CN115245918A - 一种用于大型天线的仿生蠕动式清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大型天线的仿生蠕动式清洁机器人，包括外壳；外壳上安装有两个爬行机构，两爬行机构安装于外壳相对的两爬行安装面上；爬行机构包括直线移动单元和夹爪单元；直线移动单元安装于爬行安装面上，直线移动单元的长度方向沿外壳的轴向安装；直线移动单元包括双段丝杆；双段丝杆的两端分别设有互为相反旋向的螺纹；双段丝杆的两端均安装有夹爪单元，夹爪单元与双段丝杆传动连接；多个夹爪单元用于交替夹紧待清洁的天线，双段丝杆用于驱动夹爪单元沿天线轴向移动；外壳上安装有清洁机构，清洁机构用于夹紧清洁天线。所以，对向布置的夹爪单元，配合双段丝杆上的两夹爪单元交替夹紧天线同时上下移动，使机器人能蠕动爬行清洁天线。

Description

一种用于大型天线的仿生蠕动式清洁机器人

技术领域

本发明涉及杆状天线清洁机器领域，特别涉及一种用于大型天线的仿生蠕动式清洁机器人。

背景技术

在自然生物的清洁里，蜜蜂的净角器是一个天然的天线清洁器，蜜蜂的净角器上的变刚度梳毛使得其用前肢对触角进行清洁后几乎不需要刻意维护自己的净角器。

当前已有的天线清洁机器清洁效率较低，而且需要经常维护清洁机构，机构拆卸困难，给操作者带来极大的麻烦，同时体积也比较大，精细部件比较多，不仅占用更多的工作空间，还更加容易损坏，保养维护成本较高，所以现有天线清洁机器存在清洁效率低的问题。

为此急需一种能够解决现有杆状天线清洁机器清洁效率低的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于大型天线的仿生蠕动式清洁机器人，以解决现有杆状天线清洁机器清洁效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于大型天线的仿生蠕动式清洁机器人，包括外壳；所述外壳上安装有两个爬行机构，两所述爬行机构安装于所述外壳相对的两爬行安装面上；所述爬行机构包括直线移动单元和夹爪单元；所述直线移动单元安装于所述爬行安装面上，所述直线移动单元的长度方向沿所述外壳的轴向安装；所述直线移动单元包括双段丝杆；所述双段丝杆的两端分别设有互为相反旋向的螺纹；所述双段丝杆的两端均安装有所述夹爪单元，所述夹爪单元与双段丝杆传动连接；多个所述夹爪单元用于交替夹紧待清洁的天线，所述双段丝杆用于驱动所述夹爪单元沿所述天线轴向移动；所述外壳上安装有清洁机构，所述清洁机构用于夹紧清洁所述天线。

在其中一个实施例中，两所述爬行安装面的夹角为115°-165°。

在其中一个实施例中，所述直线移动单元包括定端支撑板、电机支撑板和导杆；所述定端支撑板和所述电机支撑板分别安装于所述爬行安装面的两头；所述导杆的两端分别与所述定端支撑板和所述电机支撑板连接固定；所述电机支撑板固定连接有驱动电机；所述双段丝杆的一端与所述驱动电机的输出轴传动连接，所述双段丝杆的另一端与所述定端支撑板转动连接；所述夹爪单元与所述导杆滑动连接。

在其中一个实施例中，所述爬行安装面为开放面；所述外壳内还安装有支撑框架；所述支撑框架上设有所述爬行安装面；所述定端支撑板和所述电机支撑板连接固定于所述支撑面上。

在其中一个实施例中，所述直线移动单元包括还包括两个连接块；所述导杆的两端均滑动安装有直线轴承；所述双段丝杆的两端均螺纹连接有丝杆螺母；单个所述连接块与位于同一端的所述直线轴承和所述丝杆螺母连接固定；两所述连接块的外侧均安装有所述夹爪单元。

在其中一个实施例中，所述夹爪单元包括连接板、支承板、夹爪电机、中间板、爪板和指板；所述连接板的一侧与所述连接块的外侧连接固定，所述连接板的另一侧与所述支承板的一侧连接固定；所述夹爪电机连接固定于所述支承板上；所述中间板与所述夹爪电机的转轴传动连接；所述爪板两端分别与所述中间板和所述指板固定连接。

在其中一个实施例中，所述指板有多块；多块层叠的所述指板之间安装有螺柱，所述螺柱固定连接多块所述指板。

在其中一个实施例中，所述指板的夹持面上设有波纹齿。

在其中一个实施例中，所述外壳的一端面设有两组连接杆，两组所述连接杆上均安装有所述清洁机构；所述清洁机构包括摆动电机、圆弧安装板和刷毛；所述摆动电机安装固定于所述连接杆上，所述摆动电机的转轴与所述圆弧安装板的一端传动连接；多根所述刷毛固定于所述圆弧安装板的内圆侧。

