宋新宇 曾实现 薛蕊

摘要：目前，主流的自动清扫机器人的清扫方式大体为通过机器人身上自带的传感器进行自由移动，通过机器下方的吸尘装置把清扫机器人经过的地面垃圾清扫干净。传统的垃圾清洁装置通常是通过滚轮移动，在楼梯等较为复杂的地形环境下，移动较为困难，且传统垃圾清洁装置在清扫过程中宽度一定，在对不同宽度的地方进行清扫时，会产生死角，清洁效果较差。针对现有技术中存在的问题，研究提供一种楼道垃圾清洁车，该清洁车更加适合于在楼梯上攀爬，并且更加稳定，整体清洁方式简单快捷，清洁车所到层面可快速有效清洁干净。

关键词：楼道清洁;取代人工;经济效益;社会效益

1绪论

目前爬楼梯的方式大致分为两种，三角轮和履带，目前效果最好的攀爬方式是以履带作为行进机构，履带式爬楼梯平稳安全操作简单，轮式的爬楼梯操作费力且不够稳定。但是履带在楼梯开始和结束的地方容易出现受力不稳的现象。

为解决这些问题，履带通过螺丝紧固在履带底板上，两侧履带分为前履带和后履带，履带底板的两侧固定安装有履带骨架，履带骨架上固定有履带轮，履带轮与履带底板两侧电机通过传动杆相连，后履带的最前轮和前履带的最后轮内嵌滚动轴承通过轴杆连接固定，前履带和后履带的履带骨架外连接处的外接液压缸两端分别固定在前履带和后履带的两侧，外接液压缸与前后两骨架支架形成转动副，内嵌滚动轴承，外接液压缸的液压系统与前履带的检测器相连。该楼道垃圾清洁车，选用履带作为攀爬的传动机构，使之更加适合于在楼梯上攀爬，并且更加稳定

2工作原理

该设计为一种用于楼梯道阶梯清扫整理的垃圾车，其装置主要包括楼梯道攀爬机构，车前端的清扫汇拢机构和后部的清理机构等。通过清理车两侧的前后两段式全地形履带沿着楼梯的棱角进行楼道的攀爬;攀爬过程中前半部分的清扫机构在四杆机构的带动下可与楼梯面接触，清扫机构内部有液压缸进行伸缩，覆盖整个楼梯面，进行垃圾汇拢;后端部分主体为吸尘器，吸尘器头部镶嵌在可动四杆机构上，吸尘器头与前部汇拢的垃圾在一条线上，可进行车前端垃圾的回收。设计通过爬楼过程中前端垃圾汇拢和后端垃圾收集，达到边爬楼梯边清扫的效果。

3     结构设计

3.1  攀爬机构

攀爬机构包括两侧履带，履带通过螺丝紧固在履带底座上，带动整体机械结构实现运动。两侧履带为前后两段式，前侧实现第一级楼梯和最后一级楼梯的攀爬，后侧履带为整体攀爬提供足够的抓力。每一侧前后两段履带左右交错固定，履带轮固定在履带骨架上，履带轮与履带底板两侧电机通过传动杆相连，在后履带的最前轮和前履带的最后轮内嵌滚动轴承通过轴杆连接固定，前后两履带可围绕轴实现转动。且前侧履带和后侧履带骨架外连接处的液压缸两端分别固定在履带前后两侧，外液压缸与前后俩骨架支架形成转动副，内嵌滚动轴承，液压系统与前履带检测器相连。为更好的抓住每个楼梯的棱角边，整体履带外形为横向圆柱凸起状横纹。两侧履带之间通过铝合金杆与履带骨架通过螺钉连接支撑，铝合金杆支架固定在履带底板上，通过螺丝钉进行固定，实现履带和底板连接。

