CN106043475B - 一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，公开一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置及方法，该方法采用的换向装置，包括：纵向履带运动装置、横向履带运动装置、换向装置，所述换向装置包括升降单元、压带单元和履带单元，升降单元由直流电机、同步带轮、同步带、双旋向丝杠、旋向螺母A、旋向螺母B组成，所述直流电机上的同步带轮通过同步带与双旋向丝杠皮带传动连接，双旋向丝杠上设置有旋向螺母A、旋向螺母B，旋向螺母A与纵向履带运动装置内设置的压带单元连接臂相连；旋向螺母B与横向履带运动装置内设置的压带单元连接臂相连；本发明能够准确快速实现机器人在两个垂直方向进行90°换向，其结构简单、灵敏准确，体积较小，传动效率高，用途广泛。

Description

一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置及方法

技术领域

本发明属于民用机器人制造技术领域，具体涉及一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置及方法。

背景技术

现有的大多数小型机器人都具有转向装置，例如：玻璃清洗机器人。其转向方式主要分为两种，依靠两驱动轮差动转向和机构自锁原地转向。驱动轮差动转向方式较为普遍，但这种方式速度慢、效率低、无法对玻璃边角处做到有效的清洗，产生清洗死角，转向时易对驱动轮和玻璃表面造成磨损，而且转向时如果发生驱动轮与玻璃打滑，易造成旋转角度不确定；机构自锁方式采用自锁机构，当需要转向时自锁解除，驱动部分再差动转向，虽然清洗部分在转向过程中没有运动，但机构执行动作复杂，长期动作机构磨损老化，减少机器人的使用寿命，而且转向时如果发生驱动轮与玻璃打滑，易造成旋转角度不确定；另外现有的玻璃清洗机器人多采用轮式或普通履带驱动方式，当轮子或履带遇水时易出现打滑现象，主要原因是轮子或履带与玻璃表面接触面积小，多为单线接触或多线接触。

因此需要对玻璃清洗机器人的运动方式进行改进，以使得运动平稳、转向更为迅速、机器人使用寿命提高、清洗玻璃无死角。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置及方法，能够使擦窗机器人进行迅速有效的运动方向切换，并能够有效减轻甚至消除打滑现象。

本发明所要解决的技术问题，通过如下技术方案实现：

一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置，包括：相对的纵向履带运动装置、相对的横向履带运动装置、换向装置，所述换向装置包括升降单元、压带单元和履带单元，升降单元由直流电机、同步带轮、同步带、双旋向丝杠、旋向螺母A、旋向螺母B组成，所述直流电机上的同步带轮通过同步带与双旋向丝杠皮带传动连接，双旋向丝杠上设置有旋向螺母A、旋向螺母B，旋向螺母A与相对的纵向履带运动装置内设置的压带单元连接臂相连；旋向螺母B与相对的横向履带运动装置内设置的压带单元连接臂相连；纵向履带运动装置内的压带单元位于纵向的履带单元上；横向履带运动装置内的压带单元位于横向的履带单元上。

一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置，所述双旋向丝杠为六部分：第一部分为直径稍小的光轴，用于安装下端轴承；第二部分为左旋三角形螺纹，用于带动螺母上下移动；第三部分为直径稍大的光轴，用于防止螺母过度移动；第四部分为右旋三角形螺纹，用于带动螺母上下移动；第五部分为直径稍小的光轴，用于安装从动同步带轮；第六部分为直径稍小的光轴，用于安装上端轴承。

一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置，所述旋向螺母A连接的压带单元连接压臂A与旋向螺母B连接的压带单元连接压臂B为相互垂直的90°直角，且压带单元连接压臂A为抬起状态，压带单元连接压臂B为落下状态。

一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向方法，其步骤如下：

1）安装履带运动垂直换向装置的升降单元、压带单元，压带单元的压臂两端安装直线轴承和直线导轨，在压臂上下移动的过程中实现精确的定位；压臂两端安装有连接板，用于安装压带轮轴，轴与连接板无相对运动；

且压带轮轴上安装有同步带轮，同步带轮为与驱动同步带同为XL系列，同步带轮内部两端装有轴承，同步带轮在轴上转动；其中同步带轮都与同步带啮合，避免抬起过高，出现脱齿情况，压带轮压下及提起高度为1~2mm；

2）工作，通过换向装置的升降单元，控制直流电机带动丝杠旋转，进而控制压带单元来选择作用的履带施加压力；

当电机正转时，丝杠正方向旋转，双旋向丝杠带动螺母A、螺母B同向移动，安装在螺母上的压臂A抬起升，同时压臂B落下降；连接压臂B压带单元的压带轮，使履带与玻璃能够有效接触增加了接触面积，将线接触变成面接触；同时压臂A压带单元的压带轮使履带与玻璃分离；

