技术领域
[0001] 本
发明涉及机械与自动化控制技术领域，具体涉及一种楼梯用全自动清洁拖地机。
背景技术
[0002] 目前，国内在清洁
机器人领域展开了大量的研发工作，特别是在
移动机器人的运动规划与导航控制方面取得了可观的成绩，为研究开发清洁机器人奠定了坚实的技术
基础。如苏州科沃斯公司最新研制的智能地面清扫机器人、深圳
银星智能科技推出的扫地机器人、日本松下电器公司推出的吸尘机器人、美国
马萨诸塞州iRobot机器人公司和麻省理工学院
人工智能实验室联合开发的全自动智能
吸尘器等产品，虽然在导航
定位、避障系统、路径规划、机器人控制、电源与电源管理以及动
力驱动等技术上研究颇深，但都只局限于室内家居平面清洁，不能运用到楼梯台阶等复杂地面的清洁。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种既有平地行进清洁功能，还具有攀爬楼梯、清洁楼梯功能的楼梯用全自动清洁拖地机。
[0004] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种楼梯用全自动清洁拖地机，包括车体架、楼梯攀爬机构、平地行进机构和清洁机构，楼梯攀爬机构包括四个楼梯攀爬杆以及用于同步驱动四个楼梯攀爬杆的传动装置，四个楼梯攀爬杆设在车体架下端的四个外侧边上；所述的平地行进机构包括四个行走轮和两个平地行进
电机，四个行走轮设在车体架下端的四个内侧边上，两个平地行进电机位于车体架的一端，且两个平地行进电机用于驱动其中的两个行走轮；所述的清洁机构包括
机械臂、清洁刷头以及两个用于驱动机械臂动作的电动
推杆，机械臂的一端安装在车体架上，清洁刷头安装在机械臂的另一端。
[0005] 其中，车体架外侧上还安装有
基座，基座的一端上安装有
丝杠电机，丝杠电机的
驱动轴传动连接有丝杠，丝杠的另一端转动支承在基座的另一端；所述的机械臂包括连接臂Ⅰ和连接臂Ⅱ，连接臂Ⅰ的一端设有套设在丝杠上的座体，两个电动推杆的一端均铰接在座体上，其中一个电动推杆的另一端与连接臂Ⅱ的一端铰接，清洁刷头安装在连接臂Ⅱ的另一端；另一个电动推杆的另一端与连接臂Ⅱ铰接；连接臂Ⅰ的另一端通过销轴与位于两个电动推杆之间的连接臂Ⅱ铰接；座体内设有与丝杠上的
螺纹配合连接的
内螺纹，使丝杠电机通过丝杠带动座体沿丝杠的设置方向往复运动。
[0006] 进一步地，基座上设有两个互相平行设置的
固定板，丝杠电机的驱动轴穿过其中一个固定板后与丝杠的一端连接，丝杠的另一端支承在另一个固定板上；且两个固定板之间连接有若干个与丝杠平行设置的导向杆，座体滑动配合套设在导向杆上。
[0007] 本发明中，清洁刷头包括旋转刷头以及可拆卸安装在旋转刷头下表面上的拖布，旋转刷头的上表面设有连接座，连接臂Ⅱ的一端安装有用于驱动清洁刷头转动的刷头电机，刷头电机的驱动轴与连接座固定连接。
[0008] 优选的，机械臂上设有红外线探测器以及与红外线探测器、丝杠电机和两个电动推杆连接的
控制器；车体架上还设有
水箱，清洁刷头上设有雾化喷头，水箱与雾化喷头连通有设有控制
阀的水管。
[0009] 本发明中，车体架包括四个
机架，每个机架由两根呈一定
角度的
支撑杆固定连接组成，车体架通过依次固定连接四个机架的车体连接轴构成整体结构。
[0010] 本发明中，四个机架中的每个支撑杆上对应设有多个车体装配孔，车体连接轴对应装配安装在四个机架中的车体装配孔中，且各车体连接轴均平行设置，且车体连接轴与支撑杆垂直设置。
