CN113425197A - 一种楼梯清洁机器人 - Google Patents

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涂福涛
任宏洋
曹小兵
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Abstract

本发明公开了一种楼梯清洁机器人，包括清扫支架、洁地支架、固定架、驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅱ、夹爪；所述清扫支架上设有清扫机构；所述洁地支架上设有洁地机构；所述清扫支架或洁地支架均呈L字型；所述清扫支架和洁地支架竖直部分分别安装在固定架两侧位置处，且可在驱动机构Ⅰ的驱动下相对固定架做竖直运动；所述固定架可在驱动机构Ⅰ的驱动下相对清扫支架做竖直运动；所述夹爪可在驱动机构Ⅱ的驱动下做俯仰和旋转运动。本发明方便清扫楼梯，清理较大垃圾。

Description

一种楼梯清洁机器人
技术领域
本发明涉及清扫设备技术领域，具体为一种楼梯清洁机器人。
背景技术
目前市场上对于楼梯清洁的机器人较少，而楼层的高度却大幅增高，因此对于楼梯的智能化清洁显得尤为重要，但目前现有的扫地机器人只能适用于较为平坦的地面，工作区域受到很大的限制，无法胜任于楼梯等典型阶梯状或突高地面的清洁工作，且现有的清洁机器人或扫地机器人大多无法清理较大的垃圾，吸尘或卷尘装置将较大垃圾吸进去容易造成堵塞或者较大的垃圾对机器人本身造成阻挡，因此提出一种能够清理较大垃圾、方便清扫楼梯的楼梯清洁机器人。
发明内容
鉴于背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种能够清理较大垃圾、方便清扫楼梯的楼梯清洁机器人。为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
一种楼梯清洁机器人，包括清扫支架、洁地支架、固定架、驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅱ、夹爪；所述清扫支架上设有清扫机构；所述洁地支架上设有洁地机构；所述清扫支架或洁地支架均呈L字型；所述清扫支架和洁地支架竖直部分分别安装在固定架两侧位置处，且可在驱动机构Ⅰ的驱动下相对固定架做竖直运动；所述固定架可在驱动机构Ⅰ的驱动下相对清扫支架做竖直运动；所述夹爪可在驱动机构Ⅱ的驱动下做俯仰和旋转运动。
所述驱动机构Ⅱ包括连接板、固定板、转动轴、固定轴、连接架；所述连接板竖直设置在清扫支架水平部分；所述固定板为两个；两个固定板依次安装设于所述连接板上；所述转动轴两端分别与两个固定板转动连接；所述固定轴与所述转动轴交叉连接，形成十字型；所述连接架呈U字型，该连接架可转动地设于所述固定轴上；所述夹爪设于所述连接架上；所述清扫连接板上对应夹爪位置设有开口的垃圾储存盒。
所述驱动机构Ⅱ还包括齿条Ⅰ；所述转动轴上套接有齿轮Ⅰ；所述齿条Ⅰ可水平移动地设于所述齿轮Ⅰ上方位置处，该齿条Ⅰ与所述齿轮Ⅰ相啮合。
