今天，樂知網小編 給大家分享 樓道清潔機器人專利，機械創新設計大賽作品設計-升降伸縮式樓道清潔機器人

樓道清潔機器人專利，一種全自動樓梯清潔機器人

本實用新型屬于機器人技術領域，具體涉及一種全自動樓梯清潔機器人。

背景技術 機器人技術的發展，是一個科學技術發展共同的一個綜合性的結果，是為社會經濟發展產生了一個重大影響的一門科學技術。

經濟的發展改變了人類社會結構的組成，在智能化大發展的浪潮下，利用機器人來替代傳統的利用人類的勞動力來清潔樓道的趨勢已經越來越明顯。

然而，當前熱門的樓道清掃機器人爬樓結構較為復雜，制造成本較高，因此對于研制高性能、低成本的樓梯爬升機器人帶來諸多挑戰。

實用新型內容 本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種全自動樓梯清潔機器人。

本實用新型通過以下技術方案來實現上述目的：

一種全自動樓梯清潔機器人，包括機身，設置于機身兩側的臺階清潔部件，帶動機身和臺階清潔部件完成爬梯及行走的臺階爬升部件，以及輔助臺階爬升部件爬樓的兩組穩定輪；其中：

所述臺階爬升部件設置為兩個且分別設置于機身前后兩側，每個臺階爬升部件均包括全向輪行走機構和一號電動推桿，所述全向輪行走機構通過頂部的一號電動推桿與機身固定連接，兩組所述穩定輪轉動設置于機身前后兩側并位于全向輪行走機構前側。



本實用新型的有益效果在于：

1)本實用新型通過兩個臺階爬升部件、兩個一號電動推桿以及兩組穩定輪配合使用，在控制組件的控制下，能夠驅動兩組麥克納姆輪前移和側移，前移時結合兩個一號電動推桿上升、下降能夠起到向前爬臺階功能，側移時能夠實現側向移動清潔臺階功能，結構簡單且成本低； 2)本實用新型通過前后兩組穩定輪的設置，能夠在臺階爬升過程中，配合麥克納姆輪使用，保證始終有四個輪子著地，穩定性得到保障。

具體實施方式 下面結合附圖對本申請作進一步詳細描述，有必要在此指出的是，以下具體實施方式只用于對本申請進行進一步的說明，不能理解為對本申請保護范圍的限制，該領域的技術人員可以根據上述申請內容對本申請作出一些非本質的改進和調整。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制；在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”、“若干”的含義是兩個或兩個以上。

所述臺階爬升部件3設置為兩個且分別設置于機身1前后兩側，每個臺階爬升部件3均包括全向輪行走機構31和一號電動推桿32，所述全向輪行走機構31通過頂部的一號電動推桿32與機身1固定連接，兩組所述穩定輪4轉動設置于機身1前后兩側并位于全向輪行走機構31前側；所述全向輪行走機構31包括兩個麥克納姆輪以及驅動兩個麥克納姆輪轉動的減速電機，兩個麥克納姆輪分別位于兩個穩定輪4的后側。

兩側的所述臺階清潔部件2之間通過連接架8固定，所述連接架8頂部通過二號電動推桿5與機身1連接，所述二號電動推桿5通過連接架8帶動兩側的所述臺階清潔部件2升降。

所述機身1內側固定設置有控制組件7和蓄電池6，所述控制組件7為單片機。

需要說明的是，在機器人使用時，單片機通過PWM雙路調速模塊1、2分別控制驅動四個麥克納姆輪的減速電機1、2、3、4，單片機通過PWM雙路調速模塊3控制兩個一號電動推桿，單片機通過PWM雙路調速模塊4分別控制二號電動推桿、臺階清潔部件2的兩個并聯減速電機(如若兩個臺階清潔部件2由兩個并聯的減速電機驅動)，蓄電池6通過24V直流電池給PWM雙路調速模塊供電，通過24V轉5V降壓模塊給單片機供電； 具體的爬樓過程如下：

1、前后兩個一號電動推桿32分別向下推動前后兩個全向輪行走機構31，此時的兩組麥克納姆輪與地面接觸且不動，致使車身抬升，車身帶動四個穩定輪4抬升； 2、啟動前后兩個全向輪行走機構31：

