CN105149301A - 一种用于清扫室内风道的机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于清扫室内风道的机器人。其技术方案是：连杆(9)左端装有套筒(14)，套筒(14)左端装有毛刷轮(15)；电机(13)右端输出轴通过联轴器(3)与蜗杆(11)轴连接，蜗杆(11)与蜗轮(4)啮合，蜗轮(4)与第一软轴(12)固定连接，第一软轴(12)均匀地固定装有3~4个橡胶轮(5)。3~4个第一套筒弹簧(19)的一端分别与连杆(9)固定连接，每个第一套筒弹簧(19)的另一端与第一软轴(12)活动连接，3~4个第一套筒弹簧(19)与3~4个橡胶轮(5)相互间开均匀分布。连杆(9)右端与连接盘(6)固定连接，连接盘(6)通过弹簧铰链合页(21)均匀地装有3~4个支撑杆(7)，每个支撑杆(7)末端装有万向轮(8)；红外线控制盒(10)安装在连杆(9)上。本装置结构简单、体积小、维修方便好清扫效果好。

Description

一种用于清扫室内风道的机器人
技术领域
本发明属于清扫机器人技术领域。尤其涉及一种用于清扫室内风道的机器人。
背景技术
在室内风道清洁作业中使用的清扫机器人因具有清扫自动化、易于维护与清扫效果好而深受欢迎。尤其是室内风道清扫机器人，由于其结构较为简单、体重较小并对通风管道具备优良的清扫效果而备受关注。目前，国内室内风道清扫机器人有中科院兰州分院研制的管道清扫机器人（彭婧璇.管道清扫机器人***的设计与开发.北京工业大学[D].2004），该机器人虽具有在管道中行走、对管道内污染情况进行观察和对污染物进行清洁的功能，但体积较大，对于较窄管道无法适应。基于一项“自主变位四履带足机器人行走机构”（ZL99116942.5）发明专利进行二次开发，东华大学的研制出一种中央空调通风管道清扫机器人，将履带与机体之间的摆臂变为可横向摆动的摆臂，以适应不同的圆形管道，但结构较为复杂、成本高和体积较大。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种结构简单、成本低廉、体积小、维修方便和清扫效果好的用于清扫室内风道的机器人。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：连杆的左端装有套筒，毛刷轮同轴线地安装在所述套筒的左端，所述套筒的右端固定装有第一三角皮带轮。电机通过支架与连杆固定连接，支架位于所述套筒的右侧，电机的轴线与连杆的中心线平行。电机的左端输出轴装有第二三角皮带轮，第二三角皮带轮与第一三角皮带轮皮带连接。
电机的右端输出轴通过联轴器与蜗杆轴连接，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮与第一软轴固定连接，第一软轴均匀地固定装有3~4个橡胶轮。3~4个第一套筒弹簧的一端分别与连杆固定连接，每个第一套筒弹簧的另一端与第一软轴活动连接，3~4个第一套筒弹簧与3~4个橡胶轮相互间开均匀分布，3~4个第一套筒弹簧的中心线、3~4个橡胶轮的轴线和第一软轴的轴线位于同一平面。
连杆的右端与连接盘固定连接，连接盘的盘面为正三角形或正方形，连接盘盘面装有3~4个弹簧铰链合页，每个弹簧铰链合页位于对应边的中间位置处，每个弹簧铰链合页均装有支撑杆，每个支撑杆的末端装有万向轮。或连杆的右端与3~4个第二套筒弹簧的一端分别固定连接，每个第二套筒弹簧的另一端与第二软轴活动连接。第二软轴均匀地装有3~4个塑料轮，每个塑料轮与第二软轴动配合，3~4个塑料轮与3~4个第二套筒弹簧相互间开均匀分布。3~4个塑料轮的轴线、3~4个第二套筒弹簧的中心线和第二软轴的轴线位于同一平面。
