CN102921684B

CN102921684B - 后置行星式管道清扫机器人

Info

Publication number: CN102921684B
Application number: CN201210433148.5A
Authority: CN
Inventors: 孙传祝
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong University of Technology
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: CN102921684A

Abstract

本发明提供一种后置行星式管道清扫机器人，其特征在于：两电机支架套装在底盘前端两侧的连接耳上，两连接套朝前的侧面上固定有红外传感器，两个行进电机固定在电机支架上部内侧，行进电机向外伸出的轴端装有驱动轮，底盘后端上表面固定有行星安装架，下表面装有万向轮，太阳轮固定在行星安装架上，主动轴中部空套支承在太阳轮中心处孔内，朝着前进方向的伸出端与减速电机连接，另一端固定有两行星架，两行星架之间套装有两惰轮架，惰轮轴两端支承在两惰轮架的支承套孔内，行星轴两端支承在伸缩支承孔内，惰轮轴和行星轴朝着前进方向的伸出端分别装有与太阳轮啮合的惰轮和行星轮，行星轴另一端固定有毛刷。本发明转向灵活，适应管径变化能力强。

Description

后置行星式管道清扫机器人

技术领域

本发明提供一种后置行星式管道清扫机器人，主要用于中央空调管道的清扫工作。

背景技术

随着经济发展和人民生活水平的不断提高，中央空调越来越得到广泛应用。但是，由于中央空调自身结构以及室内装修等原因，致使中央空调及其通风管道清扫困难，多数中央空调的通风管道长年未曾清扫过，由此而导致的空气污染也越来越引起人们的高度重视。

目前，市场上出现了一些空调管道清扫设备，但由于结构复杂、清洁效果差、设备自身笨重等原因，导致其难易推广应用。因此，我们研制了一种行星式管道清扫机器人，试验证明，该设备清洁效率高、结构简单、操作方便，因此申请了国家发明专利，申请号为：201210416953.7；电机支架及行星架等改为伸缩结构后，提高了清扫机器人适应管道直径变化的能力，因此又申请了国家发明专利，申请号为：201210430663.8。但试验发现，当管道拐弯时，清扫机器人的转向效果不够理想。

