導(dǎo)語(yǔ)：室內(nèi)外多功能清潔器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：針對(duì)現(xiàn)代小區(qū)外掛太陽(yáng)能板的廣泛應(yīng)用及傳統(tǒng)自動(dòng)清潔裝置對(duì)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(jī)控制技術(shù)，結(jié)合吸塵器工作原理，設(shè)計(jì)了一款室內(nèi)外多功能清潔器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yáng)能板清潔方面，具備一鍵開(kāi)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(yáng)能板；墻角清潔器；電機(jī)；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(shí)也逐漸提高。太陽(yáng)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(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能發(fā)電板等等，憑借其環(huán)保無(wú)污染、取材使用便捷等優(yōu)勢(shì)，雖然前期投入較大、費(fèi)用高，但通過(guò)經(jīng)濟(jì)計(jì)算，太陽(yáng)能熱水器在價(jià)格上適中，無(wú)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(yáng)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(lái)的問(wèn)題，也給很多用戶造成困擾，例如由于太陽(yáng)能板需接收太陽(yáng)能，長(zhǎng)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(yáng)能板成為了現(xiàn)代小區(qū)業(yè)主日常清掃的一項(xiàng)重要內(nèi)容。無(wú)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(yáng)能板使用，但是由于樓層原因，高層用戶在清掃室外太陽(yáng)能板時(shí)遇到很多不便，比如太陽(yáng)能板距離樓梯玻璃較遠(yuǎn)，清掃起來(lái)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(xiǎn)系數(shù)較高；借助傳統(tǒng)掃帚、拖布等工具時(shí)，長(zhǎng)距離工作費(fèi)力又很難清潔到位。人們需要一個(gè)針對(duì)性較強(qiáng)的清潔設(shè)備，來(lái)提高生活質(zhì)量。在室內(nèi)家具清潔方面，人們的選擇相對(duì)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(jī)、吸塵器等，自動(dòng)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(chǎng)上所有的自動(dòng)化清潔產(chǎn)品大都價(jià)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(wèn)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，在全面小康社會(huì)的背景下，人們快節(jié)奏的生活方式中，尚無(wú)相關(guān)產(chǎn)品或設(shè)備能夠同時(shí)解決上述戶外太陽(yáng)能板、墻角等清潔問(wèn)題，因此，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)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(jì)方案

室內(nèi)外多功能自動(dòng)化清潔器裝置主要用于室內(nèi)高低墻角和外掛太陽(yáng)能板的清潔，同時(shí)兼具傳統(tǒng)清潔和除塵功能。由可更換清潔頭、移動(dòng)底座、清潔架、手柄組成，并通過(guò)軟管連接至吸塵托倉(cāng)，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(guò)濾網(wǎng)等，整體固定于移動(dòng)底座，安裝于清潔架上。在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)通過(guò)主軸帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)條件下，由皮帶、齒輪將主軸圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)移動(dòng)底座在清潔架上做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。手柄、吸塵托倉(cāng)等為動(dòng)力來(lái)源，解決固定區(qū)域及制造氣壓差問(wèn)題，可適用于多種工作角度的需求，在大氣壓和電機(jī)、葉輪作用下，實(shí)現(xiàn)吸塵目的。配有清潔器啟動(dòng)開(kāi)關(guān)和三級(jí)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(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(wèn)題，尤其在室外太陽(yáng)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(kāi)啟清潔器自動(dòng)工作，由電機(jī)和滾刷對(duì)情節(jié)表面進(jìn)行擦拭、清掃，解決了用戶遠(yuǎn)距離擦拭費(fèi)力的問(wèn)題。

3主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1可更換清潔頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

可更換清潔頭主要用于不同的清潔環(huán)境，為本設(shè)計(jì)的功能設(shè)計(jì)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(yáng)能板等平面區(qū)域，滾動(dòng)毛刷可隨清潔頭移動(dòng)實(shí)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(dú)開(kāi)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(dòng)毛刷增強(qiáng)了對(duì)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(cuò)地分布吸塵孔、毛刷，在工作過(guò)程中毛刷在電機(jī)帶動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，模擬傳統(tǒng)清潔中掃除功能，吸塵孔實(shí)現(xiàn)對(duì)灰塵的吸附。內(nèi)部設(shè)有存儲(chǔ)倉(cāng)，可實(shí)現(xiàn)塵土緩存，并內(nèi)置過(guò)濾網(wǎng)，可替換清洗，避免長(zhǎng)期使用滋生細(xì)菌。

