CN106216331A - 一种水下清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下清洗机器人，用于对水下导管进行清洗作业，包括：机器人本体，沿所述机器人本体设有容纳所述导管的工作区；行走部件，所述行走部件包括至少两夹持器，所述夹持器与所述机器人本体相连，所述夹持器的夹持中心与所述导管中心线重合，且其中至少一夹持器与所述机器人本体之间设有升降机构，所述升降机构驱动所述夹持器或所述机器人本体升降；清洗装置，所述清洗装置包括高压清洗头，所述高压清洗头安装于所述机器人本体上，且所述高压清洗头朝向所述工作区，用于清洗所述导管表面。

Description

一种水下清洗机器人

技术领域

本发明涉及水下管道清洗装置领域，具体涉及一种水下清洗机器人。

背景技术

水下平台导管上附着有大量的海生物，现有技术中对于导管清洗主要是潜水员携带高压水射流设备下潜至水中进行作业，通过高压水射出水压约30～50MPa，但是使用该装置进行清洗时，高压水射流的巨大冲击会对潜水员造成极大的安全威胁，尤其是在海水浑浊能见度低或在漩涡的海域，根本无法通过潜水员进行导管架的清洗。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种水下清洗机器人，能够取代水下人工清洗导管作业，在提高清洗工作效率的同时节约成本，具有安全、可靠和效率高的优点。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种水下清洗机器人，用于对水下导管进行清洗作业，包括：

机器人本体，沿所述机器人本体设有容纳所述导管的工作区；

行走部件，所述行走部件包括至少两夹持器，所述夹持器与所述机器人本体相连，所述夹持器的夹持中心与所述导管中心线重合，且其中至少一夹持器与所述机器人本体之间设有升降机构，所述升降机构驱动所述夹持器或所述机器人本体升降；

清洗装置，所述清洗装置包括高压清洗头，所述高压清洗头安装 于所述机器人本体上，且所述高压清洗头朝向所述工作区，用于清洗所述导管表面。

在上述技术方案的基础上，旋转装置，其包括导轨板组件和导向轮组件，所述导向轮组件与所述导轨板组件转接，且所述导轨板组件与所述机器人本体相连，所述导向轮组件与所述高压清洗头相连，所述导向轮组件与所述导轨板组件配合，所述导向轮组件带动所述高压清洗头可绕所述导管作360度往复旋转运动。

在上述技术方案的基础上，所述导轨板组件包括环状的第一导轨片、第二导轨片、齿轮片和第三导轨片，所述第一导轨片、第二导轨片、齿轮片和第三导轨片从上至下依次间隔设置，且所述第一导轨片、第二导轨片、齿轮片和第三导轨片的中心与所述导管中心线重合，所述第一导轨片与所述机器人本体相连；

所述导向轮组件包括固定板，所述固定板位于所述导轨板组件的下方，所述固定板朝向所述导轨板组件的一侧面板上设有连接杆和液压马达，所述连接杆上设有两导向轮，且所述导向轮分别与所述第二导轨片和第三导轨片转接，所述液压马达的输出端设有与所述齿轮片啮合的齿轮；所述固定板的另一侧面板与所述高压清洗头相连。

在上述技术方案的基础上，所述机器人本体上方设有围绕所述导管的环形轨道，所述轨道上设有可沿所述轨道滑动的滑片，与所述高压清洗头相连的清洗管与所述滑片相连，所述滑片带动所述清洗管绕所述机器人本体移动。

在上述技术方案的基础上，所述行走部件包括上夹持器和下夹持器，所述下夹持器与所述机器人本体固接，所述上夹持器与所述机器人本体通过所述升降机构相连，所述下夹持器位于所述上夹持器的正下方。

在上述技术方案的基础上，所述夹持器包括：

夹持器本体，所述夹持器本体朝向所述管体的一侧为弧形面，所述夹持器本体的另一侧设有一对油缸；

一对夹持臂，分别与所述夹持器本体的两端铰接，所述夹持臂包括夹持端和连接端，所述连接端连接所述油缸的伸缩端，所述夹持臂受所述油缸的活塞杆伸缩而转动，两所述夹持臂的夹持端和所述夹持器本体的弧形面共圆，所述夹持端设有橡胶滚轮，所述橡胶滚轮的轴线与所述导管的轴线平行。

