專利名稱：箱體清掃設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及到一種對箱體內部進行清掃的設備結構技術領域。
技術背景在工業生產中用來儲存散狀物料的大型箱體，為了保證使用中箱體內部 的清潔度，在使用后或使用前都需要進行清掃處理。目前，對這種箱體內部 的清掃主要采用人工清潔的方式，且清掃的工具主要采用毛刷或掃把，也有 的采用吸塵器來進行清掃，但都是基于手動清掃的方式，勞動強度大且存在 人為的不安全因素，不能實現整個物流系統的自動化作業，較難滿足大批量、 機械化連續生產的需要。針對這種不足，目前一些行業采用了工業機器人來 完成箱體內部的自動清掃，但采用的機器人一般都是多關節通用機器人，投 資成本高，技術復雜，且工作效率低。并且配備的清掃工具功能過于簡單， 主要是在機器人的末端手爪上加裝毛刷或毛刷輥，在使用過程中不可避免毛 刷掉毛現象，造成箱體內部的二次污染，在一些具有食品級清潔度要求的行 業中無法使用。此外，現有清掃機器人的清掃手爪都不具備手爪防碰撞檢測、 清掃壓力自適應等功能，常造成箱體或手爪自身的損壞。發明內容本實用新型的目的正是為了解決上述現有技術的不足，針對目前清掃機 器人存在的弊端，提供一種結構簡單、制造和維護成本低、工作可靠、工作 效率高、清掃效果好、能實現箱體內部自動清掃的箱體清掃設備。本實用新型的目的是通過如下技術方案實現的。箱體清掃設備，包括支架、安裝于支架前端的導軌運動裝置、安裝于導軌運動裝置上的清掃裝置；所述的導軌運動裝置包括相互垂直呈直角坐標系 布置的帶執行器件的橫向導軌、縱向導軌和升降導軌；所述的清掃裝置包括 旋轉軸、安裝于旋轉軸前端的清掃手爪；旋轉軸安裝于縱向導軌內部，旋轉
軸聯結有旋轉驅動電機。本實用新型的橫向導軌、縱向導軌和升降導軌構成的直角坐標系為傾斜 坐標系，該坐標系與水平面之間的夾角不大于30° 。所述的升降導軌包括平 行的主傳動導軌和副傳動導軌，主傳動導軌和副傳動導軌之間連接有橫向的 同步傳輸桿，主傳動導軌的執行器件聯結有升降驅動電機，在主傳動導軌和 副傳動導軌上分別配裝有升降運動滑塊；橫向導軌兩端安裝于升降運動滑塊上，橫向導軌的執行器件聯結有橫向驅動電機，在橫向導軌上配裝有橫向運動滑塊；在縱向導軌上配裝有縱向運動滑塊，縱向運動滑塊安裝在橫向運動 滑塊上，縱向導軌的執行器件聯結有縱向驅動電機。在升降導軌上設置有升 降配重裝置，該升降配重裝置包括分別安裝在主傳動導軌和副傳動導軌頂部 的滑輪組件，跨套在滑輪組件上的滑繩，滑繩的一端連接有配重塊，另一端 連接在升降運動滑塊上。橫向導軌、縱向導軌和升降導軌的執行器件為直線 運動副。所述的直線運動副為滾珠絲杠副或齒輪齒條副或同步帶導軌副。所 述的清掃手爪包括防碰撞檢測機構、清掃機構和氣壓吹噴機構；防碰撞檢測 機構包括位于兩端的安裝法蘭和連接法蘭，通過鉸接機構橫向或斜向鉸接于 安裝法蘭和連接法蘭之間的伸縮運動副，安裝于伸縮運動副上的位置檢測傳 感器；清掃機構包括安裝于防碰撞檢測機構的連接法蘭上的刮板支架、安裝 于刮板支架外端的柔性清掃刮板；氣壓吹噴裝置安裝于刮板支架上，包括與 氣路系統連通的吹噴氣管、連接于氣管上的氣壓噴嘴。在刮板支架上還安裝 有吸塵裝置，包括與負壓氣路系統連通的吸塵氣管，與吸塵氣管連接并固定 在刮板支架上的吸塵頭。鉸接于安裝法蘭和連接法蘭之間的伸縮運動副為并 聯的2 6個。鉸接安裝法蘭和伸縮運動副的鉸接機構為單自由度鉸接機構或 雙自由度十字鉸接機構；鉸接連接法蘭和伸縮運動副的鉸接機構為雙自由度 十字鉸接機構。本實用新型與現有技術相比，具有明顯的特點和優點。機器人的運動裝
