专利名称：箱体内部清扫机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种对箱体内部进行清扫的机器人结构技术领域。
背景技术：
在工业生产中用来储存散状物料的大型箱体，为了保证使用中箱体内部 的清洁度，在使用后或使用前都需要进行清扫处理。目前，对这种箱体内部 的清扫主要采用人工清洁的方式，且清扫的工具主要采用毛刷或扫把，也有 的采用吸尘器来进行清扫，但都是基于手动清扫的方式，劳动强度大且存在 人为的不安全因素，不能实现整个物流系统的自动化作业，较难满足大批量、 机械化连续生产的需要。针对这种不足，目前一些行业采用了工业机器人来 完成箱体内部的自动清扫，但采用的机器人一般都是多关节通用机器人，投 资成本高，技术复杂，且工作效率低。并且配备的清扫工具功能过于简单， 主要是在机器人的末端手爪上加装毛刷或毛刷辊，在使用过程中不可避免毛 刷掉毛现象，造成箱体内部的二次污染，在一些具有食品级清洁度要求的行 业中无法使用。此外，现有清扫机器人的清扫手爪都不具备手爪防碰撞检测、 清扫压力自适应等功能，常造成箱体或手爪自身的损坏。
发明内容
本发明的目的正是为了解决上述现有技术的不足，针对目前清扫机器人 存在的弊端，提供一种结构简单、制造和维护成本低、工作可靠、工作效率 高、清扫效果好、能实现箱体内部自动清扫的箱体内部清扫机器人。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的。
箱体内部清扫机器人，包括支架、安装于支架前端的导轨运动装置、安
装于导轨运动装置上的清扫装置；所述的导轨运动装置包括相互垂直呈直角 坐标系布置的带执行器件的横向导轨、纵向导轨和升降导轨；所述的清扫装 置包括旋转轴、安装于旋转轴前端的清扫手爪；旋转轴安装于纵向导轨内部，旋转轴联结有旋转驱动电机。
本发明的横向导轨、纵向导轨和升降导轨构成的直角坐标系为倾斜坐标 系，该坐标系与水平面之间的夹角不大于30° 。所述的升降导轨包括平行的 主传动导轨和副传动导轨，主传动导轨和副传动导轨之间连接有横向的同步 传输杆，主传动导轨的执行器件联结有升降驱动电机，在主传动导轨和副传
动导轨上分别配装有升降运动滑块；横向导轨两端安装于升降运动滑块上， 横向导轨的执行器件联结有横向驱动电机，在横向导轨上配装有横向运动滑 块；在纵向导轨上配装有纵向运动滑块，纵向运动滑块安装在横向运动滑块 上，纵向导轨的执行器件联结有纵向驱动电机。在升降导轨上设置有升降配 重装置，该升降配重装置包括分别安装在主传动导轨和副传动导轨顶部的滑 轮组件，跨套在滑轮组件上的滑绳，滑绳的一端连接有配重块，另一端连接 在升降运动滑块上。横向导轨、纵向导轨和升降导轨的执行器件为直线运动 副。所述的直线运动副为滚珠丝杠副或齿轮齿条副或同步带导轨副。所述的 清扫手爪包括防碰撞检测机构、清扫机构和气压吹喷机构；防碰撞检测机构 包括位于两端的安装法兰和连接法兰，通过铰接机构横向或斜向铰接于安装 法兰和连接法兰之间的伸縮运动副，安装于伸縮运动副上的位置检测传感器； 清扫机构包括安装于防碰撞检测机构的连接法兰上的刮板支架、安装于刮板 支架外端的柔性清扫刮板；气压吹喷装置安装于刮板支架上，包括与气路系 统连通的吹喷气管、连接于气管上的气压喷嘴。在刮板支架上还安装有吸尘 装置，包括与负压气路系统连通的吸尘气管，与吸尘气管连接并固定在刮板 支架上的吸尘头。铰接于安装法兰和连接法兰之间的伸縮运动副为并联的2 6个。铰接安装法兰和伸縮运动副的铰接机构为单自由度铰接机构或双自由度 十字铰接机构；铰接连接法兰和伸縮运动副的铰接机构为双自由度十字铰接 机构。
本发明与现有技术相比，具有明显的特点和优点。机器人的运动装置采用直角坐标结构形式，可自由实现上下左右前后六个方向的运动，配之以清 扫装置的轴向转动，使清扫手爪可以移动到任何需要清扫的位置完成清扫工 作。其结构简单紧凑，易于控制，工作可靠性高，制造和维护成本低。由于 清扫装置采用旋转清扫方式，清扫效率高，效果好，可提高箱体清扫系统的 自动化程度。