当电机反转时，丝杠反方向旋转，带动螺母A、螺母B反向移动，安装在螺母上的压臂B抬起升，同时压臂A落下降；连接压臂A压带单元的压带轮，使履带与玻璃能够有效接触增加了接触面积，将线接触变成面接触；同时压臂B压带单元的压带轮使履带与玻璃分离；

通过直流电机带动丝杠旋转，带动螺母同向或者反向移动，使得安装在螺母上的压臂实现一个抬起，同时一个落下，实现了在两个垂直方向的90°换向直接切换。

由于采用如上所述的技术方案，本发明的优越性如下：

一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置及方法，包括升降压臂单元和压带轮单元，其中升降压臂单元包括驱动电机、动力传动、丝杠、螺母、支撑轴承，压带轮单元由两个相互垂直的压臂、连接板、导向、压带轮轴和压带轮组成。所述的导向由直线导轨、直线轴承和直线导轨固定块组成，其能够有效的对压臂升降做到导向作用。

所述丝杠依靠左右旋丝杠来实现，通过丝杠将直流电机的圆周运动转化为垂直升降的移动运动，其左右旋的螺纹保证安装在丝杠上的两个螺母能够同时相向运动或者同时反向运动，从而使压臂能够一个升起而另一个下降。

其优越性有：（1）采用双旋向丝杠换向，是通过丝杠将直流电机的圆周运动转化为垂直升降的移动运动，其左右旋的螺纹保证安装在丝杠上的两个螺母能够同时相向运动或者同时反向运动，从而使压臂能够一个升起而另一个下降；能够使运动更加灵活可靠；（2）采用压带轮，能够使履带与玻璃能够有效接触和分离，并且增加了接触面积，将线接触变成面接触，使得机器人遇水打滑现象得到缓解甚至消除，使得运动更为平稳可靠、对玻璃表面的清洗效果大大提高。

附图说明

图1为本玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置示意图；

图2为本升降压臂单元的结构示意图；

图3为本压带轮单元的结构示意图；

图4为本压带轮单元压带轮抬起状态的示意图；

图5为本压带轮单元压带轮压下状态的示意图；

图6为本履带运动垂直换向装置组成的整体示意图。

图中：1.支撑单元；2.升降驱动单元；3.升降压臂单元；4.压带单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。

如图1、2、3、4、5、6所示，本发明的一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置，包括底板支撑单元1、升降驱动单元2、升降压臂单元3和压带单元4，其中支撑单元1包括底板11、行走带轮支座12、行走带轮13、行走履带14，升降驱动单元2由直流电机21、直流电机支架22、升降驱动主动同步带轮23和升降同步带24组成，升降压臂单元3包括丝杠31、压臂32组成，压带单元包括连接板41、压带轮42和压带轴43组成。

支撑单元1中，行走带轮支座12通过螺钉固定在底板11上，行走带轮13安装在带轮支座12上，并能够旋转，行走履带14安装在行走带轮13上，通过行走带轮13的旋转带动行走履带14转动，从而达到机器人运动的目的。

升降驱动单元2中，直流电机支架22通过螺钉固定在底板11上，直流电机21的端面再通过螺钉固定在电机支架22上，升降驱动主动同步带轮23安装在直流电机21的输出轴上，由直流电机21带动升降驱动主动同步带轮23旋转，进而带动升降同步带24旋转，将动力传递到升降压臂单元3。

如图2所示，在升降压臂单元3中，由升降同步带24带动升降驱动从动同步带轮312旋转，升降驱动从动同步带轮312旋转带动双向丝杠31旋转，进而螺母324和螺母324’在垂直方向上下移动，螺母324和螺母324’分别通过螺钉固定在压臂32和压臂32’上，螺母324和螺母324’的上下移动带动压臂32和压臂32’ 的上下移动。其中直线轴承321通过螺钉固定在压臂32的两端，直线轴承321安装在直线导轨322上，直线导轨322固定在直线导轨支座323上，直线导轨支座323通过螺钉固定在底板11上。这使得直线导轨322对压臂32和压臂32’ 的上下移动起到导向作用，使得压臂32和压臂32’每次移动的位置准确，不会发生位置偏转。

其中双向丝杠31在安装螺母324处为左旋螺纹，在安装螺母324’处为右旋螺纹，使得丝杠31在旋转过程中，螺母324和螺母324’能够同时相对或者相反运动，进而带动压臂32和压臂32’ 同时相对或者相反运动。丝杠31在安装螺母324和螺母324’中部有一直径稍大的光轴部分，防止丝杠31过度旋转引起螺母324和螺母324’超程。丝杠31顶端和底端安装有轴承，轴承安装在轴承座311和轴承座311’上，轴承座311和轴承座311’通过螺钉固定在底板11上。

