室內(nèi)外多功能清潔器機械結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

1、室內(nèi)外多功能清潔器機械結(jié)構(gòu)設(shè)計探討摘要：針對現(xiàn)代小區(qū)外掛太陽能板的廣泛應(yīng)用及傳統(tǒng)自動清潔裝置對于墻角清潔難度大等現(xiàn)象，從安全使用角度出發(fā)，應(yīng)用電機控制技術(shù)，結(jié)合吸塵器工作原理，設(shè)計了一款室內(nèi)外多功能清潔器的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，具備2種清潔頭，適應(yīng)不同使用環(huán)境需求，用戶只需固定相應(yīng)清潔位置，避免了使用人員頻繁往復(fù)操作。尤其在外掛太陽能板清潔方面，具備一鍵開啟功能，可減少高空探出工作，提高了安全性。關(guān)鍵詞：外掛太陽能板；墻角清潔器；電機；清潔頭1背景分析隨著和諧自然、可持續(xù)發(fā)展概念深入，人們的環(huán)保意識也逐漸提高。太陽能成為了新型能源中的重要組成部分，尤其是光伏發(fā)電已經(jīng)走入了廣大民眾的視野，如太陽能熱

2、水器、太陽能發(fā)電板等等，憑借其環(huán)保無污染、取材使用便捷等優(yōu)勢，雖然前期投入較大、費用高，但通過經(jīng)濟計算，太陽能熱水器在價格上適中，無污染，受到研發(fā)人員的廣泛青睞1，促使現(xiàn)代小區(qū)樓外的太陽能板安裝數(shù)量急劇增加，儼然成為現(xiàn)代小區(qū)不可或缺的一部分。與之帶來的問題，也給很多用戶造成困擾，例如由于太陽能板需接收太陽能，長期暴露于戶外日光下、戶外高空中，造成表面灰塵積累較大，降低了光電轉(zhuǎn)化效率2-4，不但影響了其本身工作效率，還破壞了樓外美觀，外掛太陽能板成為了現(xiàn)代小區(qū)業(yè)主日常清掃的一項重要內(nèi)容。無論傳統(tǒng)工具還是智能化吸塵器，雖然可以供業(yè)主清潔太陽能板使用，但是由于樓層原因，高層用戶在清掃室外太陽能板時遇

3、到很多不便，比如太陽能板距離樓梯玻璃較遠，清掃起來困難；高層業(yè)主采用傳統(tǒng)清掃方式，需要身體探出窗戶，高層作業(yè)危險系數(shù)較高；借助傳統(tǒng)掃帚、拖布等工具時，長距離工作費力又很難清潔到位。人們需要一個針對性較強的清潔設(shè)備，來提高生活質(zhì)量。在室內(nèi)家具清潔方面，人們的選擇相對較多，產(chǎn)品也較為豐富，如掃帚、拖布以及智能化產(chǎn)品掃地機、吸塵器等，自動化清潔電器為人們的日常生活提供了極大的便捷，但是目前市場上所有的自動化清潔產(chǎn)品大都價格較貴，吸塵器等清潔產(chǎn)品還存在著體積大、吸塵口短的問題，雖然有一些小型吸塵器可以解決狹小空間的清潔，往往需要用戶二次清潔或者使用吸塵器頻繁往復(fù)，便捷程度仍有提高的空間。綜上所述，在全

4、面小康社會的背景下，人們快節(jié)奏的生活方式中，尚無相關(guān)產(chǎn)品或設(shè)備能夠同時解決上述戶外太陽能板、墻角等清潔問題，因此，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的使用需求，提高家政清潔效率，研究此領(lǐng)域的設(shè)備研發(fā)有廣闊的應(yīng)用前景。2總體設(shè)計方案室內(nèi)外多功能自動化清潔器裝置主要用于室內(nèi)高低墻角和外掛太陽能板的清潔，同時兼具傳統(tǒng)清潔和除塵功能。由可更換清潔頭、移動底座、清潔架、手柄組成，并通過軟管連接至吸塵托倉，整體結(jié)構(gòu)具體如圖1所示。其中清潔器具有2種形式清潔頭，分別用于平面和墻角區(qū)域的使用，內(nèi)置吸塵孔、毛刷、過濾網(wǎng)等，整體固定于移動底座，安裝于清潔架上。在驅(qū)動馬達通過主軸帶動齒輪轉(zhuǎn)動條件下，由皮帶、齒輪將主軸圓周運動轉(zhuǎn)化

5、為直線運動，從而帶動移動底座在清潔架上做往復(fù)直線運動。手柄、吸塵托倉等為動力來源，解決固定區(qū)域及制造氣壓差問題，可適用于多種工作角度的需求，在大氣壓和電機、葉輪作用下，實現(xiàn)吸塵目的。配有清潔器啟動開關(guān)和三級擋位調(diào)節(jié)按鈕。整體材質(zhì)由塑料和鋁合金金屬管構(gòu)成，內(nèi)置相關(guān)導(dǎo)線。通過單片機實現(xiàn)自動控制，用戶只需固定相應(yīng)清潔位置，便可徹底解決頻繁往復(fù)操作問題，尤其在室外太陽能板的清潔方面，能夠有效去除頑固灰塵，避免了使用者高空探出清掃，還能一鍵開啟清潔器自動工作，由電機和滾刷對情節(jié)表面進行擦拭、清掃，解決了用戶遠距離擦拭費力的問題。3主要結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1可更換清潔頭結(jié)構(gòu)設(shè)計可更換清潔頭主要用于不同的清潔環(huán)境，