本发明将横向导轨、纵向导轨和升降导轨设置为倾斜的直角坐标结构， 可将需清扫的箱体开口倾斜向下，更易将清扫下的渣尘清扫干净。所采用的 运动装置，其横向导轨、纵向导轨和升降导轨相互连接的结构简单合理，且 结构稳定，可使安装于其上的清扫装置灵活自如并平稳地运动到所需位置。 所有导轨的执行器件可选范围大，可根据各种生产条件的要求灵活选用。设 置于升降导轨上的升降配重装置可以降低升降传动功率，节约能耗，降低控 制的难度。在清扫装置上设置的防碰撞检测装置，通过所采用的伸縮运动副 以及与两端安装法兰和连接法兰的铰接结构以及安装于伸縮运动副上的位置 检测传感器，巧妙地实现了控制清扫装置的空间多自由度防碰撞检测。采用 2 6个伸縮运动副的空间多自由度并联结构，可实现清扫装置在任何方向的 防碰撞检测。通过自动控制伸縮运动副可以保证清扫装置适应箱体的变形可 靠地贴在箱体内壁，贴附力的大小还可以通过控制气缸或液压缸或电动缸的 压力实现，提高清扫装置的可靠性。所设置的气压吹喷装置可以对箱体内的 一些特定位置如清扫装置触及不到的死角地带进行吹喷清扫。所设置的吸尘 装置可清扫无法被清扫装置清扫出去的灰尘等粉状杂物，使箱体清扫得更干 净。本发明通过柔性清扫刮板、气压喷嘴、吸尘装置的组合应用，可对箱体 进行较为彻底的清扫。采用柔性刮板，而不用毛刷，可以避免毛刷掉毛等二 次污染。使得系统的使用更加安全、可靠。
下面结合说明书附图进一步阐述本发明的内容。
图l为本发明的结构示意图； 图2为图1的俯视图3为清扫手爪的结构示意图。
具体实施例方式
如图l、图2所示。本发明包括支架l、安装于支架前端的导轨运动装置 2、安装于导轨运动装置上的清扫装置3。支架1是机器人运动系统的载体， 为龙门式支架，在支架的顶部及侧面设置有防护面板，在防护面板上安装有 透明观察窗22、 23。在支架下部设置有维护门24，便于进入设备内部维护， 在支架的底部安装有可调垫脚25,用以调正设备姿态。导轨运动装置包括相 互垂直呈直角坐标系布置的带执行器件的横向导轨4、纵向导轨5和升降导轨 6。清扫装置包括旋转轴7、安装于旋转轴前端的清扫手爪8，旋转轴8安装 于纵向导轨5内部，旋转轴8联结有旋转驱动电机9。横向导轨4、纵向导轨 5和升降导轨6构成的直角坐标系为倾斜坐标系，该坐标系与水平面之间的夹 角a不大于30° ，本实施例为10° ，倾斜角度的大小与被清扫箱体倾斜的角 度相同。升降导轨6包括平行的主传动导轨10和副传动导轨11，主传动导轨 10和副传动导轨11之间连接有横向的同步传输杆12，主传动导轨的执行器 件联结有升降驱动电机13，在主传动导轨10和副传动导轨11上分别配装有 升降运动滑块14;横向导轨4两端安装于升降运动滑块14上，横向导轨4 的执行器件联结有横向驱动电机15，在横向导轨4上配装有横向运动滑块16; 在纵向导轨5上配装有纵向运动滑块17，纵向运动滑块17安装在横向运动滑 块16上，纵向导轨5的执行器件联结有纵向驱动电机18。在升降导轨6上设 置有升降配重装置，该升降配重装置包括分别安装在主传动导轨10和副传动 导轨11顶部的滑轮组件19，跨套在滑轮组件上的滑绳20，滑绳的一端连接 有配重块21，另一端连接在升降运动滑块14上。横向导轨、纵向导轨和升降 导轨的执行器件为直线运动副，直线运动副可为滚珠丝杠副或齿轮齿条副或同步带导轨副，本实施例为同步带导轨副。横向导轨4的同步带随着升降运
动滑块14的运动路线作升降运动，纵向导轨5的同步带随着横向滑块16的 运动路线作横向运动。纵向驱动电机18驱动纵向导轨5的同步带作伸縮运动。 旋转驱动电机9驱动旋转轴8，从而带动清扫手爪转动。清扫手爪如图3所示 包括防碰撞检测机构、清扫机构和气压吹喷机构；防碰撞检测机构包括位于 两端的安装法兰26和连接法兰27，通过铰接机构28、 29横向或斜向铰接于 安装法兰26和连接法兰27之间的伸縮运动副30，安装于伸縮运动副30上的 位置检测传感器31。伸縮运动副30可采用气缸或液压缸或电动缸或气压弹簧 或液压弹簧，本实施例釆用气缸，其缸筒连接到铰接机构28上，活塞杆末端 连接到铰接机构29上。