CN111501651B - 一种除雪破冰装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种除雪破冰装置，包括用以安装中央控制单元的机身和设置在所述机身中轴线对应端部的铲雪装置，该机身在对应铲雪装置一端的底部还设置有用于破冰的螺旋型破冰装置，铲雪装置中设置有驱动其沿中轴线方向活动的铲雪驱动分装置，通过中央控制单元输出信号控制铲雪装置运动，机身中还设置有用于探测雪层厚度的探测器，且探测器的信号输出端与中央控制单元对应设置的输入端相连接；采用本技术方案，通过采用传统推铲作为铲雪的主要执行机构，并且结合曲柄连杆机构的原理设计的升降结构，该装置可以配合多自由度的行走机器人在雪地中除雪破冰。
Description
技术领域
本发明属于工业机器人领域，更具体地说，本发明涉及一种除雪破冰装置。
背景技术
随着国民经济的飞速发展，自动除雪装置成为很多北方日常生活的生活必须品，但是南方地区罕见大规模的暴雪天气，极端条件下偶然出现的剧烈降雪外加南方地区的抵御设备的储备不多，因此普通居民和商户会因此遭受财产损失，现有技术中的除雪装置大多不适用于家庭或商户，成本较高，无法储存安置，并且常见的除雪装置几乎不会同时具备破冰的效果，因而并未在使用过程中广泛普及。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种配合多自由度机器人使用并且自动化程度高的除雪破冰装置。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种除雪破冰装置，包括用以安装中央控制单元的机身和设置在所述机身中轴线对应端部的铲雪装置，该机身在对应铲雪装置一端的底部还设置有用于破冰的螺旋型破冰装置，铲雪装置中设置有驱动其沿中轴线方向活动的铲雪驱动分装置，铲雪驱动分装置的控制信号输入端与中央控制单元中设有的对应的信号输出端相连，并且通过中央控制单元输出信号控制铲雪装置运动，破冰装置中设置有沿所述中轴线方向控制其旋转的破冰驱动分装置，并且通过该破冰驱动分装置控制破冰装置的输出端旋转破冰，机身中还设置有用于探测雪层厚度的探测器，且探测器的信号输出端与中央控制单元对应设置的输入端相连接。
本发明公开的一种除雪破冰装置，所述机身中包括顶板和底板，底板中设置有用于安装所述中央控制单元的凹槽，底板沿中轴线方向安装所述铲雪装置的一端延伸设置有与其相连的铲雪安装板，底板背离铲雪装置的端部设置有对应安装破冰驱动分装置的破冰驱动安装板，且铲雪安装板和破冰驱动安装板设置成同一水平面。
本发明公开的一种除雪破冰装置，所述铲雪驱动分装置中包括用于铲雪的推铲和铲雪驱动分装置，铲雪驱动分装置中包括用于提供推铲沿机身中轴线方向移动的铲雪舵机和用于转化铲雪舵机转动力为推拉力的铲雪连杆，铲雪舵机的输出端通过铲雪连杆与推铲两侧相连且传递动力于推铲。
本发明公开的一种除雪破冰装置，所述铲雪连杆中包括沿推铲中线镜像设置的齿轮连杆和三根直杆首尾相互铰接设置的传动连杆，其中一侧的齿轮连杆的齿轮中心与所述铲雪舵机的输出端同轴相连，齿轮连杆的另一端与传动连杆的一端活动连接，齿轮连杆的一端设置有用于供传动连杆沿其轴向移动的第一通槽，所述机身中底板对应于铲雪驱动分装置的铲雪安装板中设置有用于传动连杆运动的第二通槽，传动连杆中靠近机身的直杆贯穿第一通槽和第二通槽并且通过铲雪舵机接收传动力推拉所述推铲。
