CN109763442B - 大口径球形表面轮式多功能电动清扫车 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动清扫车整车设计技术领域，具体涉及一种大口径球形表面轮式多功能电动清扫车；包括车架，其特征在于，所述车架上装配有前桥、后桥、清扫机构、电池；所述车架的前后端均通过长螺栓还分别连接有减振器，所述车架上焊接有横梁，所述横梁上安装有电机驱动器和锂电池；所述车架横梁上还连接有位于车架下方的垃圾存储箱，所述车架还通过支架连接有摄像头模块，所述车架还上还安装有用于控制步进电机的电机驱动器；所述前桥和后桥的车轮采用充气轮胎；通过充少量的气，可使得车轮与FAST表面的接触面积变大，减少压强，不破坏FAST表面的结构；本发明设置摄像头模块，具有对清扫表面观察和图像传输的功能，可以使清扫效率更高。

Description

大口径球形表面轮式多功能电动清扫车

技术领域

本发明属于电动清扫车整车设计技术领域，具体涉及一种大口径球形表面轮式多功能电动清扫车。

背景技术

500米口径球面射电望远镜（Five hundred meters Aperture Spherical RadioTelescope，FAST）是我国九大科技基础设施之一，为世界上最大的单口径射电望远镜，主体工程已于2016年7月完成。FAST的口径约为500米，球面曲率半径约为300米，球冠开口约为120°，边框是1500米长的环形钢梁。FAST的反射面由约4450块铝合金三角形球面板拼合而成，总面积约25万平方米；反射面板为厚度1.5mm，均匀分布有直径5mm的圆孔，面板背面用索网结构进行支撑。

由于贵州南部喀斯特洼地的独特地形与气候条件，FAST射电望远镜表面面临灰尘草枝、鸟巢鸟粪和冻雨覆盖等问题，虽然面板表面分布的大量圆孔可以在雨天方便地对表面进行一定程度的冲洗清洁，但是常年累月仍会在表面形成灰尘草枝和鸟巢鸟粪的聚集，甚至影响FAST的正常工作；特别是冻雨在极端天气下在球形表面一旦大量覆盖，对FAST主体结构的安全会形成极大的威胁。设计一台能对FAST表面进行无损、高效、可靠、定期清洁维护，适时清除冻雨覆盖等威胁的多功能维护车，保障FAST射电望远镜安全可靠地工作具有重要意义。而现有的用来清扫的设备主要是吸尘器、智能扫地机器人、由人驾驶的电动清扫车。对于FAST表面而言，吸尘器过于笨重，需要人来操作，操作不方便，还可能破坏FAST望远镜反射面；智能扫地机器人不仅不适用于户外的工作环境，而且其垃圾存储容量小，对于如此巨大的FAST表面清扫效率低；由人驾驶的电动清扫车重量太大，会破坏FAST表面结构。

发明内容

本发明为解决现有的针对类似于FAST射电望远镜的表面清扫设备存在过于笨重，操作不便，清扫效率低，且存在会破坏FAST表面结构的技术问题，提供一种大口径球形表面轮式多功能电动清扫车，对FAST表面压强小，可对FAST大型射电望远镜表面进行观察及图像传输、能够实现远程控制和具有清扫功能的电动车。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种大口径球形表面轮式多功能电动清扫车，包括车架，所述车架上装配有前桥、后桥、清扫机构、电池；所述车架的前后端均通过长螺栓还分别连接有减振器，所述车架上焊接有横梁，所述横梁上安装有电机驱动器和锂电池；所述车架横梁上还连接有位于车架下方的垃圾存储箱，所述车架还通过支撑架连接有摄像头模块，所述车架还上还安装有用于控制步进电机的电机驱动器；所述前桥和后桥的车轮采用充气轮胎。

本发明大口径球形表面轮式多功能电动清扫车，其由锂电池供电，通过步进电机进行驱动和转向；由清扫机构进行清扫；由摄像头模块进行观察和传输图像；最后由电机驱动模块内的单片机进行控制。减振器与车架相连，当遇到颠簸时，可快速恢复平衡状态。将摄像头模块通过支撑架与车架相连，通过无线传输观察到FAST表面的状况，可对其进行及时的维护清扫，具有对清扫表面观察和图像传输的功能，可以使清扫效率更高。最终通过电机驱动模块实现对步进电机的控制。车轮采用充气轮胎，通过充少量的气，可使得车轮与FAST表面的接触面积变大，减少压强，不破坏FAST表面的结构。

