CN106944432A - 一种管道清洁机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能机械领域，具体的说是一种管道清洁机器人，包括调节轴、动力轴、交替轴、固定架、刷头、第一承载车、第二承载车、连杆和保护壳；固定架设置在保护壳上，而刷头设置在固定架两侧；动力轴和交替轴分别设置在调节轴两端，且均位于保护壳内，动力轴与保护壳配合为刷头的转动提供支点；第一承载车和第二承载车分别设置在保护壳两端，二者用于承载整个装置重量并带动整个装置移动；交替轴随电动机而产生纵向位移，进而通过连杆带动刷头变化位置。本发明在工作时，根据管道内污垢种类，可实时自动切换所用的刷子，而且清理直径也可实时改变，而且刷子的运动为圆周运动，刷子可以一直保持高速运转状态，使得效率显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及智能机械领域，具体的说是一种管道清洁机器人。
背景技术
管道机器人在我国还处于初级发展阶段，国内现有产品多是上个世纪进口设备的改进，也有些公司直接进口国外管道清理机器人，这些管道清理机器人一般只能使用一种刷子从头刷到尾，并且在管道直径改变时很难适应而导致清理效果变差。
中国专利申请号：201610047373.3，申请日2016.01.25，发明名称：一种可适应不同管径变化的履带轮式管道清洁机器人，该发明使用伸缩杆来调控刷子的工作距离，以达到适应管径的变化；该发明存在以下问题：一方面，刷毛种类过于单一，难以适应各种污垢种类，倘若该发明使用不同的刷毛，由于每个刷子只能刷到一定范围，因此会导致管道清理的不均匀；另一方面，该发明中刷子的运动为往复式运动，为抵偿惯性影响，会消耗大量电力，而且往复式运动会使刷子在运动到左右两个极限点时速度变为零，影响清理效果。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种管道清洁机器人，在管道中工作时，根据管道内污垢种类，可实时自动切换所用的刷子，而且清理直径也可实时改变，并可同时使用两种刷子对管道内壁一前一后配合进行清理，而且刷子的运动为圆周运动，刷子可以一直保持高速运转状态，使整个清理过程中效率显著提高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种管道清洁机器人，包括调节轴、动力轴、交替轴、固定架、刷头、第一承载车、第二承载车、连杆和保护壳；所述的调节轴呈圆筒形，调节轴外壁上设置有轮齿，该调节轴内壁上设置有螺纹，且调节轴前半部螺纹和后半部螺纹旋向相反，调节轴用来调节动力轴和交替轴之间的距离。
所述的动力轴设置在调节轴后方，动力轴后端设置有圆柱形的定位轴，该动力轴上下两侧均设置有长条形的导向条，该动力轴左右两侧均设置有第一铰接座，且动力轴前端设置有第一螺柱，该第一螺柱插入调节轴后半部内并与其配合。动力轴为固定架和保护壳的转动提供支点。
所述的交替轴设置在调节轴前方，交替轴前端设置有圆柱形的控制杆，该交替轴上下两侧均设置有长条形的导向带，该交替轴左右两侧均设置有第二铰接座，且交替轴后端设置有第二螺柱，该第二螺柱插入调节轴前半部内并与其配合；所述的控制杆上设置有环形的轮齿。交替轴用于控制相对立刷头的收缩和扩张，达到交替刷头的目的。
所述的固定架位于调节轴上方，固定架左右两侧设置有滑套，且固定架中部固定设置有驱动电机；所述的驱动电机输出轴上设置有齿轮，该齿轮的齿宽比调节轴外壁上的轮齿长度更短且二者的齿相互啮合。
所述的保护壳包括后壳段和前壳段，且后壳段和前壳段均呈圆筒形；所述的后壳段套在动力轴外，后壳段前端固定设置在固定架上，后壳段的两侧设置有第一轨道孔，且第一铰接座位于该第一轨道孔内，后壳段后端外部套有带轮；所述的前壳段套在交替轴外，前壳段后端固定设置在固定架上，前壳段两侧设置有第二轨道孔，且第二铰接座位于该第二轨道孔内。保护壳转动则会带动其内部包围的动力轴和交替轴转动，从而使刷头转动。
