CN202201081U - 一种自动越障爬杆清洗机器人 - Google Patents

Abstract

一种自动越障爬杆清洗机器人，它包括爬升系统、抱杆系统和清洗系统，所述爬升系统由爬升驱动电机、爬升主动齿轮、爬升从动齿轮、上基体、爬升螺杆、爬升异型螺母、下基体和两根导杆组成；所述爬升驱动电机固定安装在上基体前壁上，爬升主动齿轮通过联轴器与爬升驱动电机输出轴固定联接，所述爬升主动齿轮与爬升从动齿轮啮合，所述爬升异型螺母与爬升螺杆构成螺旋运动副，所述爬升螺杆上端穿过上基体，下端与下基体铰接，所述导杆以爬升螺杆为轴左右对称布置，所述上基体左侧壁和下基体右侧壁均呈圆弧状。本实用新型可用于路灯杆、悬索桥钢索、杆状城市建筑的保洁，将人们从繁重劳动和恶劣工作环境中解脱出来。

Description

一种自动越障爬杆清洗机器人

技术领域

本实用新型涉及一种能够在各种矗立的杆塔上攀爬行走，并实现对其表面的灰尘进行清洁处理的机器人，属机械手技术领域。 

背景技术

随着城市建设的不断发展，高层建筑的卫生保洁工作越来越受到人们的重视。为了将人类从危险恶劣的工作环境中解脱出来，各种机器人应运而生。目前，大多数用于爬高作业的机器人采用负压吸附和仿生技术来实现其爬升功能，普遍存在着结构复杂、故障率高、维修困难等缺陷，并且功能单一，适用于杆、塔的各种不规则表面灰尘清除的机器人是环卫机械领域的一项空白。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自动越障爬杆清洗机器人，它利用电机驱动、齿轮传动和螺旋传动实现越障爬升功能，通过电机带动清洗控制系统完成高空各种表面的清洗动作。 

本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的： 

一种自动越障爬杆清洗机器人，构成中包括爬升系统、抱杆系统和清洗系统，所述爬升系统由爬升驱动电机、爬升主动齿轮、爬升从动齿轮、上基体、爬升螺杆、爬升异型螺母、下基体和两根导杆组成；所述爬升驱动电机固定安装在上基体前壁上，爬升主动齿轮通过联轴器与爬升驱动电机输出轴固定联接，所述爬升主动齿轮与爬升从动齿轮啮合，所述爬升从动齿轮中心轴孔与爬升异型螺母上部外圆面过盈配合套装，所述爬升异型螺母下部穿过上基体后向外翻边，爬升异型螺母与爬升螺杆构成螺旋运动副，所述爬升螺杆上端穿过上基体，下端与下基体铰接，所述导杆以爬升螺杆为轴左右对称布置，其上端与上基体螺纹联接，下端穿越下基体对应连接孔，所述上基体左侧壁和下基体右侧壁均呈圆弧状，其中间部位开有水平阶梯槽，在水平阶梯槽的上下两壁同一垂直位置上开有贯穿的孔。

上述自动越障爬杆清洗机器人，所述抱杆系统由左臂总成和右臂总成组成；所述左臂总成包括左臂抱杆驱动电机、左臂抱杆主动齿轮、左臂抱杆从动齿轮、上卡爪、左臂空心壳、抱杆螺杆和卡爪连接螺母，所述左臂抱杆驱动电机固定安装在左臂空心壳上端侧壁上，左臂抱杆主动齿轮通过联轴器与左臂抱杆驱动电机输出轴固定联接，所述左臂抱杆主动齿轮与左臂抱杆从动齿轮啮合，所述左臂抱杆从动齿轮通过联接键与抱杆螺杆上端固定联接，所述抱杆螺杆由螺纹旋向相反的上下两部分组成，分别与两个卡爪连接螺母组成移动方向相反的螺旋传动副，所述螺旋传动副置于左臂空心壳中，上卡爪与对应的卡爪连接螺母固定联接，左臂总成下端侧壁呈圆弧状，其中间部位开有水平阶梯槽，在水平阶梯槽的上下两壁同一垂直位置上开有贯穿的孔，其水平阶梯槽与上基体弧状左侧壁上的水平阶梯槽插接并通过贯穿孔铰接；所述右臂总成包括右臂抱杆驱动电机、右臂抱杆主动齿轮、右臂抱杆从动齿轮、下卡爪、右臂空心壳、抱杆螺杆和卡爪连接螺母，所述右臂抱杆驱动电机固定安装在右臂空心壳上端侧壁上，右臂抱杆主动齿轮通过联轴器与右臂抱杆驱动电机输出轴固定联接，所述右臂抱杆主动齿轮与右臂抱杆从动齿轮啮合，所述右臂抱杆从动齿轮通过联接键与抱杆螺杆上端固定联接，所述抱杆螺杆与卡爪连接螺母组成螺旋传动副，所述螺旋传动副置于右臂空心壳中，下卡爪与对应的卡爪连接螺母固定联接，右臂总成下端侧壁呈圆弧状，其中间部位开有水平阶梯槽，在水平阶梯槽的上下两壁同一垂直位置上开有贯穿的孔，其水平阶梯槽与下基体弧状右侧壁上的水平阶梯槽插接并通过贯穿孔铰接。 