所述固定轴两端分别设有卡槽；所述连接架两端分别设有与所述固定轴卡槽相适配的连接套；两个连接套套设于对应的固定轴卡槽上。
所述驱动机构Ⅱ还包括支杆和两个齿轮Ⅱ；两个齿轮Ⅱ套于所述固定轴外周侧，并与对应的连接套固定连接；所述支杆可水平移动地设于所述连接板与转动轴之间；所述连接板上下两端分别设有与对应的齿轮Ⅱ相啮合的齿条Ⅱ，且支杆与两个齿条Ⅱ形成工字型。
所述驱动机构Ⅰ包括丝杠Ⅰ、丝杠Ⅱ；所述固定架包括上支板、下支板和四个导向杆；所述上支板、下支板沿高度方向依次水平设置，四角通过对应的导向杆固定相连；所述下支板两侧壁、对应的两个导向杆中间位置处分别设有固定套；两个固定套内设有与对应的丝杠Ⅰ、丝杠Ⅱ相适配的通孔；所述丝杠Ⅰ、丝杠Ⅱ一端分别与上支板转动连接，另一端上设有与丝杠Ⅰ、丝杠Ⅱ相适配的滑块螺母Ⅰ和滑块螺母Ⅱ并伸出对应的固定套通孔；所述清扫支架、洁地支架竖直部分与对应的滑块螺母Ⅰ或滑块螺母Ⅱ固定连接；所述清扫支架、洁地支架竖直部分相对一侧侧壁上沿对应的滑块螺母两侧分别设有连接块；四个导向杆穿过对应的连接块；所述下支板、清扫支架、洁地支架下端均匀设有若干个麦克纳姆轮。
所述清扫机构包括储尘盒和两个扫刷；两个扫刷分可转动地设于所述清扫支架水平部分下方两侧位置处；所述储尘盒可拆卸地设于所述清扫支架水平部分下方、两个扫刷中间位置处，且该储尘盒靠近外侧设有开口。
所述洁地机构包括清洁布、清洁轴、水箱；所述清洁轴一端与所述洁地支架水平部分下端面转动连接，另一端与所述清洁布可拆卸连接；所述水箱设于所述洁地支架下方；所述水箱上设有与该水箱相连通的高压喷头。
所述机器人还包括触须传感器、超声波传感器；所述触须传感器为两个；两个触须传感器设于所述清扫支架两侧位置处；所述超声波传感器设于清扫支架上、远离导向杆一端位置处。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过设置驱动机构Ⅱ实现夹爪在俯仰、左右方向的角度调节，实现对较大垃圾进行夹取、放入垃圾储存盒内，方便对较大垃圾的清理；
2.本发明通过设置驱动机构Ⅰ实现机器人攀升及清扫和洁地，方便对楼梯进行清扫；
3.通过电机控制丝杠正转带动清扫机构或洁地机构上升，电机带动丝杠反转时由于清扫机构或洁地机构下方麦克纳姆轮已支撑在地面上，滑块螺母不能向下相当于固定，丝杠边反转边向上，从而带动整体固定架向上，实现固定架的攀升；
4.清扫电机驱动对应的扫刷一个正转一个反转形成向内清扫合力，从而将垃圾灰尘扫进储尘盒的开口内，提高清扫效率。
附图说明
图1是本发明机器人结构示意图；
图2是图1中储尘盒的位置结构示意图；
图3是图1中清洁布的位置结构示意图；
图4是本发明机器人侧视图(清扫机构下端麦克纳姆轮上升至与台阶同高状态)；
图5是本发明机器人侧视图(固定架下端麦克纳姆轮上升至与台阶同高状态)；
图6是本发明机器人侧视图(洁地机构下端麦克纳姆轮上升至与台阶同高状态)；
图7是本发明中驱动机构Ⅱ的结构示意图；
图8是本发明中支杆的位置结构示意图；
图9是本发明中转动轴、固定轴的一体结构示意图；
图10是本发明中连接架、连接套、齿轮Ⅱ的一体结构示意图；
