CN115262875B - 适用于各式女儿墙的屋檐除冰机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种屋檐除冰机器人，属于自动除冰设备技术领域。包括起支撑及保障作用的安全保障机构，安全保障机构底部安装有行进机构，安全保障机构内部安装有升降机构，升降机构驱动推出板升降，推出板通过推出机构驱动推出或收拢，推出板下方安装有除冰机构，推出板下表面还安装有用于对除冰机构进行精确定位的定位机构，行进机构、升降机构、推出机构、定位机构、除冰机构均受控于自动控制机构。本发明解决了破冰刀具在空间中定位的问题，同时解决了机器人在凹凸不平的屋檐顶部稳定行走的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种屋檐除冰机器人，属于自动除冰设备技术领域。
背景技术
当前，暴雪天气常有发生，我国北方地区的屋檐上会形成积雪，在初春天气转暖之时，积雪融化，在屋檐的下表面就容易形成冰锥，冰锥一旦坠落，就会造成人员伤亡和财产损失，给人们的生活造成了极大的威胁和不便。目前，屋檐上的冰锥大部分都是靠自然融化坠落,只有少部分冰锥是靠人工清除的。
目前，人工清除采用的方式一般为长竹竿除冰、搭建云梯除冰等，除冰效率低，费时费力，而且除冰工作人员的安全也得不到保障。
现急需要一种能够针对冰锥坠落问题及时清除的智能装置，来解决冬季头顶上的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种屋檐除冰机器人，解决了破冰刀具在空间中定位的问题，同时解决了机器人在凹凸不平的屋檐顶部稳定行走的问题。本发明普适于不同规格的女儿墙、不同排水结构的屋顶以及高架桥的外沿，可以保障过路人员、车辆的安全，为交通安全贡献一份力量。与现有人工清除的方式相比，工作稳定、省时省力、工作效率高，而且更能够保证除冰人员的安全。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适用于各式女儿墙的屋檐除冰机器人，其特殊之处在于包括起支撑及保障作用的安全保障机构6，安全保障机构6底部安装有行进机构5，安全保障机构6内部安装有升降机构1，升降机构1驱动推出板3-1升降，推出板3-1通过推出机构2驱动推出或收拢，推出板3-1下方安装有除冰机构4，推出板3-1下表面还安装有用于对除冰机构进行精确定位的定位机构3，行进机构5、升降机构1、推出机构2、定位机构3、除冰机构4均受控于自动控制机构；
所述升降机构1包括两个左右对称设计的升降模块，升降模块包括垂直设置的支撑架1-1，支撑架1-1高度方向两侧设有支撑架导轨，支撑架1-1顶部固定有用于安装链轮电机1-4的悬轴1-3，悬轴1-3设于悬吊架1-2下方，悬轴1-3通过链轮电机1-4驱动转动，悬轴1-3上安装有两个链轮1-8，链轮1-8与链条1-5相啮合，链条1-5的前链条底部安装有前承起台1-6，链条1-5的后链条底部固定有能稳定重心的后压重块1-7，前承起台1-6通过两侧的大滑轮1-9在支撑架导轨上滑动，后压重块1-7通过两侧的小滑轮1-10在支撑架导轨上滑动，前承起台1-6和推出板3-1固接，由此推出板3-1通过升降机构1升高，实现了推出板3-1在升降机构1操纵下沿着竖直方向上的运动；
所述悬吊架1-2上端通过螺栓拧在支撑架1-1顶端；
所述推出机构2包括安装于前承起台1-6上的齿条2-1，齿条2-1上啮合有直齿轮2-2，直齿轮2-2通过直齿轮轴2-3与蜗轮2-8固接，蜗轮2-8与蜗杆2-9啮合，蜗杆2-9与齿轮电机2-12输出轴固接，顶升支架座2-5固定在推出板3-1上，轴承盖2-4盖在顶升支架座2-5上，直齿轮轴2-3从上到下安装着蜗轮轴承2-6、蜗轮轴承垫片2-7、蜗轮2-8、固定长螺母2-10、蜗轮轴承2-6、圆柱滚子轴承2-11，通过推出机构2给推出板3-1提供动力和途径，使其能够安全稳定地工作。
