CN101537614A - 管道清洁及检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明是一种管道清洁及检测机器人，包括机械系统和控制系统，机械系统设有移动小车和装在该小车上的清洗作业装置；在移动小车的尾部装有检测和定位导向装置，检测装置为摄像头(1)，定位导向装置是一种能够使小车平行前进的装置；清洗作业装置包括清洗臂(15)、装在移动小车前部的清洗臂举升机构、装在第二工作台(14)上的清洗臂张合机构和装在清洗臂前端的清洗刷机构，清洗刷机构设有四个小刷(23)和压力传感器(22)，在该传感器同步检测和反馈调节作用下，每个小刷始终与管道的内壁紧密接触。本发明有效工作面积大、能清扫多种污染物、无甩尾现象、价格低廉，适应多种圆形管道包括变化管径的清扫作业，同时能够延长管道寿命。

Description

管道清洁及检测机器人

技术领域

本发明涉及机器人，具体涉及一种管道清洁及检测机器人。

背景技术

我国有各种通风管道、气管道、石油管道、下水道、自来水管道等，工业管道在国计民生中发挥着重要作用，管道一旦出现故障，不仅会造成巨大的经济损失，其故障的排除也相对比较困难。因此管道的定期清洁与检测对企业来说非常重要。

管道机器人在我国还处于初级发展阶段，管道的维护、监测及除尘等项目相对比较落后，国内现有产品多是对上个世纪七十年代末进口设备的改进，由于其设计背景的客观原因还是造成了很多不适合现今使用的问题。也有部分公司直接进口国外管道清洁机器人进行清洁、检测，但进口机器人价格昂贵，一般企业难以承受，而且清洁效果也不理想。如深圳市德昌电机集团有限公司的JECR-E600型管道机器人，在管道清洁与检测过程中，清洁机构采用单清洁臂、旋转刷头、驱动电机组成。清洁臂虽然可实现上下调节，360°旋转，但要逐点清洁管壁各部位，无法完成一次性清洁；同时，清洁臂臂长有限，对于变管径管道清洁，很难达到满意的效果；旋转刷头转速很高，然而机器人整体稳定性不佳，容易出现甩尾等现象。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种管道清洁及检测机器人。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：包括机械系统和控制系统，机械系统设有移动小车和装在该小车上的清洗作业装置。在移动小车的尾部装有检测装置和定位导向装置，检测装置为摄像头，定位导向装置是一种能够使小车平行前进的装置。清洗作业装置主要包括清洗臂、清洗臂举升机构、清洗臂张合机构和清洗刷机构四部分，其中，清洗臂举升机构装在移动小车的前部；清洗臂张合机构装在第二工作台上；清洗刷机构装在清洗臂的前端，该机构设有四个小刷和与之配套的压力传感器，在该传感器同步检测和反馈调节作用下，每个小刷始终与管道的内壁紧密接触。

本发明与现有技术相比，具有以下突出的主要效果：

1.设计出可变管径清洁机构，由连杆、丝杠螺母机构构成可变范围清扫的伞状张合机构，能满足不同直径管道的清扫。

2.设计出清洗臂举升机构，由丝杠螺母机构构成，实现清洗臂的定心。

3.伞状张合机构的四个刷头传感器实时检测刷头工作情况，自动反馈调节，使刷头始终与管壁紧密贴合，实现伞状张合机构旋转一周既可对相应管壁所有部位一次性清洁。

4.定位导向装置的定位导向杆装有应力传感器，实时反馈信号，操作者实时调节，使定位导向杆时刻保持与管道的一定范围的接触，保证机器人在清扫过程中始终与管道保持平行，完成高效，高质的清扫工作。

5.采用更换刷头式设计，可以满足管道不同污垢的清扫。同时集管道疏通、清扫、检测于一体。

总之，本发明能够较好地解决现有技术存在的问题，具有有效工作面积大、能清扫多种污染物、适应变化管径的清扫、无甩尾现象、价格低廉等优势，运用先进技术可进行多种圆形管道复杂环境下的管道作业，及时疏通、清扫与检测，避免故障发生，同时也能大大延长管道寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的左视图。

图4是本发明清洗作业装置结构主视图。

图5是本发明定位导向装置的结构主视图。

图中：1.摄像头；2.铰接座；3.第一连杆；4.定位导向杆；5.第一螺母；6.第一丝杠；7.车载控制模块；8.第一直流电机；9.第一齿轮；10.第二齿轮；11.第一工作台；12.连接轴；13.第三齿轮；14.第二工作台；15.清洗臂；16.第二直流电机；17.第四齿轮；18.第五齿轮；19.第二丝杠；20.第二螺母；21.第二连杆；22.压力传感器；23.小刷；24.第六齿轮；25.第三直流电机；26.第三丝杠；27.第三螺母；28.第七齿轮；29.第八齿轮；30.第四直流电机。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明是用于中央空调管道清洗和检测的机器人，如图1至图5所示：主要由机械系统和控制系统两大部分组成，结构简单、维护方便、故障率低。