图中，1-下支板，2-固定套，3-储尘盒，4-扫刷，5-清扫电机，6-清扫支架， 7-触须传感器，8-丝杠Ⅰ，9-电机Ⅰ，10-上支板，11-电机Ⅱ，12-丝杠Ⅱ，13- 洁地支架，14-洁地电机，15-麦克纳姆轮，16-水箱，17-清洁轴，18-清洁布， 19-驱动机构Ⅰ，20-滑块螺母Ⅱ，21-滑块螺母Ⅰ，22-连接块，23-导向杆，24- 驱动机构Ⅱ，25-清扫机构，26-洁地机构，27-固定架，28-垃圾储存盒，29-夹爪，30-连接板，31-固定板，32-转动轴，33-固定轴，3301-卡槽，34-齿条Ⅱ， 35-气缸Ⅰ，36-气缸Ⅱ，37-齿轮Ⅱ，38-齿条Ⅰ，39-齿轮Ⅰ，40-连接架，41- 气缸支架，42-连接套，43-支杆。
具体实施方式
结合图1至10所示，一种楼梯清洁机器人，包括清扫支架6、洁地支架13、固定架27、驱动机构Ⅰ19、驱动机构Ⅱ24、夹爪29；清扫支架6上设有清扫机构25；洁地支架13上设有洁地机构26；清扫支架6或洁地支架13均呈L字型；清扫支架6和洁地支架13竖直部分分别安装在固定架27两侧位置处，且可在驱动机构Ⅰ19的驱动下相对固定架27做竖直运动；固定架27可在驱动机构Ⅰ19 的驱动下相对清扫支架6做竖直运动，实现机器人各部分在楼梯的攀升；夹爪29可在驱动机构Ⅱ24的驱动下做俯仰和水平面旋转运动，夹爪29可在上下左右方向调节角度，便于夹持垃圾和丢入垃圾储存盒28内。
如图7-10所示，驱动机构Ⅱ24包括连接板30、固定板31、转动轴32、固定轴33、连接架40；连接板30竖直设置在清扫支架6水平部分；固定板31为两个；两个固定板31依次安装设于连接板30上；转动轴32两端分别与两个固定板31转动连接；固定轴33与转动轴32交叉连接，形成十字型；连接架40 呈U字型，该连接架40可转动地设于固定轴33上；夹爪29设于连接架40上，夹爪29随连接架40可在沿固定轴33做旋转运动，同时固定轴33又随着转动轴32可做俯仰运动；清扫连接板30上对应夹爪29位置设有开口的垃圾储存盒28，夹爪29俯下去夹持垃圾，仰起来可将垃圾落入垃圾储存盒28。
驱动机构Ⅱ24还包括齿条Ⅰ38、气缸Ⅰ35；转动轴32上套接有齿轮Ⅰ39；齿条Ⅰ38可水平移动地设于齿轮Ⅰ39上方位置处，该齿条Ⅰ38与齿轮Ⅰ39相啮合，齿条Ⅰ38可带动齿轮Ⅰ39转动，同时带动转动轴32转动，最终使得夹爪 29做俯仰运动。气缸Ⅰ35固定端设于连接板30上，活塞杆与齿条Ⅰ38固定连接。
固定轴33两端分别设有卡槽3301，如图9所示；连接架40两端分别设有与固定轴33卡槽3301相适配的连接套42；两个连接套42套设于对应的固定轴 33卡槽3301上，两个连接套42带动连接架40可沿固定轴33转动。
驱动机构Ⅱ24还包括支杆43和两个齿轮Ⅱ37；两个齿轮Ⅱ37套于固定轴 33外周侧，并与对应的连接套42固定连接；驱动机构Ⅱ24还包括气缸支架41；气缸支架41与转动轴32固定连接；气缸Ⅱ36固定设于气缸支架41上；气缸Ⅱ 36的活塞杆与支杆43中心固定连接。连接板30上下两端分别设有与对应的齿轮Ⅱ37相啮合的齿条Ⅱ34，且支杆43与两个齿条Ⅱ34形成工字型。支杆43可在气缸Ⅱ36驱动下水平移动地设于连接板30与转动轴32之间，两个齿条Ⅱ34 移动使得对应的齿轮Ⅱ37转动，通过连接套42带动连接架40上的夹爪29转动。
