风管清洁机器人机器人创新设计().doc

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1、中央空调通风管清洁机器人机器人创新设计随着我国国民经济和城市建设的快速发展，中央空调已成为改善人们工作与生活环境的必备设施目前全国共有上百万台中央空调亟待清洁保养，其中相当一部分中央空调的通风系统从未进行过彻底的清洁，清洁面积大且纵横交错的中央空调通风管道已经成为长期的卫生死角，由此造成的室内空气污染问题严重影响着人们的身体健康尤其在非典、禽流感、H1N1等疫情发生之后，人们对这一问题更加关注，政府也陆续出台了相关的清洁规范，费时费力且清洁效果不佳的传统人工清洁方式已不能满足现实的需要，利用机器人进行清洁的空调清洁业正在悄然兴起，但就

2、目前而言，中央空调风道清洁机器人市场却基本上被价格昂贵的外国产品占据，这些外国产品动辄几十万，多则上百万，使一般的企业难于承受。因此自主研发高性价比的中央空调风道清洁机器人对促进我国中央空调风道清洗行业的发展，改善室内空气质量提高人民生活和健康水平等具有积极的意义。在西方一些发达国家，中央空调清洁业已发展了几十年，形成了一个巨大的产业，有着比较成熟的清洁机器人技术。尽管国外清洗机器人技术先进性能优良，但由于不是针对国内风道状况而设计，在清洁国内的风道时往往效果不甚理想。国内一些单位提出了自己的中央空调风道清洁机器人设计及方案，但面对国

3、内尺寸规格变化万千的风道，在适应性和清洁的彻底性方面还显欠缺针对上述实际问题，文中提出了一种新型的清洁机器人系统。1机器人总体方案1.1系统清洁方案设计为节约建筑面积，国内建筑物的中央空调风道绝大部分设计成扁平矩形截面，且尺寸规格属非标产品，给风道清洁带来困难。在进行风道清洁作业时，目前的清洁机器人需要经常更换不同尺寸的毛刷，操作繁琐，而且在两种不同尺寸风道的过渡处遇到毛刷与风道宽度不同的情况时必然会存在清洗死角，影响清洁效果文中设计的清洁方案采用横向俯仰二维运动拟合矩形清洁轨迹清洁风道，改变了现有清洁机器人只能作毛刷一维俯仰运动的现

4、状，其工作原理如图1所示，该方案在毛刷旋转清洁风道时，如图1a中step1和step3所示，可以实现清洁臂的俯仰运动，同时还可以实现横向运动，如图1a中step2和step4所示。因而如图1b所示，机器人可根据风道大小对清洁臂俯仰和横向两个运动进行轨迹拟合，形成矩形清洁轨迹这样就使得清洁机器人在不更换毛刷的情况下，实现对不同尺寸风道的无死角清洁在保证风道内部4个面上的每一个点均能被清洁毛刷清洁至少一次的前提下，将矩形清洁轨迹与机器人行进驱动电机的运动再进行拟合，如图1所示，在横向俯仰二维运动拟合矩形清洁轨迹的一个周期内，保证机器人行走

5、距离s小于毛刷清洁宽度d，形成渐进式矩形螺旋清洁轨迹，实现对风道的无死角清洁。1.2系统组成中央空调风道清洁机器人由清洁机器人本体电控系统和控制软件3部分组成，如图2所示，电控系统又包括工控机和电控箱。1.2.1清洁机器人本体清洁机器人本体用于对风道实施清洁，并收集清洁下来的污物，同时将清洁的过程和效果通过实时视频监控向用户进行反馈清洁机器人本体包括移动机构清洁机构检测和消毒装置，实现了对风道进行清洁检测和消毒的一体化作业，具有功能齐全运动灵活操作简便的特点。1.2.2电控系统电控系统结构如图3所示，由工控机与电控箱组成，其中工控机部

6、分由工业PC，PCI总线运动控制卡和视频采集卡组成，电控箱部分由开关电源和各电机驱动器组成在工作过程中，电控系统根据控制指令控制机器人行进驱动电机二维运动平台驱动电机清洁毛刷驱动电机和摄像头驱动电机进行相应的运动，同时计数除清洁毛刷驱动电机外各电机上编码器的脉冲信号，将数值存储在相应的寄存器中，并将摄像头视频信号和二维运动平台位置传感器信号反馈给控制软件，从而实现清洁机器人各种预定的运动。1.2.3控制软件控制软件采用编程，界面友好，操作方便，实现了对清洁机器人的实时控制软件界面能将摄像头反馈的视频信号进行实时显示，通过观察视频图像，

7、操作人员可以对清洁机器人所处状态进行判断，从而控制清洁机器人进行前进、后退、差速转向、二维运动平台横向俯仰单步运动，自动拟合矩形螺旋清洁轨迹，自动导向，摄像头旋转和摆动搜索等运动。2清洁机器人本体设计清洁机器人本体，其采用模块化设计，主要包括:移动机构、清洁机构、检测装置和消毒装置。2.1移动机构设计国内的中央空调风道内部底面绝大部分为坚硬平坦且较为粗糙的水泥表面，仅在不同尺寸规格风道间的过渡处会有斜坡面出现，所以清洁机器人的移动机构采用简便易行的四轮结构，前轮为主动轮，采用独立驱动，即由两个步进电机分别驱动左右两个前轮，使得清洁机器

8、人能够灵活地实现前进和两轮差速转弯，控制简单；后轮采用万向轮式结构，使得清洁机器人能够在风道内灵活地实现后退车轮采用防滑橡胶轮，可以达到清洁机器人在风道内自由移动而不至于打滑的要求。2.2清洁机构设计清洁机构是清洁机器人