一种可攀爬楼梯的清洁机器人

本发明涉及一种清洁机器人，具体涉及一种可攀爬楼梯的清洁机器人。

背景技术：

随着人民生活水平的不断提高，城市化速度逐步加快、生存理念和生活品味的不断提升和高层建筑的日益增加，人们对建筑的清洁要求也越来越高，然而楼梯间的清洁问题一直困扰着我们，大多数清扫方式都是人工清扫。由于其工作环境是台阶和平地的结合，工作流程繁琐，所需劳动量大，而且效率低，而传统的清洁机器人存在功能单一，实用性差以及智能化程度低等诸多问题。

为了解决上述问题，申请公布号为cn110238859a的发明专利申请公开了一种楼梯攀爬清洁机器人，由车架、plc控制机构、电机、行驶机构、转向机构、臂架机构、清洁机构及缓冲机构组成，所述plc控制机构、电机及臂架机构安装于所述车架上表面，所述行驶机构及缓冲机构安装于所述车架下部，所述转向机构纵向安装于所述车架侧部，所述清洁机构邻近所述转向机构设于所述车架侧部，并与所述臂架机构相互连接，所述车架上还设有一气压箱及蓄电池。上述楼梯攀爬清洁机器人中，行驶机构和转向机构负责完成前进任务，清洁结构完成清扫任务，臂架机构完成工位确定任务，并使清洁机器人在爬下楼梯时避免翻车，行驶机构、转向机构、清洁结构以及臂架机构互相配合，实现对楼梯进行清洁的功能。但是上述楼梯攀爬清洁机器人仍然存在以下问题：

1、行驶机构包括联合车轮，而联合车轮的大小设定之后不能改变，因此该楼梯攀爬清洁机器人只能够应用到特定阶梯高度的楼梯上，适应性差。

2、机器人的前进需要行驶机构以及转向机构互相配合，还需要设置臂架机构用来工位确定，结构复杂，造型突兀，制造成本高昂。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可攀爬楼梯的清洁机器人，该清洁机器人能够适应不同阶梯高度的楼梯，并且具有结构简单、紧凑的特点。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种可攀爬楼梯的清洁机器人，包括机器人本体以及用于驱动所述机器人本体运动的驱动机构；所述机器人本体包括用于吸走灰尘、垃圾的吸尘装置，所述吸尘装置包括吸尘部，所述吸尘部设置在所述机器人本体的底部；所述驱动机构包括用于驱动所述机器人本体向上运动或者向下运动的升降驱动机构以及用于驱动所述机器人本体前进的行驶驱动机构，所述升降驱动机构包括升降支撑件，其中，沿着机器人本体爬楼梯的方向，所述升降支撑件包括设置在机器人本体前方的前升降支撑件以及设置在机器人本体后方的后升降支撑件，所述前升降支撑件以及后升降支撑件均有两组，两组前升降支撑件以及后升降支撑件分别设置在机器人本体的两侧；所述行驶驱动机构包括驱动轮，其中，所述驱动轮包括设置在前升降支撑件底部的前驱动轮以及设置在后升降支撑件底部的后驱动轮；所述机器人本体的底部设有用于起到平衡支撑作用的万向轮。

