阅读说明：本技术 屋顶天沟自清理装置及其清理方法 (Roof gutter self-cleaning device and cleaning method thereof ) 是由 郑宇航 郑霞忠 晋良海 杨丘 王爽 邓威 周佳丽 胡超然 陈国梁 仝立杨 向蕾 于 2019-12-11 设计创作，主要内容包括：一种屋顶天沟自清理装置及其清理方法,包括房屋天沟,房屋天沟设有排污口,房屋天沟内设置有沟槽清理机构,沟槽清理机构包括滑动杆,滑动杆两端分别设有滑动杆固定端和推挡面板固定端,滑动杆固定端和推挡面板固定端均设置在房屋天沟的壁上,推挡面板固定端上设有推挡面板,滑动杆上可滑动地设有U型刮刀滑动端,U型刮刀滑动端与U型刮刀连接,U型刮刀用于沿着房屋天沟内壁滑动。本发明沟槽清理机构能够对屋顶天沟进行自动清理,清洗效率高,避免了人工清理带来的不安全性和效率低下的问题。(The utility model provides a roof gutter self-cleaning device and clearance method thereof, including the house gutter, the house gutter is equipped with the drain, be provided with slot cleaning mechanism in the house gutter, slot cleaning mechanism includes the slide bar, the slide bar both ends are equipped with slide bar stiff end and pushing away fender panel stiff end respectively, slide bar stiff end and pushing away fender panel stiff end all set up on the wall of house gutter, be equipped with on the fender panel stiff end and push away the fender panel, be equipped with U type scraper sliding end on the slide bar slidable, U type scraper sliding end is connected with U type scraper, U type scraper is used for sliding along house gutter inner wall. The groove cleaning mechanism can automatically clean roof gutter, has high cleaning efficiency, and avoids the problems of unsafety and low efficiency caused by manual cleaning.)

屋顶天沟自清理装置及其清理方法

技术领域

本发明属于建筑装置领域，特别涉及一种屋顶天沟自清理装置及其清理方法。

背景技术

屋顶天沟是位于建筑物顶板侧面的下凹型结构，主要用于雨水收集和自由排水。由于天沟均采用露天布置，灰尘、落叶类异物极易掉落其中，久而久之形成淤积物；在冬季气温过低时，天沟内的积水极易凝结，并和上述淤积物形成更加难以清理的冰块淤积物。同时，发生堵塞后，清理方案大部分为人工登高进行清理，不方便且易发生跌落危险，少部分则是在地面上借助长距离装置进行清理，操作复杂且效率低下。

然而，现有技术中，只有对人工清理进行辅助和协调的装置，如专利CN201721615882.8公布了“一种天沟沟槽清理装置”和专利CN201721617747.7公布了“一种天沟管道口清理装置”，均为上述的“在地面上借助长距离装置”的方案，需要结合人工进行清理，且操作过程复杂，清洁效率不足。尚没有一种能够自行判断天沟状态并自动清理的装置或技术。

发明内容

鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的屋顶天沟自清理装置及其清理方法，沟槽清理机构能够对屋顶天沟进行自动清理，清洗效率高，避免了人工清理带来的不安全性和效率低下的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：

一种屋顶天沟自清理装置，包括房屋天沟，房屋天沟设有排污口，房屋天沟内设置有沟槽清理机构，沟槽清理机构包括滑动杆，滑动杆两端分别设有滑动杆固定端和推挡面板固定端，滑动杆固定端和推挡面板固定端均设置在房屋天沟的壁上，推挡面板固定端上设有推挡面板，滑动杆上可滑动地设有U型刮刀滑动端，U型刮刀滑动端与U型刮刀连接，U型刮刀用于沿着房屋天沟内壁滑动。