置采用直角坐標結構形式，可自由實現上下左右前后六個方向的運動，配之 以清掃裝置的軸向轉動，使清掃手爪可以移動到任何需要清掃的位置完成清 掃工作。其結構簡單緊湊，易于控制，工作可靠性高，制造和維護成本低。 由于清掃裝置采用旋轉清掃方式，清掃效率高，效果好，可提高箱體清掃系 統的自動化程度。本實用新型將橫向導軌、縱向導軌和升降導軌設置為傾斜的直角坐標結 構，可將需清掃的箱體開口傾斜向下，更易將清掃下的渣塵清掃干凈。所采 用的運動裝置，其橫向導軌、縱向導軌和升降導軌相互連接的結構簡單合理， 且結構穩定，可使安裝于其上的清掃裝置靈活自如并平穩地運動到所需位置。 所有導軌的執行器件可選范圍大，可根據各種生產條件的要求靈活選用。設 置于升降導軌上的升降配重裝置可以降低升降傳動功率，節約能耗，降低控 制的難度。在清掃裝置上設置的防碰撞檢測裝置，通過所采用的伸縮運動副 以及與兩端安裝法蘭和連接法蘭的鉸接結構以及安裝于伸縮運動副上的位置 檢測傳感器，巧妙地實現了控制清掃裝置的空間多自由度防碰撞檢測。采用 2 6個伸縮運動副的空間多自由度并聯結構，可實現清掃裝置在任何方向的 防碰撞檢測。通過自動控制伸縮運動副可以保證清掃裝置適應箱體的變形可 靠地貼在箱體內壁，貼附力的大小還可以通過控制氣缸或液壓缸或電動缸的 壓力實現，提高清掃裝置的可靠性。所設置的氣壓吹噴裝置可以對箱體內的 一些特定位置如清掃裝置觸及不到的死角地帶進行吹噴清掃。所設置的吸塵 裝置可清掃無法被清掃裝置清掃出去的灰塵等粉狀雜物，使箱體清掃得更干 凈。本實用新型通過柔性清掃刮板、氣壓噴嘴、吸塵裝置的組合應用，可對 箱體進行較為徹底的清掃。采用柔性刮板，而不用毛刷，可以避免毛刷掉毛 等二次污染。使得系統的使用更加安全、可靠。下面結合說明書附圖進一步闡述本實用新型的內容'。
圖1為本實用新型的結構示意圖； 圖2為圖1的俯視圖； 圖3為清掃手爪的結構示意圖。
具體實施方式
如圖l、圖2所示。本實用新型包括支架l、安裝于支架前端的導軌運動 裝置2、安裝于導軌運動裝置上的清掃裝置3。支架1是機器人運動系統的載 體，為龍門式支架，在支架的頂部及側面設置有防護面板，在防護面板上安 裝有透明觀察窗22、 23。在支架下部設置有維護門24，便于進入設備內部維 護，在支架的底部安裝有可調墊腳25，用以調正設備姿態。導軌運動裝置包 括相互垂直呈直角坐標系布置的帶執行器件的橫向導軌4、縱向導軌5和升降 導軌6。清掃裝置包括旋轉軸7、安裝于旋轉軸前端的清掃手爪8，旋轉軸8 安裝于縱向導軌5內部，旋轉軸8聯結有旋轉驅動電機9。橫向導軌4、縱向 導軌5和升降導軌6構成的直角坐標系為傾斜坐標系，該坐標系與水平面之 間的夾角CL不大于30。，本實施例為IO。