1.机械系统：

该机械系统由移动小车，装在移动小车上的清洗作业装置，位于移动小车尾部的定位导向装置，以及位于移动小车尾部的检测装置组成。

移动小车为履带式小车，它是执行中央空调清洗任务的移动载体和任务搭载平台。

清洗作业装置：该装置是整个清洗机器人实施清洗作业的具体机构，它主要包括清洗臂15、清洗臂举升机构、清洗臂张合机构和清洗刷机构四部分。清洗臂张合机构和清洗臂举升机构将决定清洗机器人的作业能力，清洗刷机构将决定风管清洗的效率和质量。清洗臂举升机构装在移动小车的前部，该机构包括：第一直流电机8，第一齿轮9，第二齿轮10，第一工作台11，第三丝杠26，第三螺母27。清洗臂张合机构装在第二工作台14上，该机构包括：第二工作台14，第二直流电机16，第四齿轮17，第五齿轮18，第二丝杠19，第二螺母20，第二连杆21。清洗刷机构装在清洗臂15的前端，该机构设有四个小刷23和与之配套的压力传感器22，在该传感器同步检测和反馈调节作用下，每个小刷始终与管道的内壁紧密接触。

上述清洗作业装置，其各部件的连接关系如图4所示：第一直流电机8的电机轴与第一齿轮9固定相连，第一齿轮9与第二齿轮10啮合，第二齿轮10固定装在第三丝杠26的上端，第三丝杠26的下端垂直安装在移动小车的表面上，第三丝杠26与第三螺母27是带动的丝杠螺母机构。第一工作台11的左侧面装有两个第三螺母27，第一工作台11的右侧面通过连接轴12与第三齿轮13相连，清洗臂15与第二螺母20通过第二连杆21相连，清洗臂15的尾部与第二工作台14铰接相连。第二直流电机16的电机轴与第四齿轮17固定相连，第四齿轮17与第五齿轮18啮合，第五齿轮18固定安装在第二丝杠19的左端，第二丝杠19与第二螺母20是带动的丝杠螺母机构，第二丝杠19右端安装在第二工作台14上，第三直流电机25的电机轴与第六齿轮24固定相连，第六齿轮24与第三齿轮13啮合，第三齿轮13与第二工作台14固定相连，压力传感器22和小刷23与清洗臂15相连。

上述清洗作业装置，其工作过程是：清洗臂15的最前端装有小刷23和压力传感器22，在清扫过程中通过四个小刷上的传感器来同步检测同步反馈调节，控制第一直流电机8带动第一齿轮9的旋转，而第一齿轮9与第二齿轮10啮合，并且第二齿轮10与第三丝杠26相连，这样就能实现第三丝杠26的旋转，则第三螺母27就与第三丝杠26之间实现垂直方向的相对运动，从而带动第一工作台11垂直方向的移动，就能保证四个清洗臂15的中心在管道中心。同时第二直流电动机16带动第四齿轮17的旋转，就能实现第二丝杠19的旋转，则第二丝杠19与第二螺母20实现水平方向的相对运动，为清洗臂15的展开和收缩提供动力，保证清洗臂15最前端的小刷23始终与管壁紧密接触。第三直流电机25带动第六齿轮24的旋转，第六齿轮24与第三齿轮13啮合，这样就能实现第三齿轮13的旋转，第二工作台14第三齿轮13固定相连，且清洗臂15与第二工作台14相连，最终实现清洗臂15的旋转。

定位导向装置：该装置能够使移动小车平行前进，保证清扫的工作中的稳定性。该装置由定位导向杆4和使该导向杆实现伸缩运动的驱动机构组成，在机器人工作时，定位导向杆同步张开到与管道内壁紧密接触。驱动机构包括铰接座2，第一连杆3，第一螺母5、第一丝杠6、第七齿轮28、第八齿轮29和第四直流电机30。

上述定位导向装置，其各部件的连接关系如图5所示：铰接座2固定安装在小车表面上，定位导向杆4的头部(距其尾部约40mm处)通过第一连杆3与铰接座2铰接相连，定位导向杆4的尾部与第一螺母5外壳铰接相连。第一螺母5与第一丝杠6组成丝杠螺母副。第一丝杠6的两端为连接轴，其中左端连接轴与铰接座2相连，右端连接轴与第七齿轮28固定相连。第七齿轮28与第八齿轮29啮合，第八齿轮29与第四直流电机30的电机轴固定相连。

上述定位导向装置，其工作过程是：在本机器人的清扫工程中，控制单元能够根据管径的变化，控制第四直流电动机30，从而带动第八齿轮29，第八齿轮29与第七齿轮28啮合，并且第七齿轮28与第一丝杠6固定相连，这样就能实现第一丝杠6的旋转。第一螺母5与第一丝杠6是丝杠螺母机构，它利用丝杠与螺母的相对运动将旋转运动变为直线运动，该传动将第一丝杠6的旋转运动转化为第一螺母5的直线运动，从而实现了定位导向杆的伸缩运动。