综观中央空调管道清扫设备发展现状，急需一种清洁效率高、适应管道直径变化能力强、转弯灵活的管道清扫设备。

发明内容

本发明提供一种能够达到彻底清扫中央空调通风管道之目的，且清洁效率高、转弯灵活、适应不同规格管道能力强的后置行星式管道清扫机器人。

其技术方案为：包括行进装置和清扫装置，行进装置包括底盘、行进电机、驱动轮、电机支架、万向轮和行星安装架，其特征在于：水平布置的矩形底盘沿着机器人前进方向的最前端左右两侧沿着与机器人前进方向相垂直的方向各伸出一连接耳，中部折弯的电机支架的一端内侧固定有连接套，并在电机支架靠近中部的内侧与连接套上表面之间通过加强筋加强，连接套的一侧面固定有红外传感器；两个由电机支架、连接套和加强筋构成的组合体的连接套内均安装有压缩弹簧Ⅰ，且通过连接套使电机支架中部向外凸出、固定有连接套的一端朝下、连接套固定有红外传感器的侧面朝着机器人的前进方向对称套装在底盘前端向外伸出的两个连接耳上，并使电机支架的上端对称向内倾斜，两电机支架上部中间均加工有圆孔，两圆孔轴线位于同一与机器人前进方向垂直的平面内，两圆孔轴线均内端低、外端高，且与连接耳中心线的夹角相等，两个行进电机均通过连接法兰固定在电机支架的上部内侧，行进电机的电机轴向外、且倾斜向上穿过电机支架上部中间的圆孔后，端部均安装有驱动轮，底盘远离连接耳的另一端上表面固定有中心加工有圆孔的行星安装架，行星安装架的圆孔轴线与机器人前进方向平行、且位于通过底盘短边中点与底盘上表面垂直的平面内，底盘靠近行星安装架处的下表面通过螺母Ⅰ和垫圈Ⅰ安装一叉形凸耳，凸耳上加工有两个同轴圆孔，一端安装有万向轮的万向轮架的另一端通过销轴安装在凸耳的两个圆孔内，压缩弹簧Ⅱ安装在万向轮架靠近万向轮的端部上表面与底盘下表面之间，清扫装置包括行星传动装置、减速电机和毛刷，行星传动装置包括太阳轮、行星轮、主动轴、行星架、行星轴、伸缩支承、惰轮、惰轮轴和惰轮架，中心处加工有圆孔的太阳轮通过螺栓Ⅰ和垫圈Ⅰ固定在行星安装架远离行进电机、且与行星安装架的圆孔轴线相垂直的平面上，太阳轮中心处圆孔的轴线与行星安装架的圆孔轴线同轴，中部空套支承在太阳轮中心处孔内的主动轴，朝着行进电机方向的伸出端通过联轴器与采用螺栓Ⅱ、螺母Ⅱ和垫圈Ⅱ固定在底盘上表面中部的减速电机固定连接，两个行星架中心分别固定在主动轴远离行进电机方向伸出端的靠近太阳轮处和远离太阳轮的主动轴端部，两惰轮架分别空套支承在主动轴上的两个行星架之间的靠近行星架处，惰轮架沿径向向外伸出的各支腿外端均设有支承套，惰轮架的各支承套中心均加工有轴线与主动轴轴线平行、且直径略大于惰轮轴轴径的圆孔，各圆孔轴线位于以主动轴轴线为中心的同一圆周上，与主动轴轴线平行的多条惰轮轴两端空套支承在两惰轮架各支承套的圆孔内，朝着减速电机的伸出端各装有与太阳轮啮合的惰轮，行星架沿主动轴径向向外伸出的各套筒形支腿内部安装有压缩弹簧Ⅲ，伸缩支承的内孔直径略大于行星轴与伸缩支承相接触处的轴径，伸缩支承的外圆沿径向伸出一支承杆，并通过支承杆插入行星架安装有压缩弹簧Ⅲ的套筒形支腿内，与主动轴轴线平行、与惰轮轴数量相等的行星轴两端空套支承在伸缩支承的孔内，朝着减速电机的伸出端各装有与惰轮啮合的行星轮，远离减速电机的伸出端各固定有圆柱形毛刷，各伸缩支承的外圆与相邻的惰轮架支腿外端的支承套外圆之间分别对应挂有拉伸弹簧。

所述的后置行星式管道清扫机器人，行星传动装置设有3条两端空套支承在惰轮架支承套内的惰轮轴和3个惰轮，设有3条两端空套支承在伸缩支承的孔内、且均匀布置在以主动轴轴线为中心的同一圆周上的行星轴。

所述的后置行星式管道清扫机器人，行星传动装置设有4条两端空套支承在惰轮架支承套内的惰轮轴和4个惰轮，设有4条两端空套支承在伸缩支承的孔内、且均匀布置在以主动轴轴线为中心的同一圆周上的行星轴。