所述的刷头设置在调节轴两侧，且每侧包含有刷头两个，刷头包括刷体、刷套和刷毛；所述的刷体侧面设置有一排插孔；所述的刷毛设置在刷体首部；所述的刷套套在刷体首部，刷套侧面设置有滑杆，该滑杆设置在滑套内并与其滑动配合连接，刷套侧面还设置有通孔，该通孔与插孔对齐，且该通孔内设置有圆柱销；通过调节圆柱销使插孔与刷套上不同的通孔连接，达到控制刷套位置的目的，而调节刷套的位置，可调节刷毛露出的长度，从而控制刷毛与管壁接触时弹力的大小，控制清理效果。
所述的连杆设置在调节轴两侧，调节轴每侧的连杆共两个，每侧的其中一个连杆两端分别与一个刷体的后端和第一铰接座铰接，该侧的另一个连杆两端分别与另一个刷体的后端和第二铰接座铰接。
所述的第一承载车设置在保护壳后方，第一承载车包括第一车体、主控制装置和第一电动机；所述的第一车体底部设置有滚轮，第一车体前部固定设置有轴承，该轴承套在后壳段的后端，第一车体前部还设置有连接孔，该连接孔套在定位轴上并与其旋转连接；所述的第一电动机通过皮带与后壳段后端的带轮联接，通过控制该电动机的运转可控制刷头旋转；所述的主控制装置设置在第一车体上，主控制装置内部设置有控制器、无线信号收发器和蓄电池，控制器通过导线分别与驱动电机和第一电动机联接。
所述的第二承载车设置在保护壳前方，第二承载车包括第二车体、副控制装置和第二电动机；所述的第二车体底部设置有滚轮，第二车体后部固定有轴承，该轴承套在前壳段的前端；所述的第二电动机固定在第二车体上，该第二电动机的输出轴上连接有蜗杆，该蜗杆与控制杆上环形的轮齿配合连接；所述的副控制装置设置在第二车体上，副控制装置内设置有副控制器、无线信号收发器和蓄电池，副控制器通过无线信号收发器发出的无线信号与主控制装置联接，副控制器通过导线与第二电动机联接。
优选的，所述调节轴同一侧的两个刷头上的刷毛性质不同。
优选的，所述调节轴同一侧的两个刷头中，位于前侧的刷头相比于位于后侧的刷头而言前侧刷头上的刷毛直径更大，可用于清理不同类型的污垢。
优选的，所述第一电动机与后壳段后端带轮之间的皮带内侧设置有防滑纹。
优选的，所述的第二承载车四周设置有超声波距离传感器，且该超声波距离传感器与副控制装置联接，用于探测管道的直径变化，并将结果反馈给副控制装置。
优选的，所述的固定架和保护壳的材质为铝合金，可减少转动过程中的惯性影响，使装置更灵活。
优选的，所述驱动电机输出轴上齿轮与调节轴外壁上的轮齿上均涂有滑石粉，一方面为了润滑，另一方面由于管道内脏物太多，滑石粉相对于润滑油不易吸附脏物，避免损坏机械结构。
本发明的有益效果是：本发明的一种管道清洁机器人，在管道中工作时，根据管道内污垢种类，可实时自动切换所用的刷子；而且清理直径也可实时改变，来适应不同直径的管道；并可同时使用两种刷子对管道内壁一前一后配合进行清理，位于前方的刷子刷毛直径较粗，可以将大部分污垢刷下，而位于后方的刷子刷毛直径较细，可以完成收尾清理；而且刷子的运动为圆周运动，刷子可以一直保持高速运转状态，符合力学设计，使整个清理过程中效率显著提高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明去除承载车后的立体图；
图3是本发明去除承载车、保护壳和固定架后的立体图；
图4是本发明去除承载车和保护壳后的俯视图；
图5是刷头的立体示意图；
图6是调节轴、动力轴和交替轴连接示意图；
图中：调节轴(1)、动力轴(2)、交替轴(3)、固定架(4)、刷头(5)、第一承载车(6)、第二承载车(7)、连杆(8)、保护壳(9)、轮齿(11)、定位轴(21)、导向条(22)、第一铰接座(23)、第一螺柱(24)、控制杆(31)、导向带(32)、第二铰接座(33)、第二螺柱(34)、滑套(41)、驱动电机(42)、刷体(51)、刷套(52)、刷毛(53)、第一车体(61)、主控制装置(62)、第一电动机(63)、第二车体(71)、副控制装置(72)、第二电动机(73)、后壳段(91)、前壳段(92)、插孔(511)、滑杆(521)、圆柱销(522)、第一轨道孔(911)、第二轨道孔(921)。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1、图2、图6，本实施例的一种管道清洁机器人，包括调节轴1、动力轴2、交替轴3、固定架4、刷头5、第一承载车6、第二承载车7、连杆8和保护壳9；所述的调节轴1呈圆筒形，调节轴1外壁上设置有轮齿11，该调节轴1内壁上设置有螺纹，且调节轴1前半部螺纹和后半部螺纹旋向相反，调节轴1用来调节动力轴2和交替轴3之间的距离。