检测装置：为摄像头1，其可以采用USB-CCTV或其它型号的摄像头，其作用是可以在本机器人工作及行进中对管道进行检测及探伤。

2.控制系统：

主要是对本机器人的工作过程进行自动控制。该系统包括ATmega64单片机，外围电路和直流电动机。所述外围电路，设有压力传感器22，其输出的模拟信号经放大和A/D转换后送入单片机的输入端；设有驱动上述四个直流电动机工作的电流放大电路，该电路与单片机输出端相连。

本发明总的工作过程是：在清扫过程中，通过清洗臂15上的四个压力传感器22来同步检测同步反馈，控制系统根据检测的信号来调节清洗臂举升机构，清洗臂15在清洗臂举升机构的作用下实现垂直方向的运动，从而保证四个清洗臂15的中心在管道中心。同时控制系统调节清洗臂张合机构，清洗臂15在清洗臂张合机构的作用下实现展开或者收缩的运动，保证四个小刷23始终与管道内壁紧密接触，实现了自动变径360度清扫。在本机器人清扫的过程中，控制系统还要时刻根据管径的变化控制定位导向装置，使定位导向杆4时刻保持与管道内壁的一定范围的接触，保证机器人在清扫过程中始终与管道保持平行，完成高效和高质量的清扫工作。同时，在清扫过程中，摄像头1会同步检测管道内的清扫情况，并实时传输到控制系统的显示屏上。

Claims (10)

1.一种管道清洁及检测机器人，包括机械系统和控制系统，机械系统设有移动小车和装在该小车上的清洗作业装置，其特征是：

在所述小车的尾部装有检测装置和定位导向装置，其中：检测装置为摄像头(1)；定位导向装置是一种能够使小车平行前进的装置；

清洗作业装置：该装置主要包括清洗臂(15)、清洗臂举升机构、清洗臂张合机构和清洗刷机构四部分，其中，清洗臂举升机构装在移动小车的前部；清洗臂张合机构装在第二工作台(14)上；清洗刷机构装在清洗臂(15)的前端，该机构设有四个小刷(23)和与之配套的压力传感器(22)，在该传感器同步检测和反馈调节作用下，每个小刷始终与管道的内壁紧密接触。

2.根据权利要求1所述的管道清洁及检测机器人，其特征是定位导向装置由定位导向杆(4)和使该导向杆实现伸缩运动的驱动机构组成，其中：

在机器人工作时，定位导向杆(4)同步张开到与管道内壁紧密接触；定位导向杆(4)通过第一连杆(3)与铰接座(2)铰接相连，铰接座(2)固定安装在小车表面上；

驱动机构的组成及各部件的连接关系是：第一螺母(5)和第一丝杠(6)组成丝杠螺母副，第一螺母(5)与所述的定位导向杆(4)的尾部铰接相连，第一丝杠(6)与第七齿轮(28)相连，第七齿轮(28)与第八齿轮(29)啮合，第八齿轮(29)与第四直流电机(30)相连。

3.根据权利要求1所述的管道清洁及检测机器人，其特征在于清洗臂举升机构由第一直流电机(8)、第一工作台(11)、丝杠螺母副及齿轮组成，其中：第一直流电机(8)与第一齿轮(9)相连，第一齿轮(9)与第二齿轮(10)啮合，第二齿轮(10)与第三丝杠(26)相连，第一工作台(11)与第三螺母(27)相连，第一工作台(11)与第三齿轮(13)通过轴(12)相连。

4.根据权利要求1所述的管道清洁及检测机器人，其特征在于清洗臂张合机构由第二直流电机(16)、第二工作台(14)、丝杠螺母副及齿轮组成，其中：第二直流电机(16)与第四齿轮(17)相连，第四齿轮(17)与第五齿轮(18)啮合，第五齿轮(18)与第二丝杠(19)相连，第二丝杠(19)与第二螺母(20)是带动清洗臂(15)张合的丝杠螺母副。

5.根据权利要求1所述的管道清洁及检测机器人，其特征在于所述的小刷(23)由刷头和刷柄组成，刷柄的上端安装刷头，刷柄的下端通过螺钉安装在清洗臂(15)的前端上。

6.根据权利要求5所述的管道清洁及检测机器人，其特征在于所述的刷头由尼龙、钢、不锈钢或铜制成，呈弧形、球形或滚筒形状。

7.根据权利要求1或5所述的管道清洁及检测机器人，其特征在于所述的小刷(23)，其上升或下降是靠第三丝杠(26)和第三螺母(27)组成的丝杠螺母副传动，第三丝杠(26)竖直固定，而第三螺母(27)与第一工作台(11)相连，通过第一直流电机(8)带动丝杠的传动，就能使工作台的上下移动，进而实现清洗臂(15)的定心。

8.根据权利要求1所述的管道清洁及检测机器人，其特征在于控制系统设有控制平台输入模块、显示模块和电机驱动模块，各模块通过数据线与单片机相连。

9.根据权利要求8所述的管道清洁及检测机器人，其特征在于：控制平台输入模块采用4×4矩阵键盘；显示模块采用ST7920点阵液晶控制芯片，电机驱动模块采用L288N电机驱动芯片。

10.根据权利要求1所述的管道清洁及检测机器人，其特征在于：摄像头(1)采用USB-CCTV摄像头。

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