本发明公开的一种除雪破冰装置，所述破冰装置输出端设置成螺旋形的破冰刃，所述破冰驱动分装置中包括用于驱动破冰刃旋转的步进电机和控制器以及齿轮传动轴，破冰刃的轴向中部设置有用于接收传动力的齿轮盘，步进电机的输出端和齿轮盘之间放置用于转化动力方向的所述齿轮传动轴，齿轮传动轴的一端通过其端部设有的齿轮与齿轮盘之间的相啮合，齿轮传动轴的另一端与步进电机的输出端相连，控制器安装在所述机身背离铲雪装置的一端且控制器的信号输出端连接步进电机的信号输入端，且控制器的信号输入端与所述中央控制单元的其中一个信号输出端相连，中央控制单元通过控制器输出对应的控制信号启停步进电机转动。
本发明公开的一种除雪破冰装置，所述机身中对应安装所述破冰刃的底部设置有沿破冰刃轴线两侧对称的两个扇形安装板，破冰刃的中轴线与扇形安装板的圆心相连接且共线，两个扇形安装板的弧形边之间延伸设置有连接护板，并且连接护板沿所述齿轮传动轴至所述步进电机输出端之间设置有传动轴安装板，连接护板和传动轴安装板相配合包围于齿轮传动轴和破冰刃的四分之一圆面。
本发明公开的一种除雪破冰装置，所述机身中顶板和底板设置有容纳蓄电池的空腔，蓄电池与顶板底板之间设置成固定连接，且底板在所述凹槽和铲雪装置之间的板面设置有用于探测地面雪层厚度的探测器，探测器的信号输出端通过导线连接于所述中央控制单元并且转化探测的信号转换为电信号传递于中央控制单元。
采用本技术方案，通过采用传统推铲作为铲雪的主要执行机构，并且结合曲柄连杆机构的原理设计的升降结构，从而在铲雪的过程中升起或下降过程中减少阻力，推雪时除雪板降下把雪和碎冰的混合物推走进而达到除雪破冰的目的；破冰过程中通过调节腿部调整破冰刃的切割角度，将破冰刃调整到冰层底部的位置，以防止刀片位置过高导致破冰不够彻底的情况，若配合适当高度的多自由度雪地行走机器人，则可以使得该装置在复杂的雪地环境中除雪破冰，并且在破冰的过程中通过探测器获取其冰层厚度，因而不会损伤路面。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明除雪破冰的结构示意图；
图2为本发明中铲雪装置的结构示意图；
图3为本发明中底板的俯视图；
图4为图3中A-A视角的剖视图；
图5为本发明中控制硬件的信号连接图。
图中标记为：1、机身；2、铲雪装置；3、步进电机；4、破冰装置；5、底板；6、腿部安装板；7、凹槽；8、第二通槽；9、推铲；10、传动连杆；11、椭圆型连接盘；12、铲雪舵机；13、第一通槽；14、齿轮连杆；15、扇形安装板；16、铲雪安装板；17、步进电机；18、齿轮传动轴；19、破冰刃；20、齿轮盘；21、控制器。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
图1为本发明除雪破冰的结构示意图，如图所示的一种除雪破冰装置，包括用以安装中央控制单元的机身1和设置在机身1中轴线对应端部的铲雪装置2，该机身1在对应铲雪装置2一端的底部还设置有用于破冰的螺旋型破冰装置4，铲雪装置2中设置有驱动其沿中轴线方向活动的铲雪驱动分装置，铲雪驱动分装置的控制信号输入端与中央控制单元中设有的对应的信号输出端相连，并且通过中央控制单元输出信号控制铲雪装置2运动，破冰装置4中设置有沿中轴线方向控制其旋转的破冰驱动分装置，并且通过该破冰驱动分装置控制破冰装置的输出端旋转破冰，机身1中还设置有用于探测雪层厚度的探测器，且探测器的信号输出端与中央控制单元对应设置的输入端相连接；机身中包括顶板和底板5，底板5中设置有用于安装所述中央控制单元的凹槽7，底板5沿中轴线方向安装铲雪装置的一端延伸设置有与其相连的铲雪安装板16，底板5背离铲雪装置的端部设置有对应安装破冰驱动分装置的破冰驱动安装板，且铲雪安装板16和破冰驱动安装板设置成同一水平面。