优选的方案中，所述的U型刮刀滑动端包括滑块本体，滑块本体设置有滑动孔，滑动孔内设置有绳索连接板，滑块本体外壁设置有卡槽，绳索连接板与绳索连接，绳索由固定端内部电机牵引；滑动杆包括滑动杆外壳，滑动杆外壳内壁设有多个呈线性排列的绳索挂环，滑动杆外壳上开设有条形的滑动杆外壳开口，滑动杆外壳开口上设置有多个呈线性排列的滑动杆外壳齿槽；绳索从绳索挂环内穿过，绳索连接板设置在滑动杆外壳开口内，绳索连接板用于沿着滑动杆外壳开口滑动；固定端内部电机设置在滑动杆内部一端。

优选的方案中，所述的U型刮刀包括刮刀主体和刮刀尖端，刮刀主体的侧部和底部分别设有U型刮刀侧部内磁铁和U型刮刀底部内磁铁；房屋天沟内部设有天沟侧部内磁铁条和天沟底部内磁铁条；天沟侧部内磁铁条与U型刮刀侧部内磁铁相对应，天沟底部内磁铁条与U型刮刀底部内磁铁相对应。

优选的方案中，所述的刮刀尖端应为具有磁感特性的材料制成，且刮刀尖端为流线型，通过电路部分的控制，U型刮刀侧部内磁铁、U型刮刀底部内磁铁、天沟侧部内磁铁条和天沟底部内磁铁条与刮刀尖端构成了电磁加热部分。

优选的方案中，所述的推挡面板包括推挡面板转动齿轮和推挡面板滑动槽，挡面板转动齿轮安装在横梁上；推挡面板滑动槽包括滑动槽主体，滑动槽主体上设有齿轮槽，齿轮槽与推挡面板转动齿轮啮合；横梁上且位于推挡面板转动齿轮下方设有推挡面板卡槽，推挡面板转动齿轮由电机驱动，推挡面板卡槽用于U型刮刀滑动端的卡槽相配合。

优选的方案中，所述的U型刮刀滑动端前端设有传感器探测装置连接，传感器探测装置包括探测横杆，探测横杆与套接在滑动杆上，探测横杆中部设有探测竖杆，房屋天沟或屋顶顶板上设有传感器。

优选的方案中，所述的探测竖杆包括探测固定杆，探测固定杆与探测横杆连接，探测固定杆垂直于探测横杆设置，探测固定杆下端设有中心转子，中心转子与探测旋转杆转动连接，探测旋转杆垂直于探测固定杆；传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器和电导传感器。

优选的方案中，所述的探测横杆内设置有齿轮电机，齿轮电机输出端设置有齿轮，齿轮与滑动杆外壳齿槽啮合；在探测横杆的两端设置有滑动圆孔，滑动杆外壳从滑动圆孔内穿过，齿轮位于滑动圆孔内。

优选的方案中，所述的排污口包括天沟启闭轴和天沟启闭板，天沟启闭轴带动天沟启闭板开启或关闭，天沟启闭轴由电机驱动，所述的电机布置在房屋天沟内。

本专利可达到以下有益效果：

传感器部分将外界环境等方面因素的信号进行捕获和分析，位于房屋天沟内的探测竖杆将淤积物方面因素的信号进行捕获和分析，上述信号综合之后再利用电路部分进行传递，从而控制沟槽清理部分的启闭和调整，进而实现“自行判断天沟状态并自动清理”的目的。清理过程中，上述U型刮刀先行单独运行，以将淤积物从天沟表面刮离、铲起；之后，U型刮刀与推挡面板组合成整体，将已剥离的淤积物推送至天沟启闭板处，布置好淤积物接收袋或垃圾袋后打开启闭板即可排出。该装置能够根据外界环境、淤积物等多方面因素的不同，进行相对应的清理，且这个清理过程可根据上述因素进行启闭和调整，不需要人工登高和辅助操作，极大程度提高了清理效率、使用便捷性和安全性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明整体示意图；

图2为本发明推挡面板下放过程示意图;

