升降伸縮式樓道清潔機器人結構及控制系統設計探析

劉鐵燕

（國家廣播電視總局機關服務局，北京 100866）

隨著我國經濟實力以及科學技術的不斷提升，機械物理學、電子科學技術、計算機系統、數據信息傳送感應技術，以及人工智能設備等相應的科學被不斷研發和應用。建筑樓道以及地面的清潔機器人已經逐漸進入到人們的視野中，并且實際使用和操作，清潔機器人可以有效減少整體工作模式的勞動強度，節省人力資源以及提升清潔效率。

1 樓道清潔機器人工作原理

隨著我國經濟能力以及科學技術水平不斷提升，建筑行業得到了快速發展，為此樓道清潔機器人設施已經成為現階段人們生活與工作的重要組成部分。而現階段大多數建筑為了不斷提升樓道清潔效率和質量，相繼使用升降伸縮式樓道清潔機器人。加上實際清潔過程中，升降伸縮式樓道清潔機器人可以有效、靈活的實現樓梯攀爬、樓梯整體清潔、橫跨門檻等相對復雜的樓梯清潔工作。尤其是設備在實際操作和運轉時，升降伸縮模式的整體設備結構，可以幫助機器人快速實現攀爬樓梯，而在平面，清潔機器人在升降伸縮式結構，可以隨時調整機器人行駛狀態。其中機器人三個橫向的驅動零部件在其內部的實際作用條件下，可以幫助樓道清潔機器人的十字接觸履帶及時脫離地面，最終實現升降伸縮式樓道清潔機器人的各個方向運動。而設備清潔的區域則使用噴頭噴水設置、強力清潔盤裝置、吸水裝置等，可以從根本上提高設備運行效率和質量。

2 清潔機器人結構方案設計

對于建筑高層樓道清潔機器人的內部結構來說，升降伸縮式清潔機器人主要由升降區域方案設計、伸縮區域方案設計以及清潔區域方案設計共同組成。其中機器人運動模式則主要由上下升降方面、左右伸縮方面以及清潔方面共同結合，有效完成和實現針對面以及樓梯的全面清潔。

2.1 升降伸縮模式方案設計

在高層建筑樓道清潔機器人功能設計和性能使用方面，其設備升降區域主要由幾個方面共同運作。其中包含：內部結構支架固定的垂直導向軌道、設備內部電機零部件、運行齒輪以及配合齒輪運行的長距離軸向。而在清潔機器人想要開始運作，需要依靠結構潤滑區域的滑條與垂直方向的引導方向軌道進行固定和連接。一旦清潔機器人開啟，設備前面的4個光線電力導向傳送感應設備檢測到阻礙物或者樓梯時，那么內部系統結構中的單片零部件會針對電機工作狀態進行有效控制，隨即帶動設備內部齒輪零部件進行快速旋轉，與齒輪相互連接的長軸兩側端頭以及垂直方向的引導軌進行完美咬合，最終充分引導和帶動清潔機器人的主要結構體沿著已經設定好的運動和工作方向，進行一系列的升降動作[1]。

而清潔機器人伸縮區域在實際運轉過程中，與升降區域運行模式相似，當清潔機器人主要結構體遇到需要上升區域時，其設備內部結構的單片控制區域會開啟伸縮功能，此時上升區域的電機會切換至暫停模式，停止運轉，當設備內部結構零部件帶動齒輪沿著水平方向進行運動史，其方向引導軌道會開始工作，將設備運輸，從而將清潔設備主要結構體的一部分優先傳送至臺階區域，隨后伸縮區域的電機轉化運作狀態，將其他區域全部傳送至臺階位置上。此時樓道清潔機器人主要結構體會以樓梯臺階作為基礎支撐，其設備主要升降零部件的電機重啟，其設備內部結構的齒輪會由垂直方向引導軌道回收，其設備會根據伸縮區域的機械開展運作，隨身的支架收回設備主要結構體的兩側，最終有效實現樓道清潔機器人的整體爬樓流程。

2.2 清潔區域方案設計

樓道清潔機器人運行目的和工作方向，主要為高層建筑物內部環境和樓道清潔作出基礎保證，所以清潔機器人內部結構設計方向則是集中在清潔功能。而設備該區域主要由可旋轉的掃帚、水平方向滾送刷子、電動吸塵設備、垃圾回收儲存設備等共同組成。設備一旦開始日常清潔任務，那么清潔區域的電機會全面啟動，進而帶動清潔刷進行高速旋轉，隨即將垃圾全方位、多角度的進行清掃，隨后利用設備底面板的吸塵功能將灰塵和臟物全面吸附，而當其設備運行運轉過程中，清潔區域的葉輪會高速旋轉，進而空氣高速排出風機設備中，并且設備進行清潔狀態后，其設備吸塵區域內部空間內會不斷利用風力進行補充，進而與外界環境形成較大的壓力差，進而相對比較細小的灰塵、泥土等相關物質會跟隨空氣統一被吸入吸塵區域，并且經過過濾器進行詳細的篩選，最終致使灰塵和臟物全部收集和儲存至垃圾桶。