红外线控制盒安装在连杆上，红外线控制盒装有电池组、红外线接收器、MCU控制芯片和电机驱动芯片。电池组的正极与MCU控制芯片的Vcc引脚、红外线接收器的Vcc引脚和电机驱动芯片的Vcc引脚分别连接。红外线接收器的out引脚与MCU控制芯片的p1.0引脚连接。MCU控制芯片的p2.0引脚与电机驱动芯片的input引脚连接。电机驱动芯片的output1引脚与电机的正引脚连接，电机驱动芯片的output2引脚与电机的负引脚连接。
所述电机为直流电机或为交流电机，电机的两端均设有输出轴，电机为四极或为六极，功率为0.1~0.2KW。
所述弹簧铰链合页的开合角度为120~150°。
所述第一软轴是由一根直软轴塑成一个特殊圆形的轴，所述特殊圆形的轴是指软轴轴线中的各点与特殊圆形圆心的距离均相等，所述第一软轴两端的间隙为0~50mm。第二软轴(18)与第一软轴相同。
所述橡胶轮的半径与塑料轮的半径相等。
所述毛刷轮由刷轮和刷毛组成；刷轮半径比第一软轴两端的间隙为0mm时所塑成的特殊圆形的轴的半径小2~4mm，刷毛的长度比橡胶轮轮缘半径大20~35mm。
所述第一套筒弹簧包括弹簧、筒体、端盖和伸缩杆，筒体的开口端装有端盖，筒体的封闭端的外侧同轴线地设有螺杆，螺杆通过连杆的螺孔与连杆固定连接，即每个第一套筒弹簧的一端分别与连杆固定连接。伸缩杆一端置于筒体内，伸缩杆的一端端部同轴线地固定有活塞式圆柱体，活塞式圆柱体外径与筒体内径的名义尺寸相同。弹簧的一端与筒体底部相接触，弹簧的另一端与伸缩杆的活塞式圆柱体相接触。伸缩杆的另一端穿出端盖，伸缩杆的另一端端部设有软轴通孔。安装时，第一软轴依次穿出伸缩杆的软轴通孔，即每个第一套筒弹簧的另一端分别与第一软轴活动连接。
第一套筒弹簧与第二套筒弹簧的结构相同。
由于采用上述技术方案，本发明具有如下积极效果：
1、本发明仅采用一台电机，在电机的左端输出轴装有第二三角皮带轮，第二三角皮带轮与第一三角皮带轮皮带连接，连杆的左端装有套筒，毛刷轮同轴线地安装在所述套筒的左端，电机驱动毛刷轮进行管道清扫工作。电机的右端输出轴通过联轴器与蜗杆轴连接，蜗杆与蜗轮啮合，第一软轴与蜗轮固定连接，第一软轴均匀地固定装有3~4个橡胶轮；电机驱动橡胶轮在室内风道中行进。故本发明结构简单和体积小。
2、本发明的第一软轴均匀地固定装有3~4个橡胶轮；连杆的另一端安装的连接盘通过弹簧铰链合页均匀地装有3~4个支撑杆，每个支撑杆的末端装有万向轮；具有伸缩性，适应于
不同尺寸的圆形通风管道。
3、本发明采用普通零部件，成本较低，维修方便。
因此，本发明具有结构简单、成本低廉、体积小、维修方便和清扫效果好的特点。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是图1的俯视示意图；
图3是本发明的另一种结构示意图；
图4是图3的俯视示意图；
图5是图1中A-A剖视示意图；
图6是图3中A-A剖视示意图；
图7是图1~图4中毛刷轮(15)的结构示意图；
图8是图1的B-B剖面示意图；
图9是图1~图4的红外线控制盒(10)的内部结构与连线示意图；
图10是图5中第一套筒弹簧(19)的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
实施例1
一种用于清扫室内风道的机器人。本实施例所述机器人如图1和图2所示：连杆(9)的左端装有套筒(14)，毛刷轮(15)同轴线地安装在所述套筒(14)的左端，所述套筒(14)的右端固定装有第一三角皮带轮(16)。电机(13)通过支架(2)与连杆(9)固定连接，支架(2)位于所述套筒(14)的右侧，电机(13)的轴线与连杆(9)的中心线平行。电机(13)的左端输出轴装有第二三角皮带轮(1)，第二三角皮带轮(1)与第一三角皮带轮(16)皮带连接。
