新型自动楼梯清洗机的设计及有限元分析

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。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202121182883.4(22)申请日 2021.05.28(73)专利权人 河北科技大学地址 050000 河北省石家庄市裕华区裕翔街26号(72)发明人 刘振宇　李子一　(74)专利代理机构 河北国维致远知识产权代理有限公司 13137代理人 赵宝琴(51)Int.Cl.A47L 11/00(2006.01)A47L 11/40(2006.01)(54)实用新型名称自动扶梯清洁机(57)摘要本实用新型提供了一种自动扶梯清洁机，包括移动小车、储水装置、升降座、梯级侧表面清洁部和梯级上表面清洁部。

储水装置设于移动小车上，包括净水箱及污水箱；升降座活动设置于移动小车，可相对于移动小车升降；梯级侧表面清洁部包括水平伸缩杆和毛刷，水平伸缩杆一端固定设置于升降座，另一端连接有毛刷并能够水平伸缩，毛刷用于接触自动扶梯的梯级的侧表面并进行清洁；梯级上表面清洁部包括一基座、一喷淋器、一滚筒型刷体、一驱动电机、一吸水装置、两个挡板及一海绵板。

本自动扶梯清洁机可以通过梯级侧表面清洁部和梯级上表面清洁部对自动扶梯的梯级的侧表面和上表面进行清洁。

权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 216060360 U 2022.03.18C N 216060360U1.一种自动扶梯清洁机，其特征在于，包括：移动小车；储水装置，设于所述移动小车上，包括净水箱及污水箱，所述净水箱内设有第一水泵，所述污水箱内设有第二水泵；升降座，活动设置于所述移动小车，可相对于所述移动小车升降；梯级侧表面清洁部，包括水平伸缩杆和毛刷，所述水平伸缩杆一端固定设置于所述升降座，另一端连接有所述毛刷并能够水平伸缩，所述毛刷用于接触自动扶梯的梯级的侧表面并进行清洁；梯级上表面清洁部，包括一基座、一喷淋器、一滚筒型刷体、一驱动电机、一吸水装置、两个挡板及一海绵板；所述基座固定设置于所述升降座；所述喷淋器设置于所述基座上并能够向梯级上表面喷水，所述第一水泵用于向该喷淋器供水；所述滚筒型刷体设置于所述基座下方，位于所述喷淋器的后侧，能够在所述驱动电机带动下转动以清洁自动扶梯的梯级的上表面；所述吸水装置设于所述滚筒型刷体的后侧，包括集水斗及吸管，所述集水斗位于所述梯级上方并与所述梯级平行，所述吸管的两端分别与集水斗和所述第二水泵相连接，并能够通过所述第二水泵抽取所述集水斗中收集的污水；所述海绵板位于所述吸水装置的后侧，能够与梯级的上表面接触并吸水；两个所述挡板分别位于所述基座的两侧，两个挡板的前端的间距大于后端的间距，以引导污水向所述基座的下方内侧流动。

多功能楼梯护栏清洁一体机1. 引言1.1 什么是多功能楼梯护栏清洁一体机多功能楼梯护栏清洁一体机是一种可以同时清洁楼梯和护栏的智能清洁设备。

传统的清洁工具往往需要人工操作，费时费力且效率低下，而多功能楼梯护栏清洁一体机的出现极大地提高了清洁效率和质量。

它结合了清洁机器人和护栏清洁设备的优势，能够自动地沿着楼梯爬行，同时清洁楼梯的台阶和护栏两侧。

这样一来，不仅可以节省人力成本，还可以保证清洁的全面性和彻底性。

多功能楼梯护栏清洁一体机采用先进的传感器和导航技术，能够准确识别楼梯和护栏的位置，避开障碍物，确保清洁过程顺利进行。

其清洁效果不仅高效，而且也非常彻底，能够彻底清除楼梯台阶和护栏上的灰尘、污垢和细菌，有效提升清洁质量。

多功能楼梯护栏清洁一体机是一种创新的清洁设备，将为楼梯清洁带来革命性的变革。

2. 正文2.1 多功能楼梯护栏清洁一体机的特点1. 多功能性：多功能楼梯护栏清洁一体机具有清洁、护栏、保养等多种功能于一体，通过一台机器可以完成多种工作，提高工作效率。

