CN108703713A - 一种楼梯吸尘机器人及其方法 - Google Patents

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左鹏洲
卯福航
黄聪
阚红梅
汪思祎
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Abstract

本发明公开了一种楼梯吸尘机器人，包括机器人车架、前行走组合轮、后行走组合轮；所述前行走组合轮和后行走组合轮分别安装于所述机器人车架前后两侧；所述机器人车架的中部还安装有吸尘单元；所述前行走组合轮和后行走组合轮均包括齿轮箱，所述齿轮箱的箱体与所述机器人车架固定连接；所述齿轮箱两侧对称设置有行星轮组；本发明的结构简单，专门针对楼梯特殊结构设计的除尘结构，解决了传统除尘方式不方便的问题，同时也解决了现有自动化除尘机器人无法实施楼梯台阶灰尘清理的问题。

Description

一种楼梯吸尘机器人及其方法
技术领域
本发明属于清洁机械领域，尤其涉及一种楼梯吸尘机器人及其方法。
背景技术
楼梯具有阶梯性结构，在清扫灰尘时极不方便，同时由于楼梯的特殊性，普通的吸尘机器人也无法正常实施楼梯吸尘。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能吸取楼梯上的灰尘的一种楼梯吸尘机器人及其方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种楼梯吸尘机器人，包括机器人车架、前行走组合轮、后行走组合轮；所述前行走组合轮和后行走组合轮分别安装于所述机器人车架前后两侧；所述机器人车架的中部还安装有吸尘单元。
进一步的，所述前行走组合轮和后行走组合轮均包括齿轮箱，所述齿轮箱的箱体与所述机器人车架固定连接；所述齿轮箱两侧对称设置有行星轮组；
所述行星轮组包括滚轮和轮架；三所述滚轮分别可转动安装于所述轮架上，且三所述滚轮呈圆周阵列分布；还包括滚轮驱动齿轮，三所述滚轮驱动齿轮分别与三所述滚轮同轴心同步连接；所述轮架的中部还可转动安装有中心齿轮，所述中心齿轮位于三所述滚轮驱动齿轮之间；所述轮架上还转动安装有三个呈圆周阵列分布的过渡齿轮，三所述过渡齿轮外侧分别与三所述滚轮驱动齿轮啮合连接；三所述过渡齿轮内侧共同与中心齿轮啮合连接；旋转所述中心齿轮可通过三所述过渡齿轮分别带动三所述滚轮驱动齿轮和三所述滚轮一同旋转。
进一步的，还包括空心轴、中心轴、中心轴驱动齿轮和空心轴驱动齿轮.；所述中心轴驱动齿轮和空心轴驱动齿轮.转动安装于所述齿轮箱中；
所述空心轴的内部同轴心贯通设置有穿过通道.；所述中心轴同轴心穿过所述穿过通道.，且所述空心轴与所述中心轴通过轴承相互转动连接；
所述空心轴的一端同步连接所述空心轴驱动齿轮.，所述空心轴的另一端同步连接所述中心齿轮；转动所述空心轴驱动齿轮.可带动所述空心轴和所述中心齿轮同步旋转；
所述中心轴驱动齿轮与所述中心轴同步连接，所述中心轴的轴末端与所述轮架的中心部位同步固定连接；旋转所述中心轴驱动齿轮可带动所述中心轴和轮架同步旋转。
进一步的，所述齿轮箱中还包括第一驱动舵机和第二驱动舵机；所述第一驱动舵机通过若干传动齿轮与所述中心齿轮驱动连接，第一驱动舵机可驱动所述中心齿轮旋转；所述第二驱动舵机通过若干传动齿轮与所述空心轴驱动齿轮.驱动连接，第二驱动舵机可驱动空心轴驱动齿轮.旋转。
