专利名称：具有自动导向功能的程控往复式吸尘、清障装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及中央空调风道清洁技术领域，尤其涉及具有自动导向功能的程控往复式 吸尘、清障装置。
背景技术：
国外从八十年代起就高度重视中央空调风道的清洁，并已经发展成为了一个完善、 巨大的产业，相比较而言，国内中央空调风道清洗起步较晚，有关清洗设备多以进口为 主，近几年国内有关科研机构也先后推出了自己研发的产品，国家也制订了一系列有关 中央空调通风管道清洁的行业标准与规范，纵观国内外各类中央空调通风管道清洁设备， 均有各自的特点，但还存在许多有待完善与改进的地方。目前，中央空调通风管道清洁 部分主要以清洁机器人为主流发展趋势。据报道，中央空调通风管道清洁机器人的清洁 性能较传统的清洁方式有了很大的提高，已具备检测、清洁、消毒等功能，清洁与机动 性能大大提高，基本可满足中央空调通风管道清洁的要求。现有中央空调风道清洁机器 人是通过运载小车将清洁设备带入通风管道，其吸尘部分的吸尘风口通常设置在运载小 车的某一固定位置(如运载小车的车身下)，吸尘风口相对运载小车本身无相对运动，而 运载小车在风道中行进时，其固定的吸尘风口无法覆盖风道的底面，因而，留有吸尘死 角，吸尘效果不理想；此外，现有清洁机器人清障功能不完善，无法有效地清除吸尘器 无法吸入的障碍(如死老鼠等)；再者，由于运载小车在通风管道内行进过程中，需要解 决导向问题，目前一般采用机械导向或人工手动控制的方法，前者常有卡死现象，后者 自动化程度差，导向效果不理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于中央空调风道清洁， 实现对中央空调风道底面全面吸尘、可有效地清除中央空调风道中障碍物，具有自动导 向功能的程控往复式吸尘、清障装置。
一种具有自动导向功能的程控往复式吸尘、清障装置，包括运载小车、吸尘清障部
分和控制部分，运载小车上装设有摄像头，所述运载小车上装设有沿运载小车横向布置 的水平运动机构，所述吸尘清障部分包括清障撮斗、吸头、导向触点开关、连接软管和 固定在运载小车上的吸尘主机，清障撮斗位于运载小车前端，并与水平运动机构固定连接，吸头固定于清障撮斗下方，并通过连接软管与吸尘主机连接，导向触点开关设有两 个，并分别装设于清障撮斗两侧。
所述水平运动机构包括齿轮、齿条、水平运动驱动电机、水平运动平台、平台支撑 块和导轨，所述导轨和齿条沿运载小车横向平行布置，并固定于运载小车的安装平台上， 导轨上设有可沿导轨滑动的滑块，平台支撑块下端固定于滑块上，水平运动平台固定于 平台支撑块上端，水平运动驱动电机固定于平台支撑块上，齿轮安装于水平运动驱动电 机的输出轴上并与齿条啮合。
所述水平运动平台上装设有俯仰运动机构和毛刷清扫机构，所述俯仰运动机构固定 在水平运动平台上，毛刷清扫机构与俯仰运动机构固定连接。
所述俯仰运动机构包括支撑杆、杠杆臂、俯仰运动驱动电机、巻扬轮和柔性拉索， 所述支撑杆下端固定于水平运动平台上，所述杠杆臂中部铰接于支撑杆上端并沿运载小 车纵向布置，毛刷清扫机构装设于杠杆臂前部，俯仰运动驱动电机装设于杠杆臂后部， 巻扬轮装设于俯仰运动驱动电机的输出轴上，巻扬轮下方设有固定于水平运动机构上的 定滑轮，柔性拉索一端绕设于巻扬轮上，另一端绕过定滑轮并固定于杠杆臂后部。
所述杠杆臂包括杠杆前臂和杠杆后臂，杠杆后臂的中部铰接于支撑杆上端，杠杆前 臂与杠杆后臂上分别设有多个对应的定位销孔，杠杆前臂通过定位销固定在杠杆后臂的 前端。
