一種攀爬滅火、清潔機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]攀爬滅火、清潔機器人是一種用于代替人工對玻璃幕墻進行清潔或協(xié)助消防工作人員進行高層建筑滅火的裝置，屬于機械工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的玻璃幕墻清潔工作需要工作人員用一根安全繩將自己吊在半空中，高空的風(fēng)速遠遠大于地面風(fēng)速，在風(fēng)速的影響下清潔人員會在半空中隨風(fēng)搖晃，在這種惡劣的環(huán)境下工作具有非常大的安全隱患；同樣傳統(tǒng)的高層建筑救火工作需要消防人員搭乘云梯或攀爬到建筑的高處進行滅火，一旦發(fā)生意外，必將會造成嚴重的生命財產(chǎn)損失。為此，急需一種多功能垂直攀爬裝置來代替人工進行高空作業(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是提供一種使用擺桿機構(gòu)和吸附裝置實現(xiàn)玻璃幕墻清潔工作和高層建筑救火的機器人，其目的是代替人工進行高空作業(yè)，無論是對玻璃幕墻的清潔工作，還是進行高層建筑的滅火工作，都起到了一個得力助手的作用。該項發(fā)明機器人不僅可以攀爬垂直的墻壁，而且還能輕松爬上樓梯，對火災(zāi)中生命財產(chǎn)的搜救起到了舉足輕重的作用。
[0004]本發(fā)明專利的攀爬滅火、清潔機器人的上述目的是這樣實現(xiàn)的，結(jié)合【附圖說明】如下:攀爬滅火、清潔機器人利用傳統(tǒng)的吸附原理使機器人整體吸附在墻壁上。利用擺桿機構(gòu)實現(xiàn)對玻璃幕墻的清潔功能和對高層建筑火災(zāi)的救援工作。通過改變傳動系統(tǒng)的傳動比實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)彎功能，調(diào)整擺桿擺動的角度以適應(yīng)不同工作環(huán)境的要求。
[0005]所述的機器人的擺桿機構(gòu)，電機通過減速齒輪帶動曲柄轉(zhuǎn)動，通過多個球面副的作用使擺桿進行擺動。在擺桿的前端設(shè)有一定錐度的凹形槽，與之配合的支座做成相同錐度的凸形座，保證兩個錐面的精度，支座與擺桿之間采取過盈配合，便于安裝與拆卸。
[0006]本發(fā)明專利的攀爬滅火、清潔機器人的行走機構(gòu)與越障機構(gòu)集為一體。
[0007]所述的行走機構(gòu)由行走輪、履帶和副帶組成。行走輪外圍設(shè)有多個凹形槽，履帶的內(nèi)側(cè)由多個排列規(guī)則的凸形體組成，通過凹形槽與凸形體之間的配合實現(xiàn)行走輪帶動履帶進行轉(zhuǎn)動，保證傳動效率的同時使履帶的受力更加均勻。在環(huán)形履帶的外圍加有一層耐高溫軟質(zhì)材料的副帶，在行走輪之間加有固定擋板，保證行走機構(gòu)在受到外力作用下不會改變形狀。
[0008]所述的越障機構(gòu)主要依托副帶的柔軟性，在機器人遇到障礙時，由于吸附裝置的吸附作用，副帶會根據(jù)障礙物的形狀進行凹陷變形，在機器人進行越障的同時保證機器人上下表面壓強差基本不變，確保機器人的安全性。
[0009]所述的傳動系統(tǒng)主要由直齒圓柱齒輪、錐齒輪、螺旋齒輪、電磁鐵和傳動軸組成，其特征在于:傳動系統(tǒng)傳動比的調(diào)整，通過控制兩個電磁鐵的通電與斷電兩種狀態(tài)，改變兩組滑移齒輪的先后嚙合順序，進而改變傳動系統(tǒng)的傳動比，使機器人擁有四種不同的速度進行行走和轉(zhuǎn)彎。
[0010]所述的吸附裝置由風(fēng)扇、風(fēng)碗和排風(fēng)孔組成。通過風(fēng)扇和排風(fēng)孔的作用使機器人形成上下表面壓強差，由于大氣壓的作用將機器人緊緊地貼在墻面上。在風(fēng)碗內(nèi)部設(shè)有固定相反極性的磁體，風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動的同時進行切割磁感線運動，產(chǎn)生的電荷將會提供給控制系統(tǒng)和蓄電池。
