CN101317744B - 基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人 - Google Patents

Abstract

基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人，它涉及一种壁面清洁机器人。本发明解决了现有的壁面清洁机器人存在结构复杂、壁面吸附效果差、越障能力差等问题。本发明所述清洁机构(71)和进出水机构(72)均安装在壳体(2)内，轮式行走系统(70)安装壳体(2)的下部，所述三相电动机(13)安装在壳体(2)的上端面上，三相电动机(13)的外转子上由上至下依次固装有螺旋桨(1)和离心风叶(23)，三相电动机(13)的外壳体与壳体(2)的内腔连通；所述干刷(9)、湿刷(27)、吸水辊子(32)、挤水辊子(44)由前至后依次安装在壳体(2)内。本发明具有壁面吸附效果好、越障能力较好、结构简单的优点，而且能够实现遥控操作。

Description

基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人

技术领域

本发明涉及一种壁面清洁机器人，具体涉及一种基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人。

背景技术

随着城市建设的发展，越来越多的高层建筑耸立在现代都市当中。为了美观及采光，很多高层建筑的壁面轮廓为曲面或复杂形状。不少高层建筑都采用了这种壁面，这就带来了壁面的清洗问题。高大建筑物的壁面清洗是一项繁重而危险的工作。而对于室内壁面，高效地清洁问题也日益为人们所关注。这样壁面清洁机器人就应运而生了。

传统的壁面清洁机器人，吸附方式多为负压、真空吸附和磁吸附。专利申请号为200510027326.4、公开号为CN1709654A、公开日为2005年12月21日所述的“基于同步齿形带的磁吸附履带式爬壁机器人”和专利申请号为200510086383.x、授权公告号为CN 1321781C、授权公告日为2007年6月20日所述的“一种非接触磁吸附轮式机器人”，采用磁吸附方式，其适用范围窄，而且机器人体积较大，而且较重，一般不能实现无缆化。而专利申请号为200710072319.5、公开号为CN101058321A、公开日为2007年10月24日所述的“基于真空吸附原理的小型微声爬壁机器人”和专利申请号为200610151073.6、公开号为CN1994805A、公开日为2007年07月11日所述的“基于负压吸附原理的小型爬壁机器人”，采用的是真空吸附和负压吸附，良好的密封是其吸附实现的充分条件。因此其只适用于较光滑表面，如果吸附表面有一定的障碍或不平整，其吸附效果会大大降低。因此，现有的壁面清洁机器人存在结构复杂、越障能力差、壁面吸附效果差等问题。

发明内容

本发明为了解决现有的壁面清洁机器人存在结构复杂、壁面吸附效果差、越障能力差等问题，进而提供了一种基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人，所述壁面清洁机器人包括壳体、三相电动机、螺旋桨、离心风叶、轮式行走系统、清洁机构和进出水机构，清洁机构和进出水机构均安装在壳体内，轮式行走系统安装在壳体的下部，所述清洁机构包括干刷、湿刷、吸水辊子、挤水辊子、干刷轴、湿刷轴、吸水辊子轴、挤水辊子轴、两个主动轮、两个从动轮、污水收集箱、污水收集容器、电机、第一带轮、第二带轮、第三带轮、第一传动带和第二传动带；所述进出水机构由水箱、曲轴电机、曲轴、蜗杆、蜗轮、连杆、活塞、活塞缸、进水阀和排水阀组成；所述三相电动机安装在壳体的上端面上，三相电动机的外转子上由上至下依次固装有螺旋桨和离心风叶，三相电动机的外壳体与壳体的内腔连通，干刷安装在干刷轴上，湿刷安装在湿刷轴上，吸水辊子安装在吸水辊子轴上，挤水辊子安装在挤水辊子轴上，所述干刷轴、湿刷轴、吸水辊子轴、挤水辊子轴由前至后依次安装在壳体内，电机安装在壳体内的一侧内壁上，第一带轮安装在电机的输出轴上，第一带轮和第二带轮通过第一传动带连接，第二带轮安装在干刷轴上，第二带轮和第三带轮通过第二传动带连接，第三带轮安装在湿刷轴上，污水收集容器安装在挤水辊子上，污水收集箱安装在壳体内并与污水收集容器连通，两个主动轮分别安装在挤水辊子的两端的挤水辊子轴上，两个从动轮分别安装在吸水辊子两端的吸水辊子轴上，所述两个主动轮和两个从动轮分别接触连接，蜗轮安装在挤水辊子轴的一端上，蜗轮与蜗杆啮合，蜗杆设置在曲轴的一端，曲轴通过连杆与活塞缸内的活塞连接，曲轴的另一端与曲轴电机的输出轴连接，曲轴电机安装在壳体内的另一侧内壁上，活塞缸安装在与湿刷对应位置的壳体内，活塞缸的内腔通过进水阀与安装在壳体上的水箱连通，活塞缸的内腔与排水阀连通。