具体而言，所述清扫机构包括两个对称设置的清扫刷，所述每个清扫刷的顶部通过螺栓连接有法兰联轴器，所述法兰联轴器的上方设置有直流减速电机支架，所述直流减速电机支架上安装有直流减速电机，所述直流减速电机的输出轴穿过直流减速电机支架并伸入至法兰联轴器孔内，所述直流减速电机的输出轴伸出法兰联轴器的孔的末端旋配有螺母，所述法兰联轴器的下端侧部还连接有水平的且伸入至法兰联轴器的孔内用于顶住直流减速电机的输出轴的顶丝；所述车架上连接有竖直设置的支撑架，所述直流减速电机支架上还铰接有下连接杆的一端，所述下连接杆的另一端与与支撑架铰接；所述直流减速电机支架与支撑架上均各自铰接有螺纹帽，两个螺纹帽之间旋配有螺纹杆；所述下连接杆侧部还铰接有电动推杆的一端，所述电动推杆的另一端与支撑架铰接。

清扫机构的工作过程为，由直流减速电机输出扭矩，带动法兰联轴器，法兰联轴器与清扫刷固联，因此带动清扫刷旋转，最后将垃圾抛射进入垃圾存储箱中。通过电动推杆的伸缩带动下连接杆与螺纹帽和螺纹杆组成的下连接杆旋转，从而带动直流减速电机支架，最后带动清扫刷上升或下降。通过调整螺纹杆和螺纹帽的旋合长度，使得螺纹杆和螺纹帽连接的总长比下连接杆略长，最后使得清扫刷与底面前后呈约为4°夹角，可实现清扫刷的刷丝间歇工作。

具体的，所述前桥包括前桥连接板、左右两个相互对称设置的半轴和车轮，左右两个半轴分别与两边车轮通过六角棱柱相连并通过开槽盘头螺钉固定, 左右半轴上各安装一个带座外球面轴承，带座外球面轴承的轴承座部分与前桥连接板螺栓连接；所述前桥连接板通过螺栓连接有步进电机支架，所述步进电机支架上安装有步进电机，所述步进电机的输出轴安装有第一平键，所述第一平键与半轴相连。

由步进电机传出扭矩，通过第一平键带动半轴，半轴带动前轮，后轮作为支撑。当转向时，通过调整步进电机的脉冲频率控制两侧步进电机的转速，进而控制两侧车轮的转速，实现差速转向。

具体的，所述后桥包括后车轴、车轮，所述后车轴两端通过第二平键与车轮径向连接、轴向用螺母固定；后车轴中部两端分别安装有角接触轴承，所述角接触轴承用轴承端盖轴向固定，轴承端盖内放置毡圈油封进行密封，所述轴承端盖通过螺钉连接有后桥壳下部，所述后桥壳下部通过螺栓连接有后桥壳上部。

进一步的，所述前桥连接板与车架的横梁之间连接有两根推力杆，且两根推力杆与车架的横梁的连接端相交并具有共同的端部；所述后桥壳上部与车架的横梁之间也连接有两根推力杆，且两根推力杆与车架的横梁的连接端相交并具有共同的端部。