上述可攀爬楼梯的清洁机器人的工作原理是：

启动清洁机器人，行驶驱动机构开始动作，使得前驱动轮以及后驱动轮转动，从而驱动机器人本体开始前进，吸尘部设置在机器人本体的底部，在机器人本体运动过程中，吸尘部同时将所到之处的灰尘、垃圾吸走，从而起到清洁地面的作用。在需要清洁楼梯时，行驶驱动机构作用，在驱动轮的驱动下，使得机器人本体的前端贴紧台阶端面，升降驱动机构开始动作，使得机器人本体相对前支撑件以及后支撑件上升，在万向轮的底部到达上一级楼梯面的高度后，升降驱动机构停止动作，使得机器人本体保持在上一级楼梯面的高度；此时行驶驱动机构继续动作，使得前驱动轮往前运动到达台阶端面的位置，升降驱动机构继续动作，使得前升降支撑件往上运动，并带动前驱动轮往上运动到达上一级楼梯面的高度，在该过程中，后驱动轮以及机器人本体底部的万向轮对机器人本体起到支撑作用；接下来，行驶驱动机构继续动作，使得后驱动轮继续往前运动到达台阶端面的位置，升降驱动机构动作，使得后升降支撑件往上运动，并带动后驱动轮往上运动到达上一级楼梯面的高度，在该过程中，前驱动轮以及机器人本体底部的万向轮对机器人本体起到支撑作用；然后，行驶驱动机构继续动作，使得后驱动轮也到达上一级楼梯面，这样，前驱动轮以及后驱动轮均到达上一级楼梯面，完成一级楼梯的攀爬，在到达上一级楼梯面后，行驶驱动机构动作，驱动机器人本体在楼梯面上运动，从而完成对一级楼梯面的清洁，以此类推，最终完成所有楼梯的清洁。

本发明的一个优选方案，所述升降驱动机构还包括用于给机器人本体上升或下降提供动力的升降驱动电机、与升降驱动电机转轴连接的传动轴以及竖直传动机构，所述升降驱动电机、传动轴均设置在所述机器人本体上，其中，所述竖直传动机构包括设置在所述传动轴端部的传动齿轮以及沿竖直方向设置在所述前升降支撑件或后升降支撑件上的传动齿条，所述传动齿轮与传动齿条互相啮合。

优选地，所述升降驱动电机通过电机座安装在所述机器人本体上，所述传动轴的两端通过轴承安装在传动轴座上，所述传动轴座安装在所述机器人本体上，所述传动轴远离传动齿轮的一端通过联轴器与升降驱动电机的转轴连接。

本发明的一个优选方案，所述升降驱动电机有两个且均为双轴减速电机，包括设置在机器人本体前方的前升降驱动电机以及设置在机器人本体后方的后升降驱动电机；所述前升降驱动电机左边的转轴通过联轴器、传动轴以及竖直传动机构与左侧的前支撑件连接，所述前升降驱动电机右边的转轴通过联轴器、传动轴以及竖直传动机构与右侧的前支撑件连接；所述后升降驱动电机左边的转轴通过联轴器、传动轴以及竖直传动机构与左侧的后支撑件连接，所述后升降驱动电机右边的转轴通过联轴器、传动轴以及竖直传动机构与右侧的后支撑件连接。

本发明的一个优选方案，所述前升降支撑件以及后升降支撑件均通过滑动机构与所述机器人本体连接，其中，所述滑动机构包括固定设置在所述机器人本体上的滑块以及固定设置在所述前升降支撑件及后升降支撑件上的滑轨。

本发明的一个优选方案，所述行驶驱动机构还包括四个行驶驱动电机、用于安装所述行驶驱动电机的行驶驱动电机座，其中，所述行驶驱动电机座设置在升降支撑件的底部，所述驱动轮分别设置在所述行驶驱动电机的转轴上。

优选地，所述前驱动轮以及后驱动轮均为麦克纳姆轮。

本发明的一个优选方案，所述吸尘装置还包括用于吸走垃圾的吸尘风机以及用于存储灰尘等垃圾的储尘罐，所述吸尘风机包括吸尘口，所述吸尘口构成了所述吸尘部。

优选地，所述吸尘装置还包括用于清扫垃圾的滚动刷机构，所述滚动刷机构包括设置在所述机器人本体前方的中部滚刷结构，所述中部滚刷结构包括长轴滚刷、用于安装所述长轴滚刷的滚刷支架以及用于驱动所述长轴滚刷转动的滚刷电机，所述滚刷电机的转轴与长轴滚刷连接。

优选地，所述滚动刷机构还包括设置在所述中部滚动刷结构两侧的侧边滚刷结构，所述侧边滚刷结构包括侧边滚刷以及用于驱动侧边滚刷转动的边刷电机，所述边刷电机的转轴竖直向下设置，所述侧边滚刷设置在所述边刷电机的转轴上。