如图3、图4、图6，所述的动力轴2设置在调节轴1后方，动力轴2后端设置有圆柱形的定位轴21，该动力轴2上下两侧均设置有长条形的导向条22，该动力轴2左右两侧均设置有第一铰接座23，且动力轴2前端设置有第一螺柱24，该第一螺柱24插入调节轴1后半部内并与其配合。动力轴1为固定架4和保护壳9的转动提供支点。
如图4、图6，所述的交替轴3设置在调节轴1前方，交替轴3前端设置有圆柱形的控制杆31，该交替轴3上下两侧均设置有长条形的导向带32，该交替轴3左右两侧均设置有第二铰接座33，且交替轴3后端设置有第二螺柱34，该第二螺柱34插入调节轴1前半部内并与其配合；所述的控制杆31上设置有环形的轮齿。交替轴3用于控制相对立刷头5的收缩和扩张，达到交替刷头5的目的。
如图1、图4，所述的固定架4位于调节轴1上方，固定架4左右两侧设置有滑套41，且固定架4中部固定设置有驱动电机42；所述的驱动电机42输出轴上设置有齿轮，该齿轮的齿宽比调节轴1外壁上的轮齿11长度更短且二者的齿相互啮合；固定架4和保护壳9的材质为铝合金，可减少转动过程中的惯性影响，使装置更灵活。
如图1、图2，所述的保护壳9包括后壳段91和前壳段92，且后壳段91和前壳段92均呈圆筒形；所述的后壳段91套在动力轴2外，后壳段91前端固定设置在固定架4上，后壳段91的两侧设置有第一轨道孔911，且第一铰接座23位于该第一轨道孔911内，后壳段91后端外部套有带轮；所述的前壳段92套在交替轴3外，前壳段92后端固定设置在固定架4上，前壳段92两侧设置有第二轨道孔921，且第二铰接座33位于该第二轨道孔921内。保护壳9转动则会带动其内部包围的动力轴2和交替轴3转动，从而使刷头5转动。
如图1、图5，所述的刷头5设置在调节轴1两侧，且每侧包含有刷头5两个，刷头5包括刷体51、刷套52和刷毛53；所述的刷体51侧面设置有一排插孔511；所述的刷毛53设置在刷体51首部；所述的刷套52套在刷体51首部，刷套52侧面设置有滑杆521，该滑杆521设置在滑套41内并与其滑动配合连接，刷套52侧面还设置有通孔，该通孔与插孔511对齐，且该通孔内设置有圆柱销522；通过调节圆柱销522使插孔511与刷套52上不同的通孔连接，达到控制刷套52位置的目的，而调节刷套52的位置，可调节刷毛露出的长度，从而控制刷毛与管壁接触时弹力的大小，控制清理效果；所述调节轴1同一侧的两个刷头5中，位于前侧的刷头5相比于位于后侧的刷头5而言前侧刷头5上的刷毛53直径更大，可用于清理不同类型的污垢。
如图1、图4，所述的连杆8设置在调节轴1两侧，调节轴1每侧的连杆8共两个，每侧的其中一个连杆8两端分别与一个刷体51的后端和第一铰接座23铰接，该侧的另一个连杆8两端分别与另一个刷体51的后端和第二铰接座33铰接。
如图1，所述的第一承载车6设置在保护壳9后方，第一承载车6包括第一车体61、主控制装置62和第一电动机63；所述的第一车体61底部设置有滚轮，第一车体61前部固定设置有轴承，该轴承套在后壳段91的后端，第一车体61前部还设置有连接孔，该连接孔套在定位轴21上并与其旋转连接；所述的第一电动机63通过皮带与后壳段91后端的带轮联接，通过控制该电动机的运转可控制刷头5旋转，第一电动机63与后壳段91后端带轮之间的皮带内侧设置有防滑纹；所述的主控制装置62设置在第一车体61上，主控制装置62内部设置有控制器、无线信号收发器和蓄电池，控制器通过导线分别与驱动电机42和第一电动机63联接。