本发明具有以下有益效果：本发明具有壁面吸附效果好、越障能力较好、结构简单的优点，而且能够实现遥控操作。本发明通过螺旋桨产生指向壁面的正压力以及通过内部离心风叶高速旋转在其外表面上产生指向壁面的负压力，三相电动机带动螺旋桨和离心风叶旋转，正负压有机结合，共同作用于机器人本体上，产生足够大的摩擦力来克服自身重力，使机器人本体吸附在壁面上。本发明采用轮式移动，可以遥控实现机器人的前进、后退及转向。本发明设有干擦和湿擦，使得清洁效果好。本发明还具有外型小巧、高效清洗的特点，本发明可应用于室内、室外壁面的清洗。

附图说明

图1是本发明的立体图，图2是本发明的主视图，图3是图2的俯视图，图4是本发明的俯视立体图，图5是本发明的俯视立体图(为便于表达此图没有画出湿刷27和吸水辊子32)，图6是进出水机构的结构示意图，图7是进水阀/排水阀的结构示意图(单线箭头表示进水方向，双线箭头表示出水方向)，图8是侧板49的结构示意图，图9是具体实施方式三的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～7所示，本实施方式所述的基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人包括壳体2、三相电动机13、螺旋桨1、离心风叶23、轮式行走系统70、清洁机构71和进出水机构72，清洁机构71和进出水机构72均安装在壳体2内，轮式行走系统70安装在壳体2的下部，所述清洁机构71包括干刷9、湿刷27、吸水辊子32、挤水辊子44、干刷轴81、湿刷轴82、吸水辊子轴83、挤水辊子轴84、两个主动轮85、两个从动轮86、污水收集箱39、污水收集容器93、电机10、第一带轮11、第二带轮12、第三带轮43、第一传动带41和第二传动带42；所述进出水机构72由水箱8、曲轴电机28、曲轴29、蜗杆90、蜗轮31、连杆92、活塞91、活塞缸30、进水阀87和排水阀88组成；所述三相电动机13安装在壳体2的上端面上，三相电动机13的外转子上由上至下依次固装有螺旋桨1和离心风叶23，三相电动机13的外壳体与壳体2的内腔连通，干刷9安装在干刷轴81上，湿刷27安装在湿刷轴82上，吸水辊子32安装在吸水辊子轴83上，挤水辊子44安装在挤水辊子轴84上，所述干刷轴81、湿刷轴82、吸水辊子轴83、挤水辊子轴84由前至后依次安装在壳体2内，电机10安装在壳体2内的一侧内壁上，第一带轮11安装在电机10的输出轴上，第一带轮11和第二带轮12通过第一传动带41连接，第二带轮12安装在干刷轴81上，第二带轮12和第三带轮43通过第二传动带42连接，第三带轮43安装在湿刷轴82上，污水收集容器93安装在挤水辊子44上，污水收集箱39安装在壳体2内并与污水收集容器93连通，两个主动轮85分别安装在挤水辊子44的两端的挤水辊子轴84上，两个从动轮86分别安装在吸水辊子32两端的吸水辊子轴83上，所述两个主动轮85和两个从动轮86分别接触连接，蜗轮31安装在挤水辊子轴84的一端上，蜗轮31与蜗杆90啮合，蜗杆90设置在曲轴29的一端，曲轴29通过连杆92与活塞缸30内的活塞91连接，曲轴29的另一端与曲轴电机28的输出轴连接，曲轴电机28安装在壳体2内的另一侧内壁上，活塞缸30安装在与湿刷27对应位置的壳体2内，活塞缸30的内腔通过进水阀87与安装在壳体2上的水箱8连通，活塞缸30的内腔与排水阀88连通。为了使进出水机构72的喷水效果更好，可在排水阀88的出口端安装喷淋头，将水喷淋到湿刷27上。