气缸Ⅰ35和气缸Ⅱ36可通过人工观察较大垃圾的位置，手动遥控的方式进行调节启动，也可以通过机器人上的摄像头拍摄扫描到瓶子、香蕉皮等较大的垃圾，传输至主控系统和图像识别器，当图像识别器识别到特征，通过三维测距传感器传输数据至主控系统，控制气缸Ⅰ35和气缸Ⅱ36启动，使得夹爪29对准较大垃圾位置。
驱动机构Ⅰ19包括丝杠Ⅰ8、丝杠Ⅱ12；固定架27包括上支板10、下支板 1和四个导向杆23；上支板10、下支板1沿高度方向依次水平设置，四角通过对应的导向杆23固定相连；下支板1两侧壁、对应的两个导向杆23中间位置处分别设有固定套2；两个固定套2内设有与对应的丝杠Ⅰ8、丝杠Ⅱ12相适配的通孔；丝杠Ⅰ8、丝杠Ⅱ12一端分别与上支板10转动连接(上支板10上设有电机Ⅰ9、电机Ⅱ11，丝杠Ⅰ8通过电机Ⅰ9转动，丝杠Ⅱ12通过电机Ⅱ11转动)，另一端上设有与丝杠Ⅰ8、丝杠Ⅱ12相适配的滑块螺母Ⅰ21和滑块螺母Ⅱ20并伸出对应的固定套2通孔，固定套2对丝杠Ⅰ8、丝杠Ⅱ12末端进行限位；清扫支架6、洁地支架13竖直部分与对应的滑块螺母Ⅰ21或滑块螺母Ⅱ20固定连接；清扫支架6、洁地支架13竖直部分相对一侧侧壁上沿对应的滑块螺母两侧分别设有连接块22；四个导向杆23穿过对应的连接块22；下支板1、清扫支架6、洁地支架13下端均匀设有若干个麦克纳姆轮15。
清扫机构25包括储尘盒3和两个扫刷4；两个扫刷4(通过清扫电机5)可转动地设于清扫支架6水平部分下方两侧位置处；储尘盒3可拆卸地设于清扫支架6水平部分下方、两个扫刷4中间位置处，且该储尘盒3靠近外侧设有开口。
洁地机构26包括清洁布18、清洁轴17、水箱16；清洁轴17一端(通过清洁电机)与洁地支架13水平部分下端面转动连接，另一端与清洁布18可拆卸连接，清洁布18可以替换为拖把头等清洁用具；水箱16设于洁地支架13下方；水箱16上设有与该水箱16相连通的高压喷头，高压喷头用于对地面喷洒水雾。
机器人还包括触须传感器7、超声波传感器(图中未画出)；触须传感器7 为两个；两个触须传感器7设于清扫支架6两侧位置处；超声波传感器(也可替换为灰度传感器)设于清扫支架6上、远离导向杆23一端位置处。在横向清扫过程中，超声波传感器检测到机器人与楼梯小于一定距离(如五厘米)，控制下支板1下方的麦克纳姆轮15停止向前移动。
超声波传感器与电机Ⅰ9均与控制器电性相连，当超声波传感器检测到机器人与楼梯距离小于一定距离时，电机Ⅰ9带动丝杠Ⅰ8正向转动；触须传感器7、下支板1下方的麦克纳姆轮15均与控制器电性相连，如果一侧的触须传感器7 或灰度传感器触发，下支板1下方的麦克纳姆轮15反向移动，机器人就会反方向横扫，当另一侧的触须传感器7或灰度传感器触发时，则下支板1下方的麦克纳姆轮15停止不动，即完成对楼梯前半部分的清扫。
如图1-10所示，本发明工作原理和流程如下：