在上述技术方案的基础上，所述升降机构包括滑轨、滑块和升降油缸，所述滑轨设于所述机器人本体上，所述滑块与所述滑轨滑动连接，所述升降油缸的伸缩端与所述滑块相连，驱动所述滑块相对所述滑轨升降，所述滑块与所述夹持器固定连接。

在上述技术方案的基础上，所述清洗装置还包括：

安装基座，所述安装基座位于所述机器人本体下方，且与所述机器人本体相连；

安装板，所述高压清洗头安装于所述安装板上，且所述安装板与所述安装基座滑动连接；

液压缸，所述液压缸与所述安装板固定连接，所述液压缸驱动所述安装板相对所述安装基座滑动，所述安装板带动与其相连的高压清洗头靠近或远离运动，且所述高压清洗头的运动路径为所述导管的径向。

在上述技术方案的基础上，所述高压清洗头包括：

壳体，所述壳体上设置有第一水流通道；

旋转轴，所述旋转轴与所述壳体之间设置有密封组件，所述旋转轴部分位于所述壳体内，所述旋转轴沿轴线方向开设有第二水流通 道，所述第二水流通道与所述第一水流通道联通，且靠近第二水流通道与所述第一水流通道的联通处设有密封组件；

喷头本体，所述喷头本体内设有与所述第二水流通道联通的第三水流通道，所述喷头本体与所述旋转轴的一端相连，所述旋转轴带动所述喷头本体旋转；

喷头，所述喷头安装于所述喷头本体。

在上述技术方案的基础上，所述第三水流通道为Y型圆孔通道，所述圆孔通道的靠近所述壳体的一端连接所述第二水流通道，所述圆孔通道的另一端连接两所述喷头。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的水下清洗机器人包括行走部件和清洗喷头，行走部件可沿导管表面上下爬行，在爬行的同时通过清洗喷头喷出的高压水清洗导管表面，本发明能够代替人工进行水下清洗作业，清洗清洁度高、效率高且成本低。

(2)本发明的水下清洗机器人包括旋转装置，旋转装置带动清洗喷头绕导管表面旋转，实现一边旋转一边清洗，实现360度无死角清洗代管表面，清洗清洁度高；为防止清洗喷头旋转的过程中清洗管旋转缠绕设置了环形轨道和绕环形轨道滑动的滑片，滑片带动清洗管随清洗喷头的旋转而旋转。

(3)本发明的水下清洗机器人包括驱动安装板相对安装基座滑动，使得安装在安装板上的清洗喷头可以做朝向和远离导管的径向运动，可以防止清洗喷头碰触导管表面，保护清洗喷头碰触损坏。

附图说明

图1为本发明实施例的主视图；

图2为本发明实施例的侧视图；

图3为本发明实施例的俯视图；

图4为图2中A的局部放大图；

图5为本发明实施例中夹持器的俯视图；

图6为本发明实施例中夹持器的侧视图；

图7为本发明实施例中机器人本体的侧视图；

图8为本发明实施例中清洗装置的侧视图；

图9为本发明实施例中清洗装置的结构示意图；

图10为本发明实施例中清洗装置的高压清洗头的结构示意图；

图11为本发明实施例中升降机构的结构示意图。

图中：1-导管，10-机器人本体，11-工作区，12-升降机构，121-滑轨，122-滑块，123-升降油缸，124-夹持器固定板，13-轨道，14-滑片，15-吊耳，16-连接片；

2-行走部件，20-夹持器，20a-上夹持器，20b-下夹持器，21-夹持器本体，22-油缸，23-夹持臂，24-夹持端，25-连接端，26-橡胶滚轮，27-橡胶块，28-固定耳座，29-铰接耳座；

3-清洗装置，30-高压清洗头，301-壳体，302-第一水流通道，303-旋转轴，304-密封组件，305-第二水流通道，306-喷头本体，307-第三水流通道，308-喷头，309-套管，310-前端盖，311-后端盖，312-压盖，313-轴承，314-环形通道，31-安装基座，32-安装板，321-上安装板，322-钢棒，323-下安装板，324-连接板，33-液压缸，34-导向槽，35-马达，36-联轴器，37-活塞杆，38-清洗罩；

