关于中央空调风道清洁机器人设计的分析

董军 梁昕 周全鑫

摘 要：中央空调系统占据着现代智能系统的重要地位，它是有很多个冷热源系统以及很多个空调调节系统组合而成的，和传统空调有着很大的区别。基于此，本文对此进行了分析，分析了中央空调风道清洗机器人的设计结构和设计机构，主要是想给相关的空调系统工作人员提供一些参考，希望中央空调系统可以持续的发展下去。

关键词：中央空调;风道清洁;机器人设计

引言：伴随经济发展，人们对于室内安装的中央空调有了很多深刻的认识。我国的卫生部门对那些安装在公共场所的中央空调有着严格的规定，国内有500多万个中央空调的种类需要清洁和保养，但是这些空调一直在被人们使用，却没有及时地对其进行清理，那样会带给人们很大的安全隐患，长时间使用，会让空调的管道里有许多的灰尘和污垢，他们对人们的健康有着很大的危害，特别是老年人和孩子，所以，设计一个中央空调风道清洁机器人是非常有必要的。

一、设计清洁机器人的需求

（一）具有灵活性

现实是，不同的行业使用的中央空调的类型都是不同的，而且空调内部的风道系统结构也大不相同。所以，要进行设计的清洁风道机器人一定要有足够的灵活性，可以对每一种中央空调进行清洁，满足所有要求。

（二）具有很强的清洁性

中央空调的管道非常多，管道的空间也非常大，因此，在管道上会有大面积的灰尘，甚至是动物们的尸体。因此，风道清洗机器人在设计的时候一定要注重其清洁性，保证可以把风道中的动物尸体，还是大面积的灰尘，清理的一干二净，达到各种清洁标准，甚至在这样的一个倡导绿色生活的时代下，该机器人还要具备一些附加功能。

二、清洁机器人的工作流程

清洁机器人在进入空调风道之前，先把气囊铺满风道，并进行充气，让气囊可以把风道的两端全部堵住，把需要进行清洁的地方留出来，避免灰尘在清扫的过程中飘向其他的区域;风道内壁的灰尘掉下来之后，用集尘净化器把掉落的灰尘和杂质吸收回来;最后用机器人配置的传感装置对风道内的清洁情况进行检查。整个操作就结束了。

三、中央空调风道清洗机器人的相关设计

（一）机器人系统分析

中央空调风道清洁机器人的性能设计归根到底就是为了清洁风道，因此，在设计机器人之前要对中央空调系统进行分析。因为每一种类型的空调其自身的系统都是不一样的，他们使用的材料也是不同的，所以，清洁的时候使用的清洁方式也是不同的。当前情况，想要设计一款全能型的清洁机器人，就必须对空调管道系统展开详细的结构分析。基于对空调风道系统装置的详细分析，清洁机器人应该进行的工作情况如下：①首先，清洁机器人要进入到空调风道检查其内部的环境，因此，需要给机器人配备行走机构，让机器人可以在风道内上下游走，此外，在系统中还要配备一个视频传感器，把风道内的情况传到相关的控制系统中，然后他们根据视频传来的情况制定清洁方案。②展开对风道的清扫。在清扫的过程中避免不了灰尘四处飞，基于这个原因，需要把空调的风口用气堵住，保证室内空气环境不被污染，之后启动机器人的清洁模式，对风管的内壁进行清洗，借助集尘净化器把管内的病菌吸收掉。最后，利用传感器对刚清理过的风道内壁进行检测，看是否清理干净。③恢复空调工作区域。使用清洁机器人对空调风道进行清理有非常大的优势，如：可进行可视化操控，制定清扫方案，便于管理清洁的质量。