当前方出现有瓶子、香蕉皮等无法通过清扫来处理的较大垃圾，气缸Ⅱ36 启动，气缸Ⅱ36的活塞杆通过支杆43带动两个齿条Ⅱ34向靠近齿条Ⅰ38的方向移动，使得两个齿轮Ⅱ37同时顺时针转动，使得连接架40的两个连接套42 绕固定轴33顺时针转动，带动夹爪29向左转动(如7-10所示)；当气缸Ⅱ36 的活塞杆通过支杆43带动两个齿条Ⅱ34向远离齿条Ⅰ38的方向移动，使得两个齿轮Ⅱ37同时逆时针转动，使得连接架40的两个连接套42绕固定轴33逆时针转动，带动夹爪29向右转动。
调节好左右方向的位置，气缸Ⅰ35启动，活塞杆Ⅰ带动齿条Ⅰ38向远离连接板30的方向运动，使得齿轮Ⅰ39顺时针转动，带动转动轴32顺时针转动，通过连接架40带动夹爪29向下俯，夹取垃圾；控制气缸Ⅰ35的活塞杆带动齿条Ⅰ38向靠近连接板30的方向运动，使得齿轮Ⅰ39逆时针转动，带动转动轴 32逆时针转动，通过连接架40带动夹爪29向上仰，夹爪29松开，垃圾掉入连接板30后方的垃圾储存盒28内。
开始清扫，清扫支架6和洁地支架13的麦克纳姆轮15向前移动，超声波传感器检测到机器人与楼梯距离小于一定距离时，通过控制电机Ⅰ9带动丝杠Ⅰ8 正向转动，通过对应的滑块螺母Ⅰ21带动清扫支架6上升到清扫支架6下方的麦克纳姆轮15底部与楼梯同高的位置(如图4所示)，此时下支板1下方的麦克纳姆轮15向前移动，直至下支板1下方的麦克纳姆轮15与楼梯相抵触，此时控制接着下支板1下方的麦克纳姆轮15往复横向移动，清扫电机5驱动对应的扫刷4一个正转一个反转形成向内清扫合力，从而将垃圾灰尘扫进储尘盒3的开口内，在横向清扫过程中，如果一侧的触须传感器7触碰到墙壁，下支板1下方的麦克纳姆轮15反向移动，机器人就会反方向横扫，当另一侧的触须传感器7 或灰度传感器触碰到另一侧墙壁时，则停止清扫，完成对楼梯前半部分的清扫，然后电机Ⅰ9、电机Ⅱ11分别驱动对应的丝杠Ⅰ8、丝杠Ⅱ12进行反转，滑块螺母Ⅰ21、滑块螺母Ⅱ20本应该向下移动，但由于清扫支架6和洁地支架13下方的麦克纳姆轮15已经支撑在地面上，无法继续向下，此时相当于滑块螺母Ⅰ21、滑块螺母Ⅱ20固定(清扫支架6、洁地支架13均固定)，丝杠Ⅰ8、丝杠Ⅱ12 一边反转一边向上，推动对应的电机Ⅰ9、电机Ⅱ11向上，从而使得整个上支板10和下支板1(即整个固定架27)向上，各导向杆23沿对应的连接块22移动，待托起至与阶梯同高处后(如图5所示)，清扫支架6和洁地支架13的麦克纳姆轮15向前移动，将下支板1移动至楼梯的前半部分，清扫支架6移动至楼梯的后半部分，这时下支板1下方的麦克纳姆轮15带动整体机构横向移动，完成同一阶楼梯后半部分的清扫。最后电机Ⅱ11驱动丝杠Ⅱ12正转，对应的滑块螺母Ⅱ20带动洁地支架13上升至与楼梯同高的位置(如图6所示)，水箱16的高压喷头开始对地面进行喷洒水雾，洁地电机14驱动清洁布18旋转，对地面进行擦拭。循环上述动作，便可以完成机器人攀升及清扫和洁地的功能。

Claims (9)

1.一种楼梯清洁机器人，其特征在于：包括清扫支架、洁地支架、固定架、驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅱ和夹爪；所述清扫支架上设有清扫机构；所述洁地支架上设有洁地机构；所述清扫支架或洁地支架均呈L字型；所述清扫支架和洁地支架竖直部分分别安装在固定架两侧位置处，且可在驱动机构Ⅰ的驱动下相对固定架做竖直运动；所述固定架可在驱动机构Ⅰ的驱动下相对清扫支架做竖直运动；所述夹爪设于所述清扫支架上，且该夹爪可在驱动机构Ⅱ的驱动下做俯仰和旋转运动。