上述自动越障爬杆清洗机器人，所述清洗系统包括清洗毛刷往复运动控制机构、清洗毛刷角度调整控制机构、清洗毛刷张合控制机构和清洗毛刷，它们均安装在左臂空心壳的外壁上。 

上述自动越障爬杆清洗机器人，所述越障系统包括左臂越障机构和右臂越障机构。所述左臂越障机构由左臂越障驱动电机和左臂越障蜗轮蜗杆传动副组成，所述左臂越障驱动电机固定安装在上基体后侧壁上，通过联轴器与左臂越障蜗轮蜗杆传动副中的蜗杆固定联接，蜗轮置于上基体侧壁水平阶梯槽与左臂下端插接水平阶梯槽组成的空腔中，蜗轮轴穿过蜗轮和左臂下端水平阶梯槽并通过联接键将三者固定联接成一个整体；所述右臂越障机构由右臂越障驱动电机和右臂越障蜗轮蜗杆传动副组成，所述右臂越障驱动电机固定安装在下基体后侧壁上，通过联轴器与右臂越障蜗轮蜗杆传动副中的蜗杆固定联接，蜗轮置于上基体侧壁水平阶梯槽与右臂下端插接水平阶梯槽组成的空腔中，蜗轮轴穿过蜗轮和右臂下端水平阶梯槽并通过联接键将三者固定联接成一个整体。 

上述自动越障爬杆清洗机器人，构成中还设有清洗水循环装置，所述清洗水循环装置安装在上基体对应位置上。 

本实用新型通过电机驱动齿轮传动机构、带动螺旋传动副，将电机输出轴的旋转运动转变为上下基体和上下卡爪的直线运动，来完成机器人的爬升、抱杆动作；通过电机驱动蜗轮蜗杆传动机构，带动左右臂转动，来完成机器人的越障功能；通过清洗控制系统来完成对高空塔、杆的不规则表面的灰尘清洗工作。本实用新型由电机驱动代替了传统的液压驱动，便于设备的维修，同时也降低了制造成本。总之，本实用新型由机器人能代替人工完成各种危险动作，可用于路灯杆、悬索桥钢索、杆状城市建筑的保洁，达到了将人们从繁重劳动和恶劣工作环境中解脱出来的目的。 

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。 

图1是一种自动越障爬杆清洗机器人的后视图； 

图2是一种自动越障爬杆清洗机器人的侧视图；

图3是一种自动越障爬杆清洗机器人的爬升系统剖面结构图；

图4是一种自动越障爬杆清洗机器人的抱杆系统（右臂）剖面结构图；

图5是图1中B-B剖面结构图；

图6是图5所示结构在越障过程中某一位置的剖面结构图；

图7是图1的A-A剖面图。

图中各标号为：1、爬升驱动电机，2、爬升主动齿轮，3、爬升从动齿轮，4、上基体，5、爬升螺杆，6、下基体，7、右臂抱杆驱动电机，8、右臂抱杆主动齿轮，9、右臂抱杆从动齿轮，10、抱杆螺杆，11、卡爪连接螺母， 12、下卡爪，13、右臂空心壳，14、左臂抱杆驱动电机，15、左臂抱杆主动齿轮，16、左臂抱杆驱动电机，17、左臂空心壳，18、上卡爪，19、导杆，20、左臂越障驱动电机，21、左臂越障蜗轮蜗杆传动副，22、清洗毛刷往复运动控制机构，23、清洗毛刷角度调整控制机构，24、清洗毛刷张合控制机构，25、清洗毛刷，26、右臂越障驱动电机，27、右臂越障蜗轮蜗杆传动副，28、爬升异型螺母，29、清洗水循环装置。 