所述控制部分包括计算机和电控箱，所述摄像头、导向触点开关和电控箱分别与计 算机电连接，计算机的显示器兼作摄像头的视频显示设备，所述吸尘主机、水平运动驱 动电机、俯仰运动驱动电机、毛刷清扫机构和运载小车的驱动电机均与电控箱电连接。 所述吸头呈管状，其两端分别设有一吸尘风口，其中段对称设有两个吸尘风口。 与现有技术相比，本发明的优点就在于增加了沿运载小车横向布置的水平运动机 构及清障撮斗等，通过控制部分控制水平运动机构使清障撮斗带动吸头沿运载小车的横 向作往复式水平运动，实现了对中央空调风道底面的往复式吸尘、清障，解决了现有吸 尘方式存在吸尘死角问题；控制部分装配有计算机、与计算机连接的电控箱，可根据被 清洁中央空调风道的大小，对本装置的运动参数进行设置，包括水平运动机构的运动 行程、运动速度，运载小车的运动方向、速度、轨迹等参数，通过电控箱按照设计的程 序控制水平运动驱动电机、运载小车驱动电机，完成程控往复式吸尘、清障及自动导向 工作，从而提高设备适用范围，减轻人员的劳动强度，提高清扫效率；摄像头在通风管 道内采集的视频信号传输到计算机，并通过计算机的显示器显示出来，当遇到不能吸入的障碍物时，可通过手动控制方式，手动控制俯仰运动机构和毛刷清扫机构将障碍物扫 入清障撮斗并带出，或手动控制运载小车用清障撮斗将障碍物推送到中央空调风道的出 风口，再由人工清除，有效地解决了中央空调风道的清障问题；清障撮斗的两侧装设有 与计算机电连接的导向触点开关，当运载小车偏离正确行进方向时，导向触点开关触碰 风道侧壁后给计算机发出纠偏信号，计算机向电控箱发出指令，调整运载小车回到正确 行进方向，不仅提高了本发明的自动化程度，而且导向方式简单实用，消除了机械导向 方式中频繁出现的卡死现象。
图l是本发明的结构示意图2是本发明运载小车部分的俯视图3是本发明运载小车部分的左视图4是本发明吸头的结构示意图。
图中各标号表示
1、运载小车2、摄像头
3、控制部分4、水平运动机构
5、俯仰运动机构6、毛刷清扫机构
7、清障撮斗8、吸尘清障部分
9、导向触点开关11、安装平台
31、计算机32、电控箱
41、齿轮42、齿条
43、水平运动驱动电机44、水平运动平台
45、平台支撑块46、导轨
51、支撑杆52、杠杆臂
53、俯仰运动驱动电机54、巻扬轮
55、柔性拉索61、双轴毛刷电机
62、清扫毛刷81、吸头
82、连接软管83、吸尘主机
451、连接杆452、定滑轮
521、杠杆前臂522、杠杆后臂
523、定位销孔524、定位销
具体实施例方式
如图1至图4所示，本发明的一种用于中央空调风道清洁的、具有自动导向功能的 程控往复式吸尘、清障装置，包括运载小车l、控制部分3、装设于运载小车l上的摄像 头2、水平运动机构4和吸尘清障部分8。控制部分3包括计算机31和电控箱32，摄像 头2与计算机31电连接，运载小车l的驱动电机与电控箱32电连接，计算机31的显示 器兼作摄像头2的视频显示设备，开启运载小车1上装设的照明设备，便可以通过计算 机31的显示器清楚的看到通风管道内的情况。吸尘清障部分8包括吸头81、连接软管 82和固定在运载小车1上的吸尘主机83，吸尘主机83与电控箱32电连接，吸头81通 过连接软管82与吸尘主机83连通，该吸头81呈管状，其两端分别设有一吸尘风口，其 中段对称设有两个吸尘风口。水平运动机构4包括齿轮41、齿条42、水平运动驱动电机 43、水平运动平台44、两个平台支撑块45和两条导轨46。两条导轨46和齿条42均固 定于运载小车1前端的安装平台11上，并且沿运载小车1横向平行布置，两条导轨46 一前一后设置，齿条42位于两条导轨46之间。两条导轨46上均装设有可沿导轨46滑 动的滑块47，两个平台支撑块45下端分别与一对应的滑块47固定连接，使平台支撑块 45可以在导轨46上滑动。