一种适用于桁架及管道的清洁机器人的制作方法

本实用新型涉及一种清洁机器人，具体涉及一种适用于桁架及管道的清洁机器人。

背景技术：

在机场航站楼、体育场馆、博物馆等大型建筑物中，由于层高较高，对上部的桁架、管道等清洁难度较大，而且桁架通常具有走向多样、互相交错、尺寸和材料多样、形状不定等问题，管道也存在转向、管径变化等问题，致使日常维护的清洁过程复杂，效率低下，人工清洁费用高且危险。

如采用智能机器人可以很大程度上节约清洁成本，并且提高清洁工程的工作效率，但现有的能爬高的清洁设备多适用于平面清洁，如高空壁面轨道式、真空吸附高空清洁机器人、磁吸附高空清洁机器人等。但高空壁面轨道式，其需在建造建筑物时就将高空壁面轨道安装上，不仅影响建筑物的美观，而且清洗区域狭窄；真空吸附高空清洁机器人，其对真空吸盘的密封性要求较高，必须保证吸盘的吸附面积，结构复杂，造价昂贵，而且工作的可靠性和对高空壁面的适应性较差；磁吸附高空清洁机器人，其只适用于特定材料(如钢铁)的高空壁面上工作。而大型建筑物所用的桁架多采用圆柱拼接而成，桁架曲面多且复杂，管道也多采用圆柱结构，不具备可靠的吸附表面，同时也不便于事先安装轨道，可见现有的清洁设备不适用于清洁桁架及管道。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种适用于桁架及管道的清洁机器人，其可以实现大型建筑物中桁架及管道上的弯曲表面的自动化清洁，实现降低人工清洗危险、缩短清洁时间、提高清洁效率、节约清洁费用的目的。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种适用于桁架及管道的清洁机器人，其特征在于，所述清洁机器人包括左机械手、右机械手、机械臂和吸尘装置；

所述左机械手和所述右机械手结构相同，均包括主动弧形组件、开合舵机和从动弧形组件；所述开合舵机驱动所述主动弧形组件和所述从动弧形组件的开合动作；

所述机械臂为左右对称的伸缩和/或旋转机械臂，所述左机械手和所述右机械手分别安装在所述机械臂的左右两端，并通过所述主动弧形组件和所述从动弧形组件环绕抱住所述桁架或管道；所述机械臂通过伸缩和/或旋转带动所述左机械手和所述右机械手在所述桁架及管道上移动；所述吸尘装置安装在所述机械臂中间，对桁架及管道进行清洁。

进一步地，所述清洁机器人还包括中间机械手；所述中间机械手与所述左机械手结构相同；所述中间机械手通过所述开合舵机安装在所述机械臂的中间，所述左机械手与所述右机械手相对所述中间机械手对称设置；所述中间机械手通过所述主动弧形组件和所述从动弧形组件环绕抱住所述桁架及管道，所述中间机械手下部与所述吸尘装置相连，所述吸尘装置用于吸除所述中间机械手环绕区域内的灰尘。

进一步地，所述中间机械手下部还设有气流通道，所述吸尘装置通过所述气流通道与所述中间机械手环绕区域内相通。

进一步地，所述中间机械手内侧还设有两块毛刷，两块所述毛刷分别附着安装在所述主动弧形组件和所述从动弧形组件朝向管道的内侧。

进一步地，所述机械臂包括左外臂、左内臂、中间臂、右内臂和右外臂，所述清洁机器人还包括两个直行旋转舵机、两个第一直行舵机和两个第二直行舵机；

所述左外臂和所述右外臂分别通过所述直行旋转舵机与所述左内臂和所述右内臂相连，在所述直行旋转舵机驱动下实现所述左外臂与所述左内臂及所述右外臂与所述右内臂的伸缩及旋转运动；

所述左内臂和所述右内臂分别通过所述第一直行舵机与所述中间臂相连，通过所述第一直行舵机驱动实现所述左内臂和所述右内臂与所述中间臂的伸缩运动；

两个所述第二直行舵机对称安装在所述中间臂上，驱动所述中间臂直线移动。

进一步地，所述清洁机器人还包括第二旋转舵机，所述中间机械手通过所述第二旋转舵机与所述中间臂相连；所述第二旋转舵机驱动所述中间机械手旋转。

进一步地，所述清洁机器人还包括第一旋转舵机；所述第一旋转舵机与所述左机械手和所述右机械手分别相连；所述第一旋转舵机驱动所述左机械手和所述右机械手相对所述机械臂旋转。

