轴承对固定板(43)间每隔120°固定一上立柱(41)，第三轴承对固定板(43)与主体板(10)间每隔120°固定一下立柱(44)，第三轴承对固定板(43)上固定有第三、第四微型真空泵(35、39)和4根接近开关支撑杆(30)，这4根接近开关支撑杆(30)前端各固定有1个接近开关，分别为第一接近开关(50)、第二接近开关(40)、第三接近开关(33)、第四接近开关(26)，并保证这四个接近开关的位置分别位于前清洁盘(2)、前吸盘(13)、后吸盘(16)、后清洁盘(19)的前方水平距离1-2厘米，后轮(17)固定在后轮轴(28)两端，后轮轴(28)通过轴承装配于固定在主体板(10)的轴承座(54)上，前吸盘(13)杆和后吸盘(16)杆分别插在主体板(10)前后两孔中，第一微型真空泵(32)和第二微型真空泵(34)固定在主体板(10)上。
2.根据权利要求1所述的一种遥控式爬壁清洁机器人，其特征在于：所述的四个提起机构中，微型真空泵出气孔与电磁换向阀(60)的进气孔相连，电磁换向阀(60)一个气孔与气缸(59)的无杆腔相连，另一个气孔与气缸(59)的有杆腔相连，提起平台(57)固定在活塞杆(58)上，四个提起平台(57)分别与前吸盘(13)、后吸盘(16)、第一轴承对固定下板(46)、第二轴承对固定下板(25)相连。
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