水平运动驱动电机43固定在位于运载小车1前端的一块平台 支撑块45上并与电控箱32电连接，齿轮41安装于水平运动驱动电机43的输出轴上并 与齿条42啮合。水平运动平台44固定于两个平台支撑块45上端。水平运动平台44上 装设有清障撮斗7、俯仰运动机构5和毛刷清扫机构6，俯仰运动机构5固定在水平运动 平台44上，毛刷清扫机构6与俯仰运动机构5固定连接，清障撮斗7设在水平运动平台 44前端，其两侧装设有与电控箱32电连接的导向触点开关9，吸头81固定在清障撮斗7 下方，并通过清障撮斗7与水平运动平台44固定连接。俯仰运动机构5包括支撑杆51、 杠杆臂52、俯仰运动驱动电机53、巻扬轮54和柔性拉索55，支撑杆51下端固定于水平 运动平台44上。杠杆臂52包括沿运载小车1纵向布置的杠杆前臂521和杠杆后臂522， 杠杆后臂522的中部铰接于支撑杆51上端，杠杆前臂521与杠杆后臂522上分别设有多 个对应的定位销孔523，杠杆前臂521通过穿设于定位销孔523内的定位销524固定在杠 杆后臂522的前端。俯仰运动驱动电机53装设于杠杆后臂522后部并与电控箱32电连 接。巻扬轮54装设于俯仰运动电机5的输出轴上，在巻扬轮54下方、位于运载小车1 后端的一块平台支撑块45上固定有一连接杆451，连接杆451上装有一定滑轮452，柔 性拉索55 —端绕设于巻扬轮54上，另一端绕过定滑轮452固定在杠杆后臂522上。毛 刷清扫机构6由双轴毛刷电机61和清扫毛刷62组成，双轴毛刷电机61固定在杠杆前臂521前部并与电控箱32电连接，清扫毛刷62装设于双轴毛刷电机的旋转轴上。在制作安 装的过程中，使杠杆臂52上安装毛刷清扫机构6 —端相对于杠杆铰接中心的重力矩大于 安装俯仰运动电机53 —端相对于杠杆铰接中心的重量矩，保证柔性拉索55 —直处于拉 紧状态。在控制部分3的控制下，水平运动驱动电机43可以驱动齿轮41旋转，带动平 台支撑块45、水平运动平台44、俯仰运动机构5、清障撮斗7和吸头81沿运载小车1 作水平横向运动；俯仰运动驱动电机53可以驱动巻扬轮54旋转，使巻扬轮54收放柔性 拉索55，带动毛刷清扫机构6作俯仰运动；双轴毛刷电机61可以驱动清扫毛刷62旋转; 吸尘主机83启动，进入吸尘状态；运载小车l的驱动电机可以驱动运载小车l前进、后 退或转向。本发明的吸尘清障部分，通过控制部分3控制水平运动机构4使吸尘清障部 分8的吸头81可沿运载小车1的横向运动，使吸尘清障部分8沿中央空调风道的底面开 展横向的往复吸尘工作，实现了吸尘清障部分8对中央空调风道的往复式吸尘清障，解 决了现有吸尘方式存在清扫死角的问题，实现对中央空调风道底面全面吸尘，保证吸尘 质量；可根据被清洁中央空调风道的大小，对本装置的运动参数进行设置，包括水平 运动机构4的运动行程、运动速度，运载小车l的运动方向、速度、轨迹等参数，通过 电控箱32按照设计的程序控制水平运动驱动电机43，运载小车驱动电机，完成程控往复 式吸尘工作，从而提高设备适用范围，减轻人员的劳动强度，提高清扫效率；摄像头2 在通风管道内采集的视频信号传输到计算机31，并通过计算机31的显示器显示出来，当 遇到不能吸入的障碍物时，可通过控制部分3的手动控制功能，手动控制俯仰运动机构5 和毛刷清扫机构6将障碍物扫入清障撮斗7并带出，或手动控制运载小车1用清障撮斗7 将障碍物推送到中央空调风道的出风口，再由人工清除，有效地解决了中央空调风道的 清障问题；当运载小车1偏离正确行进方向时，导向触点开关9触碰风道侧壁后给计算 机31发出纠偏信号，计算机31向电控箱32发出指令，调整运载小车1回到正确行进方 向，不仅提高了本发明的自动化程度，而且导向方式简单实用，消除了机械导向方式中 频繁出现的卡死现象。此外，本发明还可以在运载小车1上加装消毒设备(如微型喷雾 器和紫外线消毒灯)、吸尘设备，以满足不同的清洁要求、提高清洁能力。