具体实施方式二：如图1～2所示，本实施方式所述轮式行走系统70由两套轮式行走总成构成，所述两套轮式行走总成分别安装在壳体2的外沿上，每套轮式行走总成均由可调节电机7、前轮15、中轮17、后轮22、支撑杆件5、销26、第一同步带3和第二同步带20组成，所述可调节电机7安装在壳体2的前端，支撑杆件5的中部通过销26与壳体2的外沿转动连接，可调节电机7的输出轴与前轮15转动连接，前轮15通过第一同步带3与中轮17连接，中轮17通过第二同步带20与后轮22连接，中轮17安装在支撑杆件5的一端上，后轮22安装在支撑杆件5的另一端上。本实施方式为六轮驱动，两个调节电机7分别带动两个前轮15转动，两个前轮15通过两个第一同步带3分别带动两个中轮17转动，两个中轮17带动两个第二同步带20转动，进而带动两个后轮22转动，上述所有车轮均为主动轮，可以使压力完全转化为有效的摩擦力来克服重力。通过调节两个调节电机7的转速来实现转弯，当两个调节电机7的转速相同时可实现直线运动。当两个调节电机7的转速不同时即可实现转弯。两上中轮17和两个后轮22分别安装在支撑杆件5上，支撑杆件5可绕销26转动一定角度，可以实现小弧度曲面行走和一定程度的越障功能。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1和图9所示，本实施方式所述轮式行走系统70由两个前驱动轮45、两个后从动轮50、两个同步带51、两个减速电机47组成，所述两个减速电机47分别安装在壳体2内的前端两侧壁上，两个前驱动轮45分别与两个减速电机47的输出轴转动连接，两个后从动轮50分别安装在壳体2内的后端两侧壁上，所述两个前驱动轮45与两个后从动轮50分别通过两个同步带51连接。本实施方式为四轮驱动，所述四轮均安装在壳体2内部，由两个减速电机47驱动，可实现前进、后退和转向。本实施方式可使结构更简单紧凑。其它动作的实现与方式一相同。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：如图4所示，本实施方式所述清洁机构71还包括挡板46，所述挡板46设置在干刷9和湿刷27之间。挡板46可防止水喷淋到干刷9上。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：如图1所示，本实施方式所述壁面清洁机器人还包括密封围裙件97，所述密封围裙件97围裹在壳体2的外周上。在壳体2四围布置有密封围裙件，可进一步增强本发明与壁面之间的密封性，尽可能减少漏气量，使本发明的内腔和外界形成一定的压差，在外表面上产生指向壁面的负压力，进而增强本发明的吸附效果。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：如图1～5所示，本实施方式所述壁面清洁机器人还包括充电电池4和信号接收机40，所述充电电池4安装在信号接收机40上，所述信号接收机40安装在壳体2的上端面上。充电电池4和信号接收机40的设置实现了本发明的遥控控制。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：如图4和图8所示，本实施方式所述壁面清洁机器人还包括两个侧板49和两个弹簧52，所述两个侧板49位于壳体2内的吸水辊子32的两端且固装在壳体2上，每个侧板49上均设有一个异形通孔49-1，吸水辊子轴83的两端分别穿出所述的一个异形通孔49-1，两个弹簧52的一端分别固定在两个侧板49的外端面上，两个弹簧52的另一端分别固定在吸水辊子轴83的两端上。当只进行干擦运动时，需将吸水滚子32抬起，将吸水滚子32沿异形通孔49-1(轨道)滑到另一位置并卡接在异形通孔49-1内，弹簧52自动伸长将其拉紧固定，这时吸水滚子32与壁面不接触。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理：

