CN104825098A - 楼梯扶手清洁机器人 - Google Patents

Abstract

一种楼梯扶手清洁机器人，由攀爬结构与清洁***构成，所述攀爬结构由往复推进结构与夹持转动结构构成，所述往复推进机构由驱动电机、偏向凸轮、连杆、前滑块、后滑块、导轨光轴、前推块、后推块、推块固定架构成，所述夹持转动结构包括前、后两个夹持手，所述夹持手由凸形回转连接件、夹爪、顶杆、第一压缩弹簧、卡簧构成，前、后夹持手分别可转动地安装在前、后滑块上，夹持手中的顶杆在第一压缩弹簧的作用下顶触在前、后推块上。楼梯扶手清洁机器人的清洁***，由触发式清洗液喷射装置与清洁刷构成。本发明提出了一种通过巧妙的凸轮顶针机构结合连杆机构设计实现单一动力源驱动的楼梯扶手清洁机器人。

Description

楼梯扶手清洁机器人

技术领域

本发明属于自动化机器人领域，涉及一种楼梯扶手自动化清洁的机器人。

背景技术

随着人类社会的发展，人口不断增多。据统计，2011年10月31日，全世界人口已经突破70亿。人口增多带来的问题之一是人均土地减少了。为了解决这一问题，各国的普遍做法是将楼房尽量建高，以提高土地的利用率。尤其在我国，高楼大厦已经成为我国现代化城市的典型特征。楼房建高，给人们的出行带来了极大不便，电梯应运而生。但是，电梯不可能完全取代传统的楼梯。其一是对于楼层不高的人来说，走楼梯可以锻炼身体，同时也不用在等待电梯方面花费很长时间。其二是对于上楼有困难的人群，扶手能确保他们能安全上下楼梯。其三是一旦发生火灾或者其它紧急情况，电梯就无法发挥作用，这时还需要靠楼梯逃生。既然有楼梯，那么就会有扶手。如果扶手没有得到清理，积满灰尘，可能就不会有人使用，它也就失去了存在的意义。因此，我们需要定期对扶手进行清洁。但在现有的条件下，清洁扶手只能依靠人力一层一层地擦，因为暂时还没有很好的装置来自动清洁固定扶手。因此，我们的设想是设计一个楼梯扶手清洁机器人，来解放清洁人员的这部分劳动力。

对于目前的扶手自动化清洁方案，发明人通过查阅现有专利技术，典型的相关技术为扶梯的扶手自动化清洗设备，都是对目前扶梯的扶手，通过加装清洗装置，依靠扶梯循环运动时通过清洗装置而对扶梯进行清洗消毒，发明人未发现有对传统楼梯的扶手进行清洗的自动化设备。

本发明人在对传统楼梯扶手清洗工作的调研中发现，楼梯扶手自动化清洗需要解决的几项重大难题如下：1)实现机器人沿倾斜的扶手轨迹攀爬；2)可实现机器人遇到扶手转角处的自动转弯；3)通过有效的清洁装置实现对扶手的清洁。

发明内容

为了克服传统楼梯扶手由人工擦洗，劳动工装量大的不足，本发明提出了一种通过巧妙的凸轮顶杆机构结合连杆机构设计实现单一动力源驱动的楼梯扶手清洁机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种楼梯扶手清洁机器人，由攀爬结构与清洁***构成，所述攀爬结构由往复推进结构与夹持转动结构构成，所述往复推进机构由驱动电机、偏向凸轮、连杆、前滑块、后滑块、导轨光轴、前推块、后推块、推块固定架构成，所述驱动电机通过电机固定架固定在前滑块上，所述驱动电机的输出轴上安装有偏向凸轮，两根所述导轨光轴的前端固定在所述前滑块上，所述导轨光轴的后端可滑动地套装在所述后滑块上，所述前滑块、后滑块上方安装有推块固定架，前、后推块固定架分别套装有可前后移动的前推块、后推块，所述连杆的一端通过销钉轴铰接在所述偏向凸轮上，所述连杆的另一端通过销钉轴与所述后推块铰接，所述偏向凸轮、连杆、后推块形成了连杆运动机构，所述前推块上设置有凸轮顶针，所述凸轮顶针顶触在偏向凸轮的外轮廓上，所述偏向凸轮、前推块、凸轮顶针形成了凸轮顶针机构；所述夹持转动结构包括前、后两个夹持手，所述夹持手由凸形回转连接件、夹爪、顶杆、第一压缩弹簧、卡簧构成，所述夹爪铰接在所述凸形回转连接件上，所述顶杆套装在所述凸形回转连接件中可上下运动，所述顶杆的上端安装有卡簧，所述顶杆与所述凸形回转连接件之间安装有第一压缩弹簧；前、后夹持手分别可转动地安装在前、后滑块上，夹持手中的顶杆在第一压缩弹簧的作用下顶触在前、后推块上。楼梯扶手清洁机器人的清洁***，由触发式清洗液喷射装置与清洁刷构成，所述触发式清洗液喷射装置在后滑块的触发下间歇式喷射清洗液，所述清洁刷固定在夹爪上。