进一步地，所述左机械手和所述右机械手还分别包括主动齿轮和从动齿轮，两个所述主动齿轮对称安装在所述开合舵机左右两端，并与两个所述从动齿轮分别啮合连接，由所述开合舵机驱动同步旋转；所述主动弧形组件和所述从动弧形组件分别与所述主动齿轮和所述从动齿轮固定相连；所述开合舵机驱动所述主动齿轮实现所述主动弧形组件和所述从动弧形组件的开合动作。

进一步地，所述主动弧形组件或所述从动弧形组件外端设有滚轮。

进一步地，所述主动弧形组件由至少两个弧形支架通过固定组件固定组成，两个所述弧形支架分别与所述主动齿轮相连；所述从动弧形组件也由至少两个所述弧形支架通过所述固定组件固定组成，两个所述弧形支架分别与所述从动齿轮相连。

本实用新型的有益效果：

本实用新型结构简单，设计巧妙，通过舵机带动机械臂和机械爪轻松实现在桁架及管道上的稳步移动，并利用吸尘装置收集灰尘达到清洁目的，大大地改进了传统人工和普通机器人对桁架及管道弯曲表面的清洁问题，降低人工清洗危险、缩短清洁时间、提高清洁效率、节约清洁费用。

附图说明

图1为本实用新型适用于桁架及管道的清洁机器人的结构示意图；

图2为本实用新型中左机械手结构示意图；

图3为本实用新型中机械臂结果示意图；

图4为本实用新型中跨管移动方式一示意图；

图5为本实用新型中跨管移动方式二示意图。

其中:1-左机械手、1.1-主动弧形组件、1.2-开合舵机、1.3-主动齿轮、1.4-从动齿轮、1.5-从动弧形组件、1.6-滚轮、1.7-固定组件、1.8-限位板、2-中间机械手、3-右机械手、4-左外臂、5-左内臂、6-中间臂、7-右内臂、8-右外臂、9-第一旋转舵机、10-直行旋转舵机、11-第一直行舵机、12-第二直行舵机、13-第二旋转舵机、14-吸尘装置。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本申请文件中的上、下、左、右、内、外、前端、后端、头部、尾部等方位或位置关系用语是基于附图所示的方位或位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本实用新型中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实施例记载了一种适用于桁架及管道的清洁机器人，该清洁机器人包括机械手、机械臂和吸尘装置，该清洁机器人利用机械臂和机械手在桁架或管道上稳步行走移动，通过吸尘装置完成吸尘动作，从而实现清洁作业。

如图1所示，本实施例中机械手由左机械手1、中间机械手2和右机械手3等三组机械手组成。左机械手1和右机械手3对称设置在中间机械手2的左右两侧，三组机械手分别安装在机械臂上。

左机械手1和右机械手3对称安装在机械臂的左右两端，三组机械手均包括主动弧形组件1.1、开合舵机1.2、主动齿轮1.3、从动齿轮1.4、从动弧形组件1.5、滚轮1.6、固定组件1.7和限位板1.8等零部件。下面以图2示出的左机械手1为例说明这些零部件组装后的结构。

两个主动齿轮1.3对称安装在开合舵机1.2左右两端，由开合舵机1.2驱动同步旋转，并与两个从动齿轮1.4分别啮合连接，且主动齿轮1.3和从动齿轮1.4左右两侧分别安装有限位板1.8，所用限位板1.8均通过固定组件1.7固定，以防主动齿轮1.3和从动齿轮1.4偏离啮合位置，影响开合舵机1.2的驱动传送。主动弧形组件1.1和从动弧形组件1.5分别与主动齿轮1.3和从动齿轮1.4固定相连。在开合舵机1.2驱动主动齿轮1.3转动时，主动弧形组件1.1和从动弧形组件1.5在主动齿轮1.3和从动齿轮1.4啮合作用下相对运动，完成左机械手1的开合动作。滚轮1.6安装在主动弧形组件1.1或从动弧形组件1.5外侧，可减少左机械手1在移动时与桁架或管道间的摩擦力。