推力杆分别与前桥的前桥连接板和后桥的后桥壳上部相连，承受来自路面的横向与侧向力及力矩。

优选的，电机驱动器所用单片机为STM32单片机。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

Ⅰ、本发明中的车轮采用充气轮胎，通过充少量的气，可使得车轮与FAST表面的接触面积变大，减少压强，不破坏FAST表面的结构。

Ⅱ、本发明设置摄像头模块，具有对清扫表面观察和图像传输的功能，可以使清扫效率更高。

Ⅲ、本发明具有减振功能，一般的清扫车或者智能电动小车是并不配备减振功能的，当遇到颠簸时，就可以通过减振器快速实现恢复平衡。

Ⅳ、本发明可实现远程控制，不需要人来实地操作，适用于类似于于FAST的大口径球形表面的清扫，操作方便，实用性强。

附图说明

图1为本发明清扫车前桥的结构示意图。

图2为本发明清扫车后桥的结构示意图。

图3为本发明清扫车的清扫机构示意图。

图4为图3的侧视图。

图5为发明清扫车整车结构的侧视图。

图6为图1的左视图。

图7为图1的俯视图。

图8为发明清扫车整车结构立体图。

图中标记如下：

1-开槽盘头螺钉，2-半轴，3-带座外球面轴承，4-前桥连接板，5-第一平键，6-步进电机，7-步进电机支架，8-第二平键，9-后车轴，10-轴承端盖，11-毡圈油封，12-角接触轴承，13-后桥壳上部，14-后桥壳下部，15-清扫刷，16-法兰联轴器，17-直流减速电机，18-直流减速电机支架，19-螺纹帽，20-电动推杆，21-螺纹杆，22-下连接杆，23-顶丝，24-减振器，25-电机驱动器，26-锂电池，27-垃圾存储箱，28-推力杆，29-摄像头模块，30-车架，31-支撑架，32-车轮。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图5和6所示，一种大口径球形表面轮式多功能电动清扫车，包括车架30，所述车架30上装配有前桥、后桥、清扫机构、电池；所述车架30的前后端均通过长螺栓还分别连接有减振器24，所述车架30上焊接有横梁，所述横梁上安装有电机驱动器25和锂电池26；所述车架横梁上还连接有位于车架30下方的垃圾存储箱27，所述车架30还通过支撑架31连接有摄像头模块29，所述车架还上还安装有用于控制步进电机的电机驱动器25；所述前桥和后桥的车轮32采用充气轮胎。

减振器24与车架30通过长螺栓连接，用锁紧螺母锁紧，步进电机驱动器25通过两个小螺栓与车架30上焊接的横梁相连，锂电池26放在车架30上的横梁上，用螺杆和螺母连接固定电池的上固定板和车架30上放置电池的横梁，垃圾存储箱27用螺栓固定在车架30上的横梁上。

具体的所述清扫机构如图3和图4所示包括两个对称设置的清扫刷15，所述每个清扫刷15的顶部通过螺栓连接有法兰联轴器16，所述法兰联轴器16的上方设置有直流减速电机支架18，所述直流减速电机支架18上安装有直流减速电机17，所述直流减速电机17的输出轴穿过直流减速电机支架18并伸入至法兰联轴器16孔内，所述直流减速电机17的输出轴伸出法兰联轴器16的孔的末端旋配有螺母，所述法兰联轴器16的下端侧部还连接有水平的且伸入至法兰联轴器16的孔内用于顶住直流减速电机17的输出轴的顶丝23；所述车架30上连接有竖直设置的支撑架31，所述直流减速电机支架18上还铰接有下连接杆22的一端，所述下连接杆22的另一端与与支撑架31铰接；所述直流减速电机支架18与支撑架31上均各自铰接有螺纹帽19，两个螺纹帽19之间旋配有螺纹杆21；所述下连接杆22侧部还铰接有电动推杆20的一端，所述电动推杆20的另一端与支撑架31铰接。

进一步的，上述的铰接连接方式均采用销轴和开口销连接。

具体的，如图1所示，所述前桥包括前桥连接板4、左右两个相互对称设置的半轴2和车轮32，左右两个半轴2分别与两边车轮32通过六角棱柱相连并通过开槽盘头螺钉1固定, 左右半轴2上各安装一个带座外球面轴承3，带座外球面轴承3的轴承座部分与前桥连接板4螺栓连接；所述前桥连接板4通过螺栓连接有步进电机支架7，所述步进电机支架7上安装有步进电机6，所述步进电机6的输出轴安装有第一平键5，所述第一平键5与半轴2相连。

具体的，如图2所示，所述后桥包括后车轴9、车轮32，所述后车轴9两端通过第二平键8与车轮32径向连接、轴向用螺母固定；后车轴9中部两端分别安装有角接触轴承12，所述角接触轴承12用轴承端盖10轴向固定，轴承端盖10内放置毡圈油封11进行密封，所述轴承端盖10通过螺钉连接有后桥壳下部14，所述后桥壳下部14通过螺栓连接有后桥壳上部13。

进一步的，如图8所示，所述前桥连接板4与车架30的横梁之间连接有两根推力杆28，且两根推力杆28与车架30的横梁的连接端相交并具有共同的端部；所述后桥壳上部13与车架30的横梁之间也连接有两根推力杆28，且两根推力杆28与车架30的横梁的连接端相交并具有共同的端部。