本发明的有益效果如下：

1、该清洁机器的清洁机构和爬行机构的部件独立性较高，拆卸更换简便，结构简单，维修保养成本极小；有利于节约人力物力，成本极小；且爬行机构的夹爪单元爬行也更稳定，可靠性和安全性也更高。

2、清洁机构的布置，使得清洁无死角，利用摆动电机的摆动，可在使用时，使刷毛夹紧所述天线；而且能够利用清洁过程中积累的能量来自主清洁粘在刷体表面的污物，具有自洁功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的整体轴测图；

图3是本发明双段丝杆的局部放大图；

图4是本发明夹爪单元的结构示意图；

图5是本发明支撑框架的结构示意图；

图6是本发明的俯视图。

附图标记如下：

1、外壳；11、爬行安装面；12、连接杆；

2、爬行机构；

3、直线移动单元；31、双段丝杆；32、定端支撑板；33、电机支撑板；34、导杆；35、驱动电机；36、连接块；37、直线轴承；38、丝杆螺母；

4、支撑框架；

5、夹爪单元；51、连接板；52、支承板；53、夹爪电机；54、中间板；55、爪板；56、指板；561、波纹齿；57、螺柱；

6、清洁机构；61、摆动电机；62、圆弧安装板；63、刷毛。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

仿生蠕动式清洁机器人的一个实施例如图1至图3所示，包括外壳1；外壳1上安装有两个爬行机构2，两爬行机构2安装于外壳1相对的两爬行安装面11上；爬行机构2包括直线移动单元3和夹爪单元5；直线移动单元3安装于爬行安装面11上，直线移动单元3的长度方向沿外壳1的轴向安装；直线移动单元3包括双段丝杆31；双段丝杆31的两端分别设有互为相反旋向的螺纹；双段丝杆31的两端均安装有夹爪单元5，夹爪单元5与双段丝杆31传动连接；多个夹爪单元5用于交替夹紧待清洁的天线，双段丝杆31用于驱动夹爪单元5沿天线轴向移动；外壳1上安装有清洁机构6，清洁机构6用于夹紧清洁天线。

有关上述外壳1的结构，所述外壳1为一同心圆柱，同心圆柱的一侧沿轴线方向切出两个竖面，该竖面即为爬行安装面11，两爬行安装面11相对互成一定的角度；外壳1的内部空间用于安装控制爬行机构2和清洁机构6的电子器件。

有关上述爬行安装面11，两爬行安装面11的夹角为115°-165°。

需要说明的是，在进行应用时，两爬行安装面11的夹角为135°。

在安装面为135°时，既相对比较美观，也能给舵机和夹爪留足安装空间。同时夹爪之间的夹角在0～135°之间变动时，夹爪可以对杆提供很好的夹持力。

有关上述直线移动单元3的结构，参照如图1至图3所示，直线移动单元3包括定端支撑板32、电机支撑板33和导杆34；定端支撑板32和电机支撑板33分别安装于爬行安装面11的两头；导杆34的两端分别与定端支撑板32和电机支撑板33连接固定；电机支撑板33固定连接有驱动电机35；双段丝杆31的一端与驱动电机35的输出轴传动连接，双段丝杆31的另一端与定端支撑板32转动连接；夹爪单元5与导杆34滑动连接。

在进行应用时，参考如图1所示，爬行安装面11可以制造成封闭的面，只需在外壳1内的爬行安装面11附近增加加强筋，加强筋可以是外壳1一体成型或者添加加强筋零部件；即可将直线移动单元3直接安装在此封闭的面上，也能确保受力均衡。

进一步的，为了增加外壳1的强度，使直线移动单元3的固定受力更好，此实施例如图2和图5所示，爬行安装面11为开放面；外壳1内还安装有支撑框架4；支撑框架4上设有爬行安装面11；定端支撑板32和电机支撑板33连接固定于支撑面上。

在进行应用时，确定爬行安装面11为开放面后，可以给外壳1置入两个支撑框架4，此时支撑框架4向外表面即为爬行安装面11；支撑框架4采用铝型材制造，铝型材带有标准的螺栓安装导槽，可以随时增加固定的螺栓和调整螺栓的固定位置，既固定位置可调；相比于前述的将直线移动单元3直接安装在外壳1的封闭面上，将直线移动单元3安装在支撑框架4上，可以提升外壳1的支撑力，提高仿生蠕动式清洁机器人运动核心的稳定。

