宋新宇 曾實現(xiàn) 薛蕊

摘要：目前，主流的自動清掃機器人的清掃方式大體為通過機器人身上自帶的傳感器進行自由移動，通過機器下方的吸塵裝置把清掃機器人經(jīng)過的地面垃圾清掃干凈。傳統(tǒng)的垃圾清潔裝置通常是通過滾輪移動，在樓梯等較為復(fù)雜的地形環(huán)境下，移動較為困難，且傳統(tǒng)垃圾清潔裝置在清掃過程中寬度一定，在對不同寬度的地方進行清掃時，會產(chǎn)生死角，清潔效果較差。針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，研究提供一種樓道垃圾清潔車，該清潔車更加適合于在樓梯上攀爬，并且更加穩(wěn)定，整體清潔方式簡單快捷，清潔車所到層面可快速有效清潔干凈。

關(guān)鍵詞：樓道清潔;取代人工;經(jīng)濟效益;社會效益

1緒論

目前爬樓梯的方式大致分為兩種，三角輪和履帶，目前效果最好的攀爬方式是以履帶作為行進機構(gòu)，履帶式爬樓梯平穩(wěn)安全操作簡單，輪式的爬樓梯操作費力且不夠穩(wěn)定。但是履帶在樓梯開始和結(jié)束的地方容易出現(xiàn)受力不穩(wěn)的現(xiàn)象。

為解決這些問題，履帶通過螺絲緊固在履帶底板上，兩側(cè)履帶分為前履帶和后履帶，履帶底板的兩側(cè)固定安裝有履帶骨架，履帶骨架上固定有履帶輪，履帶輪與履帶底板兩側(cè)電機通過傳動桿相連，后履帶的最前輪和前履帶的最后輪內(nèi)嵌滾動軸承通過軸桿連接固定，前履帶和后履帶的履帶骨架外連接處的外接液壓缸兩端分別固定在前履帶和后履帶的兩側(cè)，外接液壓缸與前后兩骨架支架形成轉(zhuǎn)動副，內(nèi)嵌滾動軸承，外接液壓缸的液壓系統(tǒng)與前履帶的檢測器相連。該樓道垃圾清潔車，選用履帶作為攀爬的傳動機構(gòu)，使之更加適合于在樓梯上攀爬，并且更加穩(wěn)定

2工作原理

該設(shè)計為一種用于樓梯道階梯清掃整理的垃圾車，其裝置主要包括樓梯道攀爬機構(gòu)，車前端的清掃匯攏機構(gòu)和后部的清理機構(gòu)等。通過清理車兩側(cè)的前后兩段式全地形履帶沿著樓梯的棱角進行樓道的攀爬;攀爬過程中前半部分的清掃機構(gòu)在四桿機構(gòu)的帶動下可與樓梯面接觸，清掃機構(gòu)內(nèi)部有液壓缸進行伸縮，覆蓋整個樓梯面，進行垃圾匯攏;后端部分主體為吸塵器，吸塵器頭部鑲嵌在可動四桿機構(gòu)上，吸塵器頭與前部匯攏的垃圾在一條線上，可進行車前端垃圾的回收。設(shè)計通過爬樓過程中前端垃圾匯攏和后端垃圾收集，達到邊爬樓梯邊清掃的效果。

3???? 結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1? 攀爬機構(gòu)

攀爬機構(gòu)包括兩側(cè)履帶，履帶通過螺絲緊固在履帶底座上，帶動整體機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)運動。兩側(cè)履帶為前后兩段式，前側(cè)實現(xiàn)第一級樓梯和最后一級樓梯的攀爬，后側(cè)履帶為整體攀爬提供足夠的抓力。每一側(cè)前后兩段履帶左右交錯固定，履帶輪固定在履帶骨架上，履帶輪與履帶底板兩側(cè)電機通過傳動桿相連，在后履帶的最前輪和前履帶的最后輪內(nèi)嵌滾動軸承通過軸桿連接固定，前后兩履帶可圍繞軸實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。且前側(cè)履帶和后側(cè)履帶骨架外連接處的液壓缸兩端分別固定在履帶前后兩側(cè)，外液壓缸與前后倆骨架支架形成轉(zhuǎn)動副，內(nèi)嵌滾動軸承，液壓系統(tǒng)與前履帶檢測器相連。為更好的抓住每個樓梯的棱角邊，整體履帶外形為橫向圓柱凸起狀橫紋。兩側(cè)履帶之間通過鋁合金桿與履帶骨架通過螺釘連接支撐，鋁合金桿支架固定在履帶底板上，通過螺絲釘進行固定，實現(xiàn)履帶和底板連接。