3.2清潔架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3為室內(nèi)外多功能清潔器機(jī)械結(jié)構(gòu)的主體部分，整體設(shè)計(jì)為矩形結(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(guò)軟管與吸塵托倉(cāng)相連，主要功能為為清潔頭提供動(dòng)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(jì)能夠滿足不同距離的使用需求。其移動(dòng)底座用于安裝可更換清潔頭，內(nèi)設(shè)空倉(cāng)通過(guò)吸塵管連接頭與吸塵托倉(cāng)連接，將清潔過(guò)程中的灰塵臟物進(jìn)行實(shí)時(shí)吸附存儲(chǔ)，減少清潔頭內(nèi)儲(chǔ)塵量，避免二次回流造成污染。為了加強(qiáng)工作過(guò)程的穩(wěn)定程度，配有固定導(dǎo)軌用于移動(dòng)底座與清潔架連接。齒輪導(dǎo)軌為清潔器的移動(dòng)頭提供路徑索引，在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)下齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，與齒輪導(dǎo)軌嚙合將主軸圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)移動(dòng)底座在清潔架上做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，滿足移動(dòng)底座往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(yáng)。

3.3手柄及托倉(cāng)設(shè)計(jì)

如圖3所示，手柄通過(guò)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(jí)伸縮機(jī)制，可根據(jù)需求選擇，配有清潔器啟動(dòng)開(kāi)關(guān)和擋位調(diào)節(jié)按鈕，提供3種調(diào)節(jié)模式，對(duì)清潔托倉(cāng)吸塵能力進(jìn)行控制，滿足使用過(guò)程中吸塵擋位調(diào)節(jié)。與此同時(shí)，手柄末端手持處內(nèi)置單片機(jī)，采用PWM控制技術(shù)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制[5-7]，其電路設(shè)計(jì)如圖4所示，用于控制移動(dòng)底座上驅(qū)動(dòng)馬達(dá)正反轉(zhuǎn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)功能，通過(guò)行程開(kāi)關(guān)改變驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)方形，通過(guò)歸零按鍵用于驅(qū)動(dòng)移動(dòng)底座至初始位置，便于更換移動(dòng)清潔頭。清潔托倉(cāng)內(nèi)置雙扇葉，由一個(gè)電機(jī)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(gè)性化使用需求，整體采用流線型設(shè)計(jì)。

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(jī)械結(jié)構(gòu)安裝、電機(jī)控制調(diào)試。第一，機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝，將設(shè)計(jì)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(jìn)行裝配，根據(jù)干涉、嚙合關(guān)系等進(jìn)行圖紙尺寸修改，確保機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的運(yùn)動(dòng)耦合關(guān)系。第二，進(jìn)行電機(jī)的運(yùn)動(dòng)調(diào)試，采用減速電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)實(shí)訓(xùn)設(shè)備電源進(jìn)行供電，為保障安全，采用12V直流供電形式，測(cè)試可移動(dòng)清潔頭是否可以在電機(jī)的牽引下，在導(dǎo)軌上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

5結(jié)論

目前，對(duì)于戶外太陽(yáng)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)清潔方式方法相比，本裝置提供了一種自動(dòng)戶外太陽(yáng)能板清潔方式，避免了用戶高空戶外作業(yè)，提高了安全性。與此同時(shí)能夠滿足室內(nèi)使用需求，尤其針對(duì)墻角等區(qū)域具有良好清潔效果。更重要的是，本清潔器具備良好兼容性，清潔架可以與傳統(tǒng)吸塵器相連，拓寬了固有家政清潔器的應(yīng)用領(lǐng)域，用戶選用時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況選購(gòu)。

作者：劉興達(dá) 張鵬 徐磊 劉克桓 張猛 祖承霖 單位：承德應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院 承德市開(kāi)發(fā)區(qū)盛方電子有限公司