2. 智能化：这种设备通常配备智能控制系统，可以根据不同的清洁需求自动调整清洁方式和清洁力度，确保清洁效果。

3. 高效节能：采用先进的清洁技术和装置，能够以较低的能耗实现高效的清洁效果，节省用能成本。

4. 安全可靠：多功能楼梯护栏清洁一体机设计结实、稳定，能够安全可靠地运行，在清洁过程中不会给用户和周围环境带来安全隐患。

5. 环保节能：采用环保材料制造，清洁过程中采用环保清洁剂，减少对环境的污染，符合现代社会对环保的要求。

6. 适用性广泛：多功能楼梯护栏清洁一体机适用于各种类型的楼梯、护栏等设施，可以满足不同场所的清洁需求，如商场、学校、医院、写字楼等。

2.2 多功能楼梯护栏清洁一体机的应用场景多功能楼梯护栏清洁一体机的应用场景非常广泛，可以满足不同场所的清洁需求。

多功能楼梯护栏清洁一体机可广泛应用于商业建筑物的楼梯护栏清洁，比如办公楼、商场、酒店等地方。

高层楼宇墙壁自动清洗机行走机构设计
高层楼宇墙壁自动清洗机的行走机构设计需要考虑以下几个方面：
1. 车轮设计：行走机构需要具备强大的粘着力和稳定性，能够
在垂直、水平和斜面等墙面上行走，因此需要设计具有优异附着力
的车轮，例如采用橡胶轮胎、滚动轮等。

2. 驱动系统设计：行走机构需要配备高效的驱动系统，以保证
其在复杂墙面上顺利行驶。

一般采用电动机、齿轮减速器、液压系
统等。

3. 导向系统设计：行走机构需要设计一套精确稳定的导向系统，以保证车身在行驶时能够保持自身稳定。

设计导向系统可以采用悬
挂绳、伸缩臂等。

4. 控制系统设计：自动清洗机行走部分需要安装控制系统，能
够便于操作自动清洗机上下、左右、前后的行动。

以上几点是行走机构设计时需要考虑的，应保证行走机构具有
足够的稳定性和灵活性，能够完成不同角度和复杂墙面的清洗工作。

摘要近年来，随着社会的发展，楼层越来越高，使用玻璃幕墙的楼房也越来越多，避免清洗时一个很重要的问题，传统的方式多数为人工，或者是采用电缆从楼顶将机器人吊下，工作效率偏低，危险性高，于是清洗用爬壁机器人应运而生，本文的任务就是设计一种能够在壁面上吸附行走的清洗机器人。

本文在简单介绍清洗机器人的国内外研究现状的基础上，基于二维软件CAD对四轮式风压吸附清洗机器人的本体机构进行了设计，对一些关键部分进行了设计计算及校核计算，重点是爬壁机器人的移动结构、吸附结构和驱动系统的设计计算。

本文设计的清洗机器人采用四轮式小车形状结构，结构简单；采用风压吸附方式，利用螺旋桨对空气的压缩所产生的压力将机器人压在物体表面，避免了清晰机器人对壁面的局限，降低了控制难度；清洗机主要由伺服悬吊系统、清洗主机和由计算机控制系统组成；采用无人化清洗，自动清洗，自动供水，自动供清洗液，单片机系统控制，操作人员只需通过键盘即可操纵清洗机工作，而且在清洗过程中，清洗机能够自动进行边缘识别，可根据建筑楼层的具体情况选择为纵洗或横洗；采用后轮驱动，一个电机驱动两个后轮，后轮带动前轮完成机器人的行走，使用直齿圆柱齿轮传动装置作为减速器；采用楼顶供电；机器人可以在水平面或者垂直表面直线行走。