进一步的，所述吸尘单元包括固定座、调节架、伸缩架、横向滑轨、滑块和吸尘器单元；
所述固定座为梯形箱结构，所述固定座固定安装于所述机器人车架中部；所述调节架安装于所述固定座内侧，所述调节架的上端通过铰接部件与所述固定座上端铰接连接，所述调节架中部侧壁的定位螺纹孔与所述固定座侧壁的腰形镂空槽相对应，所述定位螺纹孔上可安装定位销，所述调节架为下端开口的长矩形抽屉盒结构；所述伸缩架伸缩连接于所述调节架上；所述调节架上还固定安装有伸缩气缸，所述伸缩气缸的推杆可驱动所述伸缩架下端向下伸出或向上缩回至所述调节架中；所述伸缩架下端固定连接所述横向滑轨的中部；所述滑块活动安装于所述横向滑轨下侧，所述滑块下端固定悬挂安装所述吸尘器单元；
所述吸尘器单元底部的左右两侧分别设置有滚筒轮，驱动装置可驱动滚筒轮旋转，并带动吸尘器单元整体沿所述横向滑轨方向左右位移；所述吸尘器单元的吸尘管均布延伸于所述吸尘器单元的四周，且各所述吸尘管的末端设置成喇叭状扩口，各所述喇叭状扩口垂直向下设置，且吸尘器单元的滚筒轮接触地面状态下，吸尘管的末端的喇叭状扩口与地面间距设置。
进一步的，根据权利要求所示的一种楼梯吸尘机器人的操作方法：
准备阶段：由于在不同的楼梯，楼梯的倾斜坡度不一致，因此需要根据待清洁的特定楼梯的整体坡度，手动调节所述调节架的倾斜角度，确保机器人整体姿态与楼梯倾斜度一致的状态下，吸尘器单元的整体与水平面保持水平；将调节架的倾斜角度的倾斜角度调整完成后，在调节架侧壁的定位螺纹孔上安装带螺帽的定位销，并且将定位销锁紧，此时实现了调节架的固定；为了防止机器人爬楼梯的过程中下方的吸尘器单元与第一个楼梯台阶发生碰撞，驱动伸缩气缸使伸缩架向上缩回至所述调节架中，进而使吸尘器单元相应上升至安全高度；
爬楼梯阶段：启动各个齿轮箱中的第二驱动舵机旋转，进而驱动各个轮架上的滚轮开始旋转，与此同时第一驱动舵机为暂停状态，使各个轮架处于相对静止状态；进而使机器人整体在地面平稳行走至楼梯处，直至前行走组合轮的前端接触到楼梯的第一台阶，此时维持前行走组合轮中的第二驱动舵机的旋转状态，同时启动前行走组合轮中的第一驱动舵机旋转，进而前行走组合轮上的滚轮继续自转，由于中心轴的转动，与此同时前行走组合轮上的轮架开始随中心轴同步旋转，进而轮架上的三个滚轮随轮架沿中心轴周转，进而前行走组合轮向前爬上第一个楼梯台阶；后行走组合轮的爬楼梯原理和前行走组合轮爬楼梯的原理一致，按此规律，机器人可有序爬上整个楼梯；
吸尘过程：机器人可有序爬上楼梯过程中，每个楼梯台阶都会经过吸尘器单元的正下方，每一次楼梯台阶位于吸尘器单元正下方时，暂停所有第一驱动舵机和第二驱动舵机，使机器人整体处于完全停止状态，此时驱动伸缩气缸的推杆向下伸出，进而伸缩气缸驱动伸缩架向下伸出，进而使吸尘器单元向下同步位移至接触所对应的楼梯台阶面，此时驱动吸尘器单元中的负压装置，进而使吸尘器单元的吸尘管中产生负压，进而喇叭状扩口连续吸走所在位置的灰尘，此时驱动吸尘器单元上的滚筒轮旋转，进而滚筒轮在楼梯台阶面上做左右滚动行走，进而带动吸尘器单元整体沿所述横向滑轨方向左右位移，进而实现楼梯台阶面的均匀吸尘；所对应的楼梯台阶面吸尘工作完毕后，驱动伸缩气缸使伸缩架向上缩回至所述调节架中，进而使吸尘器单元相应上升至安全高度；然后重新启动第一驱动舵机和第二驱动舵机，使机器人恢复爬楼梯状态，按照上述规律实现每个楼梯台阶面的吸尘工作。
有益效果：本发明的结构简单，专门针对楼梯特殊结构设计的除尘结构，解决了传统除尘方式不方便的问题，同时也解决了现有自动化除尘机器人无法实施楼梯台阶灰尘清理的问题。