2.根据权利要求1所述的楼梯清洁机器人，其特征在于：所述驱动机构Ⅱ包括连接板、固定板、转动轴、固定轴和连接架；所述连接板竖直设置在清扫支架水平部分；所述固定板为两个；两个固定板依次安装设于所述连接板上；所述转动轴两端分别与两个固定板转动连接；所述固定轴与所述转动轴交叉连接，形成十字型；所述连接架呈U字型，该连接架可转动地设于所述固定轴上；所述夹爪设于所述连接架上；所述清扫连接板上对应夹爪位置设有开口的垃圾储存盒。
3.根据权利要求2所述的楼梯清洁机器人，其特征在于：所述驱动机构Ⅱ还包括齿条Ⅰ；所述转动轴上套接有齿轮Ⅰ；所述齿条Ⅰ可水平移动地设于所述齿轮Ⅰ上方位置处，该齿条Ⅰ与所述齿轮Ⅰ相啮合。
4.根据权利要求2所述的楼梯清洁机器人，其特征在于：所述固定轴两端分别设有卡槽；所述连接架两端分别设有与所述固定轴卡槽相适配的连接套；两个连接套套设于对应的固定轴卡槽上。
5.根据权利要求4所述的楼梯清洁机器人，其特征在于：所述驱动机构Ⅱ还包括支杆和两个齿轮Ⅱ；两个齿轮Ⅱ套于所述固定轴外周侧，并与对应的连接套固定连接；所述支杆可水平移动地设于所述连接板与转动轴之间；所述连接板上下两端分别设有与对应的齿轮Ⅱ相啮合的齿条Ⅱ，且支杆与两个齿条Ⅱ形成工字型。
6.根据权利要求1所述的楼梯清洁机器人，其特征在于：所述驱动机构Ⅰ包括丝杠Ⅰ和丝杠Ⅱ；所述固定架包括上支板、下支板和四个导向杆；所述上支板、下支板沿高度方向依次水平设置，四角通过对应的导向杆固定相连；所述下支板两侧壁、对应的两个导向杆中间位置处分别设有固定套；两个固定套内设有与对应的丝杠Ⅰ、丝杠Ⅱ相适配的通孔；所述丝杠Ⅰ、丝杠Ⅱ一端分别与上支板转动连接，另一端上设有与丝杠Ⅰ、丝杠Ⅱ相适配的滑块螺母Ⅰ和滑块螺母Ⅱ并伸出对应的固定套通孔；所述清扫支架、洁地支架竖直部分与对应的滑块螺母Ⅰ或滑块螺母Ⅱ固定连接；所述清扫支架、洁地支架竖直部分相对一侧侧壁上沿对应的滑块螺母两侧分别设有连接块；四个导向杆穿过对应的连接块；所述下支板、清扫支架、洁地支架下端均匀设有若干个麦克纳姆轮。
7.根据权利要求1所述的楼梯清洁机器人，其特征在于：所述清扫机构包括储尘盒和两个扫刷；两个扫刷分可转动地设于所述清扫支架水平部分下方两侧位置处；所述储尘盒可拆卸地设于所述清扫支架水平部分下方、两个扫刷中间位置处，且该储尘盒靠近外侧设有开口。
8.根据权利要求1所述的楼梯清洁机器人，其特征在于：所述洁地机构包括清洁布、清洁轴和水箱；所述清洁轴一端与所述洁地支架水平部分下端面转动连接，另一端与所述清洁布可拆卸连接；所述水箱设于所述洁地支架下方；所述水箱上设有与该水箱相连通的高压喷头。
9.根据权利要求1所述的楼梯清洁机器人，其特征在于：所述机器人还包括触须传感器和超声波传感器；所述触须传感器为两个；两个触须传感器设于所述清扫支架两侧位置处；所述超声波传感器设于清扫支架上、远离导向杆一端位置处。
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