本机的清洗效率较高，清洗效果良好。

关键词：清洗机器人；减速器设计；风压吸附；单片机控制；齿轮机构；电机控制；刷洗；ⅠABSTRACTIn recent years, with the development of society, more and more floors, with glass curtain wall building more and more to avoid cleaning a very important issue, most of the traditional way of artificial, or a cable from the top of the building will be used under the robotic crane, low efficiency, high-risk, then cleaned with a wall-climbing robot came into being, this task is to design a walk on the adsorption to the wall climbing robot for cleaning.This paper briefly wall-climbing robot based on the research status, based on 2D software, CAD, four-wheel vacuum on wall-climbing robot body bodies were designed, carried out on some key satisfied with the design calculation and checking terms, focusing on the mobile climbing robot structure, adsorption structure and drive system design and calculation.This designed wall-climbing robot car with four-wheel-type shape of the structure, simple structure;By pressure adsorption,robot using the pressure generated by the propeller on the compressed air pressure in the surface,avoiding the clear limitations of the robot on the wall,reducing the difficulty of control;Washing machine is suspended by a servo system, cleaning host and consists of computer control system;The cleaning of the unmanned, automatic cleaning, automatic water supply for automatic washing liquid, single chip control system, operating only through the keyboard to manipulate the work of the washing machine in the cleaning process, the washing machine to automatic edge recognition, according tothe building floor wash for vertical or horizontal wash;Rear-wheel drive, a motor to drive the two rear wheels, rear wheel drive the front wheels to complete the robot to walk, use of the spur gear transmission device as reducer;Roof supply; robot walk a straight line can be horizontal or vertical surface. The higher the cleaning efficiency of the machine a good cleaning effect.Key words: Cleaning Robot；Reducer Design；Pressure Adsorption Mode；MCU Control；Gear mechanism；Motor control；Scrub；目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章绪论 (1)1.1 课题研究的目的和意义 (1)1.2 课题研究现状及分析 (1)1.2.1 国外壁面清洗机器人研究现状 (1)1.2.2 国内壁面清洗机器人研究现状 (2)1.3 高层建筑外墙清洗机发展趋势 (4)1.4 课题的研究设想 (4)第2章清洗机器人总体方案设计 (5)2.1 对楼顶楼面的实际考察 (5)2.1.1楼面结构考察 (5)2.1.2 楼顶的实际考察 (5)2.2 清洗机器人的总体方案 (6)2.3 清洗机器人清洗系统方案 (7)2.4 清洗机器人爬壁系统方案 (8)2.5 清洗机器人控制系统方案 (8)2.5.1设计的基本原则 (8)2.5.2可供选择的设计方案 (8)2.5.3方案的分析 (8)2.6 其它部分方案 (9)2.6.1材料选择 (9)2.6.2 轮的润滑问题 (9)2.6.3 轴承的润滑问题 (9)2.7 本章小结 (9)第3章清洗机器人清洗系统设计 (10)3.1 清洗机器刷洗部分设计 (10)3.1.1 盘刷设计 (10)3.1.2 滚刷设计 (11)3.1.3刷洗部分所用弹簧的设计 (11)3.2 内空心轴设计 (12)3.3 清洗机主机滚轮的设计计算 (13)3.4 主机上传感器及行程开关的选择 (13)3.5复合缆的结构设计 (14)3.6 本章小结 (14)第4章清洗机器人风压系统设计 (15)4.1 采用风压的意义 (15)4.2 基本原理 (15)4.3 气动计算的原始数据与技术要求 (15)4.4 风压部分力学计算 (16)4.5 本章小结 (16)第5章清洗机器人主要零件设计 (18)5.1 直齿轮副的设计计算 (18)5.1.1 齿轮的设计计算及强度校核 (18)5.1.2 齿面接触疲劳强度计算 (20)5.1.3 齿根抗弯疲劳强度验算 (21)5.1.4 齿面静强度计算 (22)5.1.5 齿根（抗弯）静强度验算 (23)5.2 锥齿轮副的设计计算 (24)5.2.1 基础尺寸确定 (24)5.2.2 确定载荷系数K (25)5.2.3 齿面接触疲劳强度计算 (25)5.2.4 齿根抗弯疲劳强度计算 (26)5.3 本章小结 (26)第6章清洗机器人控制系统设计 (28)6.1 控制部分的基本组成 (28)6.2 控制部分工作原理 (29)6.3 驱动部分工作原理 (30)6.4 控制软件的实现 (30)6.4.1 主机+POD组合 (30)6.4.2 双平台 (31)6.5 软件的结构 (31)6.5.1 软件的主体结构 (31)6.5.2 软件功能模块的划分 (31)6.6 控制系统软件程序的实现 (32)6.6.1 伺服悬吊系统部分 (32)6.6.2 清洗机主机部分 (32)6.7 本章小结 (33)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (37)附录 (38)第1章绪论1.1 课题研究的目的和意义随着城市现代化得发展和人口的日益增加，为了节省土地资源，高层建筑越来越多，各式各样的摩天大楼成为现代都市中一道亮丽的风景。

