中央空调管道清洁机器人的创新设计

中央空调管道清洁机器人的创新设计摘要：本文主要结合国内外的中央空调机器人的发展，讲述课题的意义和背景，其中重点介绍了中央空调管道机器人采用导向轮制作的行走方案和旋转刷的清扫方案。

同时，针对中央空调管道清洁机器人清洁收尾增加了收集装置。

对重点工作和探讨内容进行归纳总结，并对今后的研究方向做出了展望。

关键词：机械设计；中央空调；机器人；电动机；导向轮
一、引言
近几年来，中央空调管道的不得当清洗引起了重大关注。

由于中央空调管道设备所占面积较大，长期使用后，细菌灰尘会堆积在空调内部，而随着空调送风系统的运行，会将管道中的细菌和灰尘吹到室内，严重影响到室内空气质量，导致人们呼吸和皮肤时常出现问题。

不仅如此，灰尘的堆积导致散热片堵塞，空调的运转时间及电流成本增加，从而导致空调使用寿命减少，由于楼层结构不同，所安装的空调管道也是纵横交错，并且管道直径也会因为空间大小不同，拐角和衔接扣的清理更是人力短时间不能解决的。

因此，清洁机器人的产生不仅可以更高效地对管道进行清扫、消毒，更能够解决人力清洁所带来的不卫生难题。

因此，采用专用的清洁机器人对中央空调管道进行清洗工作。

我国2004年以来尽管研究的很多,但真正成型投入使用的并不是很多,产品和市场不成熟,而国外的相关产品大多功能单一,智能化水平低，价格又昂贵。

因此国内市场一系列低成本、高效率的机器人相继投入市场。

目前,中央空调机器人的发展趋势将是:增加机器人的适应性，能够运用与多种场景。

中央空调管道清洗机器人技术的成熟和其产品的国产化,会进一步提高我们的物资和文化生活,其研究和发展具有广阔的应用前景、重要的社会意义和经济效益
二、工作原理
本次设计的机器人主要用于空调管道的清洁，大体由行走机构、清扫装置、控制系统组成。

其中行走机构又包括了驱动机构和导向轮系统两个部分，驱动装置主要采用单电机
驱动机器人的前轴，通过对支撑臂上的零件进行调节从而调节导向轮的间距，确保机器人
在进入管道以后，两个导向轮两端与管道壁保持大约20mm的距离。

在机器人清洁运作过程中，两个导向轮采用大小相同而方向不同的速度进行旋转。

以左边导向轮为例，当左导
向轮碰到管道时，它的切向摩擦力F切则向机器人中心偏转，从而可以转化为牵引力F
牵，同时由于右导向轮最开始与左导向轮方向相反，则形成的扭矩可迫使机器人发生右转
行为。

清洁机器人的清洁工作主要由清洁刷完成，清洁刷装置由气动马达驱动旋转，并且
采用伸缩式方便进行调节长度，由于中央空调管道大小不一，所以清洁刷头可采用不同尺
寸及材料并能够进行俯仰调节，这样能够保证机器人在进入管道后保证前进的条件下清晰
到管道的各个角落。

清洁刷的选择可以是尼龙刷、钢刷、不锈钢刷等，这样可以对所有管
道都不造成损伤，并且清洁力足够强。

在清扫时，气动马达运作时能产生高压空气，将管
道内的空气吹向前方。

最后，通过控制系统可以对管道内的清洁作业进行监督，及时进行
清洁，达到彻底清洁的效果。

三、转向系统对比分析
针对机器人行进有2种方案：
1.采用双电机驱动机器人行进，由于机器人不完全自动化，其工作
期间需要人员监控和操作机器人在管道中的运行，进而完成清扫工作，。

其优点是人工监查清扫更加细致，但同样的，中央空调管道分布广，大小
不一，人工实时监控和操作也很消耗人力。

2.采用单电机驱动机器人的前轴，并且再在机器人前轮的两端各安
装一个导向轮系统，且保证两个导向轮与两侧管道壁保持间隙。

接着以大
小相同但是方向相反的转速和驱动轮同时进行运作和停止。

当其中一个导
向轮碰到管壁时，导向轮和电机所形成的合力会使得机器人发生转向行为，
从而保证机器人能自主地完成行进和转向行为。

可以节省人力小号，实现机器人自动化。

综合对比，采用方案2更符合自动化机器人的特征，节省实际工作成本。

为了保证机器人在管道中的行进方向始终再管道中央，在机器人前方两端各安装导向轮。

运作之前可以通过调整螺钉来控制导向轮的间距，保证机器人处于管道中央位置，且两端导向轮距管道壁保有距离。

接着两导向轮分别采用大小相同，方向相反的速度旋转。

当其中一边的导向轮碰到管道壁时，导向轮的切向摩擦力F向机身发生偏转，加上此时所产生的扭矩M，迫使机器人发生右转行为。

并且主要的是，由于设计的机器人质量较轻，行进速度也不高，就可以在导向轮的辅助下实现转弯行为。

四、设计内容
1.清扫装置
机器人在管道内的清洁工作主要由旋清洁刷完成，清洁刷尾端由气动马达驱动运作,且尾端采用伸缩式结构,从而对清洁杆进行调节。

由于管道大小和材质都有不同，所以旋转刷也选择不同的尺寸和材质,并且保证清洁刷能够自由的上下移动，使得管道能被彻底清洁。

并在管道对头装上灰尘收集装置，清洁机器人清洁过程中，灰尘收集装置可以将灰尘都吸走。

设计的清扫刷的示意图如图所示：
图1 清扫刷的示意图
2.照明监控
针对于现在市面上的摄像头品类，要选择价格低、体积小、低耗能的款式，但由于管道内光线较暗，光源环境不好，因此搭配照明系统一起工作，选择市面上常见的照明灯泡即可，方便出现问题时人工能够清晰地看到画面并进行操作。

监视器可采用合适的视频监视器，并且与摄像头进行相接，同时可进行录像，便于对整个清扫过程进行分析和总结。

图2 照明监控系统
五、创新点
1.设计可组合的机械模式，清洁刷尾端由气动马达驱动运作,且尾
端采用伸缩式结构,从而对清洁杆进行调节，达到机器人清洁时能够适应不同管道尺寸的要求。

2.增加了摄像和监视功能，以机器为主，人工为辅，减轻人类劳动
成本，同时也增加清洁效率。

3.导向轮系统装置使机器人更趋向于自动化，改变了传统的“直线
操控”模式。

结论
机器人的发展在现在制造技术中起着举足轻重的作用。

在机器人的视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术上有了一定的发展基础。

中央空调遍布范围广，消耗大，对中央空调管道的清洗可以减少堵塞机器的情况，保护压缩机，降低所需消耗的能量，延长空调使用寿命。

因此，清洁机器人的产生不仅可以更高效地对管道进行清扫、消毒，更能够解决人
力清洁所带来的不卫生难题。

同时我们也需及时了解国外机器人发展方向并不断吸取经验，在更多环境和不利于人类解决的情况下实现机械自动化。