關于中央空調風道清潔機器人設計的分析

董軍 梁昕 周全鑫

摘?要：中央空調系統占據著現代智能系統的重要地位，它是有很多個冷熱源系統以及很多個空調調節系統組合而成的，和傳統空調有著很大的區別。基于此，本文對此進行了分析，分析了中央空調風道清洗機器人的設計結構和設計機構，主要是想給相關的空調系統工作人員提供一些參考，希望中央空調系統可以持續的發展下去。

關鍵詞：中央空調;風道清潔;機器人設計

引言：伴隨經濟發展，人們對于室內安裝的中央空調有了很多深刻的認識。我國的衛生部門對那些安裝在公共場所的中央空調有著嚴格的規定，國內有500多萬個中央空調的種類需要清潔和保養，但是這些空調一直在被人們使用，卻沒有及時地對其進行清理，那樣會帶給人們很大的安全隱患，長時間使用，會讓空調的管道里有許多的灰塵和污垢，他們對人們的健康有著很大的危害，特別是老年人和孩子，所以，設計一個中央空調風道清潔機器人是非常有必要的。

一、設計清潔機器人的需求

（一）具有靈活性

現實是，不同的行業使用的中央空調的類型都是不同的，而且空調內部的風道系統結構也大不相同。所以，要進行設計的清潔風道機器人一定要有足夠的靈活性，可以對每一種中央空調進行清潔，滿足所有要求。

（二）具有很強的清潔性

中央空調的管道非常多，管道的空間也非常大，因此，在管道上會有大面積的灰塵，甚至是動物們的尸體。因此，風道清洗機器人在設計的時候一定要注重其清潔性，保證可以把風道中的動物尸體，還是大面積的灰塵，清理的一干二凈，達到各種清潔標準，甚至在這樣的一個倡導綠色生活的時代下，該機器人還要具備一些附加功能。

二、清潔機器人的工作流程

清潔機器人在進入空調風道之前，先把氣囊鋪滿風道，并進行充氣，讓氣囊可以把風道的兩端全部堵住，把需要進行清潔的地方留出來，避免灰塵在清掃的過程中飄向其他的區域;風道內壁的灰塵掉下來之后，用集塵凈化器把掉落的灰塵和雜質吸收回來;最后用機器人配置的傳感裝置對風道內的清潔情況進行檢查。整個操作就結束了。

三、中央空調風道清洗機器人的相關設計

（一）機器人系統分析

中央空調風道清潔機器人的性能設計歸根到底就是為了清潔風道，因此，在設計機器人之前要對中央空調系統進行分析。因為每一種類型的空調其自身的系統都是不一樣的，他們使用的材料也是不同的，所以，清潔的時候使用的清潔方式也是不同的。當前情況，想要設計一款全能型的清潔機器人，就必須對空調管道系統展開詳細的結構分析。基于對空調風道系統裝置的詳細分析，清潔機器人應該進行的工作情況如下：①首先，清潔機器人要進入到空調風道檢查其內部的環境，因此，需要給機器人配備行走機構，讓機器人可以在風道內上下游走，此外，在系統中還要配備一個視頻傳感器，把風道內的情況傳到相關的控制系統中，然后他們根據視頻傳來的情況制定清潔方案。②展開對風道的清掃。在清掃的過程中避免不了灰塵四處飛，基于這個原因，需要把空調的風口用氣堵住，保證室內空氣環境不被污染，之后啟動機器人的清潔模式，對風管的內壁進行清洗，借助集塵凈化器把管內的病菌吸收掉。最后，利用傳感器對剛清理過的風道內壁進行檢測，看是否清理干凈。③恢復空調工作區域。使用清潔機器人對空調風道進行清理有非常大的優勢，如：可進行可視化操控，制定清掃方案，便于管理清潔的質量。