另外，还可在滚轮1.6上设置尺寸测量传感器，其可以在清洁机器人进行跨管移动时，检测所在管道与目标管道的间距及桁架或管道的管径，并将检测结果传送至plc，plc将预先设定的移动参数与检测结果比较，如有偏差，及时调整清洁机器人机械臂的长度及通过开合舵机1.2控制机械手的开合角度，使机械手能抱紧各种管径支柱，以完成桁架或管道表面的清洁。

中间机械手2与左右机械手1、3结构的不同之处在于，中间机械手2还设有气流通道，气流通道位于中间机械手2的下部，气流通道出口端与吸尘装置14相连，吸尘装置14通过气流通道将中间机械手2环绕区域内的灰尘吸入吸尘装置14内，完成清洁作业。

另外，为避免扬尘，在中间机械手2的主动弧形组件1.1和从动弧形组件1.5朝向管道的内侧还可分别设置整块的毛刷，毛刷环绕在管道周围，以在中间机械手2的环绕区域内形成相对封闭的空间，可避免灰尘飞出。还可在毛刷接触管道时通过来回移动中间机械手2，使毛刷扫落桁架及管道表面上的灰尘，加快清洁速度。

所用的主动弧形组件1.1由至少两个弧形支架通过固定组件1.7固定组成，其中两个弧形支架分别与主动齿轮1.3相连，另外，为扩大机械手的抓握面积，本实施例中的固定组件1.7由一端弧形支架处向外延伸，在固定组件1.7端部增设弧形支架，如图2所示。从动弧形组件1.5与主动弧形组件1.5结构相似，也包括相应数量的弧形支架，不同之处在于，其中两个弧形支架分别与从动齿轮1.4相连。

本实施例的机械臂为左右对称的伸缩和、或旋转机械臂，如图3所示，机械臂由左外臂4、左内臂5、中间臂6、右内臂7和右外臂8组成，其中，左外臂4和右外臂8、左内臂5和右内臂7分别在中间臂6左右两侧上方对称设置。舵机还包括第一旋转舵机9、直行旋转舵机10、第一直行舵机11、第二直行舵机12和第二旋转舵机13。

第一旋转舵机9为两个，分别与左机械手1和右机械手3相连，对称设置。本实施例中，开合舵机1.2分别设置在左外臂4左端和右外臂8右端的上部，第一旋转舵机9设置在左外臂4左端和右外臂8右端的下部，第一旋转舵机9分别驱动左机械手1相对左外臂4和右机械手3相对右外臂8旋转。中间机械手2通过开合舵机1.2与第二旋转舵机13相连。第二旋转舵机13安装在中间臂6上，驱动中间机械手2相对中间臂6旋转。

左外臂4的右端通过直行旋转舵机10与左内臂5左端相连，在直行旋转舵机10作用下，左外臂4与左内臂5实现伸缩运动，以改变左机械手1与中间机械手2之间的相对位置，同时也可实现左外臂4与左内臂5之间的相对旋转运动。左内臂5右端通过第一直行舵机11安装在中间臂6上方，第一直行舵机11可驱动左内臂5和中间臂6完成伸缩运动。在中间臂6上两个第二直行舵机12分别安装在第二旋转舵机13的左右两侧，共同驱动中间臂6直行移动。

在第二旋转舵机13的右侧，中间臂6上设有与第二旋转舵机13左侧对称的直行旋转舵机10和第一直行舵机11，用以实现机械臂右侧的运动。右内臂7右端通过直行旋转舵机10与右外臂8左端相连，通过直行旋转舵机10的驱动，右内臂7与右外臂8之间实现伸缩运动和旋转运动，右内臂7左端通过第一直行舵机11与中间臂6相连，在第一直行舵机11驱动下，实现右内臂7与中间臂6之间的伸缩运动。

