CN107803372B - 一种管道自适应清淤机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道自适应清淤机器人，包括机器人主体、带动机器人主体在管道内行进的履带轮机构和与所述机器人主体连接且沿行进方向位于机器人主体前方的刀盘，所述机器人主体内设有刀盘驱动电机；所述刀盘包括：转轴，与所述刀盘电机的输出轴连接，转轴的轴线与管道的轴向相平行；刀具，以转轴为中心呈发散分布；弹簧，连接转轴与对应的刀具；万向轮，设于每个刀具自由端的端头处，与管道内壁接触。本发明适用于不同管径的清淤工作。

Description

一种管道自适应清淤机器人

技术领域

本发明涉及一种管道清淤设备，具体涉及一种管道自适应清淤机器人。

背景技术

排水管道的清淤疏通问题已成为政府部门的棘手问题。目前，国内在进行排水管道的清淤疏通时，常采用绞车清淤法和水力清淤法。随着科学技术的发展，机器人清淤给管道堵塞和淤泥沉积问题提供了一个新的解决思路。近些年来，已经研发出了各种形式的自动化清淤装置，通过配备的铣刀，高压喷头和推板，实现淤泥的切削、破碎和清除。然而铣刀的尺寸都是固定不变，即使带有公转，其公转半径也是固定不变，不适用于不同管径的清淤工作.喷头冲刷可以作为铣刀切削淤泥的一种补充，但需要大量清洁的水，浪费水资源，并且给后期淤泥处理增加负担。此外，对于残留污泥较多的管道，机器人主体可能会浸入污泥区域或污水中，机器人容易腐蚀，缩短使用寿命。

发明内容

本发明提供一种管道自适应清淤机器人，适用于不同管径的清淤工作。

一种管道自适应清淤机器人，包括机器人主体、带动机器人主体在管道内行进的履带轮机构和与所述机器人主体连接且沿行进方向位于机器人主体前方的刀盘，所述机器人主体内设有刀盘驱动电机，所述刀盘包括：

转轴，与所述刀盘电机的输出轴连接，转轴的轴线与管道的轴向相平行；

刀具，以转轴为中心呈发散分布；

弹簧，连接转轴与对应的刀具；

万向轮，设于每个刀具自由端的端头处，与管道内壁接触。

优选地，所述刀具包括：

刀板，一端与所述弹簧连接、另一端安装所述万向轮；

若干刀片，分布在刀板上且位于沿行进方向的前侧。

进一步优选地，所述弹簧外设置弹簧筒，弹簧筒一端与转轴固定，刀板从弹簧筒的另一端伸入弹簧筒内且与弹簧筒滑动配合。

刀板嵌有刀片，均匀分布于刀板表面。刀板端头装有万向轮，当万向轮受到径向力的时候，弹簧受到挤压收缩，刀板一部分被收入保护套中，使刀盘旋转半径缩小。

更进一步优选地，相邻刀具之间的夹角为45～90°。即设置4～8个刀具。最优选地，夹角为60°。

优选地，所述履带轮机构包括：

分别位于机器人主体下方和上方的两组履带轮；

驱动对应履带轮的数个液压电机；

连接机器人主体与对应履带轮的可升降连接机构。

通过可升降连接机构调节机器人主体高度使机器人主体始终位于液面上方。进一步优选地，所述可升降连接机构包括：

一根液压杆，水平布置在机器人主体与履带轮之间；

对称设置的一对第一连杆，第一连杆的一端与履带轮不同位置处铰接、另一端分别与液压杆的两端铰接；

对称设置的一对第二连杆，第二连杆的一端与机器人主体不同位置处铰接、另一端分别与液压杆的两端铰接。

履带轮两端有两个履带轮电机，履带轮通过连杆与外壳两侧的固定块连接，连接履带轮的连杆组件由两节构成，一条履带轮上有两个连杆组件，连杆组件的之间通过液压杆连接。通过液压杆的收缩或伸长，实现主体的升降。

进一步地，所述壳体的两侧各设置两个固定块，两个固定块位于同一水平面上且两个固定块之间的间距与履带轮长度等长，两个固定块的位置分别与履带轮的两端对应。

进一步地，履带轮与主体连接的侧面夹角在30°～75°之间。

进一步的，履带轮可以设两组，分别位于主体的左下，右下位置，平行布置，也可以设置成四组，分别位于主体的左下，右下，左上，右上位置，平行布置。履带轮的驱动方式为液压电机驱动，液压电机分别安装于履带轮两端，液压电机受控于液压系统。