3.2.前方清扫机构的设计

底板前端的垃圾清理装置安装在底板上的铝合金杆支撑架上，连接处以四杆机构和铝合金支架连接固定，通过支座内的杆连接两构件，连接处内嵌滚动轴承，四杆机构与铝合金支架构成转动副四杆机构中的主动杆与铝合金支撑架之间的液压缸通过支撑座实现连接，液压缸两端构成转动副，液压缸的液压系统和垃圾清理装置底部检测器相连。上述四杆机构截面形状为工型，连接处通过销两两相连，实现相互转动。且四杆机构与前端的自平衡装置通过焊接连接固定，自平衡装置内部万象节上下两端分别焊接在两上下两面，四周四个舵机底座通过螺钉固定在下板，通过导线与底盘上的电池相连，且舵机与垃圾清理装置的底部传感器相连，已达到下方整个机构的水平。在底板下方的最左边和最右边安装各两个液压缸，左右液压缸座通过螺钉固定在下底板，上述液压缸为三级液压缸，三级液压缸的的每个伸缩杆上通过焊接连接固定可折叠外挡板，第三层可折叠外挡板通过螺钉固定连接下面的搭载平台，当上述三级液压缸向外伸展时，伸缩杆伸长带动可折叠外挡板伸长以达到能够覆盖一层台阶面，液压缸的液压系统的执行元件和外伸杆最外端传感器相连，液压系统动力元件通过塑胶软管连接，安装在履带底板上。搭载平台与固定在里面的减速电机用螺钉固定。电机转动头紧固住扫把，两者之间过盈配合。搭载平台后侧加装竖直软橡胶片，用于防止扫把把垃圾扫到楼梯下。

3.3  后方清洁回收机构的设计

楼道清洁车的后方功能是实现最终垃圾的清洁，通过上述的四杆机构和平衡机构达到垃圾清洁装置的上下移动和相应位置的调整，后方垃圾清洁装置以小型吸尘器作为主体结构，吸尘器通过固定架固定在履带底座上，固定架为可调节圆盘环底座，可通过螺钉夹紧调整，便于安装和拆卸。外伸的吸尘部分与上述平衡机构底部连接，由平衡机构底部安装的圆柱轴相连，通过滚动轴承把吸尘器和平衡机构底部之间构成转动副，达到在平衡机构摆动角度时可实现水平。四杆机构中主动杆上的液压缸与底部吸尘器上的传感器相连吸尘器固定位置与前方的垃圾汇拢位置相对应，实现最终楼道垃圾的清洁。

3.4  垃圾储存机构设计

垃圾清理装置后方的传送装置安装在底盘上的框架上，所述框架由铝合金柱组装搭成，所述传送带固定架固定在框架上，框架上以滾动轴承连接传送带，传送带和所述固定架构成转动副，传送带固定架内部安装步进电机带动传送带旋转，传送带底部传感器与电机相连。实现把前方垃圾中的较大垃圾进行先行回收。在传送带最顶点正下方安装有可拆装垃圾箱，所述垃圾箱通过可活动垃圾箱固定架固定在清洁车的底板上，可在可活动垃圾箱固定架上自由拆装，所述可活动垃圾箱固定架为一个能够吧垃圾箱底面套住的底座，在底座四周装有通过舵机控制的挂钩，实现对垃圾箱的松紧。

4结论

本作品通过机械传动，履带传动，液压传动，步进电机以及连接杆构成整体结构，通过传感器实现精密控制。此外本作品还包括楼梯攀爬装置，平衡装置。其中的垃圾清理装置内部向两侧伸缩的液压缸能够适应各种宽度类型楼道，通过两端传感器进行适应，这样结构非常有利于不同楼型之间的转换。四杆机构下方的自平衡机构可以很有效的抵消四杆机构升降时带来的角度偏移问题。相较于其他单一固定履带的攀爬楼梯机构，非常有利于不同坡度楼梯的攀爬，使清洁车的适用范围更广。而传统的普通垃圾清理车只能清理清洁车面积所能覆盖到的地方，且清洁地形单一，尤其不利于楼梯道的清理，因为在楼梯台阶上面积的限制不容易实现清洁车忽左忽右的清扫。而且通常的驱动方式以小轮驱动，整体没有足够的着力点，不利于楼梯间的攀爬，在精确攀爬和攀爬稳定性上也没有履带效率高，或者攀爬斜度单一。

选用履带作为攀爬的传动机构，并在履带面上分布横向圆柱状突起，使之更加适合于在楼梯上攀爬，并且更够更加稳定。并且与清洁车相适应的独立创新型清洁方式，通过前端可伸缩板带动扫把清洁完整楼梯面并把垃圾汇拢在楼梯中间，从而由后端自带吸尘器回收垃圾，整体清洁方式简单快捷，清洁车所到层面可快速有效清洁干净。

参考文献：

[1]   陈科睿.浅谈智能型扫地机器人的工作原理及系统方案设计.武汉一中，湖北武汉430014

[2]   王沁楠.清扫机器人工业设计.陕西师范大学附属中学，陕西西安710000.

[3]   徐俊翊，陶卫军，张涵.新型载人爬楼梯履带车设计及稳定性分析.南京理工大学机械工程学院，南京210094

[4]   王自强， 曾实现，张艳.智能除污机器人的设计.青岛黄海学院， 山东青岛266427

作者简介：

宋新宇（1998-），男，山东省烟台人，本科。