图2为本发明中铲雪装置的结构示意图，如图所示的铲雪驱动分装置中包括用于铲雪的推铲9和铲雪驱动分装置，铲雪驱动分装置中包括用于提供推铲沿机身中轴线方向移动的铲雪舵机12和用于转化铲雪舵机转动力为推拉力的铲雪连杆，铲雪舵机12的输出端通过铲雪连杆与推铲两侧相连且传递动力于推铲；铲雪连杆中包括沿推铲中线镜像设置的齿轮连杆14和三根直杆首尾相互铰接设置的传动连杆10，其中一侧的齿轮连杆14的齿轮中心与铲雪舵机12的输出端同轴相连，齿轮连杆14的另一端与传动连杆10的一端活动连接，齿轮连杆14的一端设置有用于供传动连杆10沿其轴向移动的第一通槽13，机身1中底板对应于铲雪驱动分装置的铲雪安装板16中设置有用于传动连杆10运动的第二通槽8，传动连杆10中靠近机身1的直杆贯穿第一通槽13和第二通槽8并且通过铲雪舵机12接收传动力推拉推铲9。
图3为本发明中底板的俯视图，图4为图3中A-A视角的剖视图，破冰装置输出端设置成螺旋形的破冰刃19，破冰驱动分装置中包括用于驱动破冰刃19旋转的步进电机17和控制器21以及齿轮传动轴，破冰刃19的轴向中部设置有用于接收传动力的齿轮盘20，步进电机17的输出端和齿轮盘20之间放置用于转化动力方向的齿轮传动轴18，齿轮传动轴18的一端通过其端部设有的齿轮与齿轮盘20之间的相啮合，齿轮传动轴18的另一端与步进电机17的输出端相连，控制器21安装在机身背离铲雪装置的一端且控制器21的信号输出端连接步进电机17的信号输入端，且控制器21的信号输入端与中央控制单元的其中一个信号输出端相连，中央控制单元通过控制器输出对应的控制信号启停步进电机17转动；机身中对应安装破冰刃19的底部设置有沿破冰刃19轴线两侧对称的两个扇形安装板15，破冰刃19的中轴线与扇形安装板15的圆心相连接且共线，两个扇形安装板15的弧形边之间延伸设置有连接护板，并且连接护板沿齿轮传动轴18至步进电机17输出端之间设置有传动轴安装板，连接护板和传动轴安装板相配合包围于齿轮传动轴和破冰刃19的四分之一圆面。
上述中的舵机采用型号为MG 996R，所述中央控制单元采用24路舵机控制器，其中的CPU型号为STM32103RCT6。
图5为本发明中控制硬件的信号连接图，如图所示的CPU(STM32103RCT6)与舵机控制器中包含了与铲雪舵机相连接的驱动，因此本案的控制连接方式即为舵机通过其本身设置的导线接口与控制器主板中的对应接口相连；控制本案破冰刃的步进电机(也可以使用伺服电机)与本案的控制器相连，那么这个控制器的信号输入有两种选择，一种是开关控制(即为步进电机仅接受控制器控制启停)，另一种是本案选择的控制方式是通过CPU输出信号控制步进电机及其控制器，由于本案需要根据探测器接受积雪的厚度，达到保护路面的目的，因此本案的步进电机实际上是通过CPU控制的，也就是说控制器连接于24路舵机控制器的其中一个对应的信号连接端，控制器再与步进电机相连。
本案公开的机身中顶板和底板设置有容纳蓄电池的空腔，蓄电池与顶板底板之间设置成固定连接，且底板在凹槽和铲雪装置之间的板面设置有用于探测地面雪层厚度的探测器，探测器的信号输出端通过导线连接于所述中央控制单元并且转化探测的信号转换为电信号传递于中央控制单元。