減速電機驅動兩組麥克納姆輪前進，緊靠臺階； 3、前側一號電動推桿32收縮，抬升前側全向輪行走機構31，然后后側的全向輪行走機構31繼續運行，推動整個機器人繼續前進； 4、直到后側的全向輪行走機構31的麥克納姆輪到達臺階邊緣，此時前側全向輪行走機構31的麥克納姆輪和穩定輪4全部位于上一臺階； 5、后側一號電動推桿32收縮，抬升后側全向輪行走機構31，到達上一臺階高度后，前側全向輪行走機構31繼續運行，推動整個機器人繼續前進，直到后側的全向輪行走機構31的麥克納姆輪完全到達上一臺階表面為止，此時四個麥克納姆輪和四個穩定輪4全部位于上一臺階表面，至此完成一個臺階爬升。

具體的清潔過程如下：

當整個全自動樓梯清潔機器人爬樓至臺階上時，可以通過控制組件7控制減速電機驅動兩組麥克納姆輪側移，同時啟動二號電動推桿5和臺階清潔部件2，二號電動推桿5帶動臺階清潔部件2接觸臺階表面，能夠實現側向移動清潔臺階功能；其中臺階清潔部件2可以為旋轉清掃結構或吸塵結構。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。

應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。

樓道清潔機器人專利，一種樓道清潔機器人

本實用新型涉及一種樓道清潔機器人，基于平動旋轉腿式結構上下樓，尤其涉及一種可清掃樓梯及其過道，且兼顧清掃平地的樓道清潔機器人，屬于機器人領域。

隨著社會經濟的發展，土地使用成本不斷升高，建筑向高層發展已成為一種趨勢。

在林立的高樓中，如何有效、便捷地清掃樓梯是我們亟需解決的問題。

對于爬樓機器人的研究已有較長的歷史，早在20世紀60年代，就已經開始了關于爬樓機器人的研究，按照爬樓機構形式分類，可以分為行星輪式、履帶式、腿足式、平行四桿機構式等。

以上幾種形式的爬樓機器人的爬樓方式與自身機構比較復雜，機構龐大，缺少有效的空間安放清掃裝置。

而近幾年開始流行的室內清掃機器人只能用于平面的清掃工作，應此市場上還沒有能兼顧樓道清掃和平地清掃的產品。

目前，國內外對清潔機器人進行了大量的研究，并取得了一些成果。

例如，哈爾濱工業大學在2008年上半年推出的樓梯清潔機器人受齒輪嚙合原路啟發，利用漸開線輪型爬樓的方法，進而設計了一種新型爬樓機，并在此基礎上增加了樓梯清掃功能，但其上采用的清掃裝置為定長的刮板，用以刮除樓梯臺階上的垃圾，由此導致其適應的樓梯寬度有限，而且不能在平地上清掃，實用范圍十分有限。

此外有的采用一種當前較流行的八輪腳結構設計樓道清潔機器人，上下樓平穩，可對樓梯進行有限清掃；山東德州學院提出一種樓道清潔機器人利用平行四邊形形變的特點實現上下樓梯功能。

基于這些新型爬樓方法的樓道清潔機器人雖然體積相對履帶式等結構有所減小，但仍然存在體積與占地面積較大的問題，造成機器人不方便在樓梯踏步上靈活轉彎與來回行走進行清掃，也難以做到像當前室內清潔機器人可工作于低矮、狹窄的空間。

樓道清潔機器人專利，機械創新設計大賽作品設計-升降伸縮式樓道清潔機器人精選

升降伸縮式樓道清潔機器人，能完成樓道的清潔，并兼顧了清潔平地的功能，32位的ARM架構，采用超聲波、紅外光電、碰撞等傳感器相結合，對機器人機身方位、機器人與樓梯的接近狀態、與樓梯是否發生碰撞等進行檢測與控制，同時結合路徑規劃算法，實現機器人可靠地上下樓梯與清潔。

本作品以升降伸縮式機構實現上下爬樓，結構簡單，使得其成本較低，加上既能清潔樓梯也兼顧清潔平地的功能，從而有著廣闊的應用領域與推廣價值，可適用于居民住宅樓、辦公樓，或者有著樓中樓結構或別墅型的家庭，也可推向家庭作為一般清潔器使用。