[0011]所述的滅火裝置和清潔裝置均與擺桿機構(gòu)進行配合。在進行滅火工作時，滅火裝置的噴頭直接與擺桿機構(gòu)的支座進行配合連接；當(dāng)進行玻璃幕墻的清潔工作時，則用可提供初始力矩的支座替換原來擺桿機構(gòu)中的支座，滿足機器人在不同環(huán)境下的工作需求。
[0012]所述的滅火裝置通過與擺桿機構(gòu)的共同作用來完成滅火工作。滅火裝置采用向火源噴射大量二氧化碳的方法進行滅火工作。
[0013]所述的清潔裝置同樣與擺桿機構(gòu)共同作用來完成對玻璃幕墻的清潔工作。清潔刷中的清潔海綿安裝在兩個刮水器中間，兩個刮水器的高度低于清潔海綿的高度。手柄和清潔刷之間采用球面副進行連接，保證清潔刷的自由轉(zhuǎn)動。水管上裝有兩位三通換向閥，控制清潔水的通斷，避免水資源的浪費。
[0014]機架上安裝有攝像單元，攝像單元可以實時監(jiān)控環(huán)境情況和機器人的工作狀況。若機器人在高空作業(yè)時發(fā)生故障，可以對地面的通信控制系統(tǒng)進行信息反饋，實現(xiàn)對機器人的遠程調(diào)控，確保機器人工作的準確性和可靠性。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點與技術(shù)效果:本機器人采用可再生循環(huán)能源供給系統(tǒng)，利用電器元件的功能特性將多種能源進行整合，提高能源的利用率；利用擺桿運動特性改變擺桿擺動的角度，進而實現(xiàn)在滅火和清潔工作環(huán)境下對不同擺桿角度的要求，使裝置更加靈活；滅火裝置和清潔裝置采用可替換機構(gòu)，使機器人實現(xiàn)多功能化；傳動系統(tǒng)擁有四種可變傳動比，實現(xiàn)對機器人行走速度和轉(zhuǎn)彎的控制；滅火和清潔裝置中均裝有電磁換向閥來控制回路的通斷狀態(tài)，避免資源的浪費；機器人通過攝像單元和紅外裝置來快速確定工作區(qū)域，實現(xiàn)裝置的快速性和準確性；通過遠程控制系統(tǒng)對機器人進行實時控制，實現(xiàn)智能化模式；本機器人體積小，質(zhì)量輕，便于攜帶，具有較高的機械性能，智能化程度高，是人們高空作業(yè)的好幫手。
【附圖說明】
[0016]圖1是攀爬滅火、清潔機器人的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是攀爬滅火、清潔機器人的三維結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖3是攀爬滅火、清潔機器人的擺桿機構(gòu)原理圖。
[0019]圖4是攀爬滅火、清潔機器人的行走機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5是攀爬滅火、清潔機器人的傳動系統(tǒng)局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖6是攀爬滅火、清潔機器人的真空吸附裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7是攀爬滅火、清潔機器人的滅火裝置工作示意圖。
[0023]圖8是攀爬滅火、清潔機器人的清潔裝置工作示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖所示實施例進一步說明本發(fā)明專利的攀爬滅火、清潔機器人的具體內(nèi)容及其工作過程。