如图1和图2所示，电机(13)的右端输出轴通过联轴器(3)与蜗杆(11)轴连接，蜗杆(11)与蜗轮(4)啮合，蜗轮(4)与第一软轴(12)固定连接，第一软轴(12)均匀地固定装有3个橡胶轮(5)。如图1、图2和图5所示，3个第一套筒弹簧(19)的一端与连杆(9)分别固定连接，每个第一套筒弹簧(19)的另一端与第一软轴(12)活动连接，3个第一套筒弹簧(19)与3个橡胶轮(5)相互间开均匀分布，3个第一套筒弹簧(19)的中心线、3个橡胶轮(5)的轴线和第一软轴(12)的轴线位于同一平面。
如图1、图2和图8所示，连杆(9)的右端与连接盘(6)固定连接，连接盘(6)的盘面为正三角形，连接盘(6)盘面装有3个弹簧铰链合页(21)，每个弹簧铰链合页(21)位于对应边的中间位置处，每个弹簧铰链合页(21)均装有支撑杆(7)，每个支撑杆(7)的末端装有万向轮(8)。
如图9所示，红外线控制盒(10)的安装位置和结构是：红外线控制盒(10)安装在连杆(9)上；红外线控制盒(10)装有电池组(22)、红外线接收器(23)、MCU控制芯片(24)和电机驱动芯片(25)。电池组(22)的正极与MCU控制芯片(24)的Vcc引脚、红外线接收器(23)的Vcc引脚和电机驱动芯片(25)的Vcc引脚分别连接。红外线接收器(23)的out引脚与MCU控制芯片(24)的p1.0引脚连接。MCU控制芯片(24)的p2.0引脚与电机驱动芯片(25)的input引脚连接。电机驱动芯片(25)的output1引脚与电机(13)的正引脚连接，电机驱动芯片(25)的output2引脚与电机(13)的负引脚连接。
所述电机(13)为直流电机，电机(13)的两端均设有输出轴，电机(13)为四极，电机(13)的功率为0.1~0.2KW。
如图8所示，所述弹簧铰链合页(21)的开合角度为120~150°。
如图5所示，所述第一软轴(12)是由一根直软轴塑成一个特殊圆形的轴，所述特殊圆形的轴是指软轴轴线中的各点与特殊圆形圆心的距离均相等，第一软轴(12)两端的间隙为0。
所述橡胶轮(5)的半径与塑料轮(17)的半径相等。
如图1、图2和图7所示，所述毛刷轮(15)由刷轮和刷毛组成；刷轮半径比第一软轴(12)两端的间隙为0时所塑成的特殊圆形的轴的半径小2~4mm，刷毛的长度比橡胶轮(5)轮缘半径大20~35mm。
所述第一套筒弹簧(19)的结构如图10所示，包括弹簧(28)、筒体(29)、端盖(27)和伸缩杆(26)。筒体(29)的开口端装有端盖(27)，筒体(29)的封闭端的外侧同轴线地设有螺杆(30)，螺杆(30)通过连杆(9)的螺孔与连杆(9)固定连接，即每个第一套筒弹簧(19)的一端分别与连杆(9)固定连接。伸缩杆(26)一端置于筒体(29)内，伸缩杆(26)的一端端部同轴线地固定有活塞式圆柱体，活塞式圆柱体外径与筒体(29)内径的名义尺寸相同。弹簧(28)的一端与筒体(29)底部相接触，弹簧(28)的另一端与伸缩杆(26)的活塞式圆柱体相接触。伸缩杆(26)的另一端穿出端盖(27)，伸缩杆(26)的另一端端部设有软轴通孔。安装时，第一软轴(12)依次穿过各伸缩杆(26)的软轴通孔，即每个第一套筒弹簧(19)的另一端与第一软轴(12)活动连接。
实施例2
一种用于清扫室内风道的机器人。除下述技术参数外，其余同实施例1：
连接盘(6)的盘面为正方形；橡胶轮(5)、第一套筒弹簧(19)、支撑杆(7)和万向轮(8)均为4个。
实施例3
一种用于清扫室内风道的机器人。除下述结构或技术参数外，其余同实施例1。
本实施例所述机器人如图3和图4所示：连杆(9)的左端装有套筒(14)，毛刷轮(15)同轴线地安装在所述套筒(14)的左端，所述套筒(14)的右端固定装有第一三角皮带轮(16)。电机(13)通过支架(2)与连杆(9)固定连接，支架(2)位于所述套筒(14)的右侧，电机(13)的轴线与连杆(9)的中心线平行。电机(13)的左端输出轴装有第二三角皮带轮(1)，第二三角皮带轮(1)与第一三角皮带轮(16)皮带连接。