在上述直线移动单元3的两种安装方式基础上，增加对直线移动单元3运动部件的描述，进一步的，此实施例如图1至图3、图4所示，直线移动单元3包括还包括两个连接块36；导杆34的两端均滑动安装有直线轴承37；双段丝杆31的两端均螺纹连接有丝杆螺母38；单个连接块36与位于同一端的直线轴承37和丝杆螺母38连接固定；两连接块36的外侧均安装有夹爪单元5。

在进行应用时，此实施例的部件安装方式，均能在上述两种安装方式上实现。直线移动单元3的机械结构为一般的电机，丝杆传动机构，导杆34的作用为引导；此处便不再详细叙述。

有关上述夹爪单元5的结构，参照如图4所示，夹爪单元5包括连接板51、支承板52、夹爪电机53、中间板54、爪板55和指板56；连接板51的一侧与连接块36的外侧连接固定，连接板51的另一侧与支承板52的一侧连接固定；夹爪电机53连接固定于支承板52上；中间板54与夹爪电机53的转轴传动连接；爪板55两端分别与中间板54和指板56固定连接。

进一步的，为了使增大夹爪单元5抓取的面积，使机器人爬行更稳定，此实施例如图2和图4所示，指板56有多块；多块层叠的指板56之间安装有螺柱57，螺柱57固定连接多块指板56。

在进行应用时，上述夹爪电机53应用舵机；舵机能够直接输出摆动动作，而无需加装减速器等机械部件，且稳定性好。舵机直接带动中间板54转动，中间板54带动爪板55摆动，爪板55再带动多块的指板56摆动，夹紧待清洁的天线。中间板54在此处的作用相当于联轴器，方便后续更换爪板55时的维护工作进行，避免频繁卸载与夹爪电机53转轴的连接，减少对夹爪电机53转轴的磨损。

进一步的，为了使机器人的爬行更稳固，此实施例如图4所示，指板56的夹持面上设有波纹齿561。

特别的，指板56的夹持面中间挖有槽口，从指板56的上方观察，夹持面呈几字形；夹持面上连续设置有多个圆弧，多个圆弧形成波纹状。

在进行应用时，波纹齿561的设置能够使，夹爪单元5抓取待清洁的天线时，受力更好，防止夹爪单元5在天线的周壁打滑，夹的更紧；同时，槽口能够仿V字槽口适配夹圆柱的效果，使指板56夹取天线的面积更多。

有关上述清洁机构6的结构，参照如图1、图2和图6所示，外壳1的一端面设有两组连接杆12，两组连接杆12上均安装有清洁机构6；清洁机构6包括摆动电机61、圆弧安装板62和刷毛63；摆动电机61安装固定于连接杆12上，摆动电机61的转轴与圆弧安装板62的一端传动连接；多根刷毛63固定于圆弧安装板62的内圆侧。

在进行应用时，刷毛63安装在圆弧安装板62的内圆侧，将刷毛63插入并固定在圆弧安装板62上；两侧的圆弧安装板62在夹紧天线时，刷毛63夹紧天线，形成对天线周壁的包围，当机器人上下移动时，便可对天线形成360°全方位的清洁。

仿生蠕动式清洁机器人的工作原理：

S100、首先，上下的两对夹爪单元5，抓取天线。

S200、此时两对夹爪单元5都位于双段丝杆31的靠近中间位置；因双段丝杠的螺纹分为两段，双段丝杆31两端为相反旋向的螺纹，即上下的两对夹爪单元5在驱动电机35的驱动下能够同步向双段丝杆31中间移动，或同步朝向双段丝杆31的两端移动。

S300、接着，上面的那对夹爪单元5松开，下面的那对夹爪单元5继续夹持天线，此时驱动电机35启动，譬如驱动电机35正转带动双段丝杆31旋转，驱动电机35便转动带动整个机器人上移，此时两对夹爪单元5均运动到双段丝杆31的两端、

S400、接着，上面的那对夹爪单元5夹紧天线，下面的那对夹爪单元5松开，驱动电机35反转动带动整个机器人上移，此时两对夹爪单元5均运动到双段丝杆31的中间；

重复上述操作，以此步骤完成整个机器人的爬升运动。

在开始移动之前，清洁机构6便开始动作；摆动电机61驱动圆弧安装板62向待清洁的天线摆动，使两边的圆弧安装板62向天线靠拢，进而刷毛63夹紧天线的周壁；在机器人蠕动上升的时候即开始清洁天线。

有益效果，此仿生蠕动式清洁机器人，通过两对夹爪单元5夹取天线，在天线上蠕动爬行，使用夹爪带单元带来的优势是，可通过调整夹爪电机53的摆动角度即可，对不同直径大小的天线完成夹持；与现有技术的一些，通过轮子在天线上爬行的清洁机器人对比，本仿生蠕动式清洁机器人优势明显；