[0025]圖1是攀爬滅火、清潔機器人的總體結(jié)構(gòu)示意圖，主要由機架、擺桿機構(gòu)、行走機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、真空吸附裝置和攝像單元組成。所述的擺桿機構(gòu)，減速齒輪將電機的動力傳遞給與減速齒輪相互嚙合的曲柄(17)，曲柄(17)與連桿(14)之間、連桿(14)與擺桿(15)之間采用球面副進行連接，曲柄(17)通過連桿(14)將動力傳遞給擺桿(15)，使擺桿(15)實現(xiàn)預(yù)期角度的擺動，擺桿(15)與支座(16)采用過盈配合，使拆裝更加方便靈活。所述的行走機構(gòu)主要由行走輪(13) (27)帶動履帶(29)進行行走，履帶(29)的外圍設(shè)有軟質(zhì)材料的副帶(30)，在行走的同時實現(xiàn)簡單的越障功能，在同側(cè)的行走輪之間采用傳動軸(I) (11)進行傳動，減少履帶所承受的拉力，延長履帶的使用壽命。所述的傳動系統(tǒng)，減速齒輪(6)將電機的動力通過滑移齒輪(4) (8) (19) (25)傳遞給冠狀齒輪(3) (9)，再由一對錐齒輪
(12)(28)將動力傳遞給行走輪(13) (27)，通過電磁鐵和復(fù)位彈簧(20) (24)的作用改變傳動系統(tǒng)的傳動比，使兩側(cè)行走輪產(chǎn)生行走速度差，從而實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)彎功能。所述的真空吸附裝置，通過聯(lián)軸器將電機的動力傳遞給風(fēng)扇(23)，風(fēng)扇(23)在風(fēng)碗(18)中進行轉(zhuǎn)動，將機器人底部的空氣抽出，抽出的空氣經(jīng)過排風(fēng)孔(22 )排出，使機器人底部和機器人外部形成壓強差，在大氣壓的作用下將機器人緊緊的壓在墻壁上。所述的攝像單元主要由攝像頭(26 )和地面控制軟硬件構(gòu)成，對機器人進行高空作業(yè)遠程控制。
[0026]圖2是攀爬滅火、清潔機器人的三維結(jié)構(gòu)圖。本機器人工作時采用半智能人工操作模式，電機(21)通過聯(lián)軸器將動力傳遞給風(fēng)扇，風(fēng)扇在風(fēng)碗(18)中轉(zhuǎn)動，將機器人底部的空氣抽出經(jīng)過排風(fēng)孔(22)排出，使機器人底部的壓強小于大氣壓強，利用壓強差將機器人緊緊地壓在墻壁上，驅(qū)動電機通過傳動系統(tǒng)將動力傳遞給兩側(cè)的行走輪使機器人進行行走。機器人在進行清潔玻璃幕墻時，電機通過減速齒輪帶動與減速齒輪相互嚙合的曲柄
(17)轉(zhuǎn)動，通過球面副作用使擺桿(15)進行周期性擺動，實現(xiàn)擦拭玻璃幕墻的功能。機器人在進行高層建筑救火時，在電機的作用下，使擺桿(15)擺動合適的角度，利用棘輪棘爪機構(gòu)，固定曲柄(17)的轉(zhuǎn)動位置，使擺桿(15)在受到外界沖擊時保持原來角度不變。通過控制電磁鐵的通電與斷電，從而改變傳動系統(tǒng)的傳動比，實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)彎功能。機器人的行走、越障和擺桿機構(gòu)的擺動過程，攝像單元都進行實時監(jiān)控。
[0027]圖3是攀爬滅火、清潔機器人擺桿機構(gòu)原理圖。電機通過聯(lián)軸器與減速齒輪相聯(lián)接，與減速齒輪相互配合的曲柄(17)將動力傳遞給連桿(14)，由連桿(14)帶動擺桿(15)進行擺動，在曲柄(17)和連桿(14)之間，連桿(14)與擺桿(15)之間利用球面副進行相連，保證動力傳遞的準確性和可靠性。調(diào)整曲柄(17)的半徑以及連桿(14)的長度進行擺桿(15)轉(zhuǎn)過角度的調(diào)整，從而達到預(yù)期的位置。擺桿(15)頂端開設(shè)具有一定錐度的凹形槽，與該凹形槽進行配合的支座(16)做成具有相同錐度的凸形，二者采用過盈配合方式，使機器人在不同環(huán)境下工作時便于支座(16)的拆卸與安裝。
[0028]圖4是行走機構(gòu)的示意圖。電機通過傳動系統(tǒng)帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，通過固定在傳動軸上的螺旋齒輪和錐齒輪的共同作用將動力傳遞給行走輪(27)。副帶(30)附著在履帶
[29]的外圍，采用軟質(zhì)且耐高溫的材料制成，在保持足夠摩擦力的同時，可以實現(xiàn)簡單的越障的功能。在兩個行走輪之間設(shè)有固定