如图3和图4所示，电机(13)的右端输出轴通过联轴器(3)与蜗杆(11)轴连接，蜗杆(11)与蜗轮(4)啮合，蜗轮(4)与第一软轴(12)固定连接，第一软轴(12)均匀地固定装有3个橡胶轮(5)。如图3、图4和图5所示，3个第一套筒弹簧(19)的一端与连杆(9)固定连接，每个第一套筒弹簧(19)的另一端与第一软轴(12)活动连接，3个第一套筒弹簧(19)与3个橡胶轮(5)相互间开均匀分布，3个第一套筒弹簧(19)的中心线、3个橡胶轮(5)的轴线和第一软轴(12)的轴线位于同一平面。
如图3、图4和图6所示，连杆(9)的右端与3个第二套筒弹簧(20)的一端分别固定连接，每个第二套筒弹簧(20)的另一端与第二软轴(18)活动连接。第二软轴(18)均匀地装有3个塑料轮(17)，每个塑料轮(17)与第二软轴(18)动配合，3个塑料轮(17)与3个第二套筒弹簧(20)相互间开均匀分布。3个塑料轮(17)的轴线、3个第二套筒弹簧(20)的中心线和第二软轴(18)的轴线位于同一平面。
如图5和图6所示，所述第一软轴(12)是由一根直软轴塑成一个特殊圆形的轴，所述特殊圆形的轴是指软轴轴线中的各点与特殊圆形圆心的距离均相等，第一软轴(12)两端的间隙为0~50mm。第二软轴(18)与第一软轴(12)相同。
所述电机(13)为交流电机，电机(13)的两端均设有输出轴，电机(13)为六极，电机(13)的功率为0.1~0.2KW。
第一套筒弹簧(19)的结构与第二套筒弹簧(20)的结构相同；第二套筒弹簧(20)与第二软轴(18)的连接方式同于第一套筒弹簧(19)与第一软轴(12)的连接方式。
实施例4
一种用于清扫室内风道的机器人。除下述技术参数外，其余同实施例3：
橡胶轮(5)、第一套筒弹簧(19)、第二套筒弹簧(20)和塑料轮(17)均为4个。
本具体实施方式具有如下积极效果：
1、本具体实施方式仅采用一台电机(13)，在电机(13)的左端输出轴装有第二三角皮带轮(1)，第二三角皮带轮(1)的与第一三角皮带轮(16)皮带连接，连杆(9)的左端装有套筒(14)，毛刷轮(15)同轴线地安装在所述套筒(14)的左端，电机(13)驱动毛刷轮(15)进行管道清扫工作。电机(13)的右端输出轴通过联轴器(3)与蜗杆(11)轴连接，蜗杆(11)与蜗轮(4)啮合，第一软轴(12)与蜗轮(4)固定连接，第一软轴(12)均匀地固定装有3~4个橡胶轮(5)；电机(13)驱动橡胶轮(5)在室内风道中行进。故本具体实施方式结构简单和体积小。
2、本具体实施方式的第一软轴(12)均匀地固定装有3~4个橡胶轮(5)；连杆(9)的另一端安装的连接盘(6)通过弹簧铰链合页(21)均匀地装有3~4个支撑杆(7)，每个支撑杆(7)的末端装有万向轮(8)；具有伸缩性，能适应于不同尺寸的圆形通风管道。
3、本具体实施方式采用普通零部件，成本较低，维修方便。
因此，本具体实施方式具有结构简单、成本低廉、体积小、维修方便和清扫效果好的特点。

Claims (7)

1.一种用于清扫室内风道的机器人，其特征在于：连杆(9)的左端装有套筒(14)，毛刷轮(15)同轴线地安装在所述套筒(14)的左端，所述套筒(14)的右端固定装有第一三角皮带轮(16)；电机(13)通过支架(2)与连杆(9)固定连接，支架(2)位于所述套筒(14)的右侧，电机(13)的轴线与连杆(9)的中心线平行；电机(13)的左端输出轴装有第二三角皮带轮(1)，第二三角皮带轮(1)与第一三角皮带轮(16)皮带连接；