附图说明
附图1为本发明整体结构第一示意图；
附图2为本发明整体爬楼梯过程中的倾斜状态示意图；
附图3为吸尘单元第一结构示意图；
附图4为吸尘单元第二结构示意图；
附图5为齿轮箱内部结构示意图；
附图6为将附图5中的齿轮箱壳体、中间传动齿轮和舵机隐去之后的示意图；
附图7为附图6的局部示意图；
附图8为附图6的剖开立体示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至8所示的一种楼梯吸尘机器人，包括机器人车架3、前行走组合轮11、后行走组合轮1；所述前行走组合轮11和后行走组合轮1分别安装于所述机器人车架3前后两侧；所述机器人车架3的中部还安装有吸尘单元；本实施例的前行走组合轮11的前侧还安装有障碍物探测装置10，用于避开障碍物。
所述前行走组合轮11和后行走组合轮1均包括齿轮箱13，所述齿轮箱13的箱体与所述机器人车架3固定连接；所述齿轮箱13两侧对称设置有行星轮组；
所述行星轮组包括滚轮15和轮架16；三所述滚轮15分别可转动安装于所述轮架16上，且三所述滚轮15呈圆周阵列分布；还包括滚轮驱动齿轮21，三所述滚轮驱动齿轮21分别与三所述滚轮15同轴心同步连接；所述轮架16的中部还可转动安装有中心齿轮20，所述中心齿轮20位于三所述滚轮驱动齿轮21之间；所述轮架16上还转动安装有三个呈圆周阵列分布的过渡齿轮17，三所述过渡齿轮17外侧分别与三所述滚轮驱动齿轮21啮合连接；三所述过渡齿轮17内侧共同与中心齿轮20啮合连接；旋转所述中心齿轮20可通过三所述过渡齿轮17分别带动三所述滚轮驱动齿轮21和三所述滚轮15一同旋转。
还包括空心轴22、中心轴24、中心轴驱动齿轮23和空心轴驱动齿轮23.1；所述中心轴驱动齿轮23和空心轴驱动齿轮23.1转动安装于所述齿轮箱13中；
所述空心轴22的内部同轴心贯通设置有穿过通道22.1；所述中心轴24同轴心穿过所述穿过通道22.1，且所述空心轴22与所述中心轴24通过轴承相互转动连接；
所述空心轴22的一端同步连接所述空心轴驱动齿轮23.1，所述空心轴22的另一端同步连接所述中心齿轮20；转动所述空心轴驱动齿轮23.1可带动所述空心轴22和所述中心齿轮20同步旋转；
所述中心轴驱动齿轮23与所述中心轴24同步连接，所述中心轴24的轴末端27与所述轮架16的中心部位同步固定连接；旋转所述中心轴驱动齿轮23可带动所述中心轴24和轮架16同步旋转。
所述齿轮箱13中还包括第一驱动舵机12和第二驱动舵机14；所述第一驱动舵机12通过若干传动齿轮与所述中心齿轮20驱动连接，第一驱动舵机12可驱动所述中心齿轮20旋转；所述第二驱动舵机14通过若干传动齿轮与所述空心轴驱动齿轮23.1驱动连接，第二驱动舵机14可驱动空心轴驱动齿轮23.1旋转。
所述吸尘单元包括固定座7、调节架8、伸缩架6、横向滑轨32、滑块28和吸尘器单元4；
所述固定座7为梯形箱结构，所述固定座7固定安装于所述机器人车架3中部；所述调节架8安装于所述固定座7内侧，所述调节架8的上端通过铰接部件50与所述固定座7上端铰接连接，所述调节架8中部侧壁的定位螺纹孔33与所述固定座7侧壁的腰形镂空槽29相对应，所述定位螺纹孔33上可安装定位销，所述调节架8为下端开口的长矩形抽屉盒结构；所述伸缩架6伸缩连接于所述调节架8上；所述调节架8上还固定安装有伸缩气缸2，所述伸缩气缸2的推杆可驱动所述伸缩架6下端向下伸出或向上缩回至所述调节架8中；所述伸缩架6下端固定连接所述横向滑轨32的中部；所述滑块28活动安装于所述横向滑轨32下侧，所述滑块28下端固定悬挂安装所述吸尘器单元4；
