CN105521971B - 一种高自由度的弯曲管道内壁清理装置及清理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高自由度的弯曲管道内壁清理装置，包括驱动模块、从动模块，所述的驱动模块包括驱动模块壳体及设置在所述的驱动模块壳体内侧的驱动电机，在所述的驱动电机输出端设置有与其相配合的减速机箱，在所述的减速机箱两侧分别设置有驱动轴，在所述的驱动轴上分别设置有蜗杆，在所述的驱动模块壳体上设置有与所述的蜗杆相啮合的传动齿轮，在所述的驱动模块壳体两侧外部分别设置有从动齿轮，所述传动齿轮与所述从动齿轮相啮合，所述的从动模块包括中间模块和末端模块，本发明通过采用相互球铰连接的驱动模块和从动模块，使整体结构能用于弯曲管道的内壁清理，同时采用设置激光传感器，可以实现对管道内侧的直径进行测量，方便设备的使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种高自由度的弯曲管道内壁清理装置及清理方法。
背景技术
现有的管道内壁清理机器人通常用于直管道的清理，对于设置有弯曲结构的管道，由于不能进行转向，使得适用范围受限，同时，能够进行清理的范围有限，在管道内存在异物时，不方便控制，容易出现碰撞。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高自由度的弯曲管道内壁清理装置及清理方法，能够改善现有技术存在的问题，通过采用相互球铰连接的驱动模块和从动模块，使整体结构能用于弯曲管道的内壁清理，同时采用设置激光传感器，可以实现对管道内侧的直径进行测量，方便设备的使用。
本发明通过以下技术方案实现：
一种高自由度的弯曲管道内壁清理装置，包括驱动模块、从动模块，所述的驱动模块包括驱动模块壳体及设置在所述的驱动模块壳体内侧的驱动电机，在所述的驱动电机输出端设置有与其相配合的减速机箱，在所述的减速机箱两侧分别设置有驱动轴，在所述的驱动轴上分别设置有蜗杆，在所述的驱动模块壳体上设置有与所述的蜗杆相啮合的传动齿轮，在所述的驱动模块壳体两侧外部分别对称设置有1个从动齿轮，所述的传动齿轮与所述的从动齿轮相啮合，所述的从动模块包括中间模块和末端模块，所述的中间模块前端与所述的驱动模块壳体相互球铰连接，所述的中间模块与所述的末端模块相互球铰连接，所述的中间模块外壁上设置有间隔排布的刮板，在所述的末端模块外壁上设置有清洗刷，在所述的驱动模块壳体内设置有控制器，所述的控制器通过线路与所述的驱动电机相连接，所述的刮板和所述的清洗刷的外径等于所述的2个从动齿轮最大外侧边缘距离，在所述的驱动模块壳体远离所述的中间模块一侧端面上设置有2个对称排布的激光传感器，2个所述的激光传感器分别通过线路与所述的控制器相连接，在所述的驱动模块壳体内设置有紧急制动模块，所述的紧急制动模块包括设置在所述的驱动模块壳体内的驱动液压装置和设置在所述的驱动模块壳体外侧的制动装置，所述的驱动液压装置通过线路与所述的控制器相连接，在所述的驱动模块壳体上设置有驱动模块壳体通孔，所述的制动装置一端铰接在所述的驱动模块壳体通孔的侧壁上，其另一端与所述的驱动液压装置的伸缩杆相互铰接，所述的驱动液压装置处于收缩状态时所述的制动装置外侧边缘到所述的驱动模块壳体外壁的距离小于所述的从动齿轮外侧边缘到所述的驱动模块壳体外壁的距离，所述的驱动液压装置处于伸长状态时所述的制动装置外侧边缘到所述的驱动模块壳体外壁的距离大于所述的从动齿轮外侧边缘到所述的驱动模块壳体外壁的距离。
进一步的，为更好地实现本发明，所述的中间模块外壁上设置有间隔排布的中间模块通孔，在所述的刮板一侧设置有连杆，所述的连杆贯穿所述的中间模块上的中间模块通孔，所述的连杆外部套装有压缩弹簧A，所述的压缩弹簧A一端固定连接在所述的刮板面向所述的中间模块一侧的侧壁上，所述的压缩弹簧A另一端固定连接在所述的中间模块的外壁上。
进一步的，为更好地实现本发明，所述的刮板远离所述的中间模块一侧外壁上设置有间隔设置的凹槽结构，所述凹槽结构的长度方向平行样所述的中间模块的轴线方向。
进一步的，为更好地实现本发明，在所述的末端模块侧壁上设置有间隔排布的末端模块通孔，在所述的清洗刷面向所述的末端模块一侧设置有清洗刷固定杆，所述的清洗刷固定杆贯穿所述的末端模块上的末端模块通孔，所述的清洗刷固定杆外部套装有压缩弹簧B，所述的压缩弹簧B一端固定连接在所述的清洗刷面向所述的末端模块一侧侧壁上，所述的压缩弹簧B另一端固定连接在所述的末端模块的外壁上。