进一步，所述推块固定架为“桥”形件，所述前推块、后推块为“楔”形块，所述前推块、后推块分别套装在所述推块固定架里并可前后移动，所述夹持手的顶杆在第一压缩弹簧的作用下，顶杆的上端顶触在前推块、后推块的楔形面上。所述推块固定架的侧面可拆卸式安装有侧板。所述后推块上还设置有一调整螺钉，在所述调整螺钉的冒端与推块固定架之间设置有第二压缩弹簧。

再进一步，所述夹持手中，所述凸形回转连接件为中空的回转件，所述凸形回转连接件下方固定有两根铰接柱，所述夹爪通过销子铰接在铰接柱上，所述夹爪上还设置有腰形孔，所述顶杆套装在凸形回转连接件中可上下运动，所述顶杆下端设置有滑销，所述滑销套装在夹爪的腰形孔内。在第一压缩弹簧的弹力作用，所述顶杆向上顶触在前推块、后推块的楔形面上，夹持手承“夹持”状态，当前、后推块在力的作用下，促使顶杆向下运动时，所述夹持手逐渐松弛。

作为一种优选的方案：所述驱动电机为蜗轮蜗杆减速电机，所述蜗轮蜗杆减速电机通过电机固定架固定在前滑块上。两根所述导轨光轴平行布置，所述后滑块上安装有两个导套，所述导轨光轴的前端固定在前滑块上，所述导轨光轴的后端***到所述滑块的导套里，前滑块与后滑块通过导轨光轴与导套，形成移动副。所述电机固定架布置在两根导轨光轴之间。

作为优选的另一种方案：所述夹持手通过轴承安装在前滑块、后滑块上，在前滑块、后滑块的下端设置有档条，来防止凸形回转连接件滑落。

本发明的有益效果体现在：

1)楼梯扶手清洁机器人的设计，解决了传统扶手清洗由人工擦洗的局面，可大大改善工作环境；2)楼梯扶手清洁机器人的机械结构设计巧妙，通过凸轮顶杆机构结合连杆机构的设计，实现了单动力源下的机器人攀爬与转弯能力，结构轻巧，功耗降低。

附图说明

图1是本发明楼梯扶手清洁机器人的结构示意图

图2是本发明楼梯扶手清洁机器人的结构示意图

图3是本发明夹持手结构示意图

图4是本发明攀爬结构的运动周期之一(前、后滑块处最远端)

图5是本发明攀爬结构的运动周期之二(后夹爪开始松弛)

图6是本发明攀爬结构的运动周期之三(后滑块前移)

图7是本发明攀爬结构的运动周期之四(前夹爪开始松弛、后夹爪逐渐夹紧)

图8是本发明攀爬结构的运动周期之五(前滑块前移)

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参考图1～图8，一种楼梯扶手清洁机器人，由攀爬结构与清洁***构成，所述攀爬结构由往复推进结构与夹持转动结构构成，所述往复推进机构由驱动电机1-1、偏向凸轮1-3、连杆1-4、前滑块1-5、后滑块1-6、导轨光轴1-7、前推块1-10、后推块1-12、推块固定架1-8构成，所述驱动电机1-1通过电机固定架1-2固定在前滑块上，所述驱动电机的输出轴上安装有偏向凸轮，两根所述导轨光轴的前端固定在所述前滑块上，所述导轨光轴的后端可滑动地套装在所述后滑块上，所述前滑块、后滑块上方安装有推块固定架，前、后推块固定架分别套装有可前后移动的前推块、后推块，所述驱动电机为蜗轮蜗杆减速电机，所述蜗轮蜗杆减速电机通过电机固定架固定在前滑块上。两根所述导轨光轴平行布置，所述后滑块上安装有两个导套，所述导轨光轴的前端固定在前滑块上，所述导轨光轴的后端***到所述滑块的导套里，前滑块与后滑块通过导轨光轴与导套，形成移动副。所述电机固定架布置在两根导轨光轴之间。以上的结构设计，在空间布局上最为合理，前滑块、后滑块通过导轨光轴与导套形成的移动副，可前后运动，是攀爬机构的机体。