所述吸尘器单元4底部的左右两侧分别设置有滚筒轮26，驱动装置可驱动滚筒轮26旋转，并带动吸尘器单元4整体沿所述横向滑轨32方向左右位移；所述吸尘器单元4的吸尘管30均布延伸于所述吸尘器单元4的四周，且各所述吸尘管30的末端设置成喇叭状扩口5，各所述喇叭状扩口5垂直向下设置，且吸尘器单元4的滚筒轮26接触地面状态下，吸尘管30的末端的喇叭状扩口5与地面间距设置。
本方案的方法、过程以及技术进步整理如下：
准备阶段：由于在不同的楼梯，楼梯的倾斜坡度不一致，因此需要根据待清洁的特定楼梯的整体坡度，手动调节所述调节架8的倾斜角度，确保机器人整体姿态与楼梯倾斜度一致的状态下，吸尘器单元4的整体与水平面保持水平；将调节架8的倾斜角度的倾斜角度调整完成后，在调节架8侧壁的定位螺纹孔33上安装带螺帽的定位销，并且将定位销锁紧，此时实现了调节架8的固定；为了防止机器人爬楼梯的过程中下方的吸尘器单元4与第一个楼梯台阶发生碰撞，驱动伸缩气缸2使伸缩架6向上缩回至所述调节架8中，进而使吸尘器单元4相应上升至安全高度；
爬楼梯阶段：启动各个齿轮箱13中的第二驱动舵机14旋转，进而驱动各个轮架16上的滚轮15开始旋转，与此同时第一驱动舵机12为暂停状态，使各个轮架16处于相对静止状态；进而使机器人整体在地面平稳行走至楼梯处，直至前行走组合轮11的前端接触到楼梯的第一台阶，此时维持前行走组合轮11中的第二驱动舵机14的旋转状态，同时启动前行走组合轮11中的第一驱动舵机12旋转，进而前行走组合轮11上的滚轮15继续自转，由于中心轴24的转动，与此同时前行走组合轮11上的轮架16开始随中心轴24同步旋转，进而轮架16上的三个滚轮15随轮架16沿中心轴24周转，进而前行走组合轮11向前爬上第一个楼梯台阶；后行走组合轮1的爬楼梯原理和前行走组合轮11爬楼梯的原理一致，按此规律，机器人可有序爬上整个楼梯；
吸尘过程：机器人可有序爬上楼梯过程中，每个楼梯台阶都会经过吸尘器单元4的正下方，每一次楼梯台阶位于吸尘器单元4正下方时，暂停所有第一驱动舵机12和第二驱动舵机14，使机器人整体处于完全停止状态，此时驱动伸缩气缸2的推杆向下伸出，进而伸缩气缸2驱动伸缩架6向下伸出，进而使吸尘器单元4向下同步位移至接触所对应的楼梯台阶面，此时驱动吸尘器单元4中的负压装置，进而使吸尘器单元4的吸尘管30中产生负压，进而喇叭状扩口5连续吸走所在位置的灰尘，此时驱动吸尘器单元4上的滚筒轮26旋转，进而滚筒轮26在楼梯台阶面上做左右滚动行走，进而带动吸尘器单元4整体沿所述横向滑轨32方向左右位移，进而实现楼梯台阶面的均匀吸尘；所对应的楼梯台阶面吸尘工作完毕后，驱动伸缩气缸2使伸缩架6向上缩回至所述调节架8中，进而使吸尘器单元4相应上升至安全高度；然后重新启动第一驱动舵机12和第二驱动舵机14，使机器人恢复爬楼梯状态，按照上述规律实现每个楼梯台阶面的吸尘工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种楼梯吸尘机器人，其特征在于包括机器人车架(3)、前行走组合轮(11)、后行走组合轮(1)；所述前行走组合轮(11)和后行走组合轮(1)分别安装于所述机器人车架(3)前后两侧；所述机器人车架(3)的中部还安装有吸尘单元。