图3为本发明推挡面板合并使用示意图；

图4为本发明U型刮刀滑动端局部详图；

图5为本发明滑动杆内部详图；

图6为本发明推挡面板局部详图；

图7为本发明天沟排污口启闭设备示意图；

图8为本发明弧形天沟示意简图；

图9为传感器部分的安装位置示意图；

图10为探测横杆局部详图；

图11为探测横杆滑动孔内部详图；

图12为齿轮电机的齿轮与外壳齿槽交互示意图；

图13为U型刮刀滑动端与滑动杆交互示意图；

图14为探测横杆与滑动杆交互示意图；

图15为U型刮刀内磁铁示意图；

图16为传感器电路图；

图17为中央处理器电路图；

图18为输出端电路图；

图19为程序流程示意图；

图20为探测旋转杆工作示意图；

图21为排污口天沟启闭轴和天沟启闭板结构示意图。

图中：房屋顶板1，房屋天沟2，天沟侧部内磁铁条2-1，天沟底部内磁铁条2-2，滑动杆固定端3-1，U型刮刀滑动端3-2，绳索连接板3-2-1，卡槽3-2-2，推挡面板固定端3-3，滑动杆4，滑动杆外壳4-1，绳索挂环4-2，滑动杆外壳开口4-3，滑动杆外壳齿槽4-4，固定端内部电机4-5,刚性绳索4-6,U型刮刀5，刮刀主体5-1，刮刀尖端5-2，U型刮刀侧部内磁铁5-3，U型刮刀底部内磁铁5-4，推挡面板6，推挡面板转动齿轮6-1，推挡面板滑动槽6-2，滑动槽主体6-2-1，齿轮槽6-2-2，推挡面板卡槽6-2-3，天沟启闭轴7-1，天沟启闭板7-2，探测横杆8，齿轮电机8-1，探测竖杆9，探测固定杆9-1，探测旋转杆9-2，中心转子9-3； VCC为电源，R为电阻，GND为接地端，SC-1至SC-5为传感器信号接口，M为电机，YA为电磁铁。

具体实施方式

优选的方案如图1至图21所示，一种屋顶天沟自清理装置及其清理方法，包括房屋天沟2，房屋天沟2设有排污口，房屋天沟2包括直线型天沟和弧形天沟，如图1和图8所示。房屋天沟2内设置有沟槽清理机构，沟槽清理机构包括滑动杆4，滑动杆4两端分别设有滑动杆固定端3-1和推挡面板固定端3-3，滑动杆固定端3-1和推挡面板固定端3-3均设置在房屋天沟2的壁上，推挡面板固定端3-3上设有推挡面板6，滑动杆4上可滑动地设有U型刮刀滑动端3-2，U型刮刀滑动端3-2与U型刮刀5连接，U型刮刀5用于沿着房屋天沟2内壁滑动。

进一步地，如图13和图5所示，U型刮刀滑动端3-2包括滑块本体，滑块本体设置有滑动孔，滑动孔内设置有绳索连接板3-2-1，滑块本体外壁设置有卡槽3-2-2，绳索连接板3-2-1与绳索4-6连接，绳索4-6由固定端内部电机4-5牵引；滑动杆4包括滑动杆外壳4-1，滑动杆外壳4-1内壁设有多个呈线性排列的绳索挂环4-2，滑动杆外壳4-1上开设有条形的滑动杆外壳开口4-3，滑动杆外壳开口4-3上设置有多个呈线性排列的滑动杆外壳齿槽4-4；绳索4-6从绳索挂环4-2内穿过，绳索连接板3-2-1设置在滑动杆外壳开口4-3内，绳索连接板3-2-1用于沿着滑动杆外壳开口4-3滑动；固定端内部电机4-5设置在滑动杆4内部一端。固定端内部电机4-5输出端设有皮带轮，转轴与绳索4-6传动配合，与固定端内部电机4-5相对一端也设有皮带轮，两个皮带轮将绳索4-6支撑。固定端内部电机4-5带动绳索4-6转动，从而带动绳索连接板3-2-1移动，从而带动U型刮刀滑动端3-2移动。由于滑动杆4底部有开口，也即滑动杆外壳开口4-3，使得上述绳索连接板3-2-1能够伸入滑动杆4内部。