技术Special TechnologyI G I T C W 专题64DIGITCW2021.02随着我国经济实力以及科学技术的不断提升，机械物理学、电子科学技术、计算机系统、数据信息传送感应技术，以及人工智能设备等相应的科学被不断研发和应用。

建筑楼道以及地面的清洁机器人已经逐渐进入到人们的视野中，并且实际使用和操作，清洁机器人可以有效减少整体工作模式的劳动强度，节省人力资源以及提升清洁效率。

1 楼道清洁机器人工作原理随着我国经济能力以及科学技术水平不断提升，建筑行业得到了快速发展，为此楼道清洁机器人设施已经成为现阶段人们生活与工作的重要组成部分。

而现阶段大多数建筑为了不断提升楼道清洁效率和质量，相继使用升降伸缩式楼道清洁机器人。

加上实际清洁过程中，升降伸缩式楼道清洁机器人可以有效、灵活的实现楼梯攀爬、楼梯整体清洁、横跨门槛等相对复杂的楼梯清洁工作。

尤其是设备在实际操作和运转时，升降伸缩模式的整体设备结构，可以帮助机器人快速实现攀爬楼梯，而在平面，清洁机器人在升降伸缩式结构，可以随时调整机器人行驶状态。

其中机器人三个横向的驱动零部件在其内部的实际作用条件下，可以帮助楼道清洁机器人的十字接触履带及时脱离地面，最终实现升降伸缩式楼道清洁机器人的各个方向运动。

而设备清洁的区域则使用喷头喷水设置、强力清洁盘装置、吸水装置等，可以从根本上提高设备运行效率和质量。

2 清洁机器人结构方案设计对于建筑高层楼道清洁机器人的内部结构来说，升降伸缩式清洁机器人主要由升降区域方案设计、伸缩区域方案设计以及清洁区域方案设计共同组成。

其中机器人运动模式则主要由上下升降方面、左右伸缩方面以及清洁方面共同结合，有效完成和实现针对面以及楼梯的全面清洁。

2.1 升降伸缩模式方案设计在高层建筑楼道清洁机器人功能设计和性能使用方面，其设备升降区域主要由几个方面共同运作。

其中包含：内部结构支架固定的垂直导向轨道、设备内部电机零部件、运行齿轮以及配合齿轮运行的长距离轴向。

Artificial Intelligence and Robotics Research 人工智能与机器人研究, 2023, 12(3), 167-173 Published Online August 2023 in Hans. https:///journal/airr https:///10.12677/airr.2023.123019楼梯清洁机器人设计与研究许 婕，廖鑫森，黄景德*，林文瀚，吴晓昌珠海科技学院机械工程学院，广东 珠海收稿日期：2023年6月7日；录用日期：2023年7月26日；发布日期：2023年8月3日摘要 传统扫地机器人无法完成对楼梯的清洁，而人工清洁楼梯费时费力且有一定的安全隐患。

首先设计了楼梯清洁机器人总体结构，采用了履带与麦克纳姆轮结合来实现平地行走和楼梯攀爬，通过吸尘机构及各硬件驱动控制电路和控制程序，使得楼梯清洁机器人可以自主进行楼梯的逐阶清洁，实现一定的路径规划，并且能够避障和防跌落，极大程度地减轻人力负担；其次设计了楼梯清洁机器人的驱动机构、扫地机构及拖地机构等关键模块；最后研究了楼梯清洁机器人的驱动过程。