如图3所示，在压带单元4中，连接板41通过螺钉固定在压臂32上，使得压臂32上下移动带动连接板41上下移动，进而带动压带轴43上下移动。压带轮42内部装有轴承，轴承安装在压带轴43上，压带轮42能够在压带轴43上旋转。其中压带轴43通过螺钉固定在连接板41上，两者无相对运动。压带轮42的上下移动作用在行走履带14上，来决定行走履带14与玻璃的接触压力有无，实现机器人水平和垂直的移动。

其中压带轮42的上下移动范围为1~2mm，在最上位置时压带轮42不脱离行走履带14的齿,以免在下压时出现顶齿的情况。即无论压带轮是否压下，同步带轮都能与同步带啮合，避免抬起过高，出现脱齿情况，压带轮压下、提起高度为1~2mm。

一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向方法，所述的换向装置通过直流电机正反转，带动丝杠螺杆旋转，进而控制压带单元对不同的履带施加压力，来选择作用的履带，达到控制机器人行走方向的目的。所述的换向装置能够准确、快速得实现机器人在两个垂直方向的切换，直接进行90°换向，无需考虑普通转向装置的转弯半径问题。

（1）通过直流电机带动丝杠旋转，进而控制压带单元来选择作用的履带施加压力，使得安装在螺母上的压臂能够实现一个抬起，同时一个落下。

当电机正转时，丝杠正方向旋转，带动螺母同向移动，安装在螺母上的压臂A抬起，压臂B落下；

当电机反转时，丝杠反方向旋转，带动螺母反向移动，安装在螺母上的压臂B抬起，压臂A落下。

压带轮轴上安装有同步带轮，带轮为与驱动同步带同为XL系列，同步带轮内部两端装有轴承，同步带轮在轴上转动。

Claims (4)

1.一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置，其特征是：包括：相对的纵向履带运动装置、相对的横向履带运动装置、换向装置，所述换向装置包括升降单元、压带单元和履带单元，升降单元由直流电机、同步带轮、同步带、双旋向丝杠、旋向螺母A、旋向螺母B组成，所述直流电机上的同步带轮通过同步带与双旋向丝杠皮带传动连接，双旋向丝杠上设置有旋向螺母A、旋向螺母B，旋向螺母A与相对的纵向履带运动装置内设置的压带单元连接臂相连；旋向螺母B与相对的横向履带运动装置内设置的压带单元连接臂相连；纵向履带运动装置内的压带单元位于纵向的履带单元上；横向履带运动装置内的压带单元位于横向的履带单元上。

2.如权利要求1所述的一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置，其特征是：所述双旋向丝杠为六部分：第一部分为直径稍小的光轴，用于安装下端轴承；第二部分为左旋三角形螺纹，用于带动螺母上下移动；第三部分为直径稍大的光轴，用于防止螺母过度移动；第四部分为右旋三角形螺纹，用于带动螺母上下移动；第五部分为直径稍小的光轴，用于安装从动同步带轮；第六部分为直径稍小的光轴，用于安装上端轴承。

3.如权利要求1所述的一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置，其特征是：所述旋向螺母A连接的压带单元连接压臂A与旋向螺母B连接的压带单元连接压臂B为相互垂直的90°直角，且压带单元连接压臂A为抬起状态，压带单元连接压臂B为落下状态。

4.如权利要求1所述的一种玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置的方法，其特征是：其步骤如下：

1）安装履带运动垂直换向装置的升降单元、压带单元，压带单元的压臂两端安装直线轴承和直线导轨，在压臂上下移动的过程中实现精确的定位；压臂两端安装有连接板，用于安装压带轮轴，轴与连接板无相对运动；

且压带轮轴上安装有同步带轮，同步带轮为与驱动同步带同为XL系列，同步带轮内部两端装有轴承，同步带轮在轴上转动；其中同步带轮都与同步带啮合，避免抬起过高，出现脱齿情况，压带轮压下及提起高度为1~2mm；

2）玻璃清洗机器人履带运动垂直换向装置的工作，通过换向装置的升降单元，控制直流电机带动丝杠旋转，进而控制压带单元来选择作用的履带施加压力；

当电机正转时，丝杠正方向旋转，双旋向丝杠带动螺母A、螺母B同向移动，安装在螺母上的压臂A抬起升，同时压臂B落下降；连接压臂B压带单元的压带轮，使履带与玻璃能够有效接触增加了接触面积，将线接触变成面接触；同时压臂A压带单元的压带轮使履带与玻璃分离；

当电机反转时，丝杠反方向旋转，带动螺母A、螺母B反向移动，安装在螺母上的压臂B抬起升，同时压臂A落下降；连接压臂A压带单元的压带轮，使履带与玻璃能够有效接触增加了接触面积，将线接触变成面接触；同时压臂B压带单元的压带轮使履带与玻璃分离；

通过直流电机带动丝杠旋转，带动螺母同向或者反向移动，使得安装在螺母上的压臂实现一个抬起，同时一个落下，实现了在两个垂直方向的90°换向直接切换。