其工作原理为：水平布置的矩形底盘沿着机器人前进方向的最前端左右两侧沿着与机器人前进方向相垂直的方向各伸出一连接耳，中部折弯的电机支架的一端内侧固定有连接套，并在电机支架靠近中部的内侧与连接套上表面之间通过加强筋加强，连接套的一侧面固定有红外传感器；两个由电机支架、连接套和加强筋构成的组合体的连接套内均安装有压缩弹簧Ⅰ，且通过连接套使电机支架中部向外凸出、固定有连接套的一端朝下、连接套固定有红外传感器的侧面朝着机器人的前进方向对称套装在底盘前端向外伸出的两个连接耳上，并保持电机支架的上端对称向内倾斜；两电机支架上部中间均加工有圆孔，两圆孔轴线位于同一与机器人前进方向垂直的平面内，两圆孔轴线均内端低、外端高，且与连接耳中心线的夹角相等；两个行进电机均通过连接法兰固定在电机支架的上部内侧，行进电机的电机轴向外、且倾斜向上穿过电机支架上部中间的圆孔后，端部均安装有驱动轮；底盘远离连接耳的另一端上表面固定有中心加工有圆孔的行星安装架，行星安装架的圆孔轴线与机器人前进方向平行、且位于通过底盘短边中点与底盘上表面垂直的平面内；底盘靠近行星安装架处的下表面通过螺母Ⅰ和垫圈Ⅰ安装一叉形凸耳，凸耳上加工有两个同轴圆孔，万向轮架的一端安装有万向轮，另一端通过销轴安装在凸耳的两个圆孔内；压缩弹簧Ⅱ安装在万向轮架靠近万向轮的端部上表面与底盘下表面之间。中心处加工有圆孔的太阳轮通过螺栓Ⅰ和垫圈Ⅰ固定在行星安装架远离行进电机、且与行星安装架的圆孔轴线相垂直的平面上，太阳轮中心处圆孔的轴线与行星安装架的圆孔轴线同轴；主动轴中部空套支承在太阳轮的中心处孔内，主动轴朝着行进电机方向的伸出端通过联轴器与减速电机固定连接，减速电机采用螺栓Ⅱ、螺母Ⅱ和垫圈Ⅱ固定在底盘上表面的中部；主动轴远离行进电机方向伸出端，在靠近太阳轮处和远离太阳轮的主动轴端部各固定一个行星架；主动轴上的两个行星架之间，在靠近行星架处各空套支承一个惰轮架，惰轮架沿径向向外伸出的各支腿外端均设有支承套，各支承套中心均加工有轴线与主动轴轴线平行、且直径略大于惰轮轴轴径的圆孔，各圆孔轴线位于以主动轴轴线为中心的同一圆周上；3条或4条惰轮轴两端空套支承在两惰轮架各支承套的圆孔内，惰轮轴轴线与主动轴轴线平行，惰轮轴朝着减速电机的伸出端各装有与太阳轮啮合的惰轮；行星架沿主动轴径向向外伸出的各套筒形支腿内部安装有压缩弹簧Ⅲ；伸缩支承的内孔直径略大于行星轴与伸缩支承相接触处的轴径，伸缩支承的外圆沿径向伸出一支承杆，并通过支承杆插入行星架安装有压缩弹簧Ⅲ的套筒形支腿内；数量与惰轮轴相等的3条或4条行星轴两端空套支承在伸缩支承的孔内，行星轴轴线与主动轴轴线平行，行星轴朝着减速电机的伸出端各装有与惰轮啮合的行星轮，远离减速电机的伸出端各固定有圆柱形毛刷；各伸缩支承的外圆与相邻的惰轮架支腿外端的支承套外圆之间分别对应挂有拉伸弹簧。

压紧压缩弹簧Ⅰ和压缩弹簧Ⅱ，使两驱动轮和万向轮收紧，同时压紧压缩弹簧Ⅲ，拉长拉伸弹簧，使行星轴以及固定在行星轴上的行星轮和毛刷也向内收紧，将后置行星式管道清扫机器人行进电机端朝前装入管道并启动后，减速电机经主动轴驱动行星架、行星轴绕着主动轴公转时，由于行星轮通过惰轮与太阳轮的啮合运动，迫使行星轮带动行星轴绕其自身轴线自转。与此同时，固定在行星轴另一端的毛刷在随着行星轴公转的同时，也绕其自身轴线自转。另外，由于各毛刷自由状态下的外接圆直径大于管道内径，即清扫机器人进入管道后，各毛刷产生一定的弹性变形，提高了清扫效果。

当管道清扫机器人清扫直线段管道时，红外传感器将检测到的管道内部信息传递给控制系统，控制系统发出指令指示两个行进电机正转，且转速相同；当管道转弯时，两个红外传感器检测到的信息不同，红外传感器通过控制系统发出指令，使得左右两个行进电机的转速快慢不等，同时万向轮及万向轮架绕着垂直于底盘上表面的轴线转动，以适应转弯的需要；当机器人清扫到管道尽头时，红外传感器通过控制系统指示两个行进电机反转，同时万向轮及万向轮架自动绕着垂直于底盘上表面的轴线旋转180°，清扫机器人退出管道。