[0011] 本发明中，行走轮包括
车轮轮辐和转动安装在车轮轮辐中心的转动轴，四个行走轮中的转动轴的端部固定在位于内侧的两个机架的四个下端，两个平地行进电机分别安装在该两个机架的位于车体架同一端部的下端的
侧壁上，两个平地行进电机的驱动轴分别与与其位于同一端部的两个行走轮的转动轴传动连接。
[0012] 本发明中，传动装置包括主电机、主动
链轮链条机构和从动链轮链条机构，主动链轮链条机构包括主动链轮、从动链轮和一个
传动轴Ⅰ，主电机和传动轴Ⅰ安装在机架上，主电机的驱动轴安装在主动链轮的中心，主动链轮和从动链轮外闭环绕有传动链条，从动链轮的中心固定安装在传动轴Ⅰ的中部；从动链轮链条机构包括四个传动链轮Ⅰ、四个传动链轮Ⅱ以及与传动轴Ⅰ平行设置的四个传动轴Ⅱ，四个传动轴Ⅱ转动安装在最外侧的两个机架的下端，四个楼梯攀爬杆分别安装四个传动轴Ⅱ上；每两个传动链轮Ⅰ固定安装在传动轴Ⅰ的一端，每个传动链轮Ⅱ对应固定安装在每个传动轴Ⅱ上；传动轴Ⅰ每端的两个传动链轮Ⅰ分别与同一端部的两个传动轴Ⅱ上的两个传动链轮Ⅱ的外部闭环绕有传动链条，使主电机驱动主动链轮链条机构带动从动链轮链条机构工作，进而使四个楼梯攀爬杆同步同向攀爬。
[0013] 本发明中，楼梯攀爬杆包括攀爬杆本体以及通过
螺栓和
螺母固定安装在攀爬杆本体两端的两个
橡胶头，攀爬杆本体的中部设有紧固孔，紧固孔内设有与传动轴Ⅱ上连接的刚性
联轴器连接的紧固螺栓，位于攀爬杆本体外侧的紧固螺栓上套设有螺母。
[0014] 有益效果：本发明包括楼梯攀爬机构、平地行进机构和清洁机构三大机构，能够实现楼梯攀爬和平地行进，清洁刷头安装在机械臂上，通过电动推杆驱动机械臂完成清洁刷头的不同方位的定位。
[0015] 其中，车体架上设有基座，基座上的丝杠电机能够通过丝杠带动座体往复运动，而机械臂固定在座体上，实现机械臂与座体的同步运动，一方面能够实现机械臂
位置的调整，另一方面，丝杠机构带动的机械臂的动作能够与刷头电机驱动的清洁刷头的旋转运动协同作用，在实行清洁刷头旋转的同时往复运动。
[0016] 其中，本发明通过主电机驱动主动链轮链条机构带动从动链轮链条机构工作，进而使四个楼梯攀爬杆同步同向攀爬。
[0017] 本发明既有平地清洁功能，还具有攀爬楼梯、清洁楼梯功能，适用于各种楼道、楼梯的清洁工作，工作过程节省了大量的人力、物力、财力，具有良好的现实意义和推广价值。
附图说明
[0018] 图1为本发明的结构示意图；图2为图1中机架的示意图；
图3为图1中行走轮的示意图；
图4为图1中楼梯攀爬杆的示意图；
图5为图1中传动链条的部分示意图；
图6为图1中传动装置的示意图；
图7为图6的左视图；
图8为图1中电动推杆的示意图；
图9为图1中机械臂的示意图；
图10为清洁刷头的示意图；
图11为图1中基座的示意图。
[0019] 附图标记：1、机架，2、支撑杆，3、车体连接轴，4、车体装配孔，5、楼梯攀爬杆，6、攀爬杆本体，7、橡胶头，8、紧固孔，9、行走轮，10、平地行进电机，11、车轮轮辐，12、转动轴，13、清洁刷头，14、旋转刷头，15、拖布，16、连接座，17、刷头电机，18、电动推杆，180、电推杆外管，181、电推杆内杆，182、电推杆固定孔，19、连接臂Ⅰ，20、连接臂Ⅱ，21、基座，22、丝杠电机，23、丝杠，24、座体，25、销轴，26、固定板，27、导向杆，28、主电机，29、主动链轮，30、从动链轮，31、传动轴Ⅰ，32、传动链条，320、链条内结，321、链条外部挡片，322、链条钉，33、传动链轮Ⅰ，34、传动链轮Ⅱ，35、传动轴Ⅱ，36、刚性联轴器，37、螺栓，38、螺母，39、紧固螺栓，40、红外线探测器，41、水箱，42、雾化喷头，43、水管，44、