2.根据权利要求1所述的一种楼梯吸尘机器人，其特征在于：所述前行走组合轮(11)和后行走组合轮(1)均包括齿轮箱(13)，所述齿轮箱(13)的箱体与所述机器人车架(3)固定连接；所述齿轮箱(13)两侧对称设置有行星轮组；
所述行星轮组包括滚轮(15)和轮架(16)；三所述滚轮(15)分别可转动安装于所述轮架(16)上，且三所述滚轮(15)呈圆周阵列分布；还包括滚轮驱动齿轮(21)，三所述滚轮驱动齿轮(21)分别与三所述滚轮(15)同轴心同步连接；所述轮架(16)的中部还可转动安装有中心齿轮(20)，所述中心齿轮(20)位于三所述滚轮驱动齿轮(21)之间；所述轮架(16)上还转动安装有三个呈圆周阵列分布的过渡齿轮(17)，三所述过渡齿轮(17)外侧分别与三所述滚轮驱动齿轮(21)啮合连接；三所述过渡齿轮(17)内侧共同与中心齿轮(20)啮合连接；旋转所述中心齿轮(20)可通过三所述过渡齿轮(17)分别带动三所述滚轮驱动齿轮(21)和三所述滚轮(15)一同旋转。
3.根据权利要求2所述的一种楼梯吸尘机器人，其特征在于：还包括空心轴(22)、中心轴(24)、中心轴驱动齿轮(23)和空心轴驱动齿轮(23.1)；所述中心轴驱动齿轮(23)和空心轴驱动齿轮(23.1)转动安装于所述齿轮箱(13)中；
所述空心轴(22)的内部同轴心贯通设置有穿过通道(22.1)；所述中心轴(24)同轴心穿过所述穿过通道(22.1)，且所述空心轴(22)与所述中心轴(24)通过轴承相互转动连接；
所述空心轴(22)的一端同步连接所述空心轴驱动齿轮(23.1)，所述空心轴(22)的另一端同步连接所述中心齿轮(20)；转动所述空心轴驱动齿轮(23.1)可带动所述空心轴(22)和所述中心齿轮(20)同步旋转；
所述中心轴驱动齿轮(23)与所述中心轴(24)同步连接，所述中心轴(24)的轴末端(27)与所述轮架(16)的中心部位同步固定连接；旋转所述中心轴驱动齿轮(23)可带动所述中心轴(24)和轮架(16)同步旋转。
4.根据权利要求3所述的一种楼梯吸尘机器人，其特征在于：所述齿轮箱(13)中还包括第一驱动舵机(12)和第二驱动舵机(14)；所述第一驱动舵机(12)通过若干传动齿轮与所述中心齿轮(20)驱动连接，第一驱动舵机(12)可驱动所述中心齿轮(20)旋转；所述第二驱动舵机(14)通过若干传动齿轮与所述空心轴驱动齿轮(23.1)驱动连接，第二驱动舵机(14)可驱动空心轴驱动齿轮(23.1)旋转。
5.根据权利要求1所述的一种楼梯吸尘机器人，其特征在于：所述吸尘单元包括固定座(7)、调节架(8)、伸缩架(6)、横向滑轨(32)、滑块(28)和吸尘器单元(4)；
所述固定座(7)为梯形箱结构，所述固定座(7)固定安装于所述机器人车架(3)中部；所述调节架(8)安装于所述固定座(7)内侧，所述调节架(8)的上端通过铰接部件(50)与所述固定座(7)上端铰接连接，所述调节架(8)中部侧壁的定位螺纹孔(33)与所述固定座(7)侧壁的腰形镂空槽(29)相对应，所述定位螺纹孔(33)上可安装定位销，所述调节架(8)为下端开口的长矩形抽屉盒结构；所述伸缩架(6)伸缩连接于所述调节架(8)上；所述调节架(8)上还固定安装有伸缩气缸(2)，所述伸缩气缸(2)的推杆可驱动所述伸缩架(6)下端向下伸出或向上缩回至所述调节架(8)中；所述伸缩架(6)下端固定连接所述横向滑轨(32)的中部；所述滑块(28)活动安装于所述横向滑轨(32)下侧，所述滑块(28)下端固定悬挂安装所述吸尘器单元(4)；