当清扫不同直径的管道时，一方面压缩弹簧Ⅰ和压缩弹簧Ⅱ能够自动调节驱动轮和万向轮相对于底盘的位置，另一方面压缩弹簧Ⅲ能够自动调节各行星轴及毛刷以主动轴轴线为中心的所在圆直径，因此该机器人能够自动适应管道直径的变化。同时，惰轮架在保持各惰轮始终与太阳轮啮合的同时，拉伸弹簧还将能够绕着主动轴自由转动的惰轮架拉向相应的通过支承杆插入行星架的套筒形支腿内的伸缩支承，使得惰轮还始终保持与行星轮啮合，从而保证太阳轮与行星轮之间始终不间断地保持着传递旋转运动。因此，该管道清扫机器人具有较强的适应不同管道直径的能力。

本发明与现有技术相比，不仅清洁效率高、能耗低、适应不同规格管道能力强，而且转向灵活、使用方便，完全能够胜任对中央空调管道的清扫工作。

附图说明

图1是本发明实施例的结构简图。

图2是图1所示实施例表示行星轴、毛刷及惰轮轴布置状况的A－A剖视图。

图3是图1所示表示行星轴、毛刷及惰轮轴布置状况另一实施例的A－A剖视图。

图4是图1所示实施例表示行星轴、毛刷及惰轮布置状况的B－B剖视图。

图5是图1所示表示行星轴、毛刷及惰轮布置状况另一实施例的B－B剖视图。

图6是图1所示实施例表示行进电机及驱动轮布置状况的C－C剖视图。

具体实施方式

1、底盘　 2、行进电机　 3、驱动轮　 4、电机支架　 5、万向轮　6、行星安装架7、连接耳　 8、连接套　 9、加强筋　 10、红外传感器　 11、压缩弹簧Ⅰ　 12、螺母Ⅰ13、垫圈Ⅰ　 14、凸耳　 15、万向轮架　 16、销轴　 17、压缩弹簧Ⅱ　 18、减速电机19、毛刷　　 20、太阳轮　　 21、行星轮　　22、主动轴　　23、行星架　　24、行星轴25、伸缩支承　　26、惰轮　　27、惰轮轴　　28、惰轮架　　29、螺栓Ⅱ　　30、垫圈Ⅱ31、联轴器　 32、螺栓Ⅲ　33、螺母Ⅲ　34、垫圈Ⅲ　35、压缩弹簧Ⅲ　36、拉伸弹簧。

