CN215254039U - 一种屋顶除雪机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种屋顶除雪机器人，本实用新型采用了屋顶状况自适应的除雪刀具，在除雪刀架底端设有两根可压缩的弹簧杆，使除雪刀具可以自适应屋顶小幅度的起伏，在除雪刀具两旁分别设置了导向滚轮，减小了运动过程中除雪刀具与屋顶间的摩擦力，保证了除雪工作顺利运行，提升了除雪效率；本实用新型设置有升降机构和旋转机构，实现了多自由度调节，可实现高度升降、倾斜角度调节、平台旋转、除雪刀架伸缩等功能，从而可以适应不同高度和倾角屋顶的除雪工作，满足大部分倾斜屋顶的除雪要求。

Description

一种屋顶除雪机器人

技术领域

本实用新型属于除雪机器人领域，具体涉及一种屋顶除雪机器人。

背景技术

冬季降雪量大的时候，如果不及时清扫，积雪昼融夜冻，会加重热胀冷缩作用从而在屋顶结构内部产生破坏应力，使结构疲劳强度降低；若积雪过厚，建筑物可能因材料强度不足而发生坍塌，从而使人们生命和财产安全受到威胁。此外，因屋檐的冰凌掉落砸伤行人和砸坏车辆的事件频频发生。因此，房屋的除雪工作对于保证建筑物和行人的安全非常重要。

目前，大多除雪工作仍采用传统的人工除雪，效率低、劳动量大，且危险系数高。此外，还有采用化学除雪法，该方法见效慢且化学除雪剂会腐蚀屋顶污染环境。已有的大型的除雪设备，多以道路除雪为主，而针对屋顶积雪清除还没有相关的设备。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种屋顶除雪机器人，解决了现有的除雪方法和除雪设备应用范围有限，导致部分倾斜屋顶无法除雪的问题。

为了达到上述目的，本实用新型包括行走机构、行走机构上设置有升降机构，升降机构上设置有旋转机构，旋转机构上设置有除雪机构；

除雪机构包括底座，底座设置在旋转机构上，底座上设置有轴承支座、电动推杆和幕布卷筒，轴承支座上设置有伸缩杆驱动电机，伸缩杆驱动电机连接电动伸缩杆，伸缩杆驱动电机用于驱动电动伸缩杆伸缩，电动推杆的一端通过铰链连接底座，另一端与电动伸缩杆铰接，电动推杆通过推杆驱动电机驱动，电动伸缩杆的远端设置有除雪刀架，除雪刀架的最前端伸缩杆内设置有弹簧，最前端伸缩杆的最前端设置有除雪刀具和导向滚轮，幕布卷筒伸出光滑幕布铰接于除雪刀具内侧。

电动伸缩杆为两个，平行设置，电动伸缩杆间设置有支撑轴和旋转轴，电动伸缩杆通过轴套与除雪刀架固定连接，除雪刀具设置在两个最前端伸缩杆之间；

支撑轴的两端分别通过对应的轴承支座固定在两个电动伸缩杆上，电动推杆顶部通过推杆套筒与支撑轴铰接；

旋转轴铰接在两个轴承支座上，旋转轴的两个端部分别通过旋转轴套筒固定对应的电动伸缩杆。

行走机构包括支撑底座，支撑底座上部与升降机构连接，支撑底座下部设置有驱动轮、支重轮和导向轮，驱动轮、支重轮和导向轮通过对应的连杆连接支撑底座，驱动轮、支重轮和导向轮外设置有履带，支撑底座下部设置有电机座，电机座上设置有行走驱动电机，行走驱动电机连接驱动轮。

升降机构包括主箱体，主箱体两端分别设置有减速箱体和顶管，减速箱体的输入端连接升降驱动电机，减速箱体的输出端连接丝杠传动机构，减速箱体固定在行走机构上，顶管与旋转机构连接。

旋转机构包括圆柱形箱体，圆柱形箱体与升降机构连接，圆柱形箱体内设置有旋转驱动电机，旋转驱动电机驱动第一减速齿轮，第一减速齿轮与第二减速齿轮啮合连接，第二减速齿轮的直径大于第一减速齿轮的直径，第二减速齿轮与第三减速齿轮同轴布置，第三减速齿轮的直径小于第二减速齿轮的直径，第三减速齿轮与内啮合齿轮圈啮合连接，内啮合齿轮圈设置于旋转平台内表面，旋转平台连接除雪机构。