本发明的一个优选方案，所述机器人本体包括机架、设置在所述机架上方的上面板以及设置在所述机架下方的下面板，所述上面板与下面板之间形成一个容纳腔；所述升降驱动电机、传动轴均设置在所述上面板的顶面上，所述吸尘风机以及储尘罐设置在所述容纳腔内且位于所述下面板的上面，所述下面板上位于吸尘口以及长轴滚刷的位置设有避让孔。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本发明的可攀爬楼梯的清洁机器人，通过设置升降驱动机构，能根据不同的阶梯高度上升相应的距离，从而能够适应各种不同类型的楼梯，适应性好，通用性高。

2、本发明的可攀爬楼梯的清洁机器人，包括机器人本体以及用于驱动机器人本体运动的驱动机构，将吸尘装置设置在机器人本体内，设计巧妙，整体结构更简单，更紧凑。

附图说明

图1-图3为本发明的可攀爬楼梯的清洁机器人的结构示意图，其中，图1为其中一个方向的立体图，图2为去掉上面板之后的立体图，图3为另一个视角的立体图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1-图3，本发明的一种可攀爬楼梯的清洁机器人，包括机器人本体1以及用于驱动所述机器人本体1运动的驱动机构；所述机器人本体1包括用于吸走灰尘、垃圾的吸尘装置，所述吸尘装置包括吸尘部，所述吸尘部设置在所述机器人本体1的底部；所述驱动机构包括用于驱动所述机器人本体1向上运动或者向下运动的升降驱动机构以及用于驱动所述机器人本体1前进的行驶驱动机构，所述升降驱动机构包括升降支撑件，其中，沿着机器人本体1爬楼梯的方向，所述升降支撑件包括设置在机器人本体1前方的前升降支撑件2以及设置在机器人本体1后方的后升降支撑件3，所述前升降支撑件2以及后升降支撑件3均有两组，两组前升降支撑件2以及后升降支撑件3分别设置在机器人本体1的两侧；所述行驶驱动机构包括驱动轮，其中，所述驱动轮包括设置在前升降支撑件2底部的前驱动轮4以及设置在后升降支撑件3底部的后驱动轮5；所述机器人本体1的底部设有用于起到平衡支撑作用的万向轮6。

参见图1-图2，所述升降驱动机构还包括用于给机器人本体1上升或下降提供动力的升降驱动电机7、与升降驱动电机7转轴连接的传动轴8以及竖直传动机构，所述升降驱动电机7、传动轴8均设置在所述机器人本体1上，其中，所述竖直传动机构包括设置在所述传动轴8端部的传动齿轮9以及沿竖直方向设置在所述前升降支撑件2或后升降支撑件3上的传动齿条10，所述传动齿轮9与传动齿条10互相啮合。设置上述升降驱动机构，在清洁机器人进行爬楼梯时，升降驱动电机7正向转动，通过传动轴8使得传动齿轮9转动，传动齿轮9与传动齿条10互相啮合，这样，传动齿轮9相对传动齿条10往上做直线运动，由于升降驱动电机7、电机轴以及传动齿轮9均设置在机器人本体1上，因此传动齿轮9相对传动齿条10往上做直线运动使得机器人本体1往上爬上，使得机器人本体1爬升到达上一级台阶面；在前驱动轮4到达台阶端面的位置时，升降驱动电机7反向转动，通过传动轴8使得传动齿轮9转动，这样，传动齿条10相对传动齿轮9往上做直线运动，从而带动前升降支撑件2以及设置在前升降支撑件2上的前驱动轮4上升，到达上一级台阶面；同理，在后驱动轮5到达台阶端面的位置时，升降驱动电机7反向转动，驱动后升降支撑件3以及设置在后升降支撑件3上的后驱动轮5上升，到达上一级台阶面，实现清洁机器人爬楼梯的功能。