如图1，所述的第二承载车7设置在保护壳9前方，第二承载车7包括第二车体71、副控制装置72和第二电动机73；所述的第二车体71底部设置有滚轮，第二车体71后部固定有轴承，该轴承套在前壳段92的前端；所述的第二电动机73固定在第二车体71上，该第二电动机73的输出轴上连接有蜗杆，该蜗杆与控制杆31上环形的轮齿配合连接；所述的副控制装置72设置在第二车体71上，副控制装置72内设置有副控制器、无线信号收发器和蓄电池，副控制器通过无线信号收发器发出的无线信号与主控制装置62联接，副控制器通过导线与第二电动机73联接。所述的第二承载车7四周设置有超声波距离传感器，且该超声波距离传感器与副控制装置72联接，用于探测管道的直径变化，并将结果反馈给副控制装置72。
如图1图4，所述驱动电机42输出轴上齿轮与调节轴1外壁上的轮齿11上均涂有滑石粉，一方面为了润滑，另一方面由于管道内脏物太多，滑石粉相对于润滑油不易吸附脏物，避免损坏机械结构。
本实施例的一种管道清洁机器人在使用时，第二电动机73正向运转，第二电动机73输出轴上连接的蜗杆随之转动，而与该蜗杆配合连接的控制杆31随之向后移动，从而导致交替轴3、调节轴1、动力轴2向后移动，由于交替轴3和动力轴2都通过连杆8与刷头5连接，并且刷头5通过滑杆521与滑套41滑动连接，因此与交替轴3连接的刷头5向两边扩张，而与动力轴2连接的刷头5向中间收缩，当与交替轴3连接的刷头5中刷毛53接触到管壁时第二电动机73停止运转；在主控制作者62的控制下第一电动机63运转，通过皮带带动保护壳9旋转，与保护壳9连接的固定架4随之旋转，刷头5也随之旋转，从而达到使用与交替轴3连接的刷头5的目的。在转动过程中，控制杆31上的轮齿由于是闭合的环形，因此不会发生前后位移，从而使得刷头5的相对位置稳定不变。
同理，第二电动机73反向运转，最终导致与交替轴3连接的刷头5向中间收缩，而与动力轴2连接的刷头5向两边扩张，最终达到使用与动力轴2连接的刷头5的目的。
另一方面，控制第二电动机73运转使得单侧的两个刷头5位于相同圆周上，同时驱动电机42运转带动轮齿11转动，由于轮齿11两端分别与第一螺柱24和第二螺柱34通过螺纹配合连接，而第一螺柱24和第二螺柱34上的螺纹时反向的，使得动力轴2和交替轴3同时向调节轴1靠近，从而导致所有的刷头5一齐向外扩张，最终扩张到与管壁接触，此时第一电动机63再运行，所有的刷头5都同时对管壁进行清理，并且是采用不同材质的刷毛清理两遍。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施方式和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种管道清洁机器人，其特征在于：包括调节轴(1)、动力轴(2)、交替轴(3)、固定架(4)、刷头(5)、第一承载车(6)、第二承载车(7)、连杆(8)和保护壳(9)；所述的调节轴(1)呈圆筒形，调节轴(1)外壁上设置有轮齿(11)，该调节轴(1)内壁上设置有螺纹，且调节轴(1)前半部螺纹和后半部螺纹旋向相反；
所述的动力轴(2)设置在调节轴(1)后方，动力轴(2)后端设置有圆柱形的定位轴(21)，该动力轴(2)上下两侧均设置有长条形的导向条(22)，该动力轴(2)左右两侧均设置有第一铰接座(23)，且动力轴(2)前端设置有第一螺柱(24)，该第一螺柱(24)插入调节轴(1)后半部内并与其配合；
所述的交替轴(3)设置在调节轴(1)前方，交替轴(3)前端设置有圆柱形的控制杆(31)，该交替轴(3)上下两侧均设置有长条形的导向带(32)，该交替轴(3)左右两侧均设置有第二铰接座(33)，且交替轴(3)后端设置有第二螺柱(34)，该第二螺柱(34)插入调节轴(1)前半部内并与其配合；所述的控制杆(31)上设置有环形的轮齿；