4-旋转装置，40a-导轨板组件，41a-第一导轨片，42a-第二导轨片，43a-齿轮片，44a-第三导轨片，45a-螺栓，40b-导向轮组件，41b-固定板，42b-连接杆，43b-液压马达，44b-导向轮，45b-齿轮。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1至图7所示，本发明实施例提供一种水下清洗机器人，用于对水下导管1进行清洗作业，包括：

机器人本体10，参见图7所示，机器人本体10为钢架结构，镂空的结构减少了机器人在水中的阻力，同时节省材料、降低成本。钢架结构为中空结构，沿机器人本体10的腹腔中心线设有容纳导管1的工作区11，工作状态下，机器人本体10套于导管1外，导管1贯穿整个工作区11，工作区11的中心线与导管1的中心线重合，使得机器人平稳的沿导管1表面行走。机器人本体10的上方架设有围绕导管1的环形轨道13，轨道13上设有可沿轨道13滑动的滑片14，滑片14设有用于与高压清洗头30相连的清洗管的环圈，滑片14可带动清洗管绕机器人本体10移动。机器人本体10的上方还设有吊耳15，吊耳15用于连接吊装机器人本体10进出水，机器人本体10下部具有间隔设置的若干连接片16。

行走部件2，行走部件2包括至少两夹持器20，夹持器20安装于机器人本体10朝向工作区的一侧内壁上，夹持器20的夹持中心与导管1中心线重合，且其中至少一夹持器20与机器人本体10之间设有升降机构12，升降机构12驱动夹持器20或机器人本体10升降。本实施例中，行走部件2包括上夹持器20a和下夹持器20b，下夹持器20b固定于机器人本体10内壁靠近底部处，上夹持器20a与机器人本体10的内壁之间通过升降机构12相连，升降机构12带动上夹持器20a沿机器人本体10内壁升降，且下夹持器20b位于上夹持器20a的正下方。参见图1、图2和图3所示，在进行导管1表面清洗作业时，下夹持器20b夹紧导管1，升降机构12驱动上夹持器20a 上升一定的距离后，上夹持器20a夹紧导管1后，下夹持器20b松开导管1，升降机构12带动机器人本体10上移一定距离后，下夹持器20b夹紧导管1后，如此往复和实现机器人在导管1上爬行上升，反之亦可以爬行下降。

两组升降机构12，参见图11所示，升降机构包括滑轨121、滑块122和升降油缸123，两滑轨121设于机器人本体10上的相对位置处构成机器人本体10的一部分，滑轨121朝向工作区11的一侧设有导向槽，滑块122部分位于滑轨121内，可沿轨道121滑动，升降油缸123位于滑轨121内部，且升降油缸123的伸缩方向沿滑轨121的长度方向延伸，且升降油缸123的伸缩端与滑块122相连，驱动滑块122相对滑轨121升降，滑块122上设有用于固定夹持器20的夹持器固定板124。

参见图5和图6所示，本实施例中的，夹持器20包括：夹持器本体21，夹持器本体21呈半弧形，且其朝向管体的一侧为弧形面，在工作状态时，该弧形面环抱于导管1的表面，夹持器本体21的另一侧设有一对固定耳座28，两固定耳座28沿夹持器本体21的中心线对称设置，且该固定耳座28连接油缸22的固定端。夹持器本体的上下两侧设有21橡胶块27，橡胶块27位于弧形面的上下延伸面内，在工作状态时，橡胶块27紧密贴合与导管1的表面，增大夹持器本体21与导管1之间的摩擦力，保证稳固夹持；

一对夹持臂23，夹持器本体21上位于固定耳座28的旁侧设有铰接耳座29，铰接耳座29与固定耳座28位于同一圆周上。夹持臂23的中部通过转轴与夹持器本体21的铰接耳座29铰接，夹持臂23包括夹持端24和连接端25，连接端25连接油缸22的伸缩端，夹持臂23随油缸22的活塞杆伸缩而转动，两夹持臂23的夹持端24和夹 持器本体21的弧形面共圆，共同夹紧抱箍导管的表面，夹持端24设有橡胶滚轮26，橡胶滚轮26的轴线与导管1的轴线平行，增大夹持器本体21与导管1之间的摩擦力，保证稳固夹持。