，傾斜角度的大小與被清掃箱體傾 斜的角度相同。升降導軌6包括平行的主傳動導軌10和副傳動導軌11，主傳 動導軌10和副傳動導軌11之間連接有橫向的同步傳輸桿12，主傳動導軌的 執行器件聯結有升降驅動電機13，在主傳動導軌10和副傳動導軌11上分別 配裝有升降運動滑塊14;橫向導軌4兩端安裝于升降運動滑塊14上，橫向導 軌4的執行器件聯結有橫向驅動電機15，在橫向導軌4上配裝有橫向運動滑 塊16;在縱向導軌5上配裝有縱向運動滑塊17，縱向運動滑塊17安裝在橫 向運動滑塊16上，縱向導軌5的執行器件聯結有縱向驅動電機18。在升降導 軌6上設置有升降配重裝置，該升降配重裝置包括分別安裝在主傳動導軌10 和副傳動導軌11頂部的滑輪組件19，跨套在滑輪組件上的滑繩20，滑繩的 一端連接有配重塊21，另一端連接在升降運動滑塊14上。橫向導軌、縱向導 軌和升降導軌的執行器件為直線運動副，直線運動副可為滾珠絲杠副或齒輪
齒條副或同步帶導軌副，本實施例為同步帶導軌副。橫向導軌4的同步帶隨 著升降運動滑塊14的運動路線作升降運動，縱向導軌5的同步帶隨著橫向滑
塊16的運動路線作橫向運動。縱向驅動電機18驅動縱向導軌5的同步帶作 伸縮運動。旋轉驅動電機9驅動旋轉軸8，從而帶動清掃手爪轉動。清掃手爪 如圖3所示包括防碰撞檢測機構、清掃機構和氣壓吹噴機構；防碰撞檢測機 構包括位于兩端的安裝法蘭26和連接法蘭27，通過鉸接機構28、 29橫向或 斜向鉸接于安裝法蘭26和連接法蘭27之間的伸縮運動副30，安裝于伸縮運 動副30上的位置檢測傳感器31。伸縮運動副30可采用氣缸或液壓缸或電動 缸或氣壓彈簧或液壓彈簧，本實施例采用氣缸，其缸筒連接到鉸接機構28上， 活塞桿末端連接到鉸接機構29上。位置檢測傳感器31設置于氣缸缸體上， 用來檢測氣缸活塞的位置。清掃機構包括安裝于防碰撞檢測機構的連接法蘭 27上的刮板支架32、安裝于刮板支架外端的柔性清掃刮板33;氣壓吹噴裝置 安裝于刮板支架32上，包括與氣路系統連通的吹噴氣管34、連接于氣管上的 氣壓噴嘴35。在氣壓噴嘴上設置有調壓閥調節吹噴空氣的壓力，還設置有壓 力空氣開關閥用來控制吹噴動作的開斷。在刮板支架32上還安裝有吸塵裝置， 包括與負壓氣路系統連通的吸塵氣管36，與吸塵氣管連接并固定在刮板支架 32上的吸塵頭37，在吸塵頭進口處安裝有柔性刮板38。柔性清掃刮板33和 柔性刮板38可采用聚氨脂等柔性材料制做。鉸接于安裝法蘭和連接法蘭之間 的伸縮運動副30為并聯的2 6個，本實施例為3個。鉸接安裝法蘭和伸縮 運動副的鉸接機構28可為單自由度鉸接機構或雙自由度十字鉸接機構，本實 施例為單自由度鉸接機構；鉸接連接法蘭和伸縮運動副的鉸接機構29為雙自 由度十字鉸接機構。圖3所示的防碰撞檢測機構，結構上采用空間三自由度 并聯機構，在安裝法蘭26和連接法蘭27之間橫向并聯鉸接安裝有3個伸縮 運動副30，這3個伸縮運動副相互呈120°均勻布置，可實現空間兩個旋轉 和一個直線方向的運動，完成這三個自由度方向的防碰撞檢測。清掃裝置的