烘干机，45、固定杆，46、连接孔。
具体实施方式
[0020] 为使本发明实现的技术手段、创作特征以及达成的目的便于理解，下面结合示意图，进一步阐述本发明，但本发明所要求保护的范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。
[0021] 一种楼梯用全自动清洁拖地机，如图1所示，包括车体架、楼梯攀爬机构、平地行进机构和清洁机构，其中，楼梯攀爬机构包括四个楼梯攀爬杆5以及用于同步驱动四个楼梯攀爬杆5的传动装置，四个楼梯攀爬杆5设在车体架下端的四个外侧边上。
[0022] 本发明中，如图1所示，车体架包括至少四个机架1，如图2所示，每个机架1由两根呈一定角度的支撑杆2固定连接组成的类似“∧”型结构，车体架通过依次固定连接四个机架1的车体连接轴3构成整体结构。四个机架1中的每个支撑杆2上对应设有多个车体装配孔4，车体连接轴3对应装配安装在四个机架1中的车体装配孔4中，且各车体连接轴3均平行、均匀间隔设置，且车体连接轴3与支撑杆2垂直设置。
[0023] 本发明的传动装置包括主电机28、主动链轮链条机构和从动链轮链条机构。
[0024] 其中，如图1、图6和图7所示，主动链轮链条机构包括主动链轮29、从动链轮30和一个传动轴Ⅰ31，主电机28和传动轴Ⅰ31安装在机架1上，主电机28安装在其中一个机架1上，车体架中位于最外侧的两个机架1上设有固定杆45，传动轴Ⅰ31的两端通过
轴承安装在两个固定杆45上，主电机28的驱动轴安装在主动链轮29的中心，主动链轮29和从动链轮30外闭环绕有传动链条，从动链轮30的中心固定安装在传动轴Ⅰ31的中部。
[0025] 其中，如图1、图6和图7所示，从动链轮链条机构包括四个传动链轮Ⅰ33、四个传动链轮Ⅱ34以及与传动轴Ⅰ31平行设置的四个传动轴Ⅱ35，四个传动轴Ⅱ35分别转动安装在车体架中位于最外侧的两个机架1的四个下端，四个楼梯攀爬杆5分别安装在伸出车体架外侧的四个传动轴Ⅱ35上；每两个传动链轮Ⅰ33固定安装在传动轴Ⅰ31的一端，每个传动链轮Ⅱ34对应固定安装在位于车体架内侧的每个传动轴Ⅱ35上。
[0026] 传动轴Ⅰ31每端的两个传动链轮Ⅰ33分别与与其位于同一端部的两个传动轴Ⅱ35上的两个传动链轮Ⅱ34的外部闭环绕有传动链条，使主电机28驱动主动链轮链条机构带动从动链轮链条机构工作，进而使四个楼梯攀爬杆5同步同向攀爬。
[0027] 其中，如图5所示，本发明的传动链条包括若干个链条内结320，相邻链条内结320的两端的外部设有两个链条外部挡片321，链条外部挡片321与链条内结320通过链条钉322铰接。
[0028] 如图4所示，楼梯攀爬杆5包括攀爬杆本体6以及通过螺栓37和螺母固定安装在攀爬杆本体6两端的两个橡胶头7，攀爬杆本体6的中部设有紧固孔8，紧固孔8内设有与图1中的传动轴Ⅱ上连接的刚性联轴器36连接的紧固螺栓，位于攀爬杆本体6外侧的紧固螺栓39上套设有螺母。当橡胶头磨损后，可以很方便的更换橡胶头。