进一步地，如图4和图15所示，U型刮刀5包括刮刀主体5-1和刮刀尖端5-2，刮刀主体5-1的侧部和底部分别设有U型刮刀侧部内磁铁5-3和U型刮刀底部内磁铁5-4；房屋天沟2内部设有天沟侧部内磁铁条2-1和天沟底部内磁铁条2-2；天沟侧部内磁铁条2-1与U型刮刀侧部内磁铁5-3相对应，天沟底部内磁铁条2-2与U型刮刀底部内磁铁5-4相对应。

进一步地，所述刮刀尖端5-2应为具有磁感特性的材料制成，且刮刀尖端5-2为流线型，通过电路部分的控制，U型刮刀侧部内磁铁5-3、U型刮刀底部内磁铁5-4、天沟侧部内磁铁条2-1和天沟底部内磁铁条2-2与刮刀尖端5-2构成了电磁加热部分。电磁加热部分基础原理为：当金属物体与磁场发生相对运动时会产生交变电流，这种交变电流会使得金属内的载流子做高速无规则运动，从而与原子发生相互碰撞，进而摩擦产生热能（与电磁炉加热的原理相同）。相对运动可以是物体自身运动，也可以是磁场自身变化。结合上述原理可知，参考附图15，需要先在刮刀主体5-1内布置电磁铁部分，即U型刮刀侧部内磁铁5-3和U型刮刀底部内磁铁5-4。在需要使用该功能的时候，参考说明书的最后，“上述中央处理器可采用单片机或计算机等一切能运行上述流程程序的设备，包括但不限于：品牌为Risym、型号为STC89C52RC-40I的单片机。”，可以利用单片机，控制电源供电的大小，从而调整电磁铁的磁场强度和交变频率，进而完成上述原理中的“磁场自身变化完成相对运动”。上述刮刀主体5-1内的电磁铁部分，除了此功能外，还有调控刮刀力度大小的功能，即通过调节磁力的大小，从而调节其与天沟内的磁铁部分的吸引力大小，所述刮刀尖端5-2应采用具有高强度、高硬度、具有磁感能力等特性的材料制成，尖端采用流线型，以便于将淤积物刮离、铲起，进而提高在冬季气温过低时对冰块淤积物的刮离能力。所述刮刀主体5-1，内部设有能够分别与上述天沟侧部内磁铁条2-1和天沟底部内磁铁条2-2发生对应交互的U型刮刀侧部内磁铁5-3和U型刮刀底部内磁铁5-4，进而调控U型刮刀5在房屋天沟2上刮动过程中的紧密程度；同时，通过电路部分的控制，可借助上述刮刀主体5-1内部的电磁铁对刮刀尖端5-2实现“电磁加热”，进而提高在冬季气温过低时对冰块淤积物的刮离能力。

进一步地，如图6所示，推挡面板6包括推挡面板转动齿轮6-1和推挡面板滑动槽6-2，挡面板转动齿轮6-1安装在横梁上；推挡面板滑动槽6-2包括滑动槽主体6-2-1，滑动槽主体6-2-1上设有齿轮槽6-2-2，齿轮槽6-2-2与推挡面板转动齿轮6-1啮合；横梁上且位于推挡面板转动齿轮6-1下方设有推挡面板卡槽6-2-3，推挡面板转动齿轮6-1由电机驱动，推挡面板卡槽6-2-3用于U型刮刀滑动端3-2的卡槽3-2-2相配合。当U型刮刀5将淤积物从天沟上剥离后，U型刮刀5复位至推挡面板6旁边，图6中推挡面板6上的推挡面板转动齿轮6-1开始转动，使得推挡面板6沿着推挡面板滑动槽6-2向下移动，当推挡面板6刚好下移到U型刮刀5上时，推挡面板卡槽6-2-3和图4中的卡槽3-2-2卡紧，使得二者成为一个整体。推挡面板6与U型刮刀5结合的流程如图1-3所示。