位置检测传感器31设置于气缸缸体上，用来检测气 缸活塞的位置。清扫机构包括安装于防碰撞检测机构的连接法兰27上的刮板 支架32、安装于刮板支架外端的柔性清扫刮板33;气压吹喷装置安装于刮板 支架32上，包括与气路系统连通的吹喷气管34、连接于气管上的气压喷嘴 35。在气压喷嘴上设置有调压阀调节吹喷空气的压力，还设置有压力空气开 关阀用来控制吹喷动作的开断。在刮板支架32上还安装有吸尘装置，包括与 负压气路系统连通的吸尘气管36，与吸尘气管连接并固定在刮板支架32上的 吸尘头37，在吸尘头进口处安装有柔性刮板38。柔性清扫刮板33和柔性刮 板38可采用聚氨脂等柔性材料制做。铰接于安装法兰和连接法兰之间的伸縮 运动副30为并联的2 6个，本实施例为3个。铰接安装法兰和伸縮运动副 的铰接机构28可为单自由度铰接机构或双自由度十字铰接机构，本实施例为 单自由度铰接机构；铰接连接法兰和伸縮运动副的铰接机构29为双自由度十 字铰接机构。图3所示的防碰撞检测机构，结构上采用空间三自由度并联机 构，在安装法兰26和连接法兰27之间横向并联铰接安装有3个伸縮运动副 30，这3个伸縮运动副相互呈120。均匀布置，可实现空间两个旋转和一个直 线方向的运动，完成这三个自由度方向的防碰撞检测。清扫装置的防碰撞检测范围由三个伸縮运动副的行程、安装位置、铰接机构的活动范围确定。需 要检测的碰撞力大小，以及清扫箱体时清扫装置与箱壁间的阻尼力的大小， 通过调节伸縮运动副的压力来实现。本发明的防碰撞检测装置，同时也是安 装底座，其一端是连接机器人导轨运动装置的安装法兰，另一端的连接法兰 用来安装清扫手爪等清扫工具。
工作时，所需清洁的箱体翻转到预定的倾斜位置后，对防碰撞检测机构 的所有伸縮运动副30的气缸供给一定压力的压縮空气，使气缸的活塞杆全部
伸出。然后机器人的运动系统动作，驱动其横向导轨4、纵向导轨5和升降导 轨6作插补运动，将机器人的清扫手爪移动到所需清洁的箱壁处，并使柔性 清扫刮板33和柔性刮板38紧贴到箱壁上，而贴紧力的大小通过调节气缸的 供气压力来调整，利用气缸的弹簧阻尼作用保证刮板能自动适应箱壁的变形， 达到彻底清扫的效果。然后机器人继续驱动其各运动导轨进行插补运动，保 证清扫手爪沿着箱壁表面按一定的轨迹运动，将箱体内部的被清扫物清扫到 箱外。清扫过程中，当发生某个方向的碰撞时，防碰撞检测机构的某个或某 几个气缸会被进一步压縮，当压縮量达到一定程度时，位置检测传感器31检 测到活塞的位置，发出碰撞报警信号。若不需要使用刮板清扫，而需对箱体 内部的角缝等特殊位置或特殊物料进行清扫时，机器人的运动系统将吹喷装 置移动到相应的位置，进行吹喷清扫。而在使用刮板清扫的同时，还需要使 用吸尘装置进行灰尘等清扫时，吸尘气管36接通负压，进行吸尘清扫。在本 实施例中，为了便于使用，清扫机构、气压吹喷机构及吸尘装置均对称布置 了两套。此外依据不同的清洁要求，若须更换别的清扫工具时，不需对防碰 撞检测机构进行更换，只需在其连接法兰上安装不同的清扫工具，配合机器 人的动作，即可完成不同的清扫工作。如对一些没有食品级清洁度要求的场 合，可以对清扫工具进行简单的改型，将毛刷或毛刷辊等清扫工具安装在连 接法兰上，获得较好的拓展应用。清扫完成后，纵向导轨的同步带縮回，其余各运动导轨的同步带也退回到待机位置，等待下一个箱子的清扫工作。
如上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以此限定本发明的范围，即 依本发明专利申请保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵 盖的范围。
权利要求
1. 箱体内部清扫机器人，其特征在于，①包括支架(1)、安装于支架前端的导轨运动装置(2)、安装于导轨运动装置上的清扫装置(3)；②所述的导轨运动装置(2)包括相互垂直呈直角坐标系布置的带执行器件的横向导轨(4)、纵向导轨(5)和升降导轨(6)；③所述的清扫装置(3)包括旋转轴(7)、安装于旋转轴前端的清扫手爪(8)，旋转轴(7)安装于纵向导轨(5)内部，旋转轴(7)联结有旋转驱动电机(9)。