3 樓道清潔機器人控制系統方案設計

3.1 硬件區域系統方案設計

由于高層建筑結構中，樓道清潔機器人需要同時滿足高層樓梯爬樓、行駛、躲避障礙、清潔以及預防運行不當的跌落問題等多方面實際要求。所以設備需要根據運作方案以及使用需求，在設備基礎內部結構中，設計具有反射功能的光線傳送感應設備、電子信號羅盤感應設備、超聲波傳送感應設備等，從而有效保證設備使用壽命。除此之外，設備內部結構中的傳送感應設備在STM32系統結構ARM單片的零部件有效控制下，采用多角度、全方位的傳送感應設備將信息篩選、分析并且結合，有效完成清潔機器人的爬樓以及周邊環境清潔實際功能。同時，樓道清潔機器人控制系統內部結構中，主要由主要控制設備、電動驅動設備、基礎的傳送感應設備以及電源供應設備等共同組成，為此需要設計人員從多個方面進行分別闡述[2]。

3.1.1 單片最小結構系統

在清潔機器人內部結構，單片最小運行系統需要依靠STM32系列實現基礎操作，并且該系列所使用的零部件，以及單片設備需要在ARMCortex-M3基礎系統內部核心要求上，安裝微型核心控制設備，而此種控制設備以及系統自身具備一定數據計算能力，以及強大的系統中斷相應功能。其中STM32核心系統結構中，不僅包括STM32系統的引導腳本結構圖、JTAG系統的信息仿真能力、專業端口下載區域以及32.768K的晶體震動外部時鐘設備。而單片最小結構系統中，JTAG仿真功能以及專業信息數據下載端口，有效為JLINK功能調整提供了較大的技術便利和功能效率。

3.1.2 電機區域設備

樓道清潔機器人在實際運轉過程中，必須不斷探測、收集以及技術分析，并且以此作為基礎，控制機器人根據樓道實際環境，進行不斷轉變運行速度、行駛方向，同時想要機器人清潔時，針對污漬有效進行精準的位置確定，核心區域的電路板就必須使用直流電流，并且要求電機的實際運行功率大于電壓基礎要求。根據目前我國現有清潔機器人的線性運轉模式來說，新型晶體結構管線、MOS管道放大設備需要共同運作，才能有效實現PWM設備的實際運轉功率具有功能消耗低、運轉效率高、設備體積較小、使用價格偏低、工作狀態穩定以及有效解決設備靜電等相關優勢[3]。

3.1.3 電源區域模塊

對于電源區域模塊來說，清潔機器人整個控制系統需要相對運行安全、系統穩定、功率合理的電源以及系統管理等多方面進行共同協作。同時電源區域模塊中，由于機器人系統在實際運轉過程中，需要至少兩個電源進行相互轉化，從而為其內部結構的各個零部件提供日常需要電源能量，其中包含：機器人內部系統結構中CPU內部核心數字信息管理系統、系統虛擬電源壓力、CPU系統結構中的I/O信息數據系統、設備總體電路的隔離性質電源、機器人內部系統中LCD驅動模式電源、設備系統LCD背光逆向轉變電源等。

3.2 軟件區域系統方案設計

高層建筑樓道清潔機器人在實際運行過程中，首先需要針對其自身電力初始化程序進行綜合設定，并且以此作為基礎，針對設備自身運行位置，以及機器人周邊運行環境進行綜合探測。隨后機器人使用單片控制設備，致使清潔機器人開始運轉并且進行垃圾和灰塵的全面清潔，在機器人進行前行和行使過程中，單片設備通過其設備內部結構中的光源單片開關區域、電力方向羅盤區域等相關零部件，針對其情節區域進行不斷探測，并且將其探測結果不斷顯示在電子液晶屏幕中，以供技術人員進行后續檢測和使用。

4 結束語

由此可見，在樓道清潔機器人投入使用和運行過程中，主要由垂直方向以及水平方向兩個運行模式，充分體現出機器人運行的自由程度，并且利用設備升降以及伸縮等方式，有效實現了機器人的爬樓性能。