进一步地，U型刮刀滑动端3-2前端设有传感器探测装置连接，传感器探测装置包括探测横杆8，探测横杆8与套接在滑动杆4上，探测横杆8中部设有探测竖杆9。房屋天沟2上设有传感器，如图9所示。

进一步地，如图9-12所示，探测竖杆9包括探测固定杆9-1，探测固定杆9-1与探测横杆8连接，探测固定杆9-1垂直于探测横杆8设置，探测固定杆9-1下端设有中心转子9-3，中心转子9-3与探测旋转杆9-2转动连接，探测旋转杆9-2垂直于探测固定杆9-1；传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器和电导传感器。传感器的作用在于：先探测淤积物状态，再利用U型刮刀5将淤积物刮起，再利用推挡面板6将淤泥整体推走。探测旋转杆9-2可采用电导传感器，通过探测横杆不同部位布置多个传感器用以捕捉对应深度的电导率讯息，进而分析其淤积物深度；所述电导传感器的型号，包括但不限于：品牌为REMOND AOTO，型号为RMD-ISEC2。”其对应的工作图如附图20所示，电导率传感器可以判断不同物质的电导率。进一步的，空气的电导率是无穷小（也即绝缘状态）；水的电导率在2.5×10²S/M左右（单位：西门子每米）；淤积物属于混合物，电导率会远小于水，因此在水流与淤积物的交界处，电导率会有陡降。对于所述中心转子9-3，本质上是一个固定在探测固定杆9-1上的电机，其转轴与探测旋转杆9-2连接，从而能够带动探测旋转杆9-2绕其做圆周运动，使得上述电导传感器能够全面的捕捉到天沟内淤积物的状态。如附图9所示，探测横杆8和探测竖杆9是一个整体，但是该整体与上述U型刮刀5不相连，正如上述使用步骤所示，应该是先探测，再刮起，最后组合并推走。温度传感器、湿度传感器可以设置在房屋天沟2上。所述探测旋转杆9-2能够探测对应区域的淤积物状态。所述探测固定杆9-1固定于探测横杆8上，且竖直向下不能移动；所述中心转子9-3连接探测固定杆9-1和探测旋转杆9-2，且使得探测旋转杆9-2能够绕其转动。

进一步地，如图11-12所示，探测横杆8内设置有齿轮电机，齿轮电机输出端设置有齿轮8-1，齿轮8-1与滑动杆外壳齿槽4-4啮合；在探测横杆8的两端设置有滑动圆孔，滑动杆外壳4-1从滑动圆孔内穿过，齿轮8-1位于滑动圆孔内。通过电路部分驱动齿轮电机，进而实现探测横杆8在滑动杆4上滑动的功能，上述操作流程示意图如附图14所示。

进一步地，排污口包括天沟启闭轴7-1和天沟启闭板7-2，天沟启闭轴7-1带动天沟启闭板7-2开启或关闭，天沟启闭轴7-1由电机驱动，所述的电机布置在房屋天沟2内。从而实现此处排污口的开启与闭合功能。

如图19所示，a、b、c、d均为参数变量，用于综合分析时区别不同的情况，例如：当a=0且c=0时，极大可能为冬季结冰状态，可由此启动“电磁加热”部分；当b=1且d=0时，即虽不符合时间要求，但淤积物过厚，仍需进行清理。上述两种情况仅用以举例，实际发明中可根据不同情况优化优化对应的算法和决策方式；