下面以清扫横截面为矩形的中央空调风道为例，对本发明具有自动导向功能的程控 往复式吸尘、清障装置的工作过程作进一步详细说明。根据被清洁通风管道的截面尺寸， 合理选择安装相匹配的清障撮斗7和清扫毛刷62，保证清扫毛刷62正常清扫时导向触点 开关9不会与风道的两侧壁接触，而当运载小车1偏离正确行进方向时，导向触点开关9 能及时触碰风道侧壁，并给计算机31发出纠偏信号，计算机31通过电控箱32，调整运载小车1回到正确行进方向。当向计算机31中输入待清洁通风管道的宽度、高度等参数后，计算机31通过电控箱32按设定的程序控制运载小车1以及安装在运载小车1上的各种设备开展工作。程控吸尘的具体过程是先启动吸尘主机83，进入吸尘状态；再启 动水平运动驱动电机43，吸尘清障部分8的吸头81沿运载小车1横向进给，直到吸头 81到达设定的位置(吸尘区域可将通风管道一侧的底面覆盖)，水平运动驱动电机43停 止；水平运动驱动电机43反向运动，吸头81沿运载小车1横向进给，直到吸头81到达 另一侧设定位置(吸尘区域可将通风管道另一侧的底面覆盖)，水平运动驱动电机43停 止。这样吸头81便形成了一个沿通风管道横向的往复运动轨迹，由计算机31控制吸头 81周而复始的往复运动，同时控制运载小车1以适当的速度向前运动，使吸头81的四个 吸尘风口可以覆盖道通风管道的整个底面，实现对通风管道的程控往复式吸尘。当通过 摄像头2观测到不能吸入的障碍时，可通过手动控制俯仰运动机构5和毛刷清扫机构6 将障碍物扫入清障撮斗7并带出，或手动控制运载小车1用清障撮斗7将障碍物推送到 中央空调风道的出风口，再由人工清除。工作过程中，运载小车1偏离正常清扫轨迹时， 装设在横向往复运动的清障撮斗7上的导向触点开关9将与偏离一侧的空调风道壁接触， 并向计算机31发出纠偏信号，计算机31通过电控箱32控制运载小车1调节运动方向及 纠偏，使运载小车1沿风道底面的中心线运动，该纠偏工作贯穿全清洁过程， 一旦偏离， 马上纠偏，实现了程控往复式吸尘、清障及自动导向。
权利要求
1、一种具有自动导向功能的程控往复式吸尘、清障装置，包括运载小车(1)、吸尘清障部分(8)和控制部分(3)，运载小车(1)上装设有摄像头(2)，其特征在于所述运载小车(1)上装设有沿运载小车(1)横向布置的水平运动机构(4)，所述吸尘清障部分(8)包括清障撮斗(7)、吸头(81)、导向触点开关(9)、连接软管(82)和固定在运载小车(1)上的吸尘主机(83)，清障撮斗(7)位于运载小车(1)前端，并与水平运动机构(4)固定连接，吸头(81)固定于清障撮斗(7)下方，并通过连接软管(82)与吸尘主机(83)连接，导向触点开关(9)设有两个，并分别装设于清障撮斗(7)两侧。
2、 根据权利要求l所述的具有自动导向功能的程控往复式吸尘、清障装置，其特征 在于所述水平运动机构(4)包括齿轮(41)、齿条(42)、水平运动驱动电机(43)、 水平运动平台(44)、平台支撑块(45)和导轨(46)，所述导轨(46)和齿条(42)沿 运载小车(l)横向平行布置，并固定于运载小车(1)的安装平台(11)上，导轨(46) 上设有可沿导轨(46)滑动的滑块(47)，平台支撑块(45)下端固定于滑块(47)上， 水平运动平台(44)固定于平台支撑块(45)上端，水平运动驱动电机(43)固定于平 台支撑块(45)上，齿轮(41)安装于水平运动驱动电机(43)的输出轴上并与齿条(42) 啮合。