[0029] 如图1所示，平地行进机构包括四个行走轮9和两个强扭力的平地行进电机10，四个行走轮9设在车体架下端的四个内侧边上，两个平地行进电机10位于车体架的一端，且两个平地行进电机10用于驱动其中的两个行走轮9；在清洁时，要求机器具有一个相对稳定且中速的工作环境，因此，两个平地行进电机提供的后轮两驱动力以其简单的构造提供足够动力的同时，也能达到很好的节能功效。
[0030] 如图3所示，行走轮9包括车轮轮辐11和转动安装在车轮轮辐11中心的转动轴12，四个行走轮9中的转动轴的端部固定在位于车体架内侧的两个机架1的四个下端，两个平地行进电机10分别安装在该两个机架1的位于车体架同一端部的下端的相邻设置的侧壁上，两个平地行进电机10的驱动轴分别与与其位于同一端部的两个行走轮9的转动轴传动连接。
[0031] 如图1所示，清洁机构包括机械臂、清洁刷头13以及两个用于驱动机械臂动作的电动推杆18。如图8所示，电动推杆为包括电推杆外管180和电推杆内杆181组成的直线执行机构，在一定范围行程内作往返运动，以24V/12V直流永磁电机为动力源，把电机的旋转运动转化为直线往复运动。电推杆外管180和电推杆内杆181的两端均设有电推杆固定孔，且电推杆内杆181上的电推杆固定孔通过销轴与机械臂20铰接；电推杆外管180上的电推杆固定孔通过销轴与座体24铰接。
[0032] 机械臂的一端安装在车体架上，清洁刷头13安装在机械臂的另一端。其中，车体架后端的外侧上还安装有基座21，基座21的一端上安装有丝杠电机22，丝杠电机22的驱动轴传动连接有丝杠23，丝杠23的另一端转动支承在基座21的另一端；如图9和图11所示，机械臂包括连接臂Ⅰ19和连接臂Ⅱ20，连接臂Ⅰ19的一端设有套设在丝杠23上的座体24，座体24内设有与丝杠23上的螺纹配合连接的内螺纹，使丝杠电机22通过丝杠23带动座体24沿丝杠23的设置方向往复运动。
[0033] 两个电动推杆18的一端均铰接在座体24上，其中一个电动推杆的另一端与连接臂Ⅱ20的一端铰接，清洁刷头13安装在连接臂Ⅱ20的另一端；另一个电动推杆的另一端与连接臂Ⅱ20铰接；连接臂Ⅰ19的另一端通过销轴25与位于两个电动推杆18之间的连接臂Ⅱ20铰接。连接臂Ⅰ19和连接臂Ⅱ20上设有多个用于连接铰接装置的连接孔。
[0034] 如图1和图11所示，基座21上设有两个互相平行设置的固定板26，丝杠电机22的驱动轴穿过其中一个固定板后与丝杠23的一端连接，丝杠23的另一端支承在另一个固定板上；且两个固定板26之间连接有若干个与丝杠23平行设置的导向杆27，座体24滑动配合套设在各导向杆27上。
[0035] 本发明中，车体连接轴3、丝杠23、传动轴Ⅰ31、传动轴Ⅱ35均平行设置。
[0036] 其中，如图10所示，清洁刷头13包括旋转刷头14以及可拆卸安装在旋转刷头14下表面上的拖布15，能方便的拆卸拖布进行清洁；旋转刷头14的上表面设有连接座16，连接臂Ⅱ20的一端安装有用于驱动清洁刷头13转动的刷头电机17，刷头电机17的驱动轴与连接座16固定连接。
[0037] 本发明中，如图1所示，机械臂上还设有红外线探测器40以及与红外线探测器40、丝杠电机22、刷头电机17、主电机28、两个平地行进电机10和两个电动推杆18连接的控制器；车体架上还设有水箱41，清洁刷头13上设有雾化喷头42，水箱41与雾化喷头42连通有设有