所述定位机构3包括安装于推出板3-1中后部的固接丝杠电机支座3-3，丝杠电机支座3-3上安装丝杠电机3-2，丝杠电机3-2输出轴通过联轴器3-5与丝杠轴3-4相连，在联轴器3-5和丝杠轴3-4间通过六角螺母3-6紧定固位；丝杠轴3-4上依次装有BK支撑座3-7、丝杆螺母3-8、BF支撑座3-9和卡簧3-10，丝杠轴3-4两侧推出板3-1上固定有滑动导轨3-13，卡座3-15套在滑动导轨3-13上，连接板3-14上与丝杆螺母3-8固接，连接板3-14下与伸缩杆3-16固接，丝杆螺母3-8前方安装有第一摄像头3-12；通过升降装置和推出装置，对机器人进行粗略定位，定位装置通过伸缩杆和丝杠机构，对机器人进行精确定位；
所述除冰机构4包括焊接在伸缩杆3-16底部的除冰工作台4-1，除冰工作台4-1上表面的前方放置除冰电机4-2、第二摄像头3-17，除冰电机4-2输出轴透过除冰工作台4-1与大带轮4-3固接，除冰工作台4-1后端通有带轮轴4-6，带轮轴4-6下端固接圆盘锯锯片4-7，圆盘锯锯片4-7下端设有小带轮4-4，皮带4-5绕过大带轮4-3和小带轮4-4，由除冰电机4-2提供动力，使大带轮4-3转动，并带动小带轮4-4转动，从而带动圆盘锯锯片4-7工作；
所述行进机构5包括安装于行进壳体内的行进电机5-3，行进电机5-3输出轴与小齿轮5-5啮合，小齿轮5-5带动啮合的大齿轮5-6转动，大齿轮5-6安装于大齿轮轴5-15上，大齿轮轴5-15上啮合着小链轮5-14，小链轮5-14转动从而带动链条5-7转动，链条5-7啮合着大链轮5-13、小链轮5-14，从而一起转动，大链轮轴5-16连接麦克纳姆轮5-1和旋转编码器5-9，全向轮5-2通过螺栓5-8固定在行进壳体上，行进壳体由开口型固定环5-10和螺栓5-8固定；
所述行进壳体内安装有多个圆柱销5-12，开口型固定环5-10固接在其中一个圆柱销5-12上，通过圆柱销5-12将减震器5-4固定在行进壳体上；
所述安全保障机构6由承重块6-1、机体支架6-2、车轮保护壳6-3、车壳6-4组成，承重块6-1放置在机体后方机体支架6-2上，机体支架6-2作为承重的基础，通过焊接将各部分联系起来。
本发明的适用于各式女儿墙的屋檐除冰机器人，能实现破冰刀具在空间中的定位，解决机器人在凹凸不平的屋檐顶部稳定行走的问题，普适于不同规格的女儿墙、不同排水结构的屋顶以及高架桥的外沿，可以保障过路人员、车辆的安全，为交通安全贡献一份力量，与现有人工清除的方式相比，工作稳定、省时省力、工作效率高，而且更能够保证除冰人员的安全。
附图说明
图1：本发明适用于各式女儿墙的屋檐除冰机器人的整体结构示意图；
图2：升降机构的结构示意图1；
图3：升降机构的结构示意图2；
图4：推出机构的结构示意图1；
图5：推出机构的结构示意图2；
图6：推出机构的结构示意图3；
图7：定位机构结构示意图1；
图8：定位机构结构示意图2；
图9：除冰机构的结构示意图1；
图10：除冰机构的结构示意图2；
图11：行进机构的结构示意图1；
图12：行进机构的结构示意图2；
图13：行进机构的结构示意图3；
图14：行进机构的结构示意图4；
图15：安全保障机构的结构示意图；