行走机构上设置有控制系统，控制系统包括电源、控制开关、控制器、红外遥控设备和无线视频摄像头；

电源连接控制开关，控制开关连接红外信号接收器和控制器，控制器连接红外信号接收器和行走驱动电机、升降驱动电机、旋转驱动电机、伸缩杆驱动电机和推杆驱动电机；

红外遥控设备包括红外遥控器和红外信号接收器，无线图像传输摄像头设置在电动推杆前部。

控制器包括单片机和电机驱动模块，无线图像传输摄像头和红外信号接收器连接单片机，电机驱动模块连接行走驱动电机、升降驱动电机、旋转驱动电机、伸缩杆驱动电机和推杆驱动电机。

单片机能够用于将无线图像传输摄像头采集到的工作画面发送至上位机。

与现有技术相比，本实用新型采用了屋顶状况自适应的除雪刀具，在除雪刀架底端设有两根可压缩的弹簧杆，使除雪刀具可以自适应屋顶小幅度的起伏，在除雪刀具两旁分别设置了导向滚轮，减小了运动过程中除雪刀具与屋顶间的摩擦力，保证了除雪工作顺利运行，提升了除雪效率；本实用新型设置有升降机构和旋转机构，实现了多自由度调节，可实现高度升降、倾斜角度调节、平台旋转、除雪刀架伸缩等功能，从而可以适应不同高度和倾角屋顶的除雪工作，满足大部分倾斜屋顶的除雪要求。

进一步的，本实用新型采用履带式的行走底盘，使除雪机器人工作时可与工作面良好附着，提高了除雪机器人的路况适应能力，同时能够有效减小转向半径，适合狭窄工作环境的转场作业。

进一步的，本实用新型实现了除雪作业的无线红外遥控控制，使用了无线红外遥控对除雪机器人进行控制，从而操作者可对除雪机器人进行远距离控制操作。

进一步的，本实用新型、实现了除雪过程的视频实时监控，设置有可视化装置，可与手机电脑等设备无线连接，通过这些设备操作者可以实时监控除雪机器人工作的情况。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型中行走机构的结构示意图；

图3为本实用新型中升降机构的结构示意图；

图4为本实用新型中旋转机构的结构示意图；

图5为本实用新型中除雪机构的结构示意图；

图6为本实用新型中控制系统的构成示意图；

图中：1-行走机构；2-升降机构；3-旋转机构；4-除雪机构；5-控制系统；11-支撑底座；12-履带；13-电机座；14-行走驱动电机；15-驱动轮；16-支重轮；17-导向轮；18-连杆；21-主箱体；22-减速箱体；23-丝杠传动机构；24-升降驱动电机；25-顶管；31-圆柱形箱体；32-旋转平台；33-旋转驱动电机；34-第一减速齿轮；35-第二减速齿轮；36-第三减速齿轮；37-内啮合齿轮圈；41-底座；411-轴承支座；42-电动伸缩杆；421-伸缩杆驱动电机；43-电动推杆；431-铰链；432-推杆套筒；433-推杆驱动电机；44-支撑轴；441-支撑轴套筒；45-旋转轴；451-旋转轴套筒；46-除雪刀架；461-轴套；462-最前端伸缩杆；47-除雪刀具；471-导向滚轮；48-幕布卷筒；481-光滑幕布；49-连杆；51-电源；52-控制开关；53-控制器；531-单片机；532-电机驱动模块；54-红外遥控设备；541-红外遥控器；542-红外信号接收器；55-无线图像传输摄像头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种除雪机器人，包括行走机构1、升降机构2、旋转机构3、除雪机构4和控制系统5，

行走机构2位于底部，采用履带式的行走底盘，升降机构2和旋转机构3用于设备高度和角度的调节，实现多自由度调节，除雪机构4位于顶部，用于完成除雪工作，控制系统4用于对除雪机器人的运动和各个机构的运动进行控制，除雪机器人工作时无线图像传输摄像头55可与手机、电脑等设备无线连接将工作画面传送至手机或电脑等设备，再由操作者通过红外遥控器541对各个电机进行控制。

如图2所示，行走机构1包括：支撑底座11、履带12、电机座13、行走机构行走驱动电机14、驱动轮15、支重轮16、导向轮17、连杆18。

履带12为两条循环履带，每条履带均由四个布置在同一直线上的驱动轮15、支重轮16和导向轮17支撑，驱动轮15、支重轮16和导向轮17呈倒梯形分布，支重轮16布置在履带12下部，各个支重论的旋转轴的端部均连接于连杆18一端，连杆18另一端连接于支撑底座11外端面，同时，每个连杆均连接有减震弹簧，驱动轮15布置在履带12后部，驱动轮15的轮齿与履带12的内表面啮合，导向轮17布置在履带12前部，导向轮17和驱动轮15的旋转轴的端部均穿过支撑底座11外端面并通过轴承设置在外端面上，行走机构还包括行走驱动电机14，行走驱动电机14固定安装在支撑底座11内端面的电机座13上，驱动轮15的旋转轴由行走驱动电机14驱动旋转，驱动轮15的转动可带动履带12的运动，支重轮16和导向轮17共同对履带12起支撑作用。行走机构采用履带12与工作面进行附着，通过控制行走驱动电机14的正反转和转速可控制装置的前进后退和转向。