参见图1-图2，所述升降驱动电机7通过电机座安装在所述机器人本体1上，所述传动轴8的两端通过轴承安装在传动轴座上，所述传动轴座安装在所述机器人本体1上，所述传动轴8远离传动齿轮9的一端通过联轴器与升降驱动电机7的转轴连接。这样，在电机启动时，电机转轴转动，由于传动轴8与升降驱动电机7转轴之间通过联轴器连接，因此电机转轴的转动使得传动轴8转动，从而使得安装在传动轴8端部的传动齿轮9转动，通过传动齿轮9与传动齿条10的相对运动，实现机器人本体1的攀爬楼梯的功能。

参见图1-图2，所述升降驱动电机7有两个且均为双轴减速电机，包括设置在机器人本体1前方的前升降驱动电机以及设置在机器人本体1后方的后升降驱动电机；所述前升降驱动电机左边的转轴通过联轴器、传动轴8以及竖直传动机构与左侧的前升降支撑件2连接，所述前升降驱动电机右边的转轴通过联轴器、传动轴8以及竖直传动机构与右侧的前升降支撑件2连接；所述后升降驱动电机左边的转轴通过联轴器、传动轴8以及竖直传动机构与左侧的后升降支撑件3连接，所述后升降驱动电机右边的转轴通过联轴器、传动轴8以及竖直传动机构与右侧的后升降支撑件3连接。通过设置上述升降驱动电机7，在前升降驱动电机转动时，左转轴以及右转轴同时转动，通过联轴器、传动轴8以及竖直传动机构的连接作用，使得左边的前升降支撑件2以及右边的前升降支撑件2相对机器人本体1保持同步的相对运动，同理，在前升降驱动电机转动时，左转轴以及右转轴同时转动，通过联轴器、传动轴8以及竖直传动机构的连接作用，使得左边的后升降支撑件3以及右边的后升降支撑件3相对机器人本体1保持同步的相对运动，从而保证清洁机器人在攀爬楼梯时的稳定性；此外，使用双轴减速电机提高了电机的利用率，节省了制造成本。

参见图1-图2，所述前升降支撑件2以及后升降支撑件3均通过滑动机构与所述机器人本体1连接，其中，所述滑动机构包括固定设置在所述机器人本体1上的滑块11以及固定设置在所述前升降支撑件2及后升降支撑件3上的滑轨12。通过设置上述滑动机构，前升降支撑件2以及后升降支撑件3相对机器人本体1的滑动更加顺畅，同时，利用滑轨12与滑块11的导向作用，能够保证机器人本体1保持水平上升或者水平下降，提高清洁机器人攀爬楼梯时的稳定性与安全性。

参见图1-图3，所述行驶驱动机构还包括四个行驶驱动电机13、用于安装所述行驶驱动电机13的行驶驱动电机座，其中，所述行驶驱动电机座设置在升降支撑件的底部，所述驱动轮分别设置在所述行驶驱动电机13的转轴上。通过设置上述行驶驱动机构，每一个驱动轮单独由一个行驶驱动电机13驱动，使得驱动轮的转动更加灵活，有效提升清洁机器人的机动性与灵活性。

参见图1-图3，所述前驱动轮4以及后驱动轮5均为麦克纳姆轮。通过设置四个互相配合的麦克纳姆轮，麦克纳姆轮能够实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式，从而使得清洁机器人能够运动到楼梯的每一个角落，从而彻底清洁楼梯面。

参见图1-图3，所述吸尘装置还包括用于吸走垃圾的吸尘风机14以及用于存储灰尘等垃圾的储尘罐15，所述吸尘风机14包括吸尘口，所述吸尘口构成了所述吸尘部。设置上述吸尘装置，在吸尘风机14转动后，在吸尘口的附近产生负压，而吸尘口设置在机器人本体1的底部，从而使得楼梯面、地面上的灰尘等垃圾被吸走，最终储存在储尘罐15内，完成对地面以及楼梯面的清洁。