所述的固定架(4)位于调节轴(1)上方，固定架(4)左右两侧设置有滑套(41)，且固定架(4)中部固定设置有驱动电机(42)；所述的驱动电机(42)输出轴上设置有齿轮，该齿轮的齿宽比调节轴(1)外壁上的轮齿(11)长度更短且二者的齿相互啮合；
所述的保护壳(9)包括后壳段(91)和前壳段(92)，且后壳段(91)和前壳段(92)均呈圆筒形；所述的后壳段(91)套在动力轴(2)外，后壳段(91)前端固定设置在固定架(4)上，后壳段(91)的两侧设置有第一轨道孔(911)，且第一铰接座(23)位于该第一轨道孔(911)内，后壳段(91)后端外部套有带轮；所述的前壳段(92)套在交替轴(3)外，前壳段(92)后端固定设置在固定架(4)上，前壳段(92)两侧设置有第二轨道孔(921)，且第二铰接座(33)位于该第二轨道孔(921)内；
所述的刷头(5)设置在调节轴(1)两侧，且每侧包含有刷头(5)两个，刷头(5)包括刷体(51)、刷套(52)和刷毛(53)；所述的刷体(51)侧面设置有一排插孔(511)；所述的刷毛(53)设置在刷体(51)首部；所述的刷套(52)套在刷体(51)首部，刷套(52)侧面设置有滑杆(521)，该滑杆(521)设置在滑套(41)内并与其滑动配合连接，刷套(52)侧面还设置有通孔，该通孔与插孔(511)对齐，且该通孔内设置有圆柱销(522)；
所述的连杆(8)设置在调节轴(1)两侧，调节轴(1)每侧的连杆(8)共两个，每侧的其中一个连杆(8)两端分别与一个刷体(51)的后端和第一铰接座(23)铰接，该侧的另一个连杆(8)两端分别与另一个刷体(51)的后端和第二铰接座(33)铰接；
所述的第一承载车(6)设置在保护壳(9)后方，第一承载车(6)包括第一车体(61)、主控制装置(62)和第一电动机(63)；所述的第一车体(61)底部设置有滚轮，第一车体(61)前部固定设置有轴承，该轴承套在后壳段(91)的后端，第一车体(61)前部还设置有连接孔，该连接孔套在定位轴(21)上并与其旋转连接；所述的第一电动机(63)通过皮带与后壳段(91)后端的带轮联接；所述的主控制装置(62)设置在第一车体(61)上，主控制装置(62)内部设置有控制器、无线信号收发器和蓄电池，控制器通过导线分别与驱动电机(42)和第一电动机(63)联接；
所述的第二承载车(7)设置在保护壳(9)前方，第二承载车(7)包括第二车体(71)、副控制装置(72)和第二电动机(73)；所述的第二车体(71)底部设置有滚轮，第二车体(71)后部固定有轴承，该轴承套在前壳段(92)的前端；所述的第二电动机(73)固定在第二车体(71)上，该第二电动机(73)的输出轴上连接有蜗杆，该蜗杆与控制杆(31)上环形的轮齿配合连接；所述的副控制装置(72)设置在第二车体(71)上，副控制装置(72)内设置有副控制器、无线信号收发器和蓄电池，副控制器通过无线信号收发器发出的无线信号与主控制装置(62)联接，副控制器通过导线与第二电动机(73)联接。
2.根据权利要求1所述的一种管道清洁机器人，其特征在于：所述调节轴(1)同一侧的两个刷头(5)上的刷毛(53)性质不同。
3.根据权利要求2所述的一种管道清洁机器人，其特征在于：所述调节轴(1)同一侧的两个刷头(5)中，位于前侧的刷头(5)相比于位于后侧的刷头(5)而言前侧刷头(5)上的刷毛(53)直径更大。
4.根据权利要求1所述的一种管道清洁机器人，其特征在于：所述第一电动机(63)与后壳段(91)后端带轮之间的皮带内侧设置有防滑纹。
5.根据权利要求1所述的一种管道清洁机器人，其特征在于：所述的第二承载车(7)四周设置有超声波距离传感器，且该超声波距离传感器与副控制装置(72)联接。
6.根据权利要求1所述的一种管道清洁机器人，其特征在于：所述的固定架(4)和保护壳(9)的材质为铝合金。
7.根据权利要求1所述的一种管道清洁机器人，其特征在于：所述驱动电机(42)输出轴上齿轮与调节轴(1)外壁上的轮齿(11)上均涂有滑石粉。
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