3.2.前方清掃機構(gòu)的設(shè)計

底板前端的垃圾清理裝置安裝在底板上的鋁合金桿支撐架上，連接處以四桿機構(gòu)和鋁合金支架連接固定，通過支座內(nèi)的桿連接兩構(gòu)件，連接處內(nèi)嵌滾動軸承，四桿機構(gòu)與鋁合金支架構(gòu)成轉(zhuǎn)動副四桿機構(gòu)中的主動桿與鋁合金支撐架之間的液壓缸通過支撐座實現(xiàn)連接，液壓缸兩端構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，液壓缸的液壓系統(tǒng)和垃圾清理裝置底部檢測器相連。上述四桿機構(gòu)截面形狀為工型，連接處通過銷兩兩相連，實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)動。且四桿機構(gòu)與前端的自平衡裝置通過焊接連接固定，自平衡裝置內(nèi)部萬象節(jié)上下兩端分別焊接在兩上下兩面，四周四個舵機底座通過螺釘固定在下板，通過導(dǎo)線與底盤上的電池相連，且舵機與垃圾清理裝置的底部傳感器相連，已達到下方整個機構(gòu)的水平。在底板下方的最左邊和最右邊安裝各兩個液壓缸，左右液壓缸座通過螺釘固定在下底板，上述液壓缸為三級液壓缸，三級液壓缸的的每個伸縮桿上通過焊接連接固定可折疊外擋板，第三層可折疊外擋板通過螺釘固定連接下面的搭載平臺，當(dāng)上述三級液壓缸向外伸展時，伸縮桿伸長帶動可折疊外擋板伸長以達到能夠覆蓋一層臺階面，液壓缸的液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件和外伸桿最外端傳感器相連，液壓系統(tǒng)動力元件通過塑膠軟管連接，安裝在履帶底板上。搭載平臺與固定在里面的減速電機用螺釘固定。電機轉(zhuǎn)動頭緊固住掃把，兩者之間過盈配合。搭載平臺后側(cè)加裝豎直軟橡膠片，用于防止掃把把垃圾掃到樓梯下。

3.3? 后方清潔回收機構(gòu)的設(shè)計

樓道清潔車的后方功能是實現(xiàn)最終垃圾的清潔，通過上述的四桿機構(gòu)和平衡機構(gòu)達到垃圾清潔裝置的上下移動和相應(yīng)位置的調(diào)整，后方垃圾清潔裝置以小型吸塵器作為主體結(jié)構(gòu)，吸塵器通過固定架固定在履帶底座上，固定架為可調(diào)節(jié)圓盤環(huán)底座，可通過螺釘夾緊調(diào)整，便于安裝和拆卸。外伸的吸塵部分與上述平衡機構(gòu)底部連接，由平衡機構(gòu)底部安裝的圓柱軸相連，通過滾動軸承把吸塵器和平衡機構(gòu)底部之間構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，達到在平衡機構(gòu)擺動角度時可實現(xiàn)水平。四桿機構(gòu)中主動桿上的液壓缸與底部吸塵器上的傳感器相連吸塵器固定位置與前方的垃圾匯攏位置相對應(yīng)，實現(xiàn)最終樓道垃圾的清潔。

3.4? 垃圾儲存機構(gòu)設(shè)計

垃圾清理裝置后方的傳送裝置安裝在底盤上的框架上，所述框架由鋁合金柱組裝搭成，所述傳送帶固定架固定在框架上，框架上以滾動軸承連接傳送帶，傳送帶和所述固定架構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，傳送帶固定架內(nèi)部安裝步進電機帶動傳送帶旋轉(zhuǎn)，傳送帶底部傳感器與電機相連。實現(xiàn)把前方垃圾中的較大垃圾進行先行回收。在傳送帶最頂點正下方安裝有可拆裝垃圾箱，所述垃圾箱通過可活動垃圾箱固定架固定在清潔車的底板上，可在可活動垃圾箱固定架上自由拆裝，所述可活動垃圾箱固定架為一個能夠吧垃圾箱底面套住的底座，在底座四周裝有通過舵機控制的掛鉤，實現(xiàn)對垃圾箱的松緊。

4結(jié)論

本作品通過機械傳動，履帶傳動，液壓傳動，步進電機以及連接桿構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)，通過傳感器實現(xiàn)精密控制。此外本作品還包括樓梯攀爬裝置，平衡裝置。其中的垃圾清理裝置內(nèi)部向兩側(cè)伸縮的液壓缸能夠適應(yīng)各種寬度類型樓道，通過兩端傳感器進行適應(yīng)，這樣結(jié)構(gòu)非常有利于不同樓型之間的轉(zhuǎn)換。四桿機構(gòu)下方的自平衡機構(gòu)可以很有效的抵消四桿機構(gòu)升降時帶來的角度偏移問題。相較于其他單一固定履帶的攀爬樓梯機構(gòu)，非常有利于不同坡度樓梯的攀爬，使清潔車的適用范圍更廣。而傳統(tǒng)的普通垃圾清理車只能清理清潔車面積所能覆蓋到的地方，且清潔地形單一，尤其不利于樓梯道的清理，因為在樓梯臺階上面積的限制不容易實現(xiàn)清潔車忽左忽右的清掃。而且通常的驅(qū)動方式以小輪驅(qū)動，整體沒有足夠的著力點，不利于樓梯間的攀爬，在精確攀爬和攀爬穩(wěn)定性上也沒有履帶效率高，或者攀爬斜度單一。

選用履帶作為攀爬的傳動機構(gòu)，并在履帶面上分布橫向圓柱狀突起，使之更加適合于在樓梯上攀爬，并且更夠更加穩(wěn)定。并且與清潔車相適應(yīng)的獨立創(chuàng)新型清潔方式，通過前端可伸縮板帶動掃把清潔完整樓梯面并把垃圾匯攏在樓梯中間，從而由后端自帶吸塵器回收垃圾，整體清潔方式簡單快捷，清潔車所到層面可快速有效清潔干凈。

參考文獻：

[1]?? 陳科睿.淺談智能型掃地機器人的工作原理及系統(tǒng)方案設(shè)計.武漢一中，湖北武漢430014

[2]?? 王沁楠.清掃機器人工業(yè)設(shè)計.陜西師范大學(xué)附屬中學(xué)，陜西西安710000.

[3]?? 徐俊翊，陶衛(wèi)軍，張涵.新型載人爬樓梯履帶車設(shè)計及穩(wěn)定性分析.南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院，南京210094

[4]?? 王自強， 曾實現(xiàn)，張艷.智能除污機器人的設(shè)計.青島黃海學(xué)院， 山東青島266427

作者簡介：

宋新宇（1998-），男，山東省煙臺人，本科。