楼梯清洁机器人作为一种实现半自主或自主清洁、环保以及智能型的机器人，具有良好的应用前景和广泛的市场需求。

关键词楼梯清洁，机器人，机械机构，驱动系统，运动仿真Design and Research of Staircase Cleaning RobotJie Xu, Xinsen Liao, Jingde Huang *, Wenhan Lin, Xiaochang WuSchool of Mechanical Engineering, Zhuhai College of Science and Technology, Zhuhai GuangdongReceived: Jun. 7th , 2023; accepted: Jul. 26th , 2023; published: Aug. 3rd , 2023AbstractThe traditional sweeping robot cannot finish the cleaning of the stairs, manual cleaning of the stairs is time-consuming and laborious, and there is a certain security risk. Firstly, In order to de-sign and realize the staircase cleaning robot, the combination of crawler and the wheat wheel is adopted to realize the flat walking and stair climbing, and the combination of dust-cleaning me-chanism, hardware drive control circuit and control program is also adopted, the robot can carry out step-by-step cleaning of stairs, realize certain path planning, avoid obstacles and prevent falls, *通讯作者。

智能楼梯清洁机械人总结报告一、项目简介随着生活和科技水平的日趋提高，自动清洁机械人已经成为社会关注的核心之一。

本作品是一种楼梯智能的清洁机械人。

该机械人采纳一种全新的、高效的三叶型轮主驱动外加履带驱动方式，清洁机械人能够自如灵活的完成攀爬楼梯、楼梯清洁、跨越门坎等障碍、和在楼梯台阶和平地上横向运动、清洁等动作。

在机械作业时三叶型履带轮的转动使机械人能够攀爬台阶，履带驱动能调剂机械人在台阶上的位置；三个横向驱动轮在起落装置的作用下能够使十字履带轮离开地面，然后使整车横向运动，进行移动清洁工作。

清洁部份采纳喷水、清洁盘强力洗刷、吸水胶条汲取污水为一体的装置。

另外该机械人采纳选用了高性能、低本钱、低功耗的STM32单片机作为操纵器，并带有光电、超声波等传感器实现智能打扫，并有要紧由TFT触摸屏组成的人机交互界面能够通过设定需要清洁的层数后，由机械人自己完成清洁动作。

该机械人能进行长时刻，大面积清洁工作，减少人力劳动强度。

二、要紧工作原理：整体装置：车体、三叶型履带轮、起落横向行走机构、洗刷装置、传动部份和电控部份等。

1.车体：车体要紧用铝材和钢材连结。

2.三叶型履带轮：履带轮由三叶骨架、传动轴、齿轮、履带等组成。

该设计要紧为了能稳固地攀爬楼梯，及在地面上行走。

三叶轮由两个电机单独驱动：整轮可在链条的驱动下，在楼梯上进行翻转运动；外面附着履带能够在内驱动轴驱动齿轮的作用下，沿着三叶骨架表面运动。

履带不仅可增大地面摩擦力，还起到在楼梯上进行微小的位置调整得作用。

3.起落横走机构该机构要紧由电动推杆，横向轮及驱动齿轮组成，可实此刻楼梯台阶及地面上横向行走的目的。

4.洗刷装置洗刷装置要紧由壳体、滚刷（3个），密封橡胶皮，过滤装置及传动装置组成。

两滚刷之间会积存一些水，能够湿润滚刷。

滚刷在齿轮的驱动下在地面上清洁污渍，并在壳体内被另一毛滚刷清洗表面，被带进壳体内的小碎屑会被过滤网拦截，过滤网可拆卸并清理污物。

5.传动部份传动部份要紧由链条、链轮驱动。

关于楼梯清洁机器人的设计探讨摘要：现阶段，我国大都采取人工清扫楼梯楼道的方式，工作量较大，不仅打扫过程繁杂，而且也浪费了大量的人力资源，鉴于此，本文提出了楼梯清洁机器人的相关设计和运用。