在图1、图2、图4和图6所示的实施例中：水平布置的矩形底盘1沿着机器人前进方向的最前端左右两侧沿着与机器人前进方向相垂直的方向各伸出一连接耳7，中部折弯的电机支架4的一端内侧固定有连接套8，并在电机支架4靠近中部的内侧与连接套8上表面之间通过加强筋9加强，连接套8的一侧面固定有红外传感器10；两个由电机支架4、连接套8和加强筋9构成的组合体的连接套8内均安装有压缩弹簧Ⅰ11，且通过连接套8使电机支架4中部向外凸出、固定有连接套8的一端朝下、连接套8固定有红外传感器10的侧面朝着机器人的前进方向对称套装在底盘1前端向外伸出的两个连接耳7上，并保持电机支架4的上端对称向内倾斜；两电机支架4上部中间均加工有圆孔，两圆孔轴线位于同一与机器人前进方向垂直的平面内，两圆孔轴线均内端低、外端高，且与连接耳7中心线的夹角相等；两个行进电机2均通过连接法兰固定在电机支架4的上部内侧，行进电机2的电机轴向外、且倾斜向上穿过电机支架4上部中间的圆孔后，端部均安装有驱动轮3；底盘1远离连接耳7的另一端上表面固定有中心加工有圆孔的行星安装架6，行星安装架6的圆孔轴线与机器人前进方向平行、且位于通过底盘1短边中点与底盘1上表面垂直的平面内；底盘1靠近行星安装架6处的下表面通过螺母Ⅰ12和垫圈Ⅰ13安装一叉形凸耳14，凸耳14上加工有两个同轴圆孔，万向轮架15的一端安装有万向轮5，另一端通过销轴16安装在凸耳14的两个圆孔内；压缩弹簧Ⅱ17安装在万向轮架15靠近万向轮5的端部上表面与底盘1下表面之间。中心处加工有圆孔的太阳轮20通过螺栓Ⅱ29和垫圈Ⅱ30固定在行星安装架6远离行进电机2、且与行星安装架6的圆孔轴线相垂直的平面上，太阳轮20中心处圆孔的轴线与行星安装架6的圆孔轴线同轴；主动轴22中部空套支承在太阳轮20的中心处孔内，主动轴22朝着行进电机2方向的伸出端通过联轴器31与减速电机18固定连接，减速电机18采用螺栓Ⅲ32、螺母Ⅲ33和垫圈Ⅲ34固定在底盘1上表面的中部；主动轴22远离行进电机2方向伸出端，在靠近太阳轮20处和远离太阳轮20的主动轴22端部各固定一个行星架23；主动轴22上的两个行星架23之间，在靠近行星架23处各空套支承一个惰轮架28，惰轮架28沿径向向外伸出的各支腿外端均设有支承套，各支承套中心均加工有轴线与主动轴22轴线平行、且直径略大于惰轮轴27轴径的圆孔，各圆孔轴线位于以主动轴22轴线为中心的同一圆周上；3条惰轮轴27两端空套支承在两惰轮架28各支承套的圆孔内，惰轮轴27轴线与主动轴22轴线平行，惰轮轴27朝着减速电机18的伸出端各装有与太阳轮20啮合的惰轮26；行星架23沿主动轴22径向向外伸出的各套筒形支腿内部安装有压缩弹簧Ⅲ35；伸缩支承25内孔直径略大于行星轴24与伸缩支承25相接触处的轴径，伸缩支承25的外圆沿径向伸出一支承杆，并通过支承杆插入行星架23安装有压缩弹簧Ⅲ35的套筒形支腿内；3条行星轴24两端空套支承在伸缩支承25的孔内，行星轴24轴线与主动轴22轴线平行，行星轴24朝着减速电机18的伸出端各装有与惰轮26啮合的行星轮21，远离减速电机18的伸出端各固定有圆柱形毛刷19；各伸缩支承25的外圆与相邻的惰轮架28支腿外端的支承套外圆之间分别对应挂有拉伸弹簧36。

在图3和图5所示的实施例中：4条惰轮轴27两端空套支承在两惰轮架28各支承套的圆孔内，惰轮轴27朝着减速电机18的伸出端各装有与太阳轮20啮合的惰轮26；4条行星轴24两端空套支承在伸缩支承25的孔内，行星轴24朝着减速电机18的伸出端各装有与惰轮26啮合的行星轮21，远离减速电机18的伸出端各固定有圆柱形毛刷19。