如图3所示，升降机构2包括主箱体21、减速箱体22、驱动电机23、隔板24、顶管25。

升降机构2的底部通过螺栓螺母固定安装在行走机构支撑底座11上端面，升降机构2主要包括主箱体21和减速箱体22，主箱体21内设有丝杠传动机构23，升降驱动电机24安装在主箱体21的一旁，升降驱动电机24用于驱动丝杠传动机构23的启停，丝杠传动机构23包括丝杠和丝杠螺母，丝杠与丝杠螺母螺纹连接，顶管25的一端与丝杆螺母固定连接，顶管的另一端固定安装在旋转机构3下端面，丝杆转动时，会带动丝杆螺母在丝杆上移动，丝杆螺母带动顶管25沿顶管25轴线方向作往复运动，从而使旋转机构3上下移动，主箱体21上设置的导向套可以辅助顶管25保持轴线平移，避免顶管25移动时发生倾斜而导致装置抖动，保证顶管25伸缩移动时的稳定，在主箱体21内两端设有限位开关，可以保证顶管25移动至丝杆最底端或顶端时，限位开关可以即时的升降驱动电机24停机，避免延迟的产生，且避免顶管25移动不到位，限位开关便控制升降驱动电机24停机，而导致多余的顶管25可移动空间的浪费，在主箱体21下方设置有减速箱体22，主箱体和减速箱体之间设有中间隔板，减速箱体22内设有减速齿轮，减速齿轮与丝杆传动机构和升降驱动电机24传动连接，升降驱动电机24的输出轴和丝杠的输入轴穿设于中间隔板24上，电机输出轴驱动减速齿轮旋转，减速齿轮带动丝杠输入轴转动，通过上述减速箱体22的设置，实现了多级减速传动的效果，有效的将升降驱动电机24的传动转速降低，且升降驱动电机24通过减速机构对丝杆传动，从而避免升降驱动电机24转速过快而导致丝杆转动过快而降低了顶管25的控制性，导致顶管25伸缩过快而影响使用性，保证传动过程中的稳定，提高控制精度，使得升降机构2升降速度可以达到理想状态。通过升降机构2的设计，使除雪机器人在屋顶高度与除雪刀具高度不匹配时，可以快速改变除雪刀具的高度，实现了除雪机器人对不同高度屋顶的适应，提升了装置的适用性。

如图4所示，旋转机构3包括圆柱形箱体31、旋转平台32、旋转机构驱动电机33、第一减速齿轮34、第二减速齿轮35、第三减速齿轮36、内啮合齿轮圈37。

旋转机构的圆柱形箱体31安装在升降机构上方，驱动电机33固定安装于圆柱形箱体31内部，驱动电机33输出轴上设有第一减速齿轮34，第一减速齿轮34与第二减速齿轮35啮合连接，第二减速齿轮35的直径大于第一减速齿轮34的直径，第二减速齿轮35与第三减速齿轮36同轴布置，第三减速齿轮36的直径小于第二减速齿轮35的直径，第三减速齿轮36与内啮合齿轮圈37啮合连接，从而通过各减速齿轮的啮合，实现了减速传动效果，同时保证了旋转机构转动的平稳性，内啮合齿轮圈37固定安装于旋转平台32内表面，旋转平台32安装于圆柱形箱体31上方，旋转平台32可以与内啮合齿轮圈37同步转动，从而使驱动电机33转速有效降低后能够带动旋转平台32以较低的角速度进行360度旋转。通过上述旋转机构3的设计，实现了除雪机构4的自由转动，以满足装置作业和行走时环境对设备的不同需要，增加了装置的灵活性，大大提高了除雪效率。

如图5所示，除雪机构4包括底座41、轴承支座411、电动伸缩杆42、伸缩杆驱动电机421、电动推杆43、铰链431、推杆套筒432、推杆驱动电机433、支撑轴44、支撑轴套筒441、旋转轴45、旋转轴套筒451、除雪刀架46、轴套461、除雪刀架伸缩杆462、除雪刀具47、导向滚轮471、幕布卷筒48、光滑幕布481、连杆49。