优选的，所述电机驱动器25所用单片机为STM32单片机，实现对步进电机的控制。

当FAST表面多功能轮式电动清扫车在工作时，步进电机6传出扭矩，通过平键5带动半轴2，半轴2带动前轮32转动行驶，后轮32作为支撑。当转向时，通过调整步进电机6的脉冲频率控制两侧步进电机的转速，进而控制两侧车轮的转速，实现差速转向。在行驶过程中，若遇到颠簸，可由减振器快速恢复平衡。在进行清扫任务时，由直流减速电机17带动清扫刷15旋转，最后将垃圾抛射进入垃圾存储箱27中，通过电动推杆20的伸缩带动下连接杆22与螺纹帽19和螺纹杆21组成的下连接杆旋转，从而最终带动清扫刷15上升或下降。通过调整螺纹杆21和螺纹帽19的旋合长度，使得螺纹杆21和螺纹帽19的总体长度比下连接杆22略长，最后使得清扫刷与底面前后呈约为4°夹角，实现清扫刷15的刷丝间歇工作。清扫过程中，利用摄像头模块观察FAST表面的状况并无线传输图像，实现高效率的清扫。

Claims (4)

1.一种大口径球形表面轮式多功能电动清扫车，包括车架（30），其特征在于，所述车架（30）上装配有前桥、后桥、清扫机构、电池；所述车架（30）的前后端均通过长螺栓还分别连接有减振器（24），所述车架（30）上焊接有横梁，所述横梁上安装有电机驱动器（25）和锂电池（26）；所述车架横梁上还连接有位于车架（30）下方的垃圾存储箱（27），所述车架还通过支撑架（31）连接有摄像头模块（29），所述车架（30）还上还安装有用于控制步进电机（6）的电机驱动器（25）；所述前桥和后桥的车轮（32）采用充气轮胎；

所述清扫机构包括两个对称设置的清扫刷（15），所述每个清扫刷（15）的顶部通过螺栓连接有法兰联轴器（16），所述法兰联轴器（16）的上方设置有直流减速电机支架（18），所述直流减速电机支架（18）上安装有直流减速电机（17），所述直流减速电机（17）的输出轴穿过直流减速电机支架（18）并伸入至法兰联轴器（16）孔内，所述直流减速电机（17）的输出轴伸出法兰联轴器（16）的孔的末端旋配有螺母，所述法兰联轴器（16）的下端侧部还连接有水平的且伸入至法兰联轴器（16）的孔内用于顶住直流减速电机（17）的输出轴的顶丝（23）；所述车架（30）上连接有竖直设置的支撑架（31），所述直流减速电机支架（18）上还铰接有下连接杆（22）的一端，所述下连接杆（22）的另一端与支撑架（31）铰接；所述直流减速电机支架（18）与支撑架（31）上均各自铰接有螺纹帽（19），两个螺纹帽（19）之间旋配有螺纹杆（21）；所述下连接杆（22）侧部还铰接有电动推杆（20）的一端，所述电动推杆（20）的另一端与支撑架（31）铰接；

所述前桥包括前桥连接板（4）、左右两个相互对称设置的半轴（2）和车轮（32），左右两个半轴（2）分别与两边车轮（32）通过六角棱柱相连并通过开槽盘头螺钉（1）固定, 左右半轴（2）上各安装一个带座外球面轴承（3），带座外球面轴承（3）的轴承座部分与前桥连接板（4）螺栓连接；所述前桥连接板（4）通过螺栓连接有步进电机支架（7），所述步进电机支架（7）上安装有步进电机（6），所述步进电机（6）的输出轴安装有第一平键（5），所述第一平键（5）与半轴（2）相连。

2.根据权利要求1所述的一种大口径球形表面轮式多功能电动清扫车，其特征在于，所述后桥包括后车轴（9）、车轮（32），所述后车轴（9）两端通过第二平键（8）与车轮（32）径向连接、轴向用螺母固定；后车轴（9）中部两端分别安装有角接触轴承（12），所述角接触轴承（12）用轴承端盖（10）轴向固定，轴承端盖（10）内放置毡圈油封（11）进行密封，所述轴承端盖（10）通过螺钉连接有后桥壳下部（14），所述后桥壳下部（14）通过螺栓连接有后桥壳上部（13）。

3.根据权利要求2所述的一种大口径球形表面轮式多功能电动清扫车，其特征在于，所述前桥连接板（4）与车架（30）的横梁之间连接有两根推力杆（28），且两根推力杆（28）与车架（30）的横梁的连接端相交并具有共同的端部；所述后桥壳上部（13）与车架（30）的横梁之间也连接有两根推力杆（28），且两根推力杆（28）与车架（30）的横梁的连接端相交并具有共同的端部。

4.根据权利要求1所述的一种大口径球形表面轮式多功能电动清扫车，其特征在于，所述电机驱动器（25）所用单片机为STM32单片机。

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