2、 根据权利要求1所述的箱体内部清扫机器人，其特征在于，横向导轨(4)、 纵向导轨(5)和升降导轨(6)构成的直角坐标系为倾斜坐标系，该坐标系与 水平面之间的夹角(a)不大于30° 。
3、 根据权利要求1所述的箱体内部清扫机器人，其特征在于，所述的升降 导轨(6)包括平行的主传动导轨(10)和副传动导轨(11)，主传动导轨(10) 和副传动导轨(11)之间连接有横向的同步传输杆(12)，主传动导轨的执行器 件联结有升降驱动电机(13)，在主传动导轨(10)和副传动导轨(11)上分别 配装有升降运动滑块(14);横向导轨(4)两端安装于升降运动滑块(14)上， 横向导轨(4)的执行器件联结有横向驱动电机(15)，在横向导轨(4)上配装 有横向运动滑块(16);在纵向导轨(5)上配装有纵向运动滑块(17)，纵向运 动滑块(17)安装在横向运动滑块(16)上，纵向导轨(5)的执行器件联结有 纵向驱动电机(18)。
4、 根据权利要求3所述的箱体内部清扫机器人，其特征在于，在升降导轨 (6)上设置有升降配重装置，该升降配重装置包括分别安装在主传动导轨(10)和副传动导轨(11)顶部的滑轮组件(19)，跨套在滑轮组件(19)上的滑绳(20)， 滑绳的一端连接有配重i央(21)，另一端连接在升降运动滑块(14)上。
5、 根据权利要求1或3所述的箱体内部清扫机器人，其特征在于，横向导 轨(4)、纵向导轨(5)和升降导轨(6)的执行器件为直线运动副。
6、 根据权利要求5所述的箱体内部清扫机器人，其特征在于，所述的直线运动副为滚珠丝杠副或齿轮齿条副或同步带导轨副。
7、 根据权利要求1所述的箱体内部清扫机器人，其特征在于，所述的清扫 手爪包括防碰撞检测机构、清扫机构和气压吹喷机构；防碰撞检测机构包括位 于两端的安装法兰(26)和连接法兰(27)，通过铰接机构(28、 29)横向或斜 向铰接于安装法兰(26)和连接法兰(27)之间的伸縮运动副(30)，安装于伸 縮运动副(30)上的位置检测传感器(31);清扫机构包括安装于防碰撞检测机 构的连接法兰(27)上的刮板支架(32)、安装于刮板支架(32)外端的柔性清扫 刮板(33);气压吹喷装置安装于刮板支架(32)上，包括与气路系统连通的吹喷 气管(34)、连接于气管上的气压喷嘴(35)。
8、 根据权禾傻求7所述的箱体内部清扫机器人，其特征在于，在刮板支架 (32)上还安装有吸尘装置，包括与负压气路系统连通的吸尘气管(36)，与吸尘 气管连接并固定在刮板支架上的吸尘头(37)。
9、 根据权利要求7所述的箱体内部清扫机器人，其特征在于，铰接于安装 法兰(26)和连接法兰(27)之间的伸缩运动副(30)为并联的2 6个。
10、 根据权利要求7或9所述的箱体内部清扫机器人，其特征在于，铰接 安装法兰(26)和伸縮运动副(30)的铰接机构(28)为单自由度铰接机构或 双自由度十字铰接机构；铰接连接法兰(27)和伸縮运动副(30)的铰接机构(29)为双自由度十字铰接机构。
全文摘要
箱体内部清扫机器人，包括支架(1)、安装于支架前端的导轨运动装置(2)、安装于导轨运动装置上的清扫装置(3)；导轨运动装置包括相互垂直呈直角坐标系布置的带执行器件的横向导轨(4)、纵向导轨(5)和升降导轨(6)；清扫装置包括旋转轴(7)、安装于旋转轴前端的清扫手爪(8)，旋转轴(7)安装于纵向导轨(5)内部，旋转轴(7)联结有旋转驱动电机(9)。本发明结构简单、制造和维护成本低、工作可靠、工作效率高、清扫效果好、能实现箱体内部自动清扫。
文档编号B25J13/08GK101284278SQ200810058489
公开日2008年10月15日 申请日期2008年6月3日 优先权日2008年6月3日
发明者彦 卯, 云 张, 勇 张, 李大庆, 杨灏泉, 玲 游, 蒋明民, 磊 蔡, 马忠明 申请人:云南昆船设计研究院