图16：本发明适用于各式女儿墙的屋檐除冰机器人的工作情况结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的适用于各式女儿墙的屋檐除冰机器人，请参阅图1-图16，包括起支撑及保障作用的安全保障机构6，安全保障机构6底部安装有行进机构5，安全保障机构6内部安装有升降机构1，升降机构1驱动推出板3-1升降，推出板3-1通过推出机构2驱动推出或收拢，推出板3-1下方安装有除冰机构4，推出板3-1下表面还安装有用于对除冰机构进行精确定位的定位机构3，行进机构5、升降机构1、推出机构2、定位机构3、除冰机构4均受控于自动控制机构。本实施例的适用于各式女儿墙的屋檐除冰机器人可以实现破冰刀具在空间中的准确定位，可以解决机器人在凹凸不平的屋檐顶部稳定行走的问题，可以普适于不同规格的女儿墙、不同排水结构的屋顶以及高架桥的外沿，还可以保障过路人员、车辆的安全，为交通安全贡献一份力量。与现有人工清除的方式相比，工作稳定、省时省力、工作效率高，而且更能够保证除冰人员的安全。
升降机构包括支撑架1-1、悬吊架1-2、悬轴1-3、链轮电机1-4、链条1-5、前承起台1-6、后压重块1-7、链轮1-8、大滑轮1-9、小滑轮1-10组成。支撑架1-1顶部固定悬吊架1-2，悬吊架1-2上端螺栓拧在支撑架1-1顶端，下端悬轴1-3撑载支撑架1-1两侧；悬轴1-3与链轮电机孔、链轮1-8配合固定。链轮1-8上啮合链条1-5：前链条尾端固定前承起台1-6，后链条尾端固定后压重块1-7，能够稳定重心。前承起台1-6是通过两侧的大滑轮1-9在支撑架导轨上滑动、后压重块1-7是通过两侧的小滑轮1-10在支撑架导轨上滑动。遥控驱动链轮电机1-4工作，其带动悬轴1-3旋转，悬轴1-3固接着链轮1-8，链轮1-8又和链条1-5相啮合，从而带动链轮1-8和链条1-5转动，当链条1-5向外侧旋转时，拉动前承起台1-6通过大滑轮1-9在支撑架1-1上升起，从而带动后压重块1-7通过小滑轮1-10在支撑架1-1向下运动，后压重块1-7起到压重和平衡力的作用。前承起台1-6和推出板3-1固接，由此推出板3-1通过升降机构1升高，实现了推出板3-1在链条升降机构操纵下沿着竖直方向上的运动。
推出机构是由齿条2-1、直齿轮2-2、直齿轮轴2-3、轴承盖2-4、顶升支架座2-5、蜗轮轴承2-6、蜗轮轴承垫片2-7、蜗轮2-8、蜗杆2-9、固定长螺母2-10、圆柱滚子轴承2-11、齿轮电机2-12组成。齿条2-1通过螺栓固定在升降装置的前承起台1-6上，直齿轮2-2与之啮合，直齿轮2-2通过直齿轮轴2-3与蜗轮2-8固接，蜗轮2-8与蜗杆2-9啮合，蜗杆2-9与齿轮电机2-12输出轴固接。顶升支架座2-5固定在推出板3-1上，轴承盖2-4盖在顶升支架座2-5上，直齿轮轴2-3从上到下安装着蜗轮轴承2-6、蜗轮轴承垫片2-7、蜗轮2-8、固定长螺母2-10、蜗轮轴承2-6、圆柱滚子轴承2-11。推出装置是给推出板提供动力和途径，使其能够安全稳定地工作。
定位机构是由推出板3-1、丝杠电机3-2、丝杠电机支座3-3、丝杠轴3-4、联轴器3-5、六角螺母3-6、BK支撑座3-7、丝杆螺母3-8、BF支撑座3-9、卡簧3-10、摄像头支架3-11、第一摄像头3-12、滑动导轨3-13、连接板3-14、卡座3-15、伸缩杆3-16、第二摄像头3-17。推出板3-1的中后部固接丝杠电机支座3-3，丝杠电机支座3-3上安装丝杠电机3-2；丝杠电机3-2输出轴通过联轴器3-5与丝杠轴3-4相连，在联轴器3-5和丝杠轴3-4间通过六角螺母3-6紧定固位；丝杠轴3-4上依次装有BK支撑座3-7、丝杆螺母3-8、BF支撑座3-9和卡簧3-10；丝杠轴3-4两侧推出板3-1上固定有滑动导轨3-13，卡座3-15套在滑动导轨3-13上；连接板3-14上与丝杆螺母3-8固接，连接板3-14下与伸缩杆3-16固接；第一摄像头3-12安装于丝杆螺母3-8前端。通过升降装置和推出装置，对机器人进行粗略定位，定位装置通过伸缩杆和丝杠机构，对机器人进行精确定位。