进一步的，为更好地实现本发明，还公开了一种高自由度的弯曲管道内壁清理方法，包括以下步骤：
S1：将驱动模块、从动模块放入管道口，控制器向激光传感器发送驱动信号，激光传感器发送激光信号检测管道内径，并将监测数据发送到控制器，控制器判别2个从动齿轮的最大外侧边缘距离等于管道内径时，启动驱动电机；
S2：驱动电机通过减速机箱带动蜗杆转动，蜗杆带动传动齿轮转动，传动齿轮带动与其相啮合的从动齿轮转动，从动齿轮贴合在管道内壁上，沿着管道内壁移动，驱动模块壳体带动与其相连接的中间模块及与中间模块相连接的末端模块沿着管道移动；
S3：激光传感器检测到管道内侧存在障碍物时，控制器向驱动电机发送驱动信号使驱动电机停止运行，控制器向驱动液压装置发送驱动信号，使驱动液压装置推动制动装置贴合到管道内壁上。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明通过采用激光传感器检测管道内径，在从动齿轮能贴合在管道内壁上沿着管道内壁运行时，才将整体结构放入管道内，由于采用从动齿轮贴合管道内壁，能够使整体结构用于管道内壁整体结构的清洁，不会出现局部清洁导致清洁不彻底的问题；
(2)本发明通过采用本发明通过设置在驱动模块的驱动电机实现对整体结构的驱动，同时采用设置在中间模块上的刮板可以实现对管道内壁上的顽固灰尘进行刮除，并且采用设置在末端模块上的清扫刷，可以实现对管道内壁上附着的剩余灰尘进行清扫，结构简单，操作方便；
(3)本发明通过采用相互球铰连接的方式，能够使整体结构在管道内运行时，可以在遇到弯曲部位时进行转向，由于从动齿轮贴合在管道内壁上，使中间模块和末端模块能够在从动齿轮的带动下运行，实现对弯曲管道内部进行清理；
(4)本发明通过驱动液压装置，能够实现在需要时对整体结构进行紧急制动，避免碰撞，提高结构运行的安全性，同时，在需要时，可以起到对整体结构运行速度的限定的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明控制系统示意框图。
其中：101.驱动模块壳体，102.驱动电机，103.驱动轴，104.蜗杆，105.传动齿轮，106.从动齿轮，107.中间模块，108.末端模块，109.刮板，110.清洗刷，111.驱动液压装置，112.制动装置，113.连杆，114.压缩弹簧A，115.清洗刷固定杆。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细介绍，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1、2所示，一种高自由度的弯曲管道内壁清理装置，包括驱动模块、从动模块，所述的驱动模块包括驱动模块壳体101及设置在所述的驱动模块壳体101内侧的驱动电机102，在所述的驱动电机102输出端设置有与其相配合的减速机箱，在所述的减速机箱两侧分别设置有驱动轴103，在所述的驱动轴103上分别设置有蜗杆104，在所述的驱动模块壳体101上设置有与所述的蜗杆104相啮合的传动齿轮105，在所述的驱动模块壳体101两侧外部分别对称设置有1个从动齿轮106，所述的传动齿轮105与所述的从动齿轮106相啮合，所述的从动模块包括中间模块107和末端模块108，所述的中间模块107前端与所述的驱动模块壳体101相互球铰连接，所述的中间模块107与所述的末端模块108相互球铰连接，所述的中间模块107外壁上设置有间隔排布的刮板109，在所述的末端模块108外壁上设置有清洗刷110，在所述的驱动模块壳体101内设置有控制器，所述的控制器通过线路与所述的驱动电机102相连接，所述的刮板109和所述的清洗刷110的外径等于所述的2个从动齿轮106最大外侧边缘距离，在所述的驱动模块壳体101远离所述的中间模块107一侧端面上设置有2个对称排布的激光传感器，2个所述的激光传感器分别通过线路与所述的控制器相连接，在所述的驱动模块壳体101内设置有紧急制动模块，所述的紧急制动模块包括设置在所述的驱动模块壳体101内的驱动液压装置111和设置在所述的驱动模块壳体101外侧的制动装置112，所述的驱动液压装置111通过线路与所述的控制器相连接，在所述的驱动模块壳体101上设置有驱动模块壳体通孔，所述的制动装置112一端铰接在所述的驱动模块壳体通孔的侧壁上，其另一端与所述的驱动液压装置111的伸缩杆相互铰接，所述的驱动液压装置111处于收缩状态时所述的制动装置112外侧边缘到所述的驱动模块壳体101外壁的距离小于所述的从动齿轮106外侧边缘到所述的驱动模块壳体101外壁的距离，所述的驱动液压装置111处于伸长状态时所述的制动装置112外侧边缘到所述的驱动模块壳体101外壁的距离大于所述的从动齿轮106外侧边缘到所述的驱动模块壳体101外壁的距离。