本发明通过螺旋桨1上桨叶的异型曲面产生的空气动力与桨叶扭角向后推空气产生的反作用力共同作用，产生指向壁面的正压力；本发明内部安装的离心风叶23高速旋转，将其内腔中空气沿径向导出，使本发明的内腔与外界形成一定的压差，在外表面上产生指向壁面的负压力；三相电动机13带动螺旋桨1和离心风叶23旋转，正、负压有机结合，共同作用于机器人本体(本发明)上，产生足够大的摩擦力来克服自身重力，使机器人本体吸附在壁面上，轮式行走系统70可使本发明在壁面上行走，本发明内部设有清洁机构71(干擦和湿擦双清洁机构)和进出水机构72。电机10带动第一带轮11旋转，通过第一传动带41将动力传递到第二带轮12上，带动干刷9旋转，将壁面灰尘扫起，这时离心风叶23又起到吸尘作用，将灰尘吸起并收集起来。同时第二带轮12又通过第二传动带42将动力传动到第三带轮43上，进而带动湿刷27旋转，实现滚动清扫。曲轴电机28带动曲轴29旋转，曲轴带动活塞缸30内活塞91往复进行吸水排水。活塞缸30上设有的进水阀87和排水阀88均由第一套管33、第二套管36、弹簧34和钢球35组成。进水阀87上的第一套管33与活塞缸30的侧壁连通，排水阀88上的第二套管36与活塞缸30的侧壁连通，当活塞运动抽水时，水从进水阀87上的第二套管36进入，使弹簧34处于压缩状态，水流入活塞缸30内，进水阀87开通；而对于排水阀88，气流从第一套管33进入，将钢球35压紧，使空气不能进入，相对出水阀关闭，从而实现抽水过程(将水箱8抽出活塞缸30内)。同理，当活塞运动喷水时，进水阀87关闭，排水阀88开通，实现喷水过程。这时将活塞缸30内的水喷淋到湿刷27上，由曲轴29上的蜗杆90与蜗轮31啮合，带动吸水滚子32旋转，吸水滚子32将壁面的污水吸入，并与挤水滚子44相挤压，将污水挤出流到污水收集箱39中(参见图1～9)。

Claims (7)

1.一种基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人，所述壁面清洁机器人包括壳体(2)、三相电动机(13)、螺旋桨(1)、离心风叶(23)、轮式行走系统(70)、清洁机构(71)和进出水机构(72)，清洁机构(71)和进出水机构(72)均安装在壳体(2)内，轮式行走系统(70)安装在壳体(2)的下部，其特征在于所述清洁机构(71)包括干刷(9)、湿刷(27)、吸水辊子(32)、挤水辊子(44)、干刷轴(81)、湿刷轴(82)、吸水辊子轴(83)、挤水辊子轴(84)、两个主动轮(85)、两个从动轮(86)、污水收集箱(39)、污水收集容器(93)、电机(10)、第一带轮(11)、第二带轮(12)、第三带轮(43)、第一传动带(41)和第二传动带(42)；所述进出水机构(72)由水箱(8)、曲轴电机(28)、曲轴(29)、蜗杆(90)、蜗轮(31)、连杆(92)、活塞(91)、活塞缸(30)、进水阀(87)和排水阀(88)组成；所述三相电动机(13)安装在壳体(2)的上端面上，三相电动机(13)的外转子上由上至下依次固装有螺旋桨(1)和离心风叶(23)，三相电动机(13)的外壳体与壳体(2)的内腔连通，干刷(9)安装在于刷轴(81)上，湿刷(27)安装在湿刷轴(82)上，吸水辊子(32)安装在吸水辊子轴(83)上，挤水辊子(44)安装在挤水辊子轴(84)上，所述干刷轴(81)、湿刷轴(82)、吸水辊子轴(83)、挤水辊子轴(84)由前至后依次安装在壳体(2)内，电机(10)安装在壳体(2)内的一侧内壁上，第一带轮(11)安装在电机(10)的输出轴上，第一带轮(11)和第二带轮(12)通过第一传动带(41)连接，第二带轮(12)安装在干刷轴(81)上，第二带轮(12)和第三带轮(43)通过第二传动带(42)连接，第三带轮(43)安装在湿刷轴(82)上，污水收集容器(93)安装在挤水辊子(44)上，污水收集箱(39)安装在壳体(2)内并与污水收集容器(93)连通，两个主动轮(85)分别安装在挤水辊子(44)的两端的挤水辊子轴(84)上，两个从动轮(86)分别安装在吸水辊子(32)两端的吸水辊子轴(83)上，所述两个主动轮(85)和两个从动轮(86)分别接触连接，蜗轮(31)安装在挤水辊子轴(84)的一端上，蜗轮(31)与蜗杆(90)啮合，蜗杆(90)设置在曲轴(29)的一端，曲轴(29)通过连杆(92)与活塞缸(30)内的活塞(91)连接，曲轴(29)的另一端与曲轴电机(28)的输出轴连接，曲轴电机(28)安装在壳体(2)内的另一侧内壁上，活塞缸(30)安装在与湿刷(27)对应位置的壳体(2)内，活塞缸(30)的内腔通过进水阀(87)与安装在壳体(2)上的水箱(8)连通，活塞缸(30)的内腔与排水阀(88)连通。