除冰机构是由除冰工作台4-1、除冰电机4-2、大带轮4-3、小带轮4-4、皮带4-5、带轮轴4-6、圆盘锯锯片4-7组成。除冰工作台4-1焊接在伸缩杆3-16的底端，除冰工作台4-1上表面的前方放置除冰电机4-2，除冰电机4-2输出轴透过除冰工作台4-1与大带轮4-3固接，第二摄像头3-17安装于除冰工作台4-1上；除冰工作台4-1后端通有带轮轴4-6，带轮轴4-6下端固接圆盘锯锯片4-7，圆盘锯锯片4-7下端小带轮4-4与带轮轴4-6固接；皮带4-5绕过大带轮4-3和小带轮4-4，由除冰电机4-2提供动力，使大带轮4-3转动，并带动小带轮4-4转动，从而带动圆盘锯锯片工作。
行进机构是由麦克纳姆轮5-1、全向轮5-2、行进电机5-3、减震器5-4、小齿轮5-5、大齿轮5-6、链条5-7、螺栓5-8、旋转编码器5-9、开口型固定环5-10、黑色缓冲块5-11、圆柱销5-12、大链轮5-13、小链轮5-14、大齿轮轴5-15、大链轮轴5-16组成。行进电机5-3输出轴与小齿轮5-5啮合，行进电机5-3就会带动小齿轮5-5转动，小齿轮5-5带动啮合的大齿轮5-6转动，大齿轮轴5-15上啮合着小链轮5-14，小链轮5-14转动从而带动链条5-7转动，链条5-7啮合着大链轮5-13、小链轮5-14，从而一起转动，大链轮轴5-16啮合着麦克纳姆轮5-1和旋转编码器5-9；开口型固定环5-10固接在部分圆柱销5-12上；圆柱销5-12将减震器5-4固定在车轮保护壳6-3上；全向轮5-2通过螺栓5-8固定在车轮保护壳6-3上，车轮保护壳6-3由开口型固定环5-10和螺栓5-8固定住。
安全保障机构由承重块6-1、机体支架6-2、车轮保护壳6-3、车壳6-4组成。根据切割冰锥位置的不同，选择不同质量的承重块6-1，承重块6-1放置在机体后方机体支架6-2上，车轮保护壳6-3由开口型固定环5-10和螺栓5-8固定住，机体支架6-2作为承重的基础，通过焊接将各部分联系起来。
工作原理：高楼地面上，通过人眼定位和4/5G通讯远程调控来控制机器人运动。首先，利用遥控驱动行进电机5-3，行进电机5-3与小齿轮5-5在同一条轴上，行进电机5-3带动小齿轮5-5转动，小齿轮5-5和大齿轮5-6啮合，从而大齿轮5-6转动，大齿轮5-6所在轴安装着小链轮5-14，小链轮5-14通过链条5-7和大链轮5-13连接，实现转动，大链轮5-13所在轴安装着麦克纳姆轮5-1，从而实现麦克纳姆轮5-1的驱动，到达女儿墙屋檐后；工作人员利用遥控使机器人通过升降机构1和推出机构2对冰锥进行粗略定位，遥控驱动链轮电机1-4工作，其带动悬轴1-3旋转，悬轴1-3固接着链轮1-8，链轮1-8又和链条1-5相啮合，从而带动链轮1-8和链条1-5转动，当链条1-5向外侧旋转时，拉动前承起台1-6通过大滑轮1-9在支撑架1-1上升起，从而带动后压重块1-7通过小滑轮1-10在支撑架1-1向下运动，后压重块1-7起到压重和平衡力的作用。前承起台1-6和推出板3-1固接，由此推出板3-1通过升降机构1升高，将推出板3-1升高就能在竖直方向上粗略确定机器人的破冰位置。通过推出机构2将推出板3-1推出，其中齿轮电机2-12提供能量，带动蜗轮2-8、蜗杆2-9转动，从而传递给直齿轮2-2，直齿轮2-2沿着齿条2-1走，就带动了推出板3-1的推出，进行粗略的定位。第一摄像头3-12，第二摄像头3-17会实时拍摄相关画面传输到屏幕上，遥控将控制伸缩杆电机以此控制伸缩杆3-16伸长的长度，此时丝杠电机3-2带动丝杆螺母3-8向屋檐内部移动，丝杆螺母3-8与连接板3-14固接，连接板3-14与伸缩杆3-16固接，伸缩杆3-16与圆盘锯锯片4-7固接，使圆盘锯锯片4-7向屋檐内部移动，以上两步完成对屋檐冰锥的准确定位。伴随着麦克纳姆轮5-1沿着屋檐移动，锯片切割冰锥，在遥控的操纵下机器人运动到下一个地方进行除冰。当前，暴雪天气常有发生，我国北方地区的屋檐上会形成积雪，在初春天气转暖之时，积雪融化，在屋檐的下表面就容易形成冰锥，冰锥一旦坠落，就会造成人员伤亡和财产损失，给人们的生活造成了极大的威胁和不便。