本发明通过采用激光传感器检测管道内径，在从动齿轮能贴合在管道内壁上沿着管道内壁运行时，才将整体结构放入管道内，由于采用从动齿轮贴合管道内壁，能够使整体结构用于管道内壁整体结构的清洁，不会出现局部清洁导致清洁不彻底的问题；本发明通过采用本发明通过设置在驱动模块的驱动电机实现对整体结构的驱动，同时采用设置在中间模块上的刮板可以实现对管道内壁上的顽固灰尘进行刮除，并且采用设置在末端模块上的清扫刷，可以实现对管道内壁上附着的剩余灰尘进行清扫，结构简单，操作方便；本发明通过采用相互球铰连接的方式，能够使整体结构在管道内运行时，可以在遇到弯曲部位时进行转向，由于从动齿轮贴合在管道内壁上，使中间模块和末端模块能够在从动齿轮的带动下运行，实现对弯曲管道内部进行清理；本发明通过驱动液压装置，能够实现在需要时对整体结构进行紧急制动，避免碰撞，提高结构运行的安全性，同时，在需要时，可以起到对整体结构运行速度的限定的效果。
为了增大刮板与管道内壁之间的摩擦力，本实施例中，优选地，所述的中间模块107外壁上设置有间隔排布的中间模块通孔，在所述的刮板109一侧设置有连杆113，所述的连杆113贯穿所述的中间模块107上的中间模块通孔，所述的连杆113外部套装有压缩弹簧A114，所述的压缩弹簧A 114一端固定连接在所述的刮板109面向所述的中间模块107一侧的侧壁上，所述的压缩弹簧A 114另一端固定连接在所述的中间模块107的外壁上。
进一步优选地，为了增大刮板与管道内壁之间的摩擦力，本实施例中，所述的刮板109远离所述的中间模块107一侧外壁上设置有间隔设置的凹槽结构，所述凹槽结构的长度方向平行样所述的中间模块107的轴线方向。
为了提高清洗刷与管道内壁之间的相对摩擦力，提高清洗的效率，本实施例中，优选地，在所述的末端模块108侧壁上设置有间隔排布的末端模块通孔，在所述的清洗刷110面向所述的末端模块108一侧设置有清洗刷固定杆115，所述的清洗刷固定杆115贯穿所述的末端模块108上的末端模块通孔，所述的清洗刷固定杆115外部套装有压缩弹簧B，所述的压缩弹簧B一端固定连接在所述的清洗刷110面向所述的末端模块108一侧侧壁上，所述的压缩弹簧B另一端固定连接在所述的末端模块108的外壁上。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上，还公开了一种高自由度的弯曲管道内壁清理方法，包括以下步骤：
S1：将驱动模块、从动模块放入管道口，控制器向激光传感器发送驱动信号，激光传感器发送激光信号检测管道内径，并将监测数据发送到控制器，控制器判别2个从动齿轮106的最大外侧边缘距离等于管道内径时，启动驱动电机102；
S2：驱动电机102通过减速机箱带动蜗杆104转动，蜗杆104带动传动齿轮105转动，传动齿轮105带动与其相啮合的从动齿轮106转动，从动齿轮106贴合在管道内壁上，沿着管道内壁移动，驱动模块壳体101带动与其相连接的中间模块107及与中间模块107相连接的末端模块沿着管道移动；
S3：激光传感器检测到管道内侧存在障碍物时，控制器向驱动电机102发送驱动信号使驱动电机102停止运行，控制器向驱动液压装置111发送驱动信号，使驱动液压装置111推动制动装置贴合到管道内壁上。