旋转装置4，其包括导轨板组件40a和导向轮组件40b，导向轮组件40b与导轨板组件40a转接，且导轨板组件40a与机器人本体10相连，导向轮44b组件40b与高压清洗头30相连，导向轮组件40b与导轨板组件40a配合，导向轮组件40b带动高压清洗头30可绕导管1作360度往复旋转运动。

参见图1和图4所示，本实施例中，导轨板组件40a包括环状的第一导轨片41a、第二导轨片42a、齿轮片43a和第三导轨片44a，第一导轨片41a、第二导轨片42a、齿轮片43a和第三导轨片44a的外径相同，且第一导轨片41a、第二导轨片42a、齿轮片43a和第三导轨片44a从上至下依次间隔设置通过若干螺栓45a连接，螺栓45a沿圆周方向依次间隔设置，第一导轨片41a、第二导轨片42a、齿轮片43a和第三导轨片44a形成的圆筒状空间与工作区11贯穿，且圆筒状空间的轴线与导管1中心线重合，第一导轨片41a与机器人本体10的连接片16相连；

导向轮44b组件40b包括固定板41b，固定板41b位于导轨板组件40a的下方，固定板41b朝向导轨板组件40a的一侧面板上设有连接杆42b和液压马达43b，连接杆42b上设有两导向轮44b，且导向轮44b分别与第二导轨片42a和第三导轨片44a转接，液压马达43b的输出端设有与齿轮片43a啮合的齿轮45b；固定板41b的另一侧面板与高压清洗头30相连。液压马达43b带动齿轮45b转动，齿轮45b沿与齿轮片43a啮合的啮合轨迹转动，导向轮44b沿第二导轨片42a和第三导轨片44a转动，固定板41b整体转动，带动与其相连的高压 清洗头30转动，对导管1的表面360环绕清洗，在高压清洗头30移动的过程中，与高压清洗头30相连的清洗管被拖动，带动滑片14沿轨道13滑动，防止清洗管扭转打结，避免了了管道憋压爆开的情况发生。

参见图8和图9所示的，清洗装置3，包括：

参见图10所示，高压清洗头30包括：

壳体301，壳体301包括圆筒状套管309、前端盖310和后端盖311，前端盖310和后端盖311分别封装与套管309的前后端成一体，前端盖310、后端盖311和套管309沿轴线开设有贯通的容纳腔，套管309中部设置有垂直于套管309轴线的第一水流通道302，套管309内壁位于第一水流通道302处设有一圈环形凹槽。

旋转轴303，旋转轴303穿过前端盖310、后端盖311和套管309且部分位于该容纳腔中，所述旋转轴303靠近前端盖310和后端盖311处均套设有压盖312，压盖312远离第一水流通道302的一侧设有轴承313，轴承313连接旋转轴303和套管309，旋转轴303与套管309的内腔之间设置有密封组件304，密封组件304位于压盖312靠近第一水流通道302的一侧，密封组件304包括位于压盖312旁侧的直角密封环和O型密封圈，直角密封环与旋转轴之间紧密配合，直角密封环和O型密封圈压紧旋转轴303和套管309的密封面上，压力越高，密封效果越好，实现动态密封的效果。

旋转轴303沿轴线开设有第二水流通道305，第二水流通道305的一端开口位于旋转轴303靠近前端盖310的一端中心处，第二水流通道305的另一端位于第一水流通道302处，且旋转轴303与环形凹槽相对位置处也设置有若干腰型沉槽，腰型沉槽与环形凹槽对接形成联通第一水流通道302和第二水流通道305的环形通道314，腰型沉 槽处径向设有与环形通道314和第二水流通道305贯通的连通通道。