目前，屋檐上的冰锥大部分都是靠自然融化坠落,只有少部分冰锥是靠人工清除的。然而人工清除采用的方式一般为长竹竿除冰、搭建云梯除冰等，除冰效率低，费时费力，而且除冰工作人员的安全也得不到保障。安全保障机构不仅支撑机体，而且保障升降机构的升降位置和车轮正常行走；行进机构带领机体完成在路面上行走的过程，遇到凹凸不平的路面时，能够减震缓冲的行走，提供给机体一个安全稳定的运作环境。只有两个机构在安全稳定的情况下，破冰机器人才能高效完成破冰工作。本发明可以实现破冰刀具在空间中的定位，可以解决机器人在凹凸不平的屋檐顶部稳定行走的问题，可以普适于不同规格的女儿墙以及不同排水结构的屋顶，还可以保障过路人员、车辆的安全，为交通安全贡献一份力量。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (1)
1.一种适用于各式女儿墙的屋檐除冰机器人，其特征在于包括起支撑及保障作用的安全保障机构，安全保障机构底部安装有行进机构，安全保障机构内部安装有升降机构，升降机构驱动推出板升降，推出板通过推出机构驱动推出或收拢，推出板下方安装有除冰机构，推出板下表面还安装有用于对除冰机构进行精确定位的定位机构，行进机构、升降机构、推出机构、定位机构、除冰机构均受控于自动控制机构；
所述升降机构包括两个左右对称设计的升降模块，升降模块包括垂直设置的支撑架，支撑架高度方向两侧设有支撑架导轨，支撑架顶部固定有用于安装链轮电机的悬轴，悬轴设于悬吊架下方，悬轴通过链轮电机驱动转动，悬轴上安装有两个链轮，链轮与链条相啮合，链条的前链条底部安装有前承起台，链条的后链条底部固定有能稳定重心的后压重块，前承起台通过两侧的大滑轮在支撑架导轨上滑动，后压重块通过两侧的小滑轮在支撑架导轨上滑动，前承起台和推出板固接；
所述悬吊架上端通过螺栓拧在支撑架顶端；
所述推出机构包括安装于前承起台上的齿条，齿条上啮合有直齿轮，直齿轮通过直齿轮轴与蜗轮固接，蜗轮与蜗杆啮合，蜗杆与齿轮电机输出轴固接，顶升支架座固定在推出板上，轴承盖盖在顶升支架座上，直齿轮轴从上到下安装着蜗轮轴承、蜗轮轴承垫片、蜗轮、固定长螺母、蜗轮轴承、圆柱滚子轴承；
所述定位机构包括安装于推出板中后部的固接丝杠电机支座，丝杠电机支座上安装丝杠电机，丝杠电机输出轴通过联轴器与丝杠轴相连，在联轴器和丝杠轴间通过六角螺母紧定固位；丝杠轴上依次装有BK支撑座、丝杆螺母、BF支撑座和卡簧，丝杠轴两侧推出板上固定有滑动导轨，卡座套在滑动导轨上，连接板上与丝杆螺母固接，连接板下与伸缩杆固接，丝杆螺母前方安装有第一摄像头；
所述除冰机构包括焊接在伸缩杆底部的除冰工作台，除冰工作台上表面的前方放置除冰电机、第二摄像头，除冰电机输出轴透过除冰工作台与大带轮固接，除冰工作台后端通有带轮轴，带轮轴下端固接圆盘锯锯片，圆盘锯锯片下端设有小带轮，皮带绕过大带轮和小带轮，由除冰电机提供动力，使大带轮转动，并带动小带轮转动，从而带动圆盘锯锯片工作；
所述行进机构包括安装于行进壳体内的行进电机，行进电机输出轴与小齿轮啮合，小齿轮带动啮合的大齿轮转动，大齿轮安装于大齿轮轴上，大齿轮轴上啮合着小链轮，小链轮转动从而带动链条转动，链条啮合着大链轮、小链轮，从而一起转动，大链轮轴连接麦克纳姆轮和旋转编码器，全向轮通过螺栓固定在行进壳体上，行进壳体由开口型固定环和螺栓固定；
所述行进壳体内安装有多个圆柱销，开口型固定环固接在其中一个圆柱销上，通过圆柱销将减震器固定在行进壳体上；
所述安全保障机构由承重块、机体支架、车轮保护壳、车壳组成，承重块放置在机体后方机体支架上，机体支架作为承重的基础，通过焊接将各部分联系起来。
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