采用本技术方案，通过采用传统推铲作为铲雪的主要执行机构，并且结合曲柄连杆机构的原理设计的升降结构，从而在铲雪的过程中升起或下降过程中减少阻力，推雪时除雪板降下把雪和碎冰的混合物推走进而达到除雪破冰的目的；破冰过程中通过调节腿部调整破冰刃的切割角度，将破冰刃调整到冰层底部的位置，以防止刀片位置过高导致破冰不够彻底的情况，若配合适当高度的多自由度雪地行走机器人，则可以使得该装置在复杂的雪地环境中除雪破冰，并且在破冰的过程中通过探测器获取其冰层厚度，因而不会损伤路面。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种除雪破冰装置，其特征在于：包括用以安装中央控制单元的机身和设置在所述机身中轴线对应端部的铲雪装置，该机身在对应铲雪装置一端的底部还设置有用于破冰的螺旋型破冰装置，铲雪装置中设置有驱动其沿中轴线方向活动的铲雪驱动分装置，铲雪驱动分装置的控制信号输入端与中央控制单元中设有的对应的信号输出端相连，并且通过中央控制单元输出信号控制铲雪装置运动，破冰装置中设置有沿所述中轴线方向控制其旋转的破冰驱动分装置，并且通过该破冰驱动分装置控制破冰装置的输出端旋转破冰，机身中还设置有用于探测雪层厚度的探测器，且探测器的信号输出端与中央控制单元对应设置的输入端相连接；还包括用于铲雪的推铲和铲雪驱动分装置，铲雪驱动分装置中包括用于提供推铲沿机身中轴线方向移动的铲雪舵机和用于转化铲雪舵机转动力为推拉力的铲雪连杆，铲雪舵机的输出端通过铲雪连杆与推铲两侧相连且传递动力于推铲；所述铲雪连杆中包括沿推铲中线镜像设置的齿轮连杆和三根直杆首尾相互铰接设置的传动连杆，其中一侧的齿轮连杆的齿轮中心与所述铲雪舵机的输出端同轴相连，齿轮连杆的另一端与传动连杆的一端活动连接，齿轮连杆的一端设置有用于供传动连杆沿其轴向移动的第一通槽，所述机身中底板对应于铲雪驱动分装置的铲雪安装板中设置有用于传动连杆运动的第二通槽，传动连杆中靠近机身的直杆贯穿第一通槽和第二通槽并且通过铲雪舵机接收传动力推拉所述推铲；所述破冰装置输出端设置成螺旋形的破冰刃，所述破冰驱动分装置中包括用于驱动破冰刃旋转的步进电机和控制器以及齿轮传动轴，破冰刃的轴向中部设置有用于接收传动力的齿轮盘，步进电机的输出端和齿轮盘之间放置用于转化动力方向的所述齿轮传动轴，齿轮传动轴的一端通过其端部设有的齿轮与齿轮盘之间的相啮合，齿轮传动轴的另一端与步进电机的输出端相连，控制器安装在所述机身背离铲雪装置的一端且控制器的信号输出端连接步进电机的信号输入端，且控制器的信号输入端与所述中央控制单元的其中一个信号输出端相连，中央控制单元通过控制器输出对应的控制信号启停步进电机转动；所述机身中对应安装所述破冰刃的底部设置有沿破冰刃轴线两侧对称的两个扇形安装板，破冰刃的中轴线与扇形安装板的圆心相连接且共线，两个扇形安装板的弧形边之间延伸设置有连接护板，并且连接护板沿所述齿轮传动轴至所述步进电机输出端之间设置有传动轴安装板，连接护板和传动轴安装板相配合包围于齿轮传动轴和破冰刃的四分之一圆面。
2.按照权利要求1所述的一种除雪破冰装置，其特征在于，所述机身中包括顶板和底板，底板中设置有用于安装所述中央控制单元的凹槽，底板沿中轴线方向安装所述铲雪装置的一端延伸设置有与其相连的铲雪安装板，底板背离铲雪装置的端部设置有对应安装破冰驱动分装置的破冰驱动安装板，铲雪安装板和破冰驱动安装板设置成同一水平面。
3.按照权利要求2所述的一种除雪破冰装置，其特征在于，所述机身中顶板和底板设置有容纳蓄电池的空腔，蓄电池与顶板底板之间设置成固定连接，且底板在所述凹槽和铲雪装置之间的板面设置有用于探测地面雪层厚度的探测器，探测器的信号输出端通过导线连接于所述中央控制单元并且转化探测的信号转换为电信号传递于中央控制单元。
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