本作品以全自主方式實現控制，無須人參與，有利于減輕人們的勞動負擔，給人們創造輕松美好的幸福生活。

1 研制背景及意義 隨著科學技術的不斷發展，在當今社會中，機器人在減輕勞動強度，提高生產效率方面發揮了巨大的作用。

平地清潔機器人的報道屢見不鮮，其業已進入家庭。

另一方面，在高樓聳立的現代生活中，樓道清理的工作繁重、枯燥，有必要開發相關的清潔機器人以減輕人們的勞動負擔。

目前有關爬樓機器人的類型，典型的有輪式機器人，履帶式機器人和腿式機器人三種機構模型。

其中，輪式機器人控制靈活，移動簡單，但該種類機器對地形的依賴性較大，輪子數量的增加會導致體積龐大，重量重的缺點；履帶式機器人對地面適應性強，穩定性高，結構簡單，但能量損耗較大；腿式機器人適應性強，穩定性高，但機構及控制復雜，運動速率低。

由哈爾濱工程大學研制的樓梯清掃機器人[8]實現了連續爬樓的功能，具備爬樓梯與平面運動兩種運動狀態的功能，且兩者之間可以互相轉換。

其設計核心在于車輪輪廓設計采用了阿基米德螺線三葉輪。

但該機器人只能完成簡單的爬樓運動，而不能在樓梯上轉彎，無法實現樓梯全方位的清潔工作。

其次，該機器人的爬樓與清潔機構結合得比較龐大復雜，機器人顯得比較笨重。

另外，設計的三葉輪尺寸固定，只能適應于某固定高度的樓梯。

所以該機器人在實際運用中適應能力有較大局限。

因此，需要設計具有較大適用范圍、結構簡潔、成本低廉的樓道清潔機器人，以減輕人們家居與辦公的負擔。

2 機械設計 經過對清潔機器人專業技術知識的掌握和研究學習，設計了這款新型樓道清潔機器人。

其滿足以下性能要求：

具有良好的地面適應性；成本低；體積輕巧；工作效率高；耗能低；易于維護和修理；市場價值高。

為滿足其工作要求，通過與傳統爬樓機器人的比較分析，這里選擇了只利用兩個自由度實現爬樓的設計思路，避免繁重的控制設計和高額的制作成本，同時保留機器人工作靈活，穩定性強，工作效率高的需求。

 升降伸縮式樓道清潔機器人全景圖 該機器人是通過一個升降機構、一個伸縮機構實現爬樓功能，通過清洗機構完成清潔任務。

樓道清潔機器人由升降機構，車身前后伸縮機構，清潔機構等組成，如下圖所示（如圖1樓道清潔機器人全景圖） 2.1 爬樓方式設計 為實現本作品能攀爬常見樓梯的功能，并且每爬上（或下）一層，在該層上行走完成清掃，既可以從上往下完成清掃，也可以從下往上完成清掃。

這里設計了利用升降與伸縮兩個自由度的運動實現上下攀爬的功能。

設計的機器人爬樓過程示意圖如下所示（如圖2爬樓過程示意圖） 圖2 爬樓過程示意圖 2.2 升降機構 本作品利用垂直導軌實現機器人的升降，如圖2的最左下方為機器人的升起狀態（以上升為例說明，下降類推）所示。

其中垂直導軌與支柱固連，機器人的主要車身與該垂直導軌中的滑條固連。

其有關傳動由齒輪齒條實現，如圖3所示。

在這種結構下，通過電機驅動一對齒輪、齒輪長軸，將動力傳到齒輪齒條。

由于支柱不動，車身連同導軌中的滑條在齒輪齒條的相對運動帶動下進行上下移動，實現了升降。

圖3 升降機構圖 2.3 伸縮機構 本作品利用水平導軌實現機器人的伸縮，如圖2的自左往右的第二個為機器人升起后的伸出狀態（以伸出為例說明，縮回類推）所示。

其中水平導軌與機器人車身的上底板固連，車身的下底板連同圖中的連接柱與水平導軌中的滑條固連。

車底上下底板之間（即導軌與導軌中的滑條之間）的相對水平運動由水平齒輪齒條驅動實現，圖4(a)顯示縮回狀態，圖4(b)顯示伸出狀態，從而可實現車身水平伸出，伸到上一級臺階，如圖2所示。

隨后機器人可將升降機構的導軌（連同支柱）往上收回，再將車身上底板連同垂直導軌往前收回，如圖2所示的自左往右的第三、第四狀態。



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