（二）機器人各機構設計分析

1、控制系統分析

控制系統是清潔機器人做好本職工作的重要環節。基于電氣自動技術，空調風道系統清潔的機器人控制系統是由視覺觀測模塊結合清洗模塊組成的。其中，清潔裝置系統要和行走系統聯系在一起使用，一起完成機器人驅動、轉向、升降以及清洗的工作，而視覺系統是把空調風道內的情況，以圖片的形式傳送到電腦中去，工作人員根據傳來的信息制定清洗方案，控制清洗裝置。在系統中的電機控制模塊是由兩個子系統組成的：步進電機驅動以及直流電機驅動，他們兩個采用的是分組控制的方式，分別控制機器人的方向和速度，如此在很大程度上提升了機器人的運作效率。

2、行走機構分析

行走機構要滿足每一種類型的空調風道清洗要求。如：豎直空調風道清洗，有障礙物的風道清洗。在本文設計的機器人中采用的是腿足型行走機構。這個行走機構是由滑軌、電機座、電磁鐵腳等零件組成的。工作的原理是利用電機驅動組帶動連桿機構推著滑塊在滑軌上上下運動，同時借助于磁鐵腳的力量，但齒輪轉動的時候，磁鐵被推出去，吸附在風道管內壁，當需要移動機器人的時候，就給電磁鐵通電，讓其吸附力消失。根據真實的清洗需求可以知道，清洗機器人需要在風道管內行走、旋轉、爬坡等。

驅動機構的分析。驅動機構給機器人提供行走的動力，推動機器人向前行走，此外，機器人的推動能力還應該具備靈活性，可以隨著風道管內的環境變化隨時做出改變。我們經常見到的驅動方式有螺輪式、履帶式、腳足式，其中腳足式，具有很強的適應能力，很強的翻越障礙的能力，適應粗糙風道的能力也很強，并且它還有著很強的承載能力。

導向機構設計。清潔機器人的運作模塊中必須要有導向功能，只有這樣，才可以讓機器人在各種形狀的風道中行走，并完成清潔工作。我們經常見到的導向機構是差速導向，其是由兩個獨立的驅動系統分別控制的。

升降機構分析。生活中經常見到的清潔機器人的升降機構可分為兩種：連桿結構、伸縮桿結構。其中連桿結構可以很好地從水平方向轉變成方向，反過來也一樣，是一種具有極強適應力的機構，并且它的大小正好符合風道最小尺寸的要求。在升降機構中，可以實現通過相關軟件建立模型，然后再進行仿真實驗的過程。

3、清潔機構分析

清潔機構是機器人最核心的機構，其決定著清潔機器人運作的效率，清潔有效性以及推廣價值和市場應用率。借助于行走機構機器人可以知道在風道內的行走方向和路徑，但是清潔方式要對風道管內的雜質進行清理和回收。因此，清潔機構還要配備回收裝置和清潔裝置。

清潔機構設計。清潔機構需要配備清潔刷頭、刷柄和吸塵管。清潔機構的驅動機構工作內容主要是上下擺動清潔機構，通過控制刷頭和吸塵管的角度，在一定時間內完成清潔工作，然后換一個位置繼續清潔，直到把空調風道清理干凈。因此，可以使用蛇骨結構，利用蛇骨骨節進行固定，根據運行需要的長度鉸接相鄰的骨節，如此只要拽動一邊的金屬線，就可以改變彎曲的角度。

回收機構設計。把風道內的雜質清理掉并回收帶走是清潔機器人最主要的工作內容，因此，在設計回收機構的時候，清洗機器人工作的原理重要是利用吸塵力來回收灰塵和雜質。

結論：綜上所述，上述基于清潔中央空調的實際需求，完成機器人的機構設計，這樣設計出來的清潔機器人有很高的工作效率，但是，在未來不斷的探索中，還需要我們導入最新的設計理念、思路，不斷地改善清潔機器人的機構，對其進行優化和升級，讓其工作效率變得更高，質量變得更好。

參考文獻：

[1]朱金金.中央空調管道清潔機器人機構設計與結構分析[J].湖北農機化，2020（17）：106-107.

[2]谷忠朋，黃添彪，張玉蓮.中央空調管道清潔機器人機構設計[J].機械設計與制造工程，2020，49（06）：28-30.

作者簡介：

董軍（1991年10月-），男，漢族，籍貫：遼寧省普蘭店市，本科學歷，助理工程師，研究方向：空調系統設計制造。