所述驱动电机采用涡轮蜗杆减速电机，基于两个原因：1)蜗轮蜗杆减速电机的高减速比，在相同功率下能输出大扭矩，对于动力驱动而言，比较有效；2)蜗轮蜗杆减速电机的结构是横卧式，适合机器人的整体结构布置。

涡轮蜗杆减速电机的输出轴上固定有偏向凸轮1-3，所述连杆1-4的一端通过销钉轴铰接在所述偏向凸轮上，所述连杆的另一端通过销钉轴与所述后推块铰接，所述偏向凸轮、连杆、后推块形成了典型的曲柄滑块机构，是为连杆运动机构一种。其中，涡轮蜗杆减速电机输出轴中心点到偏向凸轮与连杆铰接点的距离为短连杆尺寸L1，长连杆尺寸为L2。

所述前推块1-10上设置有凸轮顶针1-11，所述凸轮顶针1-11顶触在偏向凸轮的外轮廓上，所述前推块在顶杆作用下，能保持凸轮顶针顶触在偏向凸轮上，作用力为第一压缩弹簧2-7的弹簧力，而偏向凸轮由小径r到大径R的顺时针转动过程，会促使前推块运动，前推块运动的行程为(R-r)，而前推块的运动通过顶杆2-4可导致夹爪的松弛。所述偏向凸轮、前推块、凸轮顶针形成了凸轮顶针机构。

所述夹持转动结构包括前、后两个夹持手，所述夹持手由凸形回转连接件2-1、夹爪2-5、顶杆2-4、第一压缩弹簧2-7、卡簧2-8构成，所述凸形回转连接件为中空的回转件，所述凸形回转连接件下方固定有两根铰接柱2-3，所述夹爪2-5通过销子铰接在铰接柱2-3上，所述夹爪上还设置有腰形孔2-6，所述顶杆2-4套装在所述凸形回转连接件中可上下运动，所述顶杆下端设置有滑销，所述滑销套装在夹爪的腰形孔内。所述顶杆的上端安装有卡簧2-8，所述顶杆与所述凸形回转连接件之间安装有第一压缩弹簧；在第一压缩弹簧的弹力作用，所述顶杆向上顶触在前推块、后推块的楔形面上，夹持手承“夹持”状态，当前、后推块在力的作用下，促使顶杆向下运动时，所述夹持手逐渐松弛。

所述夹持手通过轴承2-2安装在前滑块、后滑块上，在前滑块、后滑块的下端设置有档条，来防止凸形回转连接件滑落。由于轴承的原因，夹持手相对于前滑块、后滑块的转动是非常灵活的。当前、后滑块在前进的过程中遇到转弯时，夹持手就能随着扶手的弯角发生转弯。

所述推块固定架1-8为“桥”形件，所述前推块、后推块为“楔”形块，所述前推块、后推块分别套装在所述推块固定架里并可前后移动，所述夹持手的顶杆在第一压缩弹簧的作用下，顶杆的上端顶触在前推块、后推块的楔形面上。所述推块固定架的侧面可拆卸式安装有侧板1-9。所述后推块上还设置有一调整螺钉，在所述调整螺钉的冒端与推块固定架之间设置有第二压缩弹簧1-13。后推块上该结构为可调机构设计，因为后滑块的运动动力，在于曲柄滑块机构的带动，当连杆往前端运动时，首先拉动后滑块运动，致使夹爪松弛，在继续在连杆带动下前移，二者的力平衡微量调整，通过该机构实现。

楼梯扶手清洁机器人的清洁***，由触发式清洗液喷射装置3-2与清洁刷3-1构成，所述触发式清洗液喷射装置固定在电机固定架1-2上，触发式清洗液喷射装置上由触发开关3-3，当后滑块前移到行程快结束时，触发触发式清洗液喷射装置，喷洒清洗液，而清洁刷3-1固定在夹爪上，通过夹爪的前移动作完成对扶手的擦洗工作。