电机(13)的右端输出轴通过联轴器(3)与蜗杆(11)轴连接，蜗杆(11)与蜗轮(4)啮合，蜗轮(4)与第一软轴(12)固定连接，第一软轴(12)均匀地固定装有3~4个橡胶轮(5)；3~4个第一套筒弹簧(19)的一端分别与连杆(9)固定连接，每个第一套筒弹簧(19)的另一端与第一软轴(12)活动连接，3~4个第一套筒弹簧(19)与3~4个橡胶轮(5)相互间开均匀分布，3~4个第一套筒弹簧(19)的中心线、3~4个橡胶轮(5)的轴线和第一软轴(12)的轴线位于同一平面；
连杆(9)的右端与连接盘(6)固定连接，连接盘(6)的盘面为正三角形或正方形，连接盘(6)盘面装有3~4个弹簧铰链合页(21)，每个弹簧铰链合页(21)位于对应边的中间位置处，每个弹簧铰链合页(21)均装有支撑杆(7)，每个支撑杆(7)的末端装有万向轮(8)；或连杆(9)的右端与3~4个第二套筒弹簧(20)的一端分别固定连接，每个第二套筒弹簧(20)的另一端与第二软轴(18)活动连接；第二软轴(18)均匀地装有3~4个塑料轮(17)，每个塑料轮(17)与第二软轴(18)动配合，3~4个塑料轮(17)与3~4个第二套筒弹簧(20)相互间开均匀分布；3~4个塑料轮(17)的轴线、3~4个第二套筒弹簧(20)的中心线和第二软轴(18)的轴线位于同一平面；
红外线控制盒(10)安装在连杆(9)上，红外线控制盒(10)装有电池组(22)、红外线接收器(23)、MCU控制芯片(24)和电机驱动芯片(25)；电池组(22)的正极与MCU控制芯片(24)的Vcc引脚、红外线接收器(23)的Vcc引脚和电机驱动芯片(25)的Vcc引脚分别连接；红外线接收器(23)的out引脚与MCU控制芯片(24)的p1.0引脚连接；MCU控制芯片(24)的p2.0引脚与电机驱动芯片(25)的input引脚连接；电机驱动芯片(25)的output1引脚与电机(13)的正引脚连接，电机驱动芯片(25)的output2引脚与电机(13)的负引脚连接。
2.根据权利要求1所述的用于清扫室内风道的机器人，其特征在于所述电机(13)为直流电机或为交流电机，电机(13)的两端均设有输出轴，电机(13)为四极或为六极，电机(13)的功率为0.1~0.2KW。
3.根据权利要求1所述的用于清扫室内风道的机器人，其特征在于所述弹簧铰链合页(21)的开合角度为120~150°。
4.根据权利要求1所述的室内风道用清扫机，其特征在于所述第一软轴(12)是由一根直软轴塑成一个特殊圆形的轴，所述特殊圆形的轴是指软轴轴线中的各点与特殊圆形圆心的距离均相等，第一软轴(12)两端的间隙为0~50mm；第二软轴(18)与第一软轴(12)相同。
5.根据权利要求1所述的用于清扫室内风道的机器人，其特征在于所述橡胶轮(5)的半径与塑料轮(17)的半径相等。
6.根据权利要求1所述的室内风道用清扫机，其特征在于所述毛刷轮(15)由刷轮和刷毛组成，刷轮半径比第一软轴(12)两端的间隙为0mm时所塑成的特殊圆形的轴的半径小2~4mm，刷毛的长度比橡胶轮(5)轮缘半径大20~35mm。
7.根据权利要求1所述的用于清扫室内风道的机器人，其特征在于所述第一套筒弹簧(19)包括弹簧(28)、筒体(29)、端盖(27)和伸缩杆(26)，筒体(29)的开口端装有端盖(27)，筒体(29)的封闭端的外侧同轴线地设有螺杆(30)；伸缩杆(26)一端置于筒体(29)内，伸缩杆(26)的一端端部同轴线地固定有活塞式圆柱体，活塞式圆柱体外径与筒体(29)内径的名义尺寸相同；弹簧(28)的一端与筒体(29)底部相接触，弹簧(28)的另一端与伸缩杆(26)的活塞式圆柱体相接触；伸缩杆(26)的另一端穿出端盖(27)，伸缩杆(26)的另一端端部设有软轴通孔；
第一套筒弹簧(19)与第二套筒弹簧(20)的结构相同。
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