控制阀的水管43。
[0038] 本发明中，车体架的后端还安装有烘干机44以及为烘干机提供电源的
蓄电池。本发明中的各部件在工作时互不干涉。
[0039] 在平地行进清洁楼道：四根楼梯攀爬杆5由控制器控制主电机29通过主动链轮链条机构带动从动链轮链条机构工作，将四根楼梯攀爬杆5转动至与地面水平位置后停止运动；机械臂通过电动推杆18开始
自动调节方位，期间，位于机械臂顶部的红外线探测器40不断收集并往控制器中传输信息，协助机械臂精确调整到位；其后，位于清洁刷头13顶部的雾化喷头42开始喷水，且清洁刷头13在刷头电机17的带动下开始旋转，控制器进一步控制两个后端的行走轮9的平地行进电机10运动，往前推进清洁，清洁过程中，红外线探测器40始终处于收集传输信息状态，确保将地面彻底清理干净，到楼道尽头时，
丝杆电机22通过丝杠23带动座体24向左或向右移动，进而带动机械臂向左或向右移动，机器后退，来回往返实现所有楼道的清洁。
[0040] 清洁楼梯：位于机器头部的红外探测器40感应到水平地面的前端存在障碍物——楼梯，控制器控制行走轮9停止驱动，与其同轴的四根楼梯爬梯杆5转动，通过与楼梯边沿
接触攀爬楼梯，每攀爬一层，控制器控制电动推杆18伸缩，通过机械臂调节清洁刷头13方位，与此同时，位于清洁刷头13顶部的雾化喷头4开始喷出雾状水湿润楼梯面，清洁刷头13刷过楼梯水平面从而实现楼梯水平面的清扫，楼梯竖直平面清扫时，机械臂调整，清洁刷头13竖直清扫。
[0041] 机器转弯：机器在工作时需要转弯时，楼梯攀爬杆5处于与地面水平且不工作状态，两后驱的行走轮9分别正反转实现转弯功能。
[0042] 地面烘干：当楼道和楼梯被清扫干净后，位于机器尾部的烘干机44开始工作，通过四个大功率的烘干机44，向地面鼓吹热
风达到地面烘干的效果。
[0043] 楼梯攀爬系统主体是四根楼梯攀爬杆及相关传动装置，四根楼梯攀爬杆由一个主电机搭配链条、链轮构成一个同步链轮
传动系统，该系统可以使四根攀爬杆在攀爬楼梯时或是不工作时都能具有很好的同步性。
[0044] 旋转圆刷头在机械臂左右移动清扫的同时，能更好的清洁地面的污渍，三级电推杆机械臂使得机器人在工作时具有更好的灵活性。
[0045] 本发明既有平地清洁功能还具有攀爬楼梯、清洁楼梯功能，适用于各种楼道、楼梯的清洁工作，工作过程节省了大量的人力、物力、财力，具有较大的社会价值和经济价值，拥有广阔的市场前景，是目前国内迫切需求的一种设备，具有良好的现实意义和推广价值。
[0046] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“外侧边”、“内侧边”、“外侧壁”、“内侧壁”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“Ⅰ”、“Ⅱ”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0047] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0049] 以上
实施例使为了说明本发明的技术方案，其目的是在于使本领域技术人员能够了解本发明的内容并予以实施，但并不以此限制本发明的保护范围。凡是依据本发明的实质内容所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