具体实施方式

参看图 1、图 2、图3，本实用新型构成中包括爬升系统、抱杆系统和越障系统。所述爬升系统由爬升驱动电机1、爬升主动齿轮2、爬升从动齿轮3、上基体4、爬升螺杆5、爬升异型螺母28、下基体6和两根导杆19组成；所述爬升驱动电机1固定安装在上基体4前壁上，爬升主动齿轮2通过联轴器与爬升驱动电机1输出轴固定联接，所述爬升主动齿轮2与爬升从动齿轮3啮合，所述爬升从动齿轮3中心轴孔与爬升异型螺母28上部外圆面过盈配合套装，所述爬升异型螺母28下部穿过上基体4后向外翻边，爬升异型螺母28与爬升螺杆5构成螺旋运动副，所述爬升螺杆5上端穿过上基体4，下端与下基体6铰接，所述导杆19以爬升螺杆5为轴左右对称布置，其上端与上基体4螺纹联接，下端穿越下基体6对应连接孔，所述上基体4左侧壁和下基体6右侧壁均呈圆弧状，其中间部位开有水平阶梯槽，在水平阶梯槽的上下两壁同一垂直位置上开有贯穿的孔。 

参看图 1、图 2、图4，本实用新型构成中的抱杆系统由左臂总成和右臂总成组成；所述左臂总成包括左臂抱杆驱动电机14、左臂抱杆主动齿轮15、左臂抱杆从动齿轮16、上卡爪18、左臂空心壳17、抱杆螺杆10和卡爪连接螺母11，所述左臂抱杆驱动电机14固定安装在左臂空心壳17上端侧壁上，左臂抱杆主动齿轮15通过联轴器与左臂抱杆驱动电机14输出轴固定联接，所述左臂抱杆主动齿轮15与左臂抱杆从动齿轮16啮合，所述左臂抱杆从动齿轮16通过联接键与抱杆螺杆10上端固定联接，所述抱杆螺杆10由螺纹旋向相反的上下两部分组成，分别与两个卡爪连接螺母11组成移动方向相反的螺旋传动副，所述螺旋传动副置于左臂空心壳17中，上卡爪18与对应的卡爪连接螺母11固定联接，左臂总成下端侧壁呈圆弧状，其中间部位开有水平阶梯槽，在水平阶梯槽的上下两壁同一垂直位置上开有贯穿的孔，其水平阶梯槽与上基体4弧状左侧壁上的水平阶梯槽插接并通过贯穿孔铰接；所述右臂总成包括右臂抱杆驱动电机7、右臂抱杆主动齿轮8、右臂抱杆从动齿轮9、下卡爪12、右臂空心壳13、抱杆螺杆和卡爪连接螺母，所述右臂抱杆驱动电机7固定安装在右臂空心壳13上端侧壁上，右臂抱杆主动齿轮8通过联轴器与右臂抱杆驱动电机7输出轴固定联接，所述右臂抱杆主动齿轮8与右臂抱杆从动齿轮9啮合，所述右臂抱杆从动齿轮9通过联接键与抱杆螺杆上端固定联接，所述抱杆螺杆由螺纹旋向相反的上下两部分组成，分别与两个卡爪连接螺母组成移动方向相反的螺旋传动副，所述螺旋传动副置于右臂空心壳13中，下卡爪12与对应的卡爪连接螺母固定联接，右臂总成下端侧壁呈圆弧状，其中间部位开有水平阶梯槽，在水平阶梯槽的上下两壁同一垂直位置上开有贯穿的孔，其水平阶梯槽与下基体6弧状右侧壁上的水平阶梯槽插接并通过贯穿孔铰接。 

参看图 1、图 2、图5、图6、图7，本实用新型构成中的越障系统包括左臂越障机构和右臂越障机构。所述左臂越障机构由左臂越障驱动电机20和左臂越障蜗轮蜗杆传动副21组成，所述左臂越障驱动电机20固定安装在上基体4后侧壁上，通过联轴器与左臂越障蜗轮蜗杆传动副21中的蜗杆固定联接，蜗轮置于上基体侧壁水平阶梯槽与左臂下端插接水平阶梯槽组成的空腔中，蜗轮轴穿过蜗轮和左臂下端水平阶梯槽并通过联接键将三者固定联接成一个整体；所述右臂越障机构由右臂越障驱动电机26和右臂越障蜗轮蜗杆传动副27组成，所述右臂越障驱动电机26固定安装在下基体6后侧壁上，通过联轴器与右臂越障蜗轮蜗杆传动副27中的蜗杆固定联接，蜗轮置于上基体侧壁水平阶梯槽与右臂下端插接水平阶梯槽组成的空腔中，蜗轮轴穿过蜗轮和右臂下端水平阶梯槽并通过联接键将三者固定联接成一个整体。 