优选地，所述机器人主体沿行进方向的后方设有可升降的格栅或刮板以及驱动格栅或刮板升降的格栅或刮板驱动机构，格栅或刮板工作状态下下降至与管壁接触、非工作状态下收入机器人主体内。

进一步优选地，所述格栅或刮板驱动机构包括：

安装于格栅或刮板竖直向两侧的齿轮链条；

与所述齿轮链条配合的齿轮；

驱动所述齿轮转动的直流电机；

所述齿轮及直流电机均位于机器人主体内。

更进一步优选地，所述机器人主体下方还设有与格栅或刮板配合的毛刷轮，该毛刷轮与所述齿轮咬合并由齿轮驱动。

格栅或刮板两侧装有格齿轮链，与齿轮咬合，在直流电机的带动下，格栅或刮板可以在竖直方向上伸出或收入主体中。格栅或刮板可以根据需要被放出或收起。主体中的直流电机运转带动齿轮，齿轮与齿轮链咬合带动格栅从放出或收入。齿轮还与毛刷轮的齿轮咬合，带动毛刷轮运转，毛刷轮与格栅或刮板紧贴，旋转方向与格栅运动方向相反。

优选地，所述机器人主体包括：

壳体；

设于所述壳体内的液压系统，所有的液压杆及液压电机均受控于该液压系统。刀盘驱动电机也受控于液压系统。

液压系统本身可采用现有技术实现，液压系统包括液压油缸、液压泵组、对应的液压管路及设于各液压管路上的控制阀组，液压管路对应连接至各液压杆、液压马达和液压电机。液压泵组使液压油从液压油缸吸入至液压泵，经过液压管路和控制阀到达各驱动部件。

优选地，所述壳体内还设有蓄电池，为所述壳体内的电气设备供电。

将清淤机器人放入待清淤的管道口，刀盘朝向与前进方向一致，通过调节刀板长度和履带轮连杆的角度，使履带轮以及刀盘上的万向轮与管壁贴紧，同时使主体完全位于管道液面以上。当机器人完全进入管道后，开启直流电机带动格齿轮和毛刷轮运转，毛刷的作用是清理格栅或刮板上的杂物，格栅或刮板从主体中放出至与管道接触。

驱动电机的运转使滑块上下运动，调节至推板下沿至接近下管壁的高度，随后通过液压泵驱动履带轮向前运动，同时另一台液压泵带动刀盘电机，使刀盘旋转。随着机器人前进的推进力以及刀盘上刀片的剪切力的作用，沉积的管道淤泥被破坏。主体后部的格栅或刮板随着前行，将管道内大块的淤泥和其他沉积物截留，随着小车一同前进。当小车运行到管道出口时，大块淤泥和沉积物都被刮出，待集中收集和处置。了确保清淤彻底，以相同的方式，从相反的方向再次清理淤泥。

本发明具有如下有益效果：

①一种自适应的刀盘，通过弹簧收缩刀板长度，实现不同管径下刀盘紧贴管壁旋转，最大限度地切削污泥，同时刀盘的刀板的端点处装有万向轮，减小与管壁的摩擦阻力；②机器人后部装有可升降的粗格栅或刮板，可以刮出较大的沉积物；③将下履带轮改变为和上履带一样可升降的形式，工作自由度高，在高水位的情况下对主体起到一定保护作用。

附图说明

图1是本发明在管道内的示意图。

图2是本是本发明的机器人主体示意图。

图3是本发明在管道内沿行进方向的后视图。

图4是本发明的刀盘结构正视图。

图5是本发明刀盘部分结构侧视图。

图6是本发明格栅正视图。

图7是本发明格栅侧视图(格栅工作状态下)。

图中所示附图标记如下：

10-刀盘 20-履带轮机构 30-机器人主体

40-格栅机构 50-管道

11-转轴 12-弹簧 13-刀具

14-万向轮 15-弹簧筒 131-刀板

132-刀片 21-履带轮 22-液压马达

23-第一连杆 24-第二连杆 25-固定块

26-液压杆 31-壳体 32-刀盘驱动电机

33-蓄电池 34-液压系统 41-格栅

42-齿轮链条 43-齿轮 44-毛刷轮

45-齿轮驱动电机

具体实施方式

如图1～图7所示，一种自适应管道清淤机器人(以后方安装格栅为例进行说明，当需要安装刮板时，直接将格栅替换为刮板)，包括机器人主体30、驱动机器人主体在管道50内行进的履带轮机构20、沿行进方向分别位于机器人主体前方的刀盘10和后方的格栅机构40。