下面结合图4-图8，详细阐述攀爬机构的工作原理，攀爬机构的运动可分解为以下几个步骤，取周期中任何一点开始(涡轮蜗杆减速电机带动偏向凸轮顺时针转动)：

第一，偏向凸轮短连杆与连杆共线，滑块在最远端，即前滑块、后滑块距离最远时，前推块未收到偏向凸轮挤压作用力，前、后夹爪都处于夹持状态；

第二，偏向凸轮顺时针转动，带动连杆运动，连杆运动带动后推块向前运动，致使后夹爪开始松弛；同时，前推块未收到偏向凸轮挤压作用力，继续处于夹紧状态；

第三，偏向凸轮继续顺时针转动，连杆带动后滑块前移；

第四，偏向凸轮继续顺时针转动，偏向凸轮开始挤压顶针，前夹爪开始逐渐松弛；而连杆开始向后运动，后推块在弹簧力作用下后移，后夹爪逐渐夹紧；

第五，偏向凸轮继续顺时针转动，偏向凸轮完全挤压顶针，前夹爪完全松弛，后夹爪完全夹紧，在连杆的推动下，前滑块前移；

第六，偏向凸轮继续顺时针转动，回到第一种状态下，是为一个运动周期完成，不断往复，实现攀爬。

而夹持转动结构的设计，当夹持手在前进的过程中遇到弯角，会随着扶手转动，实现转弯。

Claims (5)

1.一种楼梯扶手清洁机器人，由攀爬结构与清洁***构成，其特征在于：所述攀爬结构由往复推进结构与夹持转动结构构成，所述往复推进机构由驱动电机、偏向凸轮、连杆、前滑块、后滑块、导轨光轴、前推块、后推块、推块固定架构成，所述驱动电机通过电机固定架固定在前滑块上，所述驱动电机的输出轴上安装有偏向凸轮，两根所述导轨光轴的前端固定在所述前滑块上，所述导轨光轴的后端可滑动地套装在所述后滑块上，所述前滑块、后滑块上方安装有推块固定架，前、后推块固定架分别套装有可前后移动的前推块、后推块，所述连杆的一端通过销钉轴铰接在所述偏向凸轮上，所述连杆的另一端通过销钉轴与所述后推块铰接，所述偏向凸轮、连杆、后推块形成了连杆运动机构，所述前推块上设置有凸轮顶针，所述凸轮顶针顶触在偏向凸轮的外轮廓上，所述偏向凸轮、前推块、凸轮顶针形成了凸轮顶针机构；所述夹持转动结构包括前、后两个夹持手，所述夹持手由凸形回转连接件、夹爪、顶杆、第一压缩弹簧、卡簧构成，所述夹爪铰接在所述凸形回转连接件上，所述顶杆套装在所述凸形回转连接件中可上下运动，所述顶杆的上端安装有卡簧，所述顶杆与所述凸形回转连接件之间安装有第一压缩弹簧；前、后夹持手分别可转动地安装在前、后滑块上，夹持手中的顶杆在第一压缩弹簧的作用下顶触在前、后推块上。楼梯扶手清洁机器人的清洁***，由触发式清洗液喷射装置与清洁刷构成，所述触发式清洗液喷射装置在后滑块的触发下间歇式喷射清洗液，所述清洁刷固定在夹爪上。

2.如权利要求1所述的楼梯扶手清洁机器人，其特征在于：所述推块固定架为“桥”形件，所述前推块、后推块为“楔”形块，所述前推块、后推块分别套装在所述推块固定架里并可前后移动，所述夹持手的顶杆在第一压缩弹簧的作用下，顶杆的上端顶触在前推块、后推块的楔形面上。所述推块固定架的侧面可拆卸式安装有侧板。所述后推块上还设置有一调整螺钉，在所述调整螺钉的冒端与推块固定架之间设置有第二压缩弹簧。

3.如权利要求1所述的楼梯扶手清洁机器人，其特征在于：所述夹持手中，所述凸形回转连接件为中空的回转件，所述凸形回转连接件下方固定有两根铰接柱，所述夹爪通过销子铰接在铰接柱上，所述夹爪上还设置有腰形孔，所述顶杆套装在凸形回转连接件中可上下运动，所述顶杆下端设置有滑销，所述滑销套装在夹爪的腰形孔内。在第一压缩弹簧的弹力作用，所述顶杆向上顶触在前推块、后推块的楔形面上，夹持手承“夹持”状态，当前、后推块在力的作用下，促使顶杆向下运动时，所述夹持手逐渐松弛。

4.如权利要求1或2或3所述的楼梯扶手清洁机器人，其特征在于：所述驱动电机为蜗轮蜗杆减速电机，所述蜗轮蜗杆减速电机通过电机固定架固定在前滑块上。两根所述导轨光轴平行布置，所述后滑块上安装有两个导套，所述导轨光轴的前端固定在前滑块上，所述导轨光轴的后端***到所述滑块的导套里，前滑块与后滑块通过导轨光轴与导套，形成移动副。所述电机固定架布置在两根导轨光轴之间。

5.如权利要求1或2或3所述的楼梯扶手清洁机器人，其特征在于：所述夹持手通过轴承安装在前滑块、后滑块上，在前滑块、后滑块的下端设置有档条，来防止凸形回转连接件滑落。