参看图 1、图 2、图3、图4，一种自动越障爬杆清洗机器人的爬升工作过程是：接通左臂抱杆驱动电机14电源,使电机正转,通过左臂抱杆主动齿轮15与左臂抱杆从动齿轮16啮合带动抱杆螺杆10，抱杆螺杆10通过螺纹旋向相反上下部分带动两套卡爪连接螺母11向中间移动，两组上卡爪18逐渐靠近抱住爬杆。此时左臂抱紧爬杆，断开左臂抱杆驱动电机14电源,接通爬升驱动电机1电源，使电机正转,通过爬升主动齿轮2与爬升从动齿轮3啮合带动爬升螺母28正向旋转，爬升螺杆5通过螺旋运动副带动下基体6沿直线上升。然后，断开爬升驱动电机1电源，接通右臂抱杆驱动电机7电源,使电机正转,通过右臂抱杆主动齿轮8与右臂抱杆从动齿轮9啮合带动抱杆螺杆，抱杆螺杆通过螺纹旋向相反上下部分带动两套卡爪连接螺母向中间移动，两组下卡爪12逐渐靠近抱住爬杆。此时右臂抱紧爬杆，断开右臂抱杆驱动电机7电源,接通爬升驱动电机1电源，使电机反转,通过爬升主动齿轮2与爬升从动齿轮3啮合带动爬升螺母28反向旋转，爬升螺杆5通过螺旋运动副带动上基体4沿直线上升。通过与以上步骤相反的工作程序，完成自动越障爬杆清洗机器人的下降过程。 

参看图 1、图 2、图5、图6、图7，一种自动越障爬杆清洗机器人在沿杆体上升或下降过程中，可以跨越杆体中间的障碍物。其工作过程是：右臂抱紧爬杆时，接通左臂越障驱动电机20电源，在电机的驱动下，左臂越障蜗轮蜗杆传动副21带动左臂下端侧面水平阶梯槽绕铰链旋转，左臂实现最大180度的水平旋转而有效避开障碍物，待完成上升或下降动作之后恢复原来的姿态，完成后续的爬升或下降动作。当左臂抱紧爬杆时，通过与以上步骤相同的程序，操作右臂越障系统，实现右臂的越障功能。 

参看图 1、图 2，本实用新型通过清洗毛刷张合控制系统24来实现清洗毛刷25的同步张开闭合。当刷洗灯杆水平杆时，通过清洗毛刷角度调整控制系统23完成毛刷的角度调整。清洗过程中，往往需要多次循环刷洗，本实用新型利用导轨作为载体，通过电机驱动来实现此动作，即通过清洗毛刷往复运动控制系统22完成此功能。 

Claims (5)

1.一种自动越障爬杆清洗机器人，其特征是，构成中包括爬升系统、抱杆系统和清洗系统；所述爬升系统由爬升驱动电机（1）、爬升主动齿轮（2）、爬升从动齿轮（3）、上基体（4）、爬升螺杆（5）、爬升异型螺母（28）、下基体（6）和两根导杆（19）组成；所述爬升驱动电机（1）固定安装在上基体（4）前壁上，爬升主动齿轮（2）通过联轴器与爬升驱动电机（1）输出轴固定联接，所述爬升主动齿轮（2）与爬升从动齿轮（3）啮合，所述爬升从动齿轮（3）中心轴孔与爬升异型螺母（28）上部外圆面过盈配合套装，所述爬升异型螺母（28）与爬升螺杆（5）构成螺旋运动副，所述爬升螺杆（5）上端穿过上基体（4），下端与下基体（6）铰接，所述导杆（19）以爬升螺杆（5）为轴左右对称布置，其上端与上基体（4）螺纹联接，下端穿越下基体（6）对应连接孔，所述上基体（4）左侧壁和下基体（6）右侧壁均呈圆弧状，其中间部位开有水平阶梯槽，在水平阶梯槽的上下两壁同一垂直位置上开有贯穿的孔。