电路部分的中央处理器对上述信号进行综合分析，判断相关问题，包括但不限于以下内容：是否接近清理周期，是否处于冬季难清理状态，淤积物数量多少。

对于计时器部分，假定清理周期为T，距离上次清理的时间为t，令X=（T-t）/T，也即此时到下次清理的时间比例，当这一比例过小时，可认为已接近清理周期；上述比例的许用值为Y，当X＞Y时，令b=1；当X＜Y时，令b=0；当X=0时，也即达到清理周期，强制进行清理；

对于电导传感器部分，根据探测横杆不同部位的电导率不同，判断淤积物可能的厚度，其示意图如附图20所示。

上述温度传感器可采用的型号，包括但不限于：品牌为松导，型号为WZP-187-3PBO。

上述湿度传感器可采用的型号，包括但不限于：品牌为妙昕，型号为TH10S-B。

上述计时器可采用的型号，包括但不限于：品牌为Omron，型号为H7E。

上述探测旋转杆9-2可采用电导传感器，通过探测横杆不同部位布置多个传感器用以捕捉对应深度的电导率讯息，进而分析其淤积物深度；所述电导传感器的型号，包括但不限于：品牌为REMOND AOTO，型号为RMD-ISEC2。

上述中央处理器可采用单片机或计算机等一切能运行上述流程程序的设备，包括但不限于：品牌为Risym、型号为STC89C52RC-40I的单片机。

上述电机可采用的型号，包括但不限于：品牌为CHENGX，型号为5A调速器。

优选的方案中，所述的屋顶天沟自清理装置的清洗方法，包括如下步骤：

步骤一：温度传感器和湿度传感器分别采集温度和湿度信号，划分温度值区域用来区分冬季和夏季，通过湿度值来判别房屋天沟2周围的湿度情况；电导传感器用于探测淤积物深度情况；传感器将上述外界环境、淤积物等多方面因素的不同讯号传递给中央处理器，进而控制不同的机械部件，实现对应的功能。

步骤二，探测竖杆9定期在房屋天沟2内移动，探测竖杆9的间隔时间可装设计时器计算距离上次清理的时间，电导传感器探测到了淤积物后，固定端内部电机4-5启动，带动U型刮刀5滑动，从而将淤积物与房屋天沟2内壁剥离开；同时当气候符合冬季条件时，启动电磁加热部分，不符合冬季条件时不启动“电磁加热”部分；

步骤三，U型刮刀5往复运动一次或数次后，将淤积物剥离开，随后运动到推挡面板6正下方，推挡面板卡槽6-2-3，将推挡面板卡槽6-2-3与卡槽3-2-2连接；

步骤四，U型刮刀5带动推挡面板6向排污口运动，同时天沟启闭板7-2开启，推挡面板6将淤积物排出。

本发明电路部分可实现的工作原理（为了便于描述将本装置的部件分为了A、B、C、D、E五个大类）如下：

A、房屋顶板上的温度传感器、湿度传感器、计时器、中央处理器等

B、探测部分：两侧的电机、中心转子的电机、电导传感器

C、刮刀部分：滑动杆端口内的电机、刮刀主体内的电磁铁

D、挡板部分：顶部的电机

E、天沟启闭处：内部的电机

电路布置可采取下述方案：

在A处布置总电源（太阳能蓄电池，或直接与房屋内电源连接）；由于B、C均在天沟上滑动，因此可以直接使用长导线引出到A处；由于D距离较远且需要垂直移动，因此可在其内部单独布置蓄电池和无线接收装置（无线接收装置用于接收中央处理器发出的讯号）；由于E位于天沟内部，因此可以直接将导线布置于天沟内部，并引出到A处。

进一步地，上述B、C、D和天沟，均设计有中空结构，用于各类电路的走线布置；且，根据之前的结构介绍可知，B和C需要在整个部件内均设计中空结构，D只需要在其顶部设计中空结构即可，而天沟需要从其启闭处至房屋顶板处设计中空结构。