1、通过加大夹爪电机53的输出力矩，即可增大夹爪单元5输出，带来更大的夹持力，爬行的距离更长，爬行高度更高；与轮式的机器人相比而不必担心摩擦力不够，而产生在天线上下滑的风险；本仿生蠕动式清洁机器人在移动的机构上，可靠性更好，而且只需要通过程序控制便可实现，操作简单，成本低。

2、本仿生蠕动式清洁机器人，通过夹爪单元5进行移动，能够在同一位置停留更长的时间，这给清洁机构6开展自洁程序留下充足的时间；同时，夹爪电机53为电机在保持同一动作时，力矩更大，夹爪电机53需要持续输出力矩才能保持仿生蠕动式清洁机器人在同一位置停留，而夹爪电机53不必担心会对电机产生损坏；而轮式机器人需要通过电机保持一定的转速才能保持输出力矩，若需在天线上停留时，则需要电机不旋转同时又要保持力矩输出，这会损坏电机的转子，而电机旋转时输出的力矩也没有旋转时高，有可能导致清洁机器人在天线上下滑，而当电机损坏其安全性更加难以保证；而与本仿生蠕动式清洁机器人相比，本仿生蠕动式清洁机器人，可靠性安全性更高。

以上所述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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于大型天线的仿生蠕动式清洁机器人，其特征在于，

包括外壳；所述外壳上安装有两个爬行机构，两所述爬行机构安装于所述外壳相对的两爬行安装面上；

所述爬行机构包括直线移动单元和夹爪单元；

所述直线移动单元安装于所述爬行安装面上，所述直线移动单元的长度方向沿所述外壳的轴向安装；

所述直线移动单元包括双段丝杆；所述双段丝杆的两端分别设有互为相反旋向的螺纹；

所述双段丝杆的两端均安装有所述夹爪单元，所述夹爪单元与双段丝杆传动连接；

多个所述夹爪单元用于交替夹紧待清洁的天线，所述双段丝杆用于驱动所述夹爪单元沿所述天线轴向移动；

所述外壳上安装有清洁机构，所述清洁机构用于夹紧清洁所述天线。

2.根据权利要求1所述的仿生蠕动式清洁机器人，其特征在于，

两所述爬行安装面的夹角为115°-165°。

3.根据权利要求1所述的仿生蠕动式清洁机器人，其特征在于，

所述直线移动单元包括定端支撑板、电机支撑板和导杆；

所述定端支撑板和所述电机支撑板分别安装于所述爬行安装面的两头；

所述导杆的两端分别与所述定端支撑板和所述电机支撑板连接固定；

所述电机支撑板固定连接有驱动电机；

所述双段丝杆的一端与所述驱动电机的输出轴传动连接，所述双段丝杆的另一端与所述定端支撑板转动连接；

所述夹爪单元与所述导杆滑动连接。

4.根据权利要求3所述的仿生蠕动式清洁机器人，其特征在于，

所述爬行安装面为开放面；

所述外壳内还安装有支撑框架；

所述支撑框架上设有所述爬行安装面；

所述定端支撑板和所述电机支撑板连接固定于所述支撑面上。

5.根据权利要求3或4任一项所述的仿生蠕动式清洁机器人，其特征在于，

所述直线移动单元包括还包括两个连接块；

所述导杆的两端均滑动安装有直线轴承；

所述双段丝杆的两端均螺纹连接有丝杆螺母；

单个所述连接块与位于同一端的所述直线轴承和所述丝杆螺母连接固定；

两所述连接块的外侧均安装有所述夹爪单元。

6.根据权利要求5所述的仿生蠕动式清洁机器人，其特征在于，

所述夹爪单元包括连接板、支承板、夹爪电机、中间板、爪板和指板；

所述连接板的一侧与所述连接块的外侧连接固定，所述连接板的另一侧与所述支承板的一侧连接固定；

所述夹爪电机连接固定于所述支承板上；

所述中间板与所述夹爪电机的转轴传动连接；

所述爪板两端分别与所述中间板和所述指板固定连接。

7.根据权利要求6所述的仿生蠕动式清洁机器人，其特征在于，

所述指板有多块；

多块层叠的所述指板之间安装有螺柱，所述螺柱固定连接多块所述指板。

8.根据权利要求7所述的仿生蠕动式清洁机器人，其特征在于，

所述指板的夹持面上设有波纹齿。

9.根据权利要求1所述的仿生蠕动式清洁机器人，其特征在于，

所述外壳的一端面设有两组连接杆，两组所述连接杆上均安装有所述清洁机构；

所述清洁机构包括摆动电机、圆弧安装板和刷毛；

所述摆动电机安装固定于所述连接杆上，所述摆动电机的转轴与所述圆弧安装板的一端传动连接；

多根所述刷毛固定于所述圆弧安装板的内圆侧。

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