2.根据权利要求1所述的自动越障爬杆清洗机器人，其特征是，所述抱杆系统由左臂总成和右臂总成组成；所述左臂总成包括左臂抱杆驱动电机（14）、左臂抱杆主动齿轮（15）、左臂抱杆从动齿轮（16）、上卡爪（18）、左臂空心壳（17）、抱杆螺杆（10）和卡爪连接螺母（11），所述左臂抱杆驱动电机（14）固定安装在左臂空心壳（17）上端侧壁上，左臂抱杆主动齿轮（15）通过联轴器与左臂抱杆驱动电机（14）输出轴固定联接，所述左臂抱杆主动齿轮（15）与左臂抱杆从动齿轮（16）啮合，所述左臂抱杆从动齿轮（16）通过联接键与抱杆螺杆（10）上端固定联接，所述抱杆螺杆（10）由螺纹旋向相反的上下两部分组成，分别与两个卡爪连接螺母（11）组成移动方向相反的螺旋传动副，所述螺旋传动副置于左臂空心壳（17）中，上卡爪（18）与对应的卡爪连接螺母（11）固定联接，左臂总成下端侧壁呈圆弧状，其中间部位开有水平阶梯槽，在水平阶梯槽的上下两壁同一垂直位置上开有贯穿的孔，其水平阶梯槽与上基体（4）弧状左侧壁上的水平阶梯槽插接并通过贯穿孔铰接；所述右臂总成包括右臂抱杆驱动电机（7）、右臂抱杆主动齿轮（8）、右臂抱杆从动齿轮（9）、下卡爪（12）、右臂空心壳（13）、抱杆螺杆和卡爪连接螺母，所述右臂抱杆驱动电机（7）固定安装在右臂空心壳（13）上端侧壁上，右臂抱杆主动齿轮（8）通过联轴器与右臂抱杆驱动电机（7）输出轴固定联接，所述右臂抱杆主动齿轮（8）与右臂抱杆从动齿轮（9）啮合，所述右臂抱杆从动齿轮（9）通过联接键与抱杆螺杆上端固定联接，所述螺旋传动副置于右臂空心壳（13）中，下卡爪（12）与对应的卡爪连接螺母固定联接，右臂总成下端侧壁呈圆弧状，其中间部位开有水平阶梯槽，在水平阶梯槽的上下两壁同一垂直位置上开有贯穿的孔，其水平阶梯槽与下基体（6）弧状右侧壁上的水平阶梯槽插接并通过贯穿孔铰接。

3.根据权利要求2 所述的自动越障爬杆清洗机器人，其特征是，所述清洗系统包括清洗毛刷往复运动控制机构（22）、清洗毛刷角度调整控制机构（23）、清洗毛刷张合控制机构（24）和清洗毛刷（25），它们均安装在左臂空心壳（17）的外壁上。

4.根据权利要求3所述的自动越障爬杆清洗机器人，其特征是，构成中还设有越障系统，所述越障系统包括左臂越障机构和右臂越障机构；所述左臂越障机构由左臂越障驱动电机（20）和左臂越障蜗轮蜗杆传动副（21）组成，所述左臂越障驱动电机（20）固定安装在上基体（4）后侧壁上，通过联轴器与左臂越障蜗轮蜗杆传动副（21）中的蜗杆固定联接，蜗轮置于上基体侧壁水平阶梯槽与左臂下端插接水平阶梯槽组成的空腔中，蜗轮轴穿过蜗轮和左臂下端水平阶梯槽并通过联接键将三者固定联接成一个整体；所述右臂越障机构由右臂越障驱动电机（26）和右臂越障蜗轮蜗杆传动副（27）组成，所述右臂越障驱动电机（26）固定安装在下基体（6）后侧壁上，通过联轴器与右臂越障蜗轮蜗杆传动副（27）中的蜗杆固定联接，蜗轮置于上基体（4）的侧壁水平阶梯槽与右臂下端插接水平阶梯槽组成的空腔中，蜗轮轴穿过蜗轮和右臂下端水平阶梯槽并通过联接键将三者固定联接成一个整体。

5.根据权利要求4 所述的自动越障爬杆清洗机器人，其特征是，构成中还设有清洗水循环装置（29），所述清洗水循环装置（29）安装在上基体（4）对应位置上。

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