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种高自由度的弯曲管道内壁清理装置，其特征在于：包括驱动模块、从动模块，所述的驱动模块包括驱动模块壳体(101)及设置在所述的驱动模块壳体(101)内侧的驱动电机(102)，在所述的驱动电机(102)输出端设置有与其相配合的减速机箱，在所述的减速机箱两侧分别设置有驱动轴(103)，在所述的驱动轴(103)上分别设置有蜗杆(104)，在所述的驱动模块壳体(101)上设置有与所述的蜗杆(104)相啮合的传动齿轮(105)，在所述的驱动模块壳体(101)两侧外部分别设置有从动齿轮(106)，所述的传动齿轮(105)与所述的从动齿轮(106)相啮合，所述的从动模块包括中间模块(107)和末端模块(108)，所述的中间模块(107)前端与所述的驱动模块壳体(101)相互球铰连接，所述的中间模块(107)与所述的末端模块(108)相互球铰连接，所述的中间模块(107)外壁上设置有间隔排布的刮板(109)，在所述的末端模块(108)外壁上设置有清洗刷(110)，在所述的驱动模块壳体(101)内设置有控制器，所述的控制器通过线路与所述的驱动电机(102)相连接，所述的刮板(109)和所述的清洗刷(110)的外径等于2个从动齿轮(106)最大外侧边缘距离，在所述的驱动模块壳体(101)远离所述的中间模块(107)一侧端面上设置有2个对称排布的激光传感器，2个所述的激光传感器分别通过线路与所述的控制器相连接，在所述的驱动模块壳体(101)内设置有紧急制动模块，所述的紧急制动模块包括设置在所述的驱动模块壳体(101)内的驱动液压装置(111)和设置在所述的驱动模块壳体(101)外侧的制动装置(112)，所述的驱动液压装置(111)通过线路与所述的控制器相连接，在所述的驱动模块壳体(101)上设置有通孔，所述的制动装置(112)一端铰接在所述的通孔的侧壁上，其另一端与所述的驱动液压装置(111)的伸缩杆相互铰接，所述的驱动液压装置(111)处于收缩状态时所述的制动装置(112)外侧边缘到所述的驱动模块壳体(101)外壁的距离小于所述的从动齿轮(106)外侧边缘到所述的驱动模块壳体(101)外壁的距离，所述的驱动液压装置(111)处于伸长状态时所述的制动装置(112)外侧边缘到所述的驱动模块壳体(101)外壁的距离大于所述的从动齿轮(106)外侧边缘到所述的驱动模块壳体(101)外壁的距离；
所述的中间模块(107)外壁上设置有间隔排布的通孔，在所述的刮板(109)一侧设置有连杆(113)，所述的连杆(113)贯穿所述的中间模块(107)上的通孔，所述的连杆(113)外部套装有压缩弹簧A(114)，所述的压缩弹簧A(114)一端固定连接在所述的刮板(109)面向所述的中间模块(107)一侧的侧壁上，所述的压缩弹簧A(114) 另一端固定连接在所述的中间模块(107)的外壁上；
所述的刮板(109)远离所述的中间模块(107)一侧外壁上设置有间隔设置的凹槽结构，所述凹槽结构的长度方向平行于所述的中间模块(107)的轴线方向；
在所述的末端模块(108)侧壁上设置有间隔排布的通孔，在所述的清洗刷(110)面向所述的末端模块(108)一侧设置有清洗刷固定杆(115)，所述的清洗刷固定杆(115)贯穿所述的末端模块(108)上的通孔，所述的清洗刷固定杆(115)外部套装有压缩弹簧B，所述的压缩弹簧B一端固定连接在所述的清洗刷(110)面向所述的末端模块(108)一侧侧壁上，所述的压缩弹簧B另一端固定连接在所述的末端模块(108)的外壁上。
2.一种高自由度的弯曲管道内壁清理方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将驱动模块、从动模块放入管道口，控制器向激光传感器发送驱动信号，激光传感器发送激光信号检测管道内径，并将监测数据发送到控制器，控制器判别2个从动齿轮(106)的最大外侧边缘距离等于管道内径时，启动驱动电机(102)；
S2：驱动电机(102)通过减速机箱带动蜗杆(104)转动，蜗杆(104)带动传动齿轮(105)转动，传动齿轮(105)带动与其相啮合的从动齿轮(106)转动，从动齿轮(106)贴合在管道内壁上，沿着管道内壁移动，驱动模块壳体(101)带动与其相连接的中间模块(107)及与中间模块(107)相连接的末端模块沿着管道移动；
S3：激光传感器检测到管道内侧存在障碍物时，控制器向驱动电机(102)发送驱动信号使驱动电机(102)停止运行，控制器向驱动液压装置(111)发送驱动信号，使驱动液压装置(111)推动制动装置贴合到管道内壁上。
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