本实施例中所采用的吸尘装置14原理与吸尘器相似，其可携带灰尘收集袋，亦可与其他灰尘处理装置相连。

另外，本实施例中的各舵机分别与plc相连，在plc中可事先输入该清洁机器人的行走路径，及各舵机的动作参数，在清洁过程中，可根据尺寸测量传感器的检测结果调整各舵机的动作参数，以防产生移动偏差，发生危险。

plc还可与无线接收发射器相连，plc通过无线接收发射器与无线遥控器或工控机等信号相连，以方便操作者使用该清洁机器人完成清洁作业。

在使用本实施例的清洁机器人进行清洁作业时，清洁机器人可通过立柱自行爬到上方的桁架或管道上，到达预定位置后，启动吸尘装置进行清洁作业。在移动过程中通常包括直线移动和跨管移动两种移动方式。

以图1所示位置向左移动为例说明直线移动过程：

1、中间机械手2打开，脱离管道；

2、左机械手1闭合抓紧管道，同时右机械手3以预定角度打开，放松在管道上的固定力，但不脱离管道，此时，通过直行旋转舵机10、第一直行舵机11和第二直行舵机12使左内臂5、中间臂6和右外臂8一起带动中间机械手2和右机械手3向左移动；

3、步骤2中移动完成后，右机械手3闭合抓紧管道，左机械手1放松在管道上的固定力，但不脱离管道，同时，通过直行旋转舵机10、第一直行舵机11和第二直行舵机12使左外臂4、中间臂6和右内臂7推动左机械手1和中间机械手2向左移动；

4、步骤2、3交替往复，直至到达指定位置，中间机械手2向上闭合，环绕抱住管道，完成清洁机器人的直线移动。

下面以清洁机器人由图1中所在位置的当前管道移向平行设置的目标管道为例说明跨管移动过程：

1、左右机械手1、3打开，脱离当前管道；

2、尺寸测量传感器检测当前管道与目标管道的间距及目标管道管径，如检测结果与预定参数有偏差，则将预定参数修改为检测结果，并调整机械臂左右长度，即左外臂4、左内臂5与中间臂6的相对位置，及右内臂7、右外臂8与中间臂6的相对位置；然后在两个直行旋转舵机10的旋转作用下，左外臂4和右外臂8分别旋转90°朝向目标管道，如图4所示，使左、右机械手1、3抵达目标管道下方；

3、在第一旋转舵机9的作用下，左右机械手1、3分别旋转90°，然后在开合舵机1.2带动下左、右机械手1、3分别向上闭合环绕抱住目标管道；

4、中间机械手2张开一定角度，脱离当前管道，在机械臂的牵制下摆动至目标管道下方；

5、左右机械手1、3分别在直行旋转舵机10作用下向外移动预定距离，即左机械手1向左移动，右机械手3向右移动，直至移动预定距离，使机械臂呈水平状态；

6、中间机械手2在开合舵机1.2作用下闭合，环绕抱住目标管道，从而完成清洁机器人的跨管移动，以开始目标管道的清洁工作。

在上述移动过程中，左右机械手1、3也可依次转向目标管道，在调整好机械臂长度后，如图5所示，左外臂4和右外臂8分别相对左内臂5和右内臂7水平向左旋转90°，使机械臂整体呈工字型。右机械手3抵达目标管道下方，通过第一旋转舵机9，使右机械手3旋转90°，通过开合舵机1.2向上闭合环绕抱紧目标管道；此时左机械手1位于当前管道另一侧(即远离目标管道侧)，在直行旋转舵机10的驱动下，左外臂4相对左内臂5向右旋转180°(如旋转区域左机械手1距离障碍物近，可在旋转前先减小机械臂及机械手的整体长度，如驱动左机械手1旋转90°，使其在张开方向上垂直机械臂轴向，或者调整机械臂长度)，左机械手1抵达目标管道下方。通过第一旋转舵机990°旋转左机械手1，开合舵机1.2驱动左机械手1向上闭合环绕抱紧目标管道。此种方式可减少中间机械手2意外脱落的风险。

另外，在旋转过程中，中间机械手2可在第二旋转舵机13的驱动下旋转一定角度，使中间臂6偏向目标管道，以加快左、右机械手1、3抵达目标管道下方的时间。

虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。