6、為本設(shè)計的功能設(shè)計部分，如圖2所示，其主要有2種形式：平面式主要應(yīng)用于外掛太陽能板等平面區(qū)域，滾動毛刷可隨清潔頭移動實現(xiàn)清掃的功能；折角式主要應(yīng)用于墻角等折角區(qū)域，由于墻角清掃困難，單獨開設(shè)吸塵孔，增加吸塵能力。2種形式基本覆蓋了室內(nèi)外主要環(huán)境，滾動毛刷增強了對灰塵的清掃能力。（a）平面式（b）折角式圖2可更換清潔頭2種形式清潔頭外部交錯地分布吸塵孔、毛刷，在工作過程中毛刷在電機帶動下往復(fù)運動，模擬傳統(tǒng)清潔中掃除功能，吸塵孔實現(xiàn)對灰塵的吸附。內(nèi)部設(shè)有存儲倉，可實現(xiàn)塵土緩存，并內(nèi)置過濾網(wǎng)，可替換清洗，避免長期使用滋生細菌。3.2清潔架結(jié)構(gòu)設(shè)計圖3為室內(nèi)外多功能清潔器機械結(jié)構(gòu)的主體部分，整體設(shè)計為

7、矩形結(jié)構(gòu)，設(shè)置橫梁除滿足矩形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定外，配有曲柄連桿結(jié)構(gòu)，與手柄連接。并通過軟管與吸塵托倉相連，主要功能為為清潔頭提供動力及清潔區(qū)域固定，有效地減少用戶頻繁擦拭等工作。手柄和清潔器整體框架用于固定清潔區(qū)域，可伸縮設(shè)計能夠滿足不同距離的使用需求。其移動底座用于安裝可更換清潔頭，內(nèi)設(shè)空倉通過吸塵管連接頭與吸塵托倉連接，將清潔過程中的灰塵臟物進行實時吸附存儲，減少清潔頭內(nèi)儲塵量，避免二次回流造成污染。為了加強工作過程的穩(wěn)定程度，配有固定導(dǎo)軌用于移動底座與清潔架連接。齒輪導(dǎo)軌為清潔器的移動頭提供路徑索引，在驅(qū)動馬達帶動下齒輪轉(zhuǎn)動，與齒輪導(dǎo)軌嚙合將主軸圓周運動轉(zhuǎn)化為直線運動，并帶動移動底座在清潔架上做往

8、復(fù)直線運動，滿足移動底座往復(fù)運動使用。在清潔架外部周圍配有密封條，用于穩(wěn)定和避免灰塵飛揚。3.3手柄及托倉設(shè)計如圖3所示，手柄通過曲柄連桿與清潔架相連，滿足手柄方向的選擇和固定，結(jié)構(gòu)上具備兩級伸縮機制，可根據(jù)需求選擇，配有清潔器啟動開關(guān)和擋位調(diào)節(jié)按鈕，提供3種調(diào)節(jié)模式，對清潔托倉吸塵能力進行控制，滿足使用過程中吸塵擋位調(diào)節(jié)。與此同時，手柄末端手持處內(nèi)置單片機，采用PWM控制技術(shù)，對電機進行控制5-7，其電路設(shè)計如圖4所示，用于控制移動底座上驅(qū)動馬達正反轉(zhuǎn)時間，實現(xiàn)往復(fù)運動功能，通過行程開關(guān)改變驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)動方形，通過歸零按鍵用于驅(qū)動移動底座至初始位置，便于更換移動清潔頭。清潔托倉內(nèi)置雙扇葉，由一

9、個電機工作，提高設(shè)備吸塵能力。外形美觀大方，提供手提和推拉2種模式，滿足用戶的個性化使用需求，整體采用流線型設(shè)計。4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)試主要分為2部分，即機械結(jié)構(gòu)安裝、電機控制調(diào)試。第一，機械結(jié)構(gòu)安裝，將設(shè)計結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為3D打印圖紙，依據(jù)清潔架外形結(jié)構(gòu)進行裝配，根據(jù)干涉、嚙合關(guān)系等進行圖紙尺寸修改，確保機械傳動機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的運動耦合關(guān)系。第二，進行電機的運動調(diào)試，采用減速電機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，通過實訓(xùn)設(shè)備電源進行供電，為保障安全，采用12V直流供電形式，測試可移動清潔頭是否可以在電機的牽引下，在導(dǎo)軌上進行往復(fù)運動，測試結(jié)果驗證了結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。5結(jié)論目前，對于戶外太陽能板的清潔裝置研發(fā)還比較匱乏，除了傳統(tǒng)人力清潔外，家庭智能化清潔設(shè)備難易滿足使用需求。與傳統(tǒng)清