密封套设于旋转轴303端部的喷头本体306，旋转轴带动喷头本体306旋转，喷头本体306内设有与第二水流通道305联通的第三水流通道307，第三水流通道307为Y型圆孔通道，圆孔通道的靠近壳体301的一端连接第二水流通道305，圆孔通道的另一端连接两喷头308。

安装基座31，安装基座31位于机器人本体10下方，且与固定板41b的另一侧面板相连，安装基座31上设有导向槽34；

安装板32，安装板32包括位于导向槽34内的上安装板321、钢棒322、下安装板323和连接板324，上安装板321与下安装板323通过钢棒322相对固定连接；连接板324包括一水平板和两竖板，该水平板通过螺栓一下安装板323固定连接，两竖板相对平行设置，分别与水平板固定连接；高压清洗头30安装于连接板324上；

液压缸33，液压缸33与上安装板321固定连接，液压缸33的活塞杆37与安装基座31固定连接，液压缸33驱动上安装板321在导向槽34内相对安装基座31滑动，带动与连接板324相连的高压清洗头30做靠近或远离导管1的径向运动，在清洗作业时，液压缸33的活塞杆37回缩，带动液压缸33向安装基座31一侧移动，从而驱动高压清洗头30朝靠近待清洗导管表面移动，液压缸33的活塞杆37伸出，推动液压缸33向远离安装基座31一侧移动，从而驱动高压清洗头30朝远离待清洗导管表面移动，可以防止高压清洗头30碰触导管表面，保护高压清洗头30碰触损坏。

马达35，其安装于连接板324的其中一竖板上，且马达35位于靠近液压缸33一侧的下方，马达35的输出端设有联轴器36，联轴器36位于连接板324的两竖板之间且与竖板垂直。

清洗罩38，清洗罩38安装于连接板324的另一竖板，高压清洗头30总成于清洗罩38内。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种水下清洗机器人，用于对水下导管(1)进行清洗作业，其特征在于，包括：

机器人本体(10)，沿所述机器人本体(10)设有容纳所述导管(1)的工作区(11)；

行走部件(2)，所述行走部件(2)包括至少两夹持器(20)，所述夹持器(20)与所述机器人本体(10)相连，所述夹持器(20)的夹持中心与所述导管(1)中心线重合，且其中至少一夹持器(20)与所述机器人本体(10)之间设有升降机构(12)，所述升降机构(12)驱动所述夹持器(20)或所述机器人本体(10)升降；

清洗装置(3)，所述清洗装置(3)包括高压清洗头(30)，所述高压清洗头(30)安装于所述机器人本体(10)上，且所述高压清洗头(30)朝向所述工作区(11)，用于清洗所述导管(1)表面。

2.如权利要求1所述的一种水下清洗机器人，其特征在于，还包括：

旋转装置(4)，其包括导轨板组件(40a)和导向轮组件(40b)，所述导向轮组件(40b)与所述导轨板组件(40a)转接，且所述导轨板组件(40a)与所述机器人本体(10)相连，所述导向轮(44b)组件(40b)与所述高压清洗头(30)相连，所述导向轮组件(40b)与所述导轨板组件(40a)配合，所述导向轮组件(40b)带动所述高压清洗头(30)可绕所述导管(1)作360度往复旋转运动。

3.如权利要求2所述的一种水下清洗机器人，其特征在于：

所述导轨板组件(40a)包括环状的第一导轨片(41a)、第二导轨片(42a)、齿轮片(43a)和第三导轨片(44a)，所述第一导轨片(41a)、第二导轨片(42a)、齿轮片(43a)和第三导轨片(44a)从上至下依次间隔设置，且所述第一导轨片(41a)、第二导轨片(42a)、齿轮片(43a)和第三导轨片(44a)的中心与所述导管(1)中心线重合，所述第一导轨片(41a)与所述机器人本体(10)相连；

所述导向轮(44b)组件(40b)包括固定板(41b)，所述固定板(41b)位于所述导轨板组件(40a)的下方，所述固定板(41b)朝向所述导轨板组件(40a)的一侧面板上设有连接杆(42b)和液压马达(43b)，所述连接杆(42b)上设有两导向轮(44b)，且所述导向轮(44b)分别与所述第二导轨片(42a)和第三导轨片(44a)转接，所述液压马达(43b)的输出端设有与所述齿轮片(43a)啮合的齿轮(45b)；所述固定板(41b)的另一侧面板与所述高压清洗头(30)相连。