2.根据权利要求1所述的基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人，其特征在于所述轮式行走系统(70)由两套轮式行走总成构成，所述两套轮式行走总成分别安装在壳体(2)的外沿上，每套轮式行走总成均由可调节电机(7)、前轮(15)、中轮(17)、后轮(22)、支撑杆件(5)、销(26)、第一同步带(3)和第二同步带(20)组成，所述可调节电机(7)安装在壳体(2)的前端，支撑杆件(5)的中部通过销(26)与壳体(2)的外沿转动连接，可调节电机(7)的输出轴与前轮(15)转动连接，前轮(15)通过第一同步带(3)与中轮(17)连接，中轮(17)通过第二同步带(20)与后轮(22)连接，中轮(17)安装在支撑杆件(5)的一端上，后轮(22)安装在支撑杆件(5)的另一端上。

3.根据权利要求1所述的基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人，其特征在于所述轮式行走系统(70)由两个前驱动轮(45)、两个后从动轮(50)、两个同步带(51)、两个减速电机(47)组成，所述两个减速电机(47)分别安装在壳体(2)内的前端两侧壁上，两个前驱动轮(45)分别与两个减速电机(47)的输出轴转动连接，两个后从动轮(50)分别安装在壳体(2)内的后端两侧壁上，所述两个前驱动轮(45)与两个后从动轮(50)分别通过两个同步带(51)连接。

4.根据权利要求1所述的基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人，其特征在于所述清洁机构(71)还包括挡板(46)，所述挡板(46)设置在干刷(9)和湿刷(27)之间。

5.根据权利要求1所述的基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人，其特征在于所述壁面清洁机器人还包括密封围裙件(97)，所述密封围裙件(97)围裹在壳体(2)的外周上。

6.根据权利要求1所述的基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人，其特征在于所述壁面清洁机器人还包括充电电池(4)和信号接收机(40)，所述充电电池(4)安装在信号接收机(40)上，所述信号接收机(40)安装在壳体(2)的上端面上。

7.根据权利要求1所述的基于正负压吸附原理的壁面清洁机器人，其特征在于所述壁面清洁机器人还包括两个侧板(49)和两个弹簧(52)，所述两个侧板(49)位于壳体(2)内的吸水辊子(32)的两端且固装在壳体(2)上，每个侧板(49)上均设有一个异形通孔(49-1)，吸水辊子轴(83)的两端分别穿出所述的一个异形通孔(49-1)，每个侧板(49)的外端面上设置有一个弹簧(52)，每个弹簧(52)的一端固定在相应侧板(49)的外端面上，所述每个弹簧(52)的另一端固定在吸水辊子轴(83)的相应一端上。

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