新型自动楼梯清洗机的设计及有限元分析

2012-11-14荣必贤林敏成一楠王珏雷雪媛

中国科技信息 2012年10期

关键词：丝杆刷子水槽

荣必贤林敏成一楠王珏雷雪媛

西南交通大学，四川成都 611756

新型自动楼梯清洗机的设计及有限元分析

荣必贤林敏成一楠王珏雷雪媛

西南交通大学，四川成都 611756

为了减轻人力，基于对实际楼梯的具体分析，设计了此楼梯清洗机器。通过电机及带传动带动三叶轮上下楼梯，通过丝杆机构驱动刷子左右及前后运动，通过齿轮齿条驱动水槽前后运动完成对刷子的清洗。以最易破坏的零件进行有限元分析，证明机器的可实现性。机器全程通过单片机精确控制。

自动清洗；机构；设计；控制；分析

楼梯是我们日常生活中必不可少的设备。目前社会上的相关楼梯清洁机器主要存在两种缺陷。一种是装置的上下楼过程不稳定；另一种是机器的设计注重于上下楼梯的过程，而忽视了机器对楼梯的清扫效果。目前大多数同类机器对楼梯的清洗仅仅只是一个干擦的过程，而没有考虑到清洗工具的换洗，这大大降低了装置对楼梯的清洗效果。针对这个现象，我们为楼梯清洁卫士配套了刷子的清洗功能和废水处理功能，大大增加了装置对楼梯的清洗质量，彻底取代人力。

1、机构及原理介绍

1、1 上下楼梯机构

主轴驱动电机通过齿轮带动后主轴转动，后主轴带动后轮系转动。后主轴通过皮带轮将旋转传递给中间传递轴将转动传递给前主轴，前主轴带动前轮系转动。车子的每个“轮子”是由三个子轮子和三根连轴组成风车的样式所构成。车子上下楼梯时由两个前轮中心位置的电机带动风车式的连轴转动，从而使得周围的三个小轮子能够进行有规律地转动。当连轴转动一周时，整个装置也随之下上升或者下降一个台阶。

1、2 刷子运动机构

横向丝杆带动刷子同步左右运动，清洗楼梯，竖向丝杆带动刷子前后运动，前后运动一是为了清除扫在一起的垃圾，二是为了配合水槽的前后运动而清洗刷子。清洁机器的主要清洁工具为两把以海绵为主要材料的刷子，从楼道中心位置开始，分别向楼道两端清洗。另外，刷子的梯形形状设计能够避免一些死角的生成，尽可能地使整个楼道得以全面清洗。

1、3 水槽运动机构

水槽前后运动是由齿轮转动，带动齿轮齿条前后运动实现的，水槽中分布有喷头，实现对脏后的刷子进行清洗。

1、4 清洗刷子及水循环部分

横向丝杆转动带动刷子向后运动，同时水槽向前运动，水槽部分区段对刷子挤压完成对刷子的清洗。在后主轴上方安放水箱，采用12V小型水泵进行抽水及喷水，喷头安放于水槽旁壁，水槽后端有专门的回收水管，回收后的水经过过滤流回水箱，实现了对水的循环利用。

2、控制部分简介

制步进电机，可以实现上楼过程的精确控制，辅助电机则是采用普通直流无刷电机，可以轻松实现平地行走；清洗系统包括清洗台阶和清晰刷子两部分，一共包括两个直流无刷电机和一个微型水泵，利用单片机输出控制信号实现各个工作部分的顺序工作，达到需要实现的功能；自检系统是本装置的又一亮点，采用超声波传感器测距，实现机器在平地上的精准定位，利用限位开关反馈到单片机的信号实现上楼过程轮系位置的精准控制。