参见图3，所述吸尘装置还包括用于清扫垃圾的滚动刷机构，所述滚动刷机构包括设置在所述机器人本体1前方的中部滚刷结构，所述中部滚刷结构包括长轴滚刷16、用于安装所述长轴滚刷16的滚刷支架17以及用于驱动所述长轴滚刷16转动的滚刷电机18，所述滚刷电机18的转轴与长轴滚刷16连接。通过设置上述结构的中部滚刷结构，在清洁机器人一边前进一边清洁的过程中，中部滚刷结构设置在吸尘口的前方，这样，滚刷电机18电动长轴滚刷16转动时将灰尘等垃圾往吸尘口的方向清扫，从而极大地提高了吸尘的范围以及吸尘的效率，清洁效果更好。

参见图3，所述滚动刷机构还包括设置在所述中部滚动刷结构两侧的侧边滚刷结构，所述侧边滚刷结构包括侧边滚刷19以及用于驱动侧边滚刷19转动的边刷电机20，所述边刷电机20的转轴竖直向下设置，所述侧边滚刷19设置在所述边刷电机20的转轴上。设置上述侧边滚刷结构，边刷电机20转动使得侧边滚刷19转动，由于侧边滚刷19设置在中部滚刷结构的两侧，因此侧边滚刷19的转动能够对位于清洁机器人两侧的垃圾进行清扫，进一步增加清洁机器人的清洁范围，从而使得清洁效果更好。

参见图1-图3，所述机器人本体1包括机架1-1、设置在所述机架1-1上方的上面板1-2以及设置在所述机架1-1下方的下面板1-3，所述上面板1-2与下面板1-3之间形成一个容纳腔；所述升降驱动电机7、传动轴8均设置在所述上面板1-2的顶面上，所述吸尘风机14以及储尘罐15设置在所述容纳腔内且位于所述下面板1-3的上面，所述下面板1-3上位于吸尘口以及长轴滚刷16的位置设有避让孔。设置上述结构的机器人本体1，上面板1-2以及下面板1-3将机架1-1围闭成一个整体式的结构，结构简单、紧凑。

参见图1-图3，上述可攀爬楼梯的清洁机器人的工作原理是：

启动清洁机器人，行驶驱动机构开始动作，使得前驱动轮4以及后驱动轮5转动，从而驱动机器人本体1开始前进，吸尘部设置在机器人本体1的底部，在机器人本体1运动过程中，吸尘部同时将所到之处的灰尘、垃圾吸走，从而起到清洁地面的作用。在需要清洁楼梯时，行驶驱动机构作用，在驱动轮的驱动下，使得机器人本体1的前端贴紧台阶端面，升降驱动机构开始动作，使得机器人本体1相对前升降支撑件2以及后升降支撑件3上升，在万向轮6的底部到达上一级楼梯面的高度后，升降驱动机构停止动作，使得机器人本体1保持在上一级楼梯面的高度；此时行驶驱动机构继续动作，使得前驱动轮4往前运动到达台阶端面的位置，升降驱动机构继续动作，使得前升降支撑件2往上运动，并带动前驱动轮4往上运动到达上一级楼梯面的高度，在该过程中，后驱动轮5以及机器人本体1底部的万向轮6对机器人本体1起到支撑作用；接下来，行驶驱动机构继续动作，使得后驱动轮5继续往前运动到达台阶端面的位置，升降驱动机构动作，使得后升降支撑件3往上运动，并带动后驱动轮5往上运动到达上一级楼梯面的高度，在该过程中，前驱动轮4以及机器人本体1底部的万向轮6对机器人本体1起到支撑作用；然后，行驶驱动机构继续动作，使得后驱动轮5也到达上一级楼梯面，这样，前驱动轮4以及后驱动轮5均到达上一级楼梯面，完成一级楼梯的攀爬，在到达上一级楼梯面后，行驶驱动机构动作，驱动机器人本体1在楼梯面上运动，从而完成对一级楼梯面的清洁，以此类推，最终完成所有楼梯的清洁。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。