防碰撞檢測范圍由三個伸縮運動副的行程、安裝位置、鉸接機構的活動范圍 確定。需要檢測的碰撞力大小，以及清掃箱體時清掃裝置與箱壁間的阻尼力 的大小，通過調節伸縮運動副的壓力來實現。本實用新型的防碰撞檢測裝置， 同時也是安裝底座，其一端是連接機器人導軌運動裝置的安裝法蘭，另一端 的連接法蘭用來安裝清掃手爪等清掃工具。
工作時，所需清潔的箱體翻轉到預定的傾斜位置后，對防碰撞檢測機構 的所有伸縮運動副30的氣缸供給一定壓力的壓縮空氣，使氣缸的活塞桿全部 伸出。然后機器人的運動系統動作，驅動其橫向導軌4、縱向導軌5和升降導
軌6作插補運動，將機器人的清掃手爪移動到所需清潔的箱壁處，并使柔性 清掃刮板33和柔性刮板38緊貼到箱壁上，而貼緊力的大小通過調節氣缸的 供氣壓力來調整，利用氣缸的彈簧阻尼作用保證刮板能自動適應箱壁的變形， 達到徹底清掃的效果。然后機器人繼續驅動其各運動導軌進行插補運動，保 證清掃手爪沿著箱壁表面按一定的軌跡運動，將箱體內部的被清掃物清掃到 箱外。清掃過程中，當發生某個方向的碰撞時，防碰撞檢測機構的某個或某 幾個氣缸會被進一步壓縮，當壓縮量達到一定程度時，位置檢測傳感器31檢 測到活塞的位置，發出碰撞報警信號。若不需要使用刮板清掃，而需對箱體 內部的角縫等特殊位置或特殊物料進行清掃時，機器人的運動系統將吹噴裝 置移動到相應的位置，進行吹噴清掃。而在使用刮板清掃的同時，還需要使 用吸塵裝置進行灰塵等清掃時，吸塵氣管36接通負壓，進行吸塵清掃。在本 實施例中，為了便于使用，清掃機構、氣壓吹噴機構及吸塵裝置均對稱布置 了兩套。此外依據不同的清潔要求，若須更換別的清掃工具時，不需對防碰 撞檢測機構進行更換，只需在其連接法蘭上安裝不同的清掃工具，配合機器 人的動作，即可完成不同的清掃工作。如對一些沒有食品級清潔度要求的場 合，可以對清掃工具進行簡單的改型，將毛刷或毛刷輥等清掃工具安裝在連 接法蘭上，獲得較好的拓展應用。清掃完成后，縱向導軌的同步帶縮回，其
余各運動導軌的同步帶也退回到待機位置，等待下一個箱子的清掃工作。
如上所述，僅為本實用新型的具體實施例，不能以此限定本實用新型的 范圍，即依本實用新型專利申請保護范圍所作的等同變化與修飾，皆應仍屬 本實用新型專利涵蓋的范圍。
權利要求1、箱體清掃設備，其特征在于，①包括支架(1)、安裝于支架前端的導軌運動裝置(2)、安裝于導軌運動裝置上的清掃裝置(3)；②所述的導軌運動裝置(2)包括相互垂直呈直角坐標系布置的帶執行器件的橫向導軌(4)、縱向導軌(5)和升降導軌(6)；③所述的清掃裝置(3)包括旋轉軸(7)、安裝于旋轉軸前端的清掃手爪(8)，旋轉軸(7)安裝于縱向導軌(5)內部，旋轉軸(7)聯結有旋轉驅動電機(9)。
2、 根據權利要求1所述的箱體清掃設備，其特征在于，橫向導軌(4)、縱 向導軌(5)和升降導軌(6)構成的直角坐標系為傾斜坐標系，該坐標系與水 平面之間的夾角(a)不大于30° 。
3、 根據權利要求1所述的箱體清掃設備，其特征在于，所述的升降導軌(6) 包括平行的主傳動導軌(10)和副傳動導軌(11)，主傳動導軌(10)和副傳動 導軌(11)之間連接有橫向的同步傳輸桿(12)，主傳動導軌的執行器件聯結有 升降驅動電機(13)，在主傳動導軌(10)和副傳動導軌(11)上分另U配裝有升 降運動滑塊(14);橫向導軌(4)兩端安裝于升降運動滑±央(14)上，橫向導 軌(4)的執行器件聯結有橫向驅動電機(15)，在橫向導軌(4)上配裝有橫向 運動滑塊(16);在縱向導軌(5)上配裝有縱向運動滑塊(17)，縱向運動滑塊(17)安裝在橫向運動滑塊(16)上，縱向導軌(5)的執行器件聯結有縱向驅 動電機(18)。