所述吸尘器单元(4)底部的左右两侧分别设置有滚筒轮(26)，驱动装置可驱动滚筒轮(26)旋转，并带动吸尘器单元(4)整体沿所述横向滑轨(32)方向左右位移；所述吸尘器单元(4)的吸尘管(30)均布延伸于所述吸尘器单元(4)的四周，且各所述吸尘管(30)的末端设置成喇叭状扩口(5)，各所述喇叭状扩口(5)垂直向下设置，且吸尘器单元(4)的滚筒轮(26)接触地面状态下，吸尘管(30)的末端的喇叭状扩口(5)与地面间距设置。
6.根据权利要求4所示的一种楼梯吸尘机器人的操作方法，其特征在于：
准备阶段：由于在不同的楼梯，楼梯的倾斜坡度不一致，因此需要根据待清洁的特定楼梯的整体坡度，手动调节所述调节架(8)的倾斜角度，确保机器人整体姿态与楼梯倾斜度一致的状态下，吸尘器单元(4)的整体与水平面保持水平；将调节架(8)的倾斜角度的倾斜角度调整完成后，在调节架(8)侧壁的定位螺纹孔(33)上安装带螺帽的定位销，并且将定位销锁紧，此时实现了调节架(8)的固定；为了防止机器人爬楼梯的过程中下方的吸尘器单元(4)与第一个楼梯台阶发生碰撞，驱动伸缩气缸(2)使伸缩架(6)向上缩回至所述调节架(8)中，进而使吸尘器单元(4)相应上升至安全高度；
爬楼梯阶段：启动各个齿轮箱(13)中的第二驱动舵机(14)旋转，进而驱动各个轮架(16)上的滚轮(15)开始旋转，与此同时第一驱动舵机(12)为暂停状态，使各个轮架(16)处于相对静止状态；进而使机器人整体在地面平稳行走至楼梯处，直至前行走组合轮(11)的前端接触到楼梯的第一台阶，此时维持前行走组合轮(11)中的第二驱动舵机(14)的旋转状态，同时启动前行走组合轮(11)中的第一驱动舵机(12)旋转，进而前行走组合轮(11)上的滚轮(15)继续自转，由于中心轴(24)的转动，与此同时前行走组合轮(11)上的轮架(16)开始随中心轴(24)同步旋转，进而轮架(16)上的三个滚轮(15)随轮架(16)沿中心轴(24)周转，进而前行走组合轮(11)向前爬上第一个楼梯台阶；后行走组合轮(1)的爬楼梯原理和前行走组合轮(11)爬楼梯的原理一致，按此规律，机器人可有序爬上整个楼梯；
吸尘过程：机器人可有序爬上楼梯过程中，每个楼梯台阶都会经过吸尘器单元(4)的正下方，每一次楼梯台阶位于吸尘器单元(4)正下方时，暂停所有第一驱动舵机(12)和第二驱动舵机(14)，使机器人整体处于完全停止状态，此时驱动伸缩气缸(2)的推杆向下伸出，进而伸缩气缸(2)驱动伸缩架(6)向下伸出，进而使吸尘器单元(4)向下同步位移至接触所对应的楼梯台阶面，此时驱动吸尘器单元(4)中的负压装置，进而使吸尘器单元(4)的吸尘管(30)中产生负压，进而喇叭状扩口(5)连续吸走所在位置的灰尘，此时驱动吸尘器单元(4)上的滚筒轮(26)旋转，进而滚筒轮(26)在楼梯台阶面上做左右滚动行走，进而带动吸尘器单元(4)整体沿所述横向滑轨(32)方向左右位移，进而实现楼梯台阶面的均匀吸尘；所对应的楼梯台阶面吸尘工作完毕后，驱动伸缩气缸(2)使伸缩架(6)向上缩回至所述调节架(8)中，进而使吸尘器单元(4)相应上升至安全高度；然后重新启动第一驱动舵机(12)和第二驱动舵机(14)，使机器人恢复爬楼梯状态，按照上述规律实现每个楼梯台阶面的吸尘工作。
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