Claims

1.一种后置行星式管道清扫机器人，包括行进装置和清扫装置，行进装置包括底盘（1）、行进电机（2）、驱动轮（3）、电机支架（4）、万向轮（5）和行星安装架（6），其特征在于：水平布置的矩形底盘（1）沿着机器人前进方向的最前端左右两侧沿着与机器人前进方向相垂直的方向各伸出一连接耳（7），中部折弯的电机支架（4）的一端内侧固定有连接套（8），并在电机支架（4）靠近中部的内侧与连接套（8）上表面之间通过加强筋（9）加强，连接套（8）的一侧面固定有红外传感器（10），两个由电机支架（4）、连接套（8）和加强筋（9）构成的组合体的连接套（8）内均安装有压缩弹簧Ⅰ（11），且通过连接套（8）使电机支架（4）中部向外凸出、固定有连接套（8）的一端朝下、连接套（8）固定有红外传感器（10）的侧面朝着机器人的前进方向对称套装在底盘（1）前端向外伸出的两个连接耳（7）上，并使电机支架（4）的上端对称向内倾斜，两电机支架（4）上部中间均加工有圆孔，两圆孔轴线位于同一与机器人前进方向垂直的平面内，两圆孔轴线均内端低、外端高，且与连接耳（7）中心线的夹角相等，两个行进电机（2）均通过连接法兰固定在电机支架（4）的上部内侧，行进电机（2）的电机轴向外、且倾斜向上穿过电机支架（4）上部中间的圆孔后，端部均安装有驱动轮（3），底盘（1）远离连接耳（7）的另一端上表面固定有中心加工有圆孔的行星安装架（6），行星安装架（6）的圆孔轴线与机器人前进方向平行、且位于通过底盘（1）短边中点与底盘（1）上表面垂直的平面内，底盘（1）靠近行星安装架（6）处的下表面通过螺母Ⅰ（12）和垫圈Ⅰ（13）安装一叉形凸耳（14），凸耳（14）上加工有两个同轴圆孔，一端安装有万向轮（5）的万向轮架（15）的另一端通过销轴（16）安装在凸耳（14）的两个圆孔内，压缩弹簧Ⅱ（17）安装在万向轮架（15）靠近万向轮（5）的端部上表面与底盘（1）下表面之间，清扫装置包括行星传动装置、减速电机（18）和毛刷（19），行星传动装置包括太阳轮（20）、行星轮（21）、主动轴（22）、行星架（23）、行星轴（24）、伸缩支承（25）、惰轮（26）、惰轮轴（27）和惰轮架（28），中心处加工有圆孔的太阳轮（20）通过螺栓Ⅱ（29）和垫圈Ⅱ（30）固定在行星安装架（6）远离行进电机（2）、且与行星安装架（6）的圆孔轴线相垂直的平面上，太阳轮（20）中心处圆孔的轴线与行星安装架（6）的圆孔轴线同轴，中部空套支承在太阳轮（20）中心处孔内的主动轴（22），朝着行进电机（2）方向的伸出端通过联轴器（31）与采用螺栓Ⅲ（32）、螺母Ⅲ（33）和垫圈Ⅲ（34）固定在底盘（1）上表面中部的减速电机（18）固定连接，两个行星架（23）中心分别固定在主动轴（22）远离行进电机（2）方向伸出端的靠近太阳轮（20）处和远离太阳轮（20）的主动轴（22）端部，两惰轮架（28）分别空套支承在主动轴（22）上的两个行星架（23）之间的靠近行星架（23）处，惰轮架（28）沿径向向外伸出的各支腿外端均设有支承套，惰轮架（28）的各支承套中心均加工有轴线与主动轴（22）轴线平行、且直径略大于惰轮轴（27）轴径的圆孔，各圆孔轴线位于以主动轴（22）轴线为中心的同一圆周上，与主动轴（22）轴线平行的多条惰轮轴（27）两端空套支承在两惰轮架（28）各支承套的圆孔内，朝着减速电机（18）的伸出端各装有与太阳轮（20）啮合的惰轮（26），行星架（23）沿主动轴（22）径向向外伸出的各套筒形支腿内部安装有压缩弹簧Ⅲ（35），伸缩支承（25）的内孔直径略大于行星轴（24）与伸缩支承（25）相接触处的轴径，伸缩支承（25）的外圆沿径向伸出一支承杆，并通过支承杆插入行星架（23）安装有压缩弹簧Ⅲ（35）的套筒形支腿内，与主动轴（22）轴线平行、与惰轮轴（27）数量相等的行星轴（24）两端空套支承在伸缩支承（25）的孔内，朝着减速电机（18）的伸出端各装有与惰轮（26）啮合的行星轮（21），远离减速电机（18）的伸出端各固定有圆柱形毛刷（19），各伸缩支承（25）的外圆与相邻的惰轮架（28）支腿外端的支承套外圆之间分别对应挂有拉伸弹簧（36）。

2. 如权利要求1所述的后置行星式管道清扫机器人，其特征在于：行星传动装置设有3条两端空套支承在惰轮架（28）支承套内的惰轮轴（27）和3个惰轮（26），设有3条两端空套支承在伸缩支承（25）的孔内、且均匀布置在以主动轴（22）轴线为中心的同一圆周上的行星轴（24）。

3. 如权利要求1所述的后置行星式管道清扫机器人，其特征在于：行星传动装置设有4条两端空套支承在惰轮架（28）支承套内的惰轮轴（27）和4个惰轮（26），设有4条两端空套支承在伸缩支承（25）的孔内、且均匀布置在以主动轴（22）轴线为中心的同一圆周上的行星轴（24）。