楼梯清扫机器人机械结构的设计[1]

楼梯清扫机器人机械结构的设计[1]
摘要：本文设计了一款楼梯清扫机器人，机械结构主要由蜗轮蜗杆驱动系统
和扫吸集尘一体系统两部分组成。

以数控电动机驱动齿轮与蜗轮蜗杆传动系实现
行走，由清扫装置和抽吸集尘装置实现清扫，方案简易可行。

关键词：清扫机器人；机械结构；驱动系统；扫吸一体系统
随着社会与科技的进步与发展，智能服务机器人的出现，为生活增添了便利。

在清洁领域中，智能扫地机器人有着较高的商业价值，成为国内外研究的热点[1]。

本文提出一种新型的清扫机器人机械结构设计方案。

1 清洁机器人的整机方案设计
整机采用数控电动机控制，驱动系统通过齿轮与蜗轮蜗杆传动，带动四轮行
驶机构行走，轮胎上有防滑花纹，前后轮的单独驱动大大减少了打滑的几率，使
得机器人的移动实现精准可控。

以气泵风扇和毛刷为主要工作元件的扫吸一体系
统提供合适的吸力进行垃圾清扫，经由集尘箱过滤收集，从而达到有效清扫的目的。

图1整机方案设计图
2 驱动系统的设计
驱动系统模型如图2所示，包括电机、第一齿轮、第二齿轮、蜗轮蜗杆、第
三齿轮、第四齿轮。

电机设置在机架上，电机为驱动系统提供动力输入。

电机输
出轴上连接有第一齿轮并与第二齿轮啮合，第二齿轮与蜗轮同轴设置，蜗轮与蜗杆啮合，蜗杆两端各自设置一个第三齿轮，第三齿轮与第四齿轮啮合。

车轮与第四齿轮同轴连接，通过第四齿轮带动车轮的转动，形成由电机驱动车轮移动的驱动系统。

图2驱动系统组成
3 扫吸一体系统的设计
扫吸一体系统如图3所示，由气泵、清扫装置和抽吸集尘装置组成。

其中，气泵内设置风扇叶片，外壳上设置排气孔，通过风扇叶片的旋转实现空气抽吸，经由排气孔将抽吸的空气排出。

合理设计气泵系统使主体部分的空腔与外界形成气压差，达到吸走垃圾的目的。

通过添加辅助风扇，通过风叶转动产生较小分贝的同时提供合适的吸力，在清扫较为干净的楼梯时能简单快速吸尘。

抽吸集尘装置中间的矩形孔连通地面，突出的圆柱孔表面有一层过滤网，垃圾从此孔进入垃圾箱，达到吸除垃圾的目的。

a.气泵简图
b.清扫装置
c.抽吸集尘装置
图3扫吸一体系统
4 结束语
本设计工作原理简单可靠，传动方案可行，机械结构设计合理。

参考文献
[1]李航,宋春华,罗胜彬等.机器人的研究现状及其发展趋势[J].微特电
机,2013,41(04):49-51+57.
[2]卢桂萍,李春雷等.基于Arduino的楼梯自适应式清洁机器人设计与实现[J].机电工程技术,2023,52(01):161-165
[1] 基金项目：2022年江苏省大学生创新创业训练计划资助项目（202213984027Y）。

第一作者：曹志豪，男，2002年生，本科，研究方向为机械电子工程。

通讯作者：董逸君，女，1990年生，硕士，讲师，研究方向为机电一体化设备与机器人。