4、 根據權利要求3所述的箱體清掃設備，其特征在于，在升降導軌(6) 上設置有升降配重裝置，該升降配重裝置包括分別安裝在主傳動導軌(10)和 副傳動導軌(11)頂部的滑輪組件(19)，跨套在滑輪組件(19)上的滑繩(20)， 滑繩的一端連接有配重塊(21)，另一端連接在升降運動滑塊(14)上。
5、 根據權利要求1或3所述的箱體清掃設備，其特征在于，橫向導軌(4)、 縱向導軌(5)和升降導軌(6)的執行器件為直線運動副。
6、 根據權利要求5所述的箱體清掃設備，其特征在于，所述的直線運動副 為滾珠絲杠副或齒輪齒條副或同步帶導軌副。
7、 根據權利要求1所述的箱體清掃設備，其特征在于，所述的清掃手爪包 括防碰撞檢測機構、清掃機構和氣壓吹噴機構；防碰撞檢測機構包括位于兩端 的安裝法蘭(26)和連接法蘭(27)，通過鉸接機構(28、 29)橫向或斜向鉸接 于安裝法蘭(26)和連接法蘭(27)之間的伸縮運動副(30)，安裝于伸縮運動 副(30)上的位置檢測傳感器(31);清掃機構包括安裝于防碰,童檢測機構的連 接法蘭(27 )上的刮板支架(32)、安裝于刮板支架(32)外端的柔性清掃刮板(33 ); 氣壓吹噴裝置安裝于刮板支架(32)上，包括與氣路系統連通的吹噴氣管(34)、 連接于氣管上的氣壓噴嘴(35)。
8、 根據權禾腰求7所述的箱體清掃設備，其特征在于，在刮板支架(32)上 還安裝有吸塵裝置，包括與負壓氣路系統連通的吸塵氣管(36)，與吸塵氣管連 接并固定在刮板支架上的吸塵頭(37)。
9、 根據權利要求7所述的箱體清掃設備，其特征在于，鉸接于安裝法蘭(26) 和連接法蘭(27)之間的伸縮運動副(30)為并聯的2 6個。
10、 根據權利要求7或9所述的箱體清掃設備，其特征在于，鉸接安裝法 蘭(26)和伸縮運動副(30)的f交接機構(28)為單自由度鉸接機構或雙自由 度十字鉸接機構；鉸接連接法蘭(27)和伸縮運動副(30)的鉸接機構(29) 為雙自由度十字鉸接機構。
專利摘要箱體清掃設備，包括支架(1)、安裝于支架前端的導軌運動裝置(2)、安裝于導軌運動裝置上的清掃裝置(3)；導軌運動裝置包括相互垂直呈直角坐標系布置的帶執行器件的橫向導軌(4)、縱向導軌(5)和升降導軌(6)；清掃裝置包括旋轉軸(7)、安裝于旋轉軸前端的清掃手爪(8)，旋轉軸(7)安裝于縱向導軌(5)內部，旋轉軸(7)聯結有旋轉驅動電機(9)。本實用新型結構簡單、制造和維護成本低、工作可靠、工作效率高、清掃效果好、能實現箱體內部自動清掃。
文檔編號B25J3/00GK201214099SQ20082008129
公開日2009年4月1日 申請日期2008年6月3日 優先權日2008年6月3日
發明者彥 卯, 云 張, 勇 張, 李大慶, 楊灝泉, 玲 游, 蔣明民, 磊 蔡, 馬忠明 申請人:云南昆船設計研究院