一种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人制造技术

一种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人，包含底座、吸尘清扫机器人机构，所述吸尘清扫机器人机构为平面两自由度连杆机构，包含回转台、大臂升降支链、小臂摆动支链、姿态维持支链、末端执行件。所述回转台、大臂升降支链、小臂摆动支链均由伺服电机驱动，在计算机编程控制下，通过回转台、大臂以及小臂的耦合运动，在姿态维持支链作用下，实现末端执行件的三自由度平动吸尘、清扫作业，该种吸尘清扫机器人机构具有大工作空间、高灵活度、高效率、强越障能力等特点，有效解决了现阶段城市道路绿化带清洁作业依赖人工的问题，该种吸尘清扫机器人机构还可完成单程多车道、不平地面及复杂林荫道的自动化吸扫作业。

A full rotating three degree of freedom green belt cleaning robot

【技术实现步骤摘要】
一种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人
本技术涉及吸尘清扫车，特别是一种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人。
技术介绍
道路绿化带不仅能起稳固路基、保护路面、美化路容、诱导交通、舒适旅行的作用，而且还能起保护环境，防治污染，维持生态平衡的作用。绿化带以灌木为主，可分为分车绿带、行道树绿带和路侧绿带等，是城市道路设计的重要组成要素。但是，随着城市建设步伐的加快以及汽车保有量的不断提高，绿化带污染问题一直困扰着城市环卫部门，尤其是来往货车密集的街道，绿化带灰尘垃圾污染问题十分严重。目前绿化带的清洁工作主要依赖环卫人员人工进行，不仅危险，而且效率低下。吸尘清扫车是城市环卫作业常用的车辆，其作用是通过安装在车体下方或前端的清扫结构以及除尘结构，将道路及广场地面的轻质垃圾、灰尘吸取并扫除，储存到车辆积尘箱里，便于集中倾泻到垃圾集中点，达到清洁地面的效果。虽然吸尘清扫车在路面清洁中得到了广泛使用，但是受自身因素及其它诸多有待解决的工程技术问题影响，尚无法用于绿化带的清洁作业，具体表现在：一方面，现有洗尘清扫车，其吸尘清扫装置多安装在车体下部，或车头前部，吸尘清扫车的清扫结构和除尘结构工作范围小、灵活度差、作业效率低，由于受吸尘清扫装置结构设计影响，现有吸尘清扫车无法对有绿化树木等障碍的非机动车车道进行有效的吸尘清扫作业，也无法对广场等不平路面、台阶路面及绿化带进行有效的吸尘清扫作业；另一方面，现有吸尘清扫车其作业装置多采用液压系统操作收放，不仅需要设泵源，维护成本高、能耗大、智能化水平低，而且在使用过程中容易造成液压油泄露，污染环境。随着公路建设的不断发展以及绿化带环卫管理的现代化需要，适用于绿化带吸尘、清扫的清洁型环卫设备的需求越来越大，如何基于机器人等机电一体化技术，结合机构学相关原理提出并设计一种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人，在具有机械结构简单、低能耗、高可靠性、高智能化水平、低维护保养成本等特点的同时，末端执行件具备作业空间大、灵活度好等特点，不仅能够轻易满足单程多车道清洁作业，以及有绿化树木等障碍的非机动车车道的清洁作业，而且因末端执行件在竖直方向有较大的作业行程，可满足不平路面、台阶路面、绿化带的吸扫作业要求，已成为吸尘清扫车领域一个亟需解决的工程问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人，在具有机械结构简单、低能耗、高可靠性、高智能化水平、低维护保养成本等特点的同时，末端执行件具备作业空间大、灵活度好等特点，不仅能够轻易满足单程多车道清洁作业，以及有绿化树木等障碍的非机动车车道清洁作业，而且末端执行件应在竖直方向有较大的作业行程，满足不平路面、台阶路面、绿化带的吸扫作业要求。本技术通过以下技术方案达到上述目的：一种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人，包含底座、吸尘清扫机器人机构，所述吸尘清扫机器人机构为平面两自由度连杆机构，包含回转台、大臂升降支链、小臂摆动支链、姿态维持支链、末端执行件。所述回转台与底座之间通过第一转动副连接，所述第一转动副为第一主动副，由安装在底座上的伺服电机驱动控制，在计算机编程控制下，回转台可绕底座受控转动，进而实现吸尘清扫机器人机构绕底座进行大角度受控转动。所述大臂升降支链与回转台构成平面四杆机构，所述大臂升降支链包含第一主动杆、第一连杆、大臂，所述第一主动杆一端通过第二转动副与回转台连接，另一端通过第三转动副与第一连杆一端连接，所述第一连杆另一端通过第四转动副与大臂连接，所述大臂通过第五转动副与回转台连接，所述第二转动副为第二主动副，由安装在回转台上的伺服电机驱动控制，通过计算机编程控制，大臂可相对回转台作大角度受控升降运动。所述小臂摆动支链包含第二主动杆、第二连杆、小臂，所述所述第二主动杆一端通过第六转动副与回转台连接，另一端通过第七转动副与第二连杆一端连接，所述第二连杆另一端通过第八转动副与小臂连接，所述小臂通过第九转动副与大臂连接，所述第六转动副为第三主动副，由安装在回转台上的伺服电机驱动控制，通过计算机编程控制，小臂可绕大臂作大角度受控摆动。所述姿态维持支链包含上维持臂、连接架、下维持臂，所述上维持臂一端通过第十转动副与回转台连接，另一端通过第十一转动副与连接架连接，所述连接架通过第十二转动副与大臂连接，所述下维持臂一端通过第十三转动副与连接架连接，另一端通过第十四转动副与末端执行件连接，所述末端执行件通过第十五转动副与小臂连接，在姿态维持支链的作用下，所述末端执行件在随吸尘清扫机器人机构运动过程中，始终平动，姿态角维持不变。