（二）机器人各机构设计分析

1、控制系统分析

控制系统是清洁机器人做好本职工作的重要环节。基于电气自动技术，空调风道系统清洁的机器人控制系统是由视觉观测模块结合清洗模块组成的。其中，清洁装置系统要和行走系统联系在一起使用，一起完成机器人驱动、转向、升降以及清洗的工作，而视觉系统是把空调风道内的情况，以图片的形式传送到电脑中去，工作人员根据传来的信息制定清洗方案，控制清洗装置。在系统中的电机控制模块是由两个子系统组成的：步进电机驱动以及直流电机驱动，他们两个采用的是分组控制的方式，分别控制机器人的方向和速度，如此在很大程度上提升了机器人的运作效率。

2、行走机构分析

行走机构要满足每一种类型的空调风道清洗要求。如：竖直空调风道清洗，有障碍物的风道清洗。在本文设计的机器人中采用的是腿足型行走机构。这个行走机构是由滑轨、电机座、电磁铁脚等零件组成的。工作的原理是利用电机驱动组带动连杆机构推着滑块在滑轨上上下运动，同时借助于磁铁脚的力量，但齿轮转动的时候，磁铁被推出去，吸附在风道管内壁，当需要移动机器人的时候，就给电磁铁通电，让其吸附力消失。根据真实的清洗需求可以知道，清洗机器人需要在风道管内行走、旋转、爬坡等。

驱动机构的分析。驱动机构给机器人提供行走的动力，推动机器人向前行走，此外，机器人的推动能力还应该具备灵活性，可以随着风道管内的环境变化随时做出改变。我们经常見到的驱动方式有螺轮式、履带式、脚足式，其中脚足式，具有很强的适应能力，很强的翻越障碍的能力，适应粗糙风道的能力也很强，并且它还有着很强的承载能力。

导向机构设计。清洁机器人的运作模块中必须要有导向功能，只有这样，才可以让机器人在各种形状的风道中行走，并完成清洁工作。我们经常见到的导向机构是差速导向，其是由两个独立的驱动系统分别控制的。

升降机构分析。生活中经常见到的清洁机器人的升降机构可分为两种：连杆结构、伸缩杆结构。其中连杆结构可以很好地从水平方向转变成方向，反过来也一样，是一种具有极强适应力的机构，并且它的大小正好符合风道最小尺寸的要求。在升降机构中，可以实现通过相关软件建立模型，然后再进行仿真实验的过程。

3、清洁机构分析

清洁机构是机器人最核心的机构，其决定着清洁机器人运作的效率，清洁有效性以及推广价值和市场应用率。借助于行走机构机器人可以知道在风道内的行走方向和路径，但是清洁方式要对风道管内的杂质进行清理和回收。因此，清洁机构还要配备回收装置和清洁装置。

清洁机构设计。清洁机构需要配备清洁刷头、刷柄和吸尘管。清洁机构的驱动机构工作内容主要是上下摆动清洁机构，通过控制刷头和吸尘管的角度，在一定时间内完成清洁工作，然后换一个位置继续清洁，直到把空调风道清理干净。因此，可以使用蛇骨结构，利用蛇骨骨节进行固定，根据运行需要的长度铰接相邻的骨节，如此只要拽动一边的金属线，就可以改变弯曲的角度。

回收机构设计。把风道内的杂质清理掉并回收带走是清洁机器人最主要的工作内容，因此，在设计回收机构的时候，清洗机器人工作的原理重要是利用吸尘力来回收灰尘和杂质。

结论：综上所述，上述基于清洁中央空调的实际需求，完成机器人的机构设计，这样设计出来的清洁机器人有很高的工作效率，但是，在未来不断的探索中，还需要我们导入最新的设计理念、思路，不断地改善清洁机器人的机构，对其进行优化和升级，让其工作效率变得更高，质量变得更好。

参考文献：

[1]朱金金.中央空调管道清洁机器人机构设计与结构分析[J].湖北农机化，2020（17）：106-107.

[2]谷忠朋，黄添彪，张玉莲.中央空调管道清洁机器人机构设计[J].机械设计与制造工程，2020，49（06）：28-30.

作者简介：

董军（1991年10月-），男，汉族，籍贯：辽宁省普兰店市，本科学历，助理工程师，研究方向：空调系统设计制造。