依据平行四边形的形变特点，实现机器人的上下楼梯功能，且由形变带动中心变化，从而增强机器人的稳定性。

本文主要结合以下几方面展开论述，内容如下。

关键词：楼梯；清洁机器人；自动化伴随着社会的进步和发展，越来越多的自动化和智能化系统被研制和开发出来，从而将人类的体力劳动有效替代。

楼梯清洁机器人即是采取智能化的设备，代替楼道清洁工完成打扫和清洁工作，具有较大的使用和发展价值。

人们对于移动机器人的研究可追溯至20世纪60年代，且主要具有三种机构模式如轮式、腿式、履带式，但具有一些优势和不足之处。

为此，本文重点讨论了楼梯清洁机器人的整体设计、硬件设计方面，以供参考。

1.楼梯清洁机器人的整体设计楼梯清洁机器人的控制流程为：先为机器人插电，使红外测距系统和电机开始工作，当机器人行至楼梯旁时，借助其一侧的红外测距传感器对机器人进行控制，使其在打扫时沿着楼梯进行。

并依据机器人体前端下方的红外测距传感器，测出其有无到第一台阶位置处。

若到达，则前端电机工作，并将清洁刷放下，与地面相接触后，位于清洁刷上的电机则开始转动，由正至反向转动两次进行清扫。

然后清洁刷在抬起瞬间向前移动，并推动机器人的重心，使其提起后脚前移，上升一个台阶，并重复循环以上操作。

机器人可通过其脚部位置的传感器，判断是否到达楼道转弯处，并缓慢前行，通过清洁刷的不停运动，来清洁转弯位置，并依据红外测距传感器，判断机器人位置，若到达墙脚处时自动转弯。

转弯处清扫完成后，则继续清洁楼道台阶。

当清洁完一侧楼梯卫生时，机器人就会倒着清洁另一侧的工作，最后则会实现对整个楼道的打扫。

2.楼梯清洁机器人的硬件设计2.1上下楼梯车轮结构设计楼梯清洁机器人共有三种爬楼梯方式，即腿式、行星和履带式爬楼梯。

第2期(总第225期) 2021年4月机 械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING&AUTOMATIONNo2Apr文章编号=1672-6413(2021)02-0108-02楼梯清洁机器人的结构设计王会，赵世泽，李尚艺(德州学院能源与机械学院，山东德州253023)摘要：目前人工打扫楼梯需要较多人力和较长时间，是对人力资源的浪费。

为了完成这项简单且重复的工作，设计了楼梯清洁机器人。

它主要由车体、清洗刷子、上下楼梯装置、滑块机构组成，该机器人的机械传动部件布置合理，传动方式考虑了现实的工况，实现了对楼梯的自动清扫，节省了人力物力。

关键词：楼梯清洁；机器人；结构设计中图分类号：TP242文献标识码：A0引言随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，城市之中不论是办公大楼还是住宅小区都是高层楼房,虽然有便利的电梯，但普通楼梯也是高楼必不可少的部分。

虽然普通楼梯很少使用，但时间一长也会存有垃圾和灰尘，需要对其及时清扫。

目前，打扫楼梯的方式还只能依靠清洁工人人工打扫，需要较多人力和较长时间的清扫，也是对人力资源的浪费。

因此，为了完成这项简单且重复的工作，节约人力资源，需要对梯楼清洁机器人进行研究。

本文主要针对其机械结构进行设计，此机器人能自动清洁楼梯，无需太多人工操作,省时又省力。

1楼梯清洁机器人的设计1.1我国建筑楼梯台阶的标准尺寸我国建筑楼梯设计规范中指出楼梯的踏步尺寸一般应与人脚尺寸步幅相适应，同时还与不同类型建筑中的使用功能有关，踏步的尺寸包括踏步咼度和踏步宽度。

