（便携式）全方位污垢清理机的研究

1 郭磊阳 2 吴晓玮 3 方智超 4 杨海龙

1 （燕山大学）燕山大学机械工程学院 河北省秦皇岛市 066000 2 （燕山大学） 3 （燕山大学） 4 （燕山大学）

1.前言

城市安居环境已成为当前重点整治工作，在一些老城区以及住房建筑密集的区域，街区出现小广告满墙，污垢遍地的现象。近年来，出现了一批用于清洁的各种实用新型清洁机械，这些新的发明的确便利我们的市容市貌。但是也有着一些局限，比如清洁范围不全面，小街道，以及墙壁上的小广告仍然难以清洁，由此设计出一种单人便携式的清洁工具很有必要，可以便利清洁作业者清理墙面小广告，以及拥堵地段的污垢。

2.机器设计研究说明

如下图为所设计的单人便携式的污垢清理机的总览：

以下从工作原理，机器总体介绍，创新点说明，能源运用与分配，机器后期运行与维护四个方面进行说明。

2.1工作原理

该机器的清洁工作原理就是通过电机带动刷子的转动与接触面摩擦进行清洁，通过喷射水泵喷射清水以及清洁剂进行辅助清洁。

2.2机器总体介绍

该机器为操作者背带手持进行工作的一种清洁工具，该机器分为背带水箱，手持操作杆，以及带有清洁装置的接触面盘。背带水箱为供水装置，由操作者背带，背带水箱的水通过供水软管进行供水，工作者手握操作杆进行控制清洁，清洁底盘与所需清洁面接触进行清洁。同时由于地盘带有弹簧压缩轮，所以工作者可以操控清洁底盘在所需清洁的面上进行移动。

该机器可划分为3个模块，分别是供水系统，操作系统，清洁系统。

供水系统如图所示：

供水装置主要为清洁时提供清洁水源以及清洁剂，该装置利用背带水箱储存水源（清洁水源，清洁剂），通过软管与清洁底盘里的两个喷射水泵连接，两个水泵工作时将背带水箱里的清水以及清洁剂分别喷出。同时，水箱为浅色轻质材质，工作者可观察到水箱水量的剩余，以便及时补充。

操作装置主要为操作杆：

工作者背带水箱，手持操作杆，控制清洁，操作装置为长杆状，在杆的手持处有操控面板，操控面板上分布有控制清洁时间，清洁程度的控制按键，除此之外也会有电池电量反馈电路，便于操控者及时观察电池电量。

清洁装置主体为带有弹簧压缩轮的底盘，如图所示：

可移动的清洁底盘与操纵管相连，由于底盘带有弹簧压缩轮，在工作者的推动下，清洁底盘在接触面完成边移动边清洁。可移动清洁底盘构造包括三部分，有实现移动的三组弹簧压缩轮，有着一组主电机带动钢丝球转动，依靠摩擦完成清洁，有着两组喷射水泵分别喷射清水和清洁剂，强化清洁效果。钢丝刷位于底部的中间，两个水泵对称分布于钢丝刷的两侧，三组弹簧压缩轮也均匀分布在钢丝刷的周围。

2.3创新点说明

通过设计该机器以及运动分析，研究者对水箱，操作杆，以及底盘实现移动的轮子进行了改进。

对于背带水箱的而言，其形状需要贴合人体背部，以减轻操作者的背部压力，同时为了减轻背负压力，水箱采用轻质塑料。

对于操作杆的改进主要体现在便于手持的方向进行改进，由于操作者的身高，身形并不相同，所以需要操作杆的长度进行调节，以达到清洁墙面小广告或者地面污垢时最省力便捷，在杆的中部有伸缩节，上下简易套杆结构。

对于清洁底盘的移动，是在操作者手持操作杆时控制的，对于底盘的移动轮有两个创新点，其一是该轮是单方向移动轮，由于钢丝刷在清洁时转动，产生转动方向的力偶，单向轮可以维持除移动方向外的稳定性。除此外，该轮子的竖直方向上装有压缩弹簧，使其在清洁时可以通过外加压力增大清洁时的摩擦，强化清洁效果。

2.4能源运用与分配

该小型机器为电力驱动，采用可充电式小型锂电池作为电源，采用该种电池效率高，电能利用率高，基于单片机控制系统，采用充电电路，反馈电路，双电路的设计电路进行电能的利用与补充，实现了电池充电，LED指示，保护机制及异常处理等充电器所需的基本功能。反馈电路用于及时观察反馈机器电量剩余，便于电量补充。该机器的耗电量来自于清洁底盘上的电机和水泵，常规情况下，由于锂电池的耐用性也使得机器的续航电量较长。

2.5机器的后期运行与维护

设计者设计该机器的初衷出于清洁街道墙面小广告，地面的难以清理的污垢，所以这些清洁场所多在室外，而且这些清洁工作对于钢丝球的磨损较大，所以需要定期更换钢丝球，位于清洁底盘的钢丝球固定装置是通过卡扣固定在底盘结构上的，所以定期更换钢丝球时只需退出卡扣，更换钢丝套即可。

由于该机器作业多在室外，所以温度变化会较大，因此一年四季温度的变化对于电池的使用时长以及电池寿命影响较大，需要及时通过反馈电路，在单片机的控制下反馈出电池耗电速度来检查是否需要更换电池，并向操作者发出电池更换警告

3.机器电路简介

设计该便携式污垢清理机的重难点更偏向于各个电路的控制与反馈，对于其机械方面的正常运作也是基于单片机的系统的控制。利用32单片机控制电机驱动模块进一步来控制电机与水泵的运作状态，利用单片机内部的AD转换来检测电池的电压的变化，进一步确定电量，并向外反馈输出。

4.应用前景

对于该便携式清洁机研发，对于市容市貌的改善，老城区的居住环境的净化有其便利之处，除此之外对于清洁工作者而言，也减轻了人工动手清洁的负担。