该种三自由度绿化带吸尘清扫机器人机构采用全新构型设计，一方面，所含杆件之间均由转动副连接，相比采用移动副或者螺旋副连接的含有液压缸等直线驱动器的吸尘及清扫结构，大幅提高了可靠性，降低了制造成本，大幅提高了可靠性，降低了制造成本；另一方面，该种三自由度绿化带吸尘清扫机器人机构的所有主动副及动力源均位于底座或者回转台上，相比执行机构上含有直线驱动器等动力元件的机器人机构，有效降低了运动惯量，改善了动态性能，使该种三自由度绿化带吸尘清扫机器人机构具有更好的结构刚度，进而允许末端执行件加装质量更重的辅具进行作业。通过计算机编程对第一主动副、第二主动副、第三主动副进行联动控制，实现回转台的回转运动、大臂的升降运动、小臂的摆动运动相互耦合，再配合姿态维持支链对末端执行件的姿态维持功能，最终实现末端执行件的一转动、两移动的大空间空间三自由度可控平动。通过在末端执行件上安装吸尘装置及清扫装置，进而使该种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人的吸尘装置及清扫装置实现空间三自由度大空间平动作业。在实际吸尘清扫作业过程中，在驱动第一主动副的伺服电机控制下，回转台可绕第一转动副大范围转动，进而使该种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人在水平面上具有比较大的可达作业距离。该种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人在大臂升降支链、小臂摆动支链、姿态维持支链的配合下，末端执行件在水平及竖直方向可实现大空间平面两自由度平动，进而使末端执行件具备较大的作业空间，较好的灵活性以及较强的越障吸尘清扫能力。该种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人具有作业空间大、灵活度好等特点，在计算机编程控制下，通过回转台、大臂、小臂的三自由度耦合运动，不仅能够轻易满足单程多车道清洁作业，以及有绿化树木等障碍的非机动车车道清洁作业，而且末端执行件在竖直方向有更大的作业行程，可满足不平路面、台阶路面、绿化带的吸扫作业要求。该种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人技术优势明显，不仅能够轻易满足单程多车道清洁作业，以及有绿化树木等障碍的非机动车车道清洁作业，而且末端执行件在竖直方向有较大的作业行程，能满足不平路面、台阶路面及路边绿化带的吸扫作业要求，克服了现有吸尘清扫车普遍采用的清扫结构和除尘结构自由度少、灵活性差、工作空间小等问题，具有作业空间大、灵活度好等特点，市场前景广阔。与现有技术相比，本技术的突出优点在于：1.该种三自由度绿化带吸尘清扫机器人机构采用空间三自由度连杆机构设计，在计算机编程控制下，通过回转台、大臂、小臂的三自由度耦合运动，末端执行件具备作业空间大、灵活度好等特点，不仅能够轻易满足单程多车道清洁作业，以及有绿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人，其特征在于：包含底座、吸尘清扫机器人机构，所述吸尘清扫机器人机构为平面两自由度连杆机构，包含回转台、大臂升降支链、小臂摆动支链、姿态维持支链、末端执行件，所述回转台与底座之间通过第一转动副连接，所述第一转动副为第一主动副，所述大臂升降支链与回转台构成平面四杆机构，所述大臂升降支链包含第一主动杆、第一连杆、大臂，所述第一主动杆一端通过第二转动副与回转台连接，另一端通过第三转动副与第一连杆一端连接，所述第一连杆另一端通过第四转动副与大臂连接，所述大臂通过第五转动副与回转台连接，所述第二转动副为第二主动副，所述小臂摆动支链包含第二主动杆、第二连杆、小臂，所述第二主动杆一端通过第六转动副与回转台连接，另一端通过第七转动副与第二连杆一端连接，所述第二连杆另一端通过第八转动副与小臂连接，所述小臂通过第九转动副与大臂连接，所述第六转动副为第三主动副，所述姿态维持支链包含上维持臂、连接架、下维持臂，所述上维持臂一端通过第十转动副与回转台连接，另一端通过第十一转动副与连接架连接，所述连接架通过第十二转动副与大臂连接，所述下维持臂一端通过第十三转动副与连接架连接，另一端通过第十四转动副与末端执行件连接，所述末端执行件通过第十五转动副与小臂连接。...

【技术特征摘要】
1.一种全转动副三自由度绿化带吸尘清扫机器人，其特征在于：包含底座、吸尘清扫机器人机构，所述吸尘清扫机器人机构为平面两自由度连杆机构，包含回转台、大臂升降支链、小臂摆动支链、姿态维持支链、末端执行件，所述回转台与底座之间通过第一转动副连接，所述第一转动副为第一主动副，所述大臂升降支链与回转台构成平面四杆机构，所述大臂升降支链包含第一主动杆、第一连杆、大臂，所述第一主动杆一端通过第二转动副与回转台连接，另一端通过第三转动副与第一连杆一端连接，所述第一连杆另一端通过第四转动副与大臂连接，所述大臂通过第五转动副与回转台连接，所述第二转动副为第二主动副，所述小臂摆动支链包含第二主动杆、第二连杆、小臂，所述第二主动杆一端通过第六转动副与回转台连接，另一端通过第七转动副与第二连杆一端连接，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周浩，李学晖，张林，孙中行，姬瑜，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：新型
国别省市：山东,37