4.如权利要求1所述的一种水下清洗机器人，其特征在于：所述机器人本体(10)上方设有围绕所述导管(1)的环形轨道(13)(13)，所述轨道(13)上设有可沿所述轨道(13)滑动的滑片(14)(14)，与所述高压清洗头(30)相连的清洗管与所述滑片(14)相连，所述滑片(14)带动所述清洗管绕所述机器人本体(10)移动。

5.如权利要求1所述的一种水下清洗机器人，其特征在于：

所述行走部件(4)包括上夹持器(20a)和下夹持器(20b)，所述下夹持器(20b)与所述机器人本体(10)固接，所述上夹持器(20a)与所述机器人本体(10)通过所述升降机构(12)相连，所述下夹持器(20b)位于所述上夹持器(20a)的正下方。

6.如权利要求1所述的一种水下清洗机器人，其特征在于，所述夹持器(20)包括：

夹持器本体(21)，所述夹持器本体(21)朝向所述管体的一侧为弧形面，所述夹持器本体(21)的另一侧设有一对油缸(22)；

一对夹持臂(23)，分别与所述夹持器本体(21)的两端铰接，所述夹持臂(23)包括夹持端(24)和连接端(25)，所述连接端(25)连接所述油缸(22)的伸缩端，所述夹持臂(23)受所述油缸(22)的活塞杆伸缩而转动，两所述夹持臂(23)的夹持端(24)和所述夹持器本体(21)的弧形面共圆，所述夹持端(24)设有橡胶滚轮(26)，所述橡胶滚轮(26)的轴线与所述导管(1)的轴线平行。

7.如权利要求1所述的一种水下清洗机器人，其特征在于：

所述升降机构(12)包括滑轨(121)、滑块(122)和升降油缸(123)，所述滑轨(121)设于所述机器人本体(10)上，所述滑块(122)与所述滑轨(121)滑动连接，所述升降油缸(123)的伸缩端与所述滑块(122)相连，驱动所述滑块(122)相对所述滑轨(121)升降，所述滑块(122)与所述夹持器(20)固定连接。

8.如权利要求1所述的一种水下清洗机器人，其特征在于，所述清洗装置(3)还包括：

安装基座(31)，所述安装基座(31)位于所述机器人本体(10)下方，且与所述机器人本体(10)相连；

安装板(32)，所述高压清洗头(30)安装于所述安装板(32)上，且所述安装板(32)与所述安装基座(31)滑动连接；

液压缸(33)，所述液压缸(33)与所述安装板(32)固定连接，所述液压缸(33)驱动所述安装板(32)相对所述安装基座(31)滑动，所述安装板(32)带动与其相连的高压清洗头(30)靠近或远离运动，且所述高压清洗头(30)的运动路径为所述导管(1)的径向。

9.如权利要求1所述的一种水下清洗机器人，其特征在于，所述高压清洗头(30)包括：

壳体(301)，所述壳体(301)上设置有第一水流通道(302)；

旋转轴(303)，所述旋转轴(303)与所述壳体(301)之间设置有密封组件(304)，所述旋转轴(303)部分位于所述壳体(301)内，所述旋转轴(303)沿轴线方向开设有第二水流通道(305)，所述第二水流通道(305)与所述第一水流通道联通(302)，且靠近第二水流通道(305)与所述第一水流通道(302)的联通处设有密封组件(304)；

喷头本体(306)，所述喷头本体(306)内设有与所述第二水流通道(305)联通的第三水流通道(307)，所述喷头本体(306)与所述旋转轴(303)的一端相连，所述旋转轴(303)带动所述喷头本体(306)旋转；

喷头(308)，所述喷头(308)安装于所述喷头本体(306)。

10.如权利要求9所述的一种水下清洗机器人，其特征在于：所述第三水流通道(307)为Y型圆孔通道，所述圆孔通道的靠近所述壳体(301)的一端连接所述第二水流通道(305)，所述圆孔通道的另一端连接两所述喷头(308)。