3、 根据权利要求2所述的具有自动导向功能的程控往复式吸尘、清障装置，其特征 在于所述水平运动平台(44)上装设有俯仰运动机构(5)和毛刷清扫机构(6)，所述 俯仰运动机构(5)固定在水平运动平台(44)上，毛刷清扫机构(6)与俯仰运动机构(5)固定连接。
4、 根据权利要求3所述的具有自动导向功能的程控往复式吸尘、清障装置，其特征 在于所述俯仰运动机构(5)包括支撑杆(51)、杠杆臂(52)、俯仰运动驱动电机(53)、 巻扬轮(54)和柔性拉索(55)，所述支撑杆(51)下端固定于水平运动平台(44)上， 所述杠杆臂(52)中部铰接于支撑杆(51)上端并沿运载小车(1)纵向布置，毛刷清扫 机构(6)装设于杠杆臂(52)前部，俯仰运动驱动电机(53)装设于杠杆臂(52)后部， 巻扬轮(54)装设于俯仰运动驱动电机(53)的输出轴上，巻扬轮(54)下方设有固定 于水平运动机构(4)上的定滑轮(452)，柔性拉索(55) —端绕设于巻扬轮(54)上， 另一端绕过定滑轮(452)并固定于杠杆臂(52)后部。
5、 根据权利要求4所述的具有自动导向功能的程控往复式吸尘、清障装置，其特征 在于所述杠杆臂(52)包括杠杆前臂(521)和杠杆后臂(522)，杠杆后臂(522)的 中部铰接于支撑杆(51)上端，杠杆前臂(521)与杠杆后臂(522)上分别设有多个对 应的定位销孔(523)，杠杆前臂(521)通过定位销(524)固定在杠杆后臂(522)的前 端。
6、 根据权利要求3至5中任一项所述的具有自动导向功能的程控往复式吸尘、清障 装置，其特征在于所述控制部分(3)包括计算机(31)和电控箱(32)，所述摄像头(2)、导向触点开关(9)和电控箱(32)分别与计算机(31)电连接，计算机(31)的 显示器兼作摄像头(2)的视频显示设备，所述吸尘主机(83)、水平运动驱动电机(43)、 俯仰运动驱动电机(53)、毛刷清扫机构(6)和运载小车(1)的驱动电机均与电控箱(32) 电连接。
7、 根据权利要求1至5中任一项所述的具有自动导向功能的程控往复式吸尘、清障 装置，其特征在于所述吸头(81)呈管状，其两端分别设有一吸尘风口，其中段对称 设有两个吸尘风口。
8、 根据权利要求6所述的具有自动导向功能的程控往复式吸尘、清障装置，其特征 在于所述吸头(81)呈管状，其两端分别设有一吸尘风口，其中段对称设有两个吸尘 风口。
全文摘要
一种具有自动导向功能的程控往复式吸尘、清障装置，包括运载小车、吸尘清障部分和控制部分，运载小车上装有摄像头，并沿运载小车横向布置有水平运动机构，吸尘清障部分包括清障撮斗、吸头、导向触点开关、连接软管和固定在运载小车上的吸尘主机，清障撮斗位于运载小车前端，与水平运动机构固定连接，吸头固定于清障撮斗下方，通过连接软管与吸尘主机连接，两个导向触点开关分别装设于清障撮斗两侧。该具有自动导向功能的程控往复式吸尘、清障装置可根据被清洁风道的截面尺寸通过程序控制吸尘清障装置的水平运动行程，不留吸尘死角，实现对中央空调风道底面全面吸尘，可通过手动控制方式，清除中央空调风道中的障碍物，并且在行进中可自动导向。
文档编号B08B9/02GK101342538SQ200810032010
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月6日 优先权日2008年8月6日
发明者卢耀晖, 吴正洪, 周继伟, 竞 张, 文晓希 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学