我国公共建筑楼梯要求及标准如下：(1)室内楼梯的每梯段净宽不应小于1.4m,踏步高度不应大于0.16m,踏步宽度不应小于0.28m。

(2)室外台阶的踏步高度不应大于0.15m,踏步宽度不应小于0.3m。

(3)旅客地道、天桥阶梯踏步高度不应大于0.14m,踏步宽度不宜小于0.32m,直跑阶梯的宽度不宜小于1.5m。

**陕西省科技统筹创新工程计划项目(编号:2013KTCL01-02);国家级大学生创新创业训练计划项目(编号:201710704026);西安科技大学培育基金资助项目(编号:201741)收稿日期:2018年7月近年来,随着机器人产业快速发展,智能化技术已深入至人类生活的方方面面,智能社区、智能家居和智能交通已成为人类向往的未来生活方式[1]。

现代化城市建设步伐日益加快,城市高楼林立、人口增多,居住小区及其楼宇的卫生问题呼之欲出。

除了大面积的广场、平地和室内地面可以采用目前盛行的圆盘形扫地机器人外,还有小面积的楼梯和异形地面面临自动清洁的难题。

相比平面清洁,台阶型楼梯的清洁任务更为复杂,目前尚没有成熟的机器人产品可以取代人类的清洁工作。

苑城玮提出一种智能楼梯拖地机[2],以丝杠传动实现前后机身交替上升。

浙江科技学院提出另一种楼梯清扫机[3],以齿轮齿条配合实现楼梯爬升,且采用万向轮驱动,但万向轮方向控制较差。

为了更好地解决楼梯自动清洁技术难题,笔者设计了箱体式楼梯清洁机器人。

1机械结构系统设计箱体式楼梯清洁机器人采用模块化设计方法[4],进行各模块优化组合设计,具体包括四个机构:楼梯爬升机构、质心转移机构、四轮驱动原地转向机构、清洁机构。

其整体结构如图1所示。

机器人在以上四个机构的作用下完成对台阶及平地的清洁任务。

1.1楼梯爬升机构楼梯爬升机构具体包括齿轮齿条机构、直流减速电机和吊轮导轨机构三部分。

该机构动作时,由检测系统将采集到的楼梯台阶高度信号,转换为爬楼机构中直流减速电机的转向和圈数,旋转圈数由电机转速和延时实现[5],驱动连接于前箱体的双齿轮转动,通过固定于后箱体竖直方向的齿条啮合[6],实现前箱体上升,同时,吊轮导轨机构起到竖直运动导向和保证前后箱箱体式楼梯清洁机器人的结构与控制系统设计□樊红卫□杜永刚□王鑫宇□王川伟□张旭辉西安科技大学机械工程学院西安710600摘要:楼梯清洁对于清洁机器人而言是一项较为复杂的任务,现有的楼梯清洁机器人虽可实现基本的爬楼与清洁任务,但存在清洁范围有限、效率低等问题。

楼梯清洁机作者：许婷婷鲍云建葛雪侯一锐王志坤来源：《农家科技中旬刊》2018年第05期摘要：为解决建筑通道楼梯打扫费时费力问题，楼梯清洁机应运而设计。

该设计基于普通清洁的一种技术升级。

通过爬行每层台阶，然后毛刷工作，打扫每一层台阶，拖净台阶。

该设计起到了打扫，拖洗，与擦干与一体。

并且在冬天解决拖地后有残余水分结冰行走难得问题。

只需要一人控制方向即可完成一系列工作，操作简单，轻松实现清洁楼梯，代替人力。

关键词：楼梯清洁机，拖净，操作简单，代替人力。

Stair cleaning machineXuTingting，BaoYunjian，GeXue，HouYirui，WangZhikun（Texas college of mechanical and electrical engineering college Shandong Texas 253023）Abstract： to solve the problem of building channels to clean the laborious stairs， stair cleaning machine application and design. The design is based on a common cleaning technology upgrade. By crawling each step， then brushing， cleaning each step， and dragging the steps. The design features cleaning， towing， and drying. And in winter， it is difficult to walk with residual moisture ice after mowing. It only needs one person to control the direction to complete a series of work， easy to operate， easy to clean the stairs instead of manpower.Key words： stair cleaner， mop， simple operation， replace manpower.0 引言目前，樓房建筑越来越多，而楼梯成为一个不可缺少的部分，小到底层建筑，大到高楼大厦。