除雪机构4的底座41固定安装于旋转机构3的旋转平台32上表面，底座41后端固定设置有两个轴承支座411，两个电动伸缩杆42平行布置，并且通过旋转轴45和支撑轴44连接固定，两个电动伸缩杆42后端均安装有伸缩杆驱动电机421，控制伸缩杆驱动电机421的工作状态即可控制伸缩杆42伸出和缩回，旋转轴45和支撑轴44两端分别设置有旋转轴套筒451、支撑轴套筒441，并且分别通过旋转轴套筒451、支撑轴套筒441安装于电动伸缩杆42的后端和前端对电动伸缩杆42起到连接和固定作用，旋转轴45上穿设有轴承，并且轴承设置在轴承支座411上，从而实现了旋转轴45在轴承支座411上自由转动，电动推杆43底部通过铰链431铰接在除雪机构底座41上，电动推杆43顶部通过推杆套筒432与上述支撑轴44中部连接，电动推杆43底部安装有推杆驱动电机433，推杆驱动电机433带动电动推杆43伸缩时，电动推杆43可以绕底部铰链431摆动，支撑轴44在推杆套筒432中转动，旋转轴45在轴承支座411中可以转动，电动推杆43和轴承支座411共同对除雪机构4起支撑固定作用，电动伸缩杆42前端通过轴套461与除雪刀架46固定连接，除雪刀架最下端伸缩杆462内设有可压缩的弹簧，在除雪机器人作业过程中，如果屋顶面存在一定起伏的障碍物，除雪刀架伸缩杆462可以自适应屋顶小幅度的起伏，有效提高了装置工作环境的适应性，在除雪刀架伸缩杆462端部固定安装有除雪刀具47，在除雪刀具47两端安装有导向滚轮471，除雪刀具47在屋顶移动时，导向滚轮471与屋顶面接触，将除雪刀具47与屋顶面的滑动摩擦转化为滚轮471与屋顶面的滚动摩擦，有效减小了运动过程中除雪刀具47与屋顶间的摩擦力，保证了除雪工作顺利运行，提升了除雪效率，在幕布卷筒48内部设有可以自动缩回的平面涡卷弹簧，幕布卷筒48的旋转轴两端固定连接有连杆49，连杆另一端通过螺栓螺母固定连接在除雪机构底座41前端，幕布卷筒48表面卷有光滑幕布481，光滑幕布481另一端铰接于除雪刀具47内侧，在装置工作过程中，光滑幕布481随除雪刀具47插入积雪内，降低积雪与屋顶之间的摩擦系数，从而使积雪在自重的作用下沿光滑幕布481自动滑落，在一定程度上减少了操作者的工作量。上述除雪机构为本除雪机器人的核心部件，通过除雪机构的设计，实现了高效的除雪作业。

如图6所示，控制系统5包括电源51、控制开关52、控制器53、红外遥控设备54、无线视频摄像头55。

电源51通过控制开关52分别为红外信号接收器542和控制器53供电，控制器53分别与红外信号接收器542和行走机构行走驱动电机14、升降机构驱动电机、旋转机构驱动电机33、电动伸缩杆电机421、推杆电机433连接。

红外遥控设备54还包括红外遥控器541和红外信号接收器542。控制器53还包括单片机531和电机驱动模块532。

无线图像传输摄像头55固定安装在除雪机构底座41上表面电动推杆43稍偏左的位置上，装置工作时，无线图像传输摄像头55可与手机、电脑等设备无线连接将工作画面传送至手机或电脑等设备。

控制系统5可实现除雪作业的无线控制，操作时通过红外遥控器541将作业指令通过红外信号接收器542下发到控制器53。控制器53根据作业指令控制行走机构行走驱动电机14、升降机构驱动电机、旋转机构驱动电机33、电动伸缩杆电机421、电动推杆电机433的转速和转向。

本实用新型能够在地面上行进，同时可根据不同屋顶结构进行高度升降和角度调节，完成机械化和可视化除雪操作，为屋顶积雪的清除提供一种创新的设备。

尽管本文中所描述的具体实施例已经对本实用新型原理作举例说明，对本实用新型所属技术领域的技术人员而言，可以在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对所描述的具体实例做相应的变化、修改、替换和变形，本实实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种屋顶除雪机器人，其特征在于，包括行走机构(1)、行走机构(1)上设置有升降机构(2)，升降机构(2)上设置有旋转机构(3)，旋转机构(3)上设置有除雪机构(4)；

除雪机构(4)包括底座(41)，底座(41)设置在旋转机构(3)上，底座(41)上设置有轴承支座(411)、电动推杆(43)和幕布卷筒(48)，轴承支座(411)上设置有伸缩杆驱动电机(421)，伸缩杆驱动电机(421)连接电动伸缩杆(42)，伸缩杆驱动电机(421)用于驱动电动伸缩杆(42)伸缩，电动推杆(43)的一端通过铰链(431)连接底座(41)，另一端与电动伸缩杆(42)铰接，电动推杆(43)通过推杆驱动电机(433)驱动，电动伸缩杆(42)的远端设置有除雪刀架(46)，除雪刀架(46)的最前端伸缩杆(462)内设置有弹簧，最前端伸缩杆(462)的最前端设置有除雪刀具(47)和导向滚轮(471)，幕布卷筒(48)伸出光滑幕布(481)铰接于除雪刀具(47)内侧。

2.根据权利要求1所述的一种屋顶除雪机器人，其特征在于，电动伸缩杆(42)为两个，平行设置，电动伸缩杆(42)间设置有支撑轴(44)和旋转轴(45)，电动伸缩杆(42)通过轴套(461)与除雪刀架(46)固定连接，除雪刀具(47)设置在两个最前端伸缩杆(462)之间；

支撑轴(44)的两端分别通过对应的支撑轴套筒(441)固定在两个电动伸缩杆(42)上，电动推杆(43)顶部通过推杆套筒(432)与支撑轴(44)铰接；

旋转轴(45)铰接在两个轴承支座(411)上，旋转轴(45)的两个端部分别通过旋转轴套筒(451)固定对应的电动伸缩杆(42)。

3.根据权利要求1所述的一种屋顶除雪机器人，其特征在于，行走机构(1)包括支撑底座(11)，支撑底座(11)上部与升降机构(2)连接，支撑底座(11)下部设置有驱动轮(15)、支重轮(16)和导向轮(17)，驱动轮(15)、支重轮(16)和导向轮(17)通过对应的连杆(18)连接支撑底座(11)，驱动轮(15)、支重轮(16)和导向轮(17)外设置有履带(12)，支撑底座(11)下部设置有电机座(13)，电机座(13)上设置有行走驱动电机(14)，行走驱动电机(14)连接驱动轮(15)。

4.根据权利要求1所述的一种屋顶除雪机器人，其特征在于，升降机构(2)包括主箱体(21)，主箱体(21)两端分别设置有减速箱体(22)和顶管(25)，减速箱体(22)的输入端连接升降驱动电机(24)，减速箱体(22)的输出端连接丝杠传动机构(23)，减速箱体(22)固定在行走机构(1)上，顶管(25)与旋转机构(3)连接。

5.根据权利要求1所述的一种屋顶除雪机器人，其特征在于，旋转机构(3)包括圆柱形箱体(31)，圆柱形箱体(31)与升降机构(2)连接，圆柱形箱体(31)内设置有旋转驱动电机(33)，旋转驱动电机(33)驱动第一减速齿轮(34)，第一减速齿轮(34)与第二减速齿轮(35)啮合连接，第二减速齿轮(35)的直径大于第一减速齿轮(34)的直径，第二减速齿轮(35)与第三减速齿轮(36)同轴布置，第三减速齿轮(36)的直径小于第二减速齿轮(35)的直径，第三减速齿轮(36)与内啮合齿轮圈(37)啮合连接，内啮合齿轮圈(37)设置于旋转平台(32)内表面，旋转平台(32)连接除雪机构(4)。

6.根据权利要求1所述的一种屋顶除雪机器人，其特征在于，行走机构(1)上设置有控制系统(5)，控制系统(5)包括电源(51)、控制开关(52)、控制器(53)、红外遥控设备(54)和无线图像传输摄像头(55)；

电源(51)连接控制开关(52)，控制开关(52)连接红外信号接收器(542)和控制器(53)，控制器(53)连接红外信号接收器(542)和行走驱动电机(14)、升降驱动电机(24)、旋转驱动电机(33)、伸缩杆驱动电机(421)和推杆驱动电机(433)；

红外遥控设备(54)包括红外遥控器(541)和红外信号接收器(542)，无线图像传输摄像头(55)设置在电动推杆(43)前部。

7.根据权利要求6所述的一种屋顶除雪机器人，其特征在于，控制器(53)包括单片机(531)和电机驱动模块(532)，无线图像传输摄像头(55)和红外信号接收器(542)连接单片机(531)，电机驱动模块(532)连接行走驱动电机(14)、升降驱动电机(24)、旋转驱动电机(33)、伸缩杆驱动电机(421)和推杆驱动电机(433)。

8.根据权利要求7所述的一种屋顶除雪机器人，其特征在于，单片机(531)能够用于将无线图像传输摄像头(55)采集到的工作画面发送至上位机。

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