机器人主体30的结构示意图如图2所示，包括看壳体31，壳体1内设置蓄电池33、液压系统34、刀盘驱动电机32以及格栅机构40，蓄电池为壳体内的电气设备供电，液压系统本身采用现有技术实现。

履带轮机构20包括两组履带轮21、每个履带轮两端的液压马达22、连接机器人主体与对应履带轮的可升降连接机构。本实施方式中，每组履带轮设置为对称的一对，沿行进方向分别位于壳体31的左下、左上、右下和右上方，沿行进方向的后视图如图3所示，壳体上与行进方向相平行的两个侧壁上对称设置一对固定块25，两个固定块位于同一水平面上且两个固定块之间的间距等于履带轮的长度，即两个固定块分别与对应履带轮的两端位于同一竖直线上，可升降连接机构包括一对第一连杆23、一对第二连杆23和一根液压杆26，每个第一连杆连接同侧的履带轮端部和液压杆端部，连接处均为铰接，每个第二连杆连接同侧的液压杆端部和固定块，连接处均为铰接。

刀盘10的结构如图4和图5所示，包括转轴11、以转轴为中心呈发散分布的刀具13、连接转轴与对应刀具的弹簧12，每个刀具的自由端端部设置万向轮14，转轴的轴向与管道轴线平行，转轴与刀盘驱动电机32的输出轴连接，本实施方式中设置6个刀具，均匀分布，每个刀具包括刀板131和分布在刀板上的刀片132，刀片位于刀板的前侧(沿机器人行进方向)，刀板一端与弹簧固定连接另一端安装万向轮14，弹簧的另一端与转轴固定，每个弹簧外对应设置弹簧筒15，弹簧筒15一端与转轴固定，刀板从弹簧筒的另一端伸入弹簧筒内且与弹簧筒内壁滑动配合。

格栅机构40如图1、图6和图7所示，包括格栅41和格栅驱动机构，格栅41位于壳体内的后端(沿机器人行进方向)，工作状态下从壳体内下落至与管道内壁接触，非工作状态下收入壳体内，格栅41的两个竖向侧边设置齿轮链条42，齿轮链条42与齿轮43咬合，齿轮由齿轮驱动电机45驱动，齿轮和齿轮驱动电机位于壳体内，齿轮位于壳体内底部，壳体外底部靠近格栅出口处设置毛刷轮44，毛刷轮44与齿轮咬合。

刀板驱动电机和齿轮驱动电机均为液压电机，受控于液压系统。

本发明工作方式如下：

将清淤机器人放入待清淤的管道口，刀盘朝向与前进方向一致，通过调节刀板长度和履带轮连杆的角度，使履带轮以及刀盘上的万向轮与管壁贴紧，同时使主体完全位于管道液面以上。当机器人完全进入管道后，开启直流电机带动格齿轮和毛刷轮运转，毛刷的作用是清理格栅上的杂物，格栅从主体中放出至与管道接触。

通过液压泵驱动履带轮向前运动，同时另一台液压泵带动刀盘电机，使刀盘旋转。随着机器人前进的推进力以及刀盘上刀片的剪切力的作用，沉积的管道淤泥被破坏。主体后部的格栅随着前行，将管道内大块的淤泥和其他沉积物截留，随着小车一同前进。当小车运行到管道出口时，大块淤泥和沉积物都被刮出，待集中收集和处置。了确保清淤彻底，以相同的方式，从相反的方向再次清理淤泥。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (3)

1.一种管道自适应清淤机器人，包括机器人主体、带动机器人主体在管道内行进的履带轮机构和与所述机器人主体连接且沿行进方向位于机器人主体前方的刀盘，所述机器人主体内设有刀盘驱动电机，其特征在于，所述刀盘包括：

转轴，与所述刀盘驱动电机的输出轴连接，转轴的轴线与管道的轴线相平行；

刀具，以转轴为中心呈发散分布；

弹簧，连接转轴与对应的刀具；

万向轮，设于每个刀具自由端的端头处，与管道内壁接触；

所述刀具包括：

刀板，一端与所述弹簧连接、另一端安装所述万向轮；

若干刀片，分布在刀板上且位于沿行进方向的前侧；

所述弹簧外设置弹簧筒，弹簧筒一端与转轴固定，刀板从弹簧筒的另一端伸入弹簧筒内且与弹簧筒滑动配合；当万向轮受到径向力的时候，弹簧受到挤压收缩，刀板一部分被收入弹簧筒中，使刀盘旋转半径缩小；

所述履带轮机构包括：

分别位于机器人主体下方和上方的两组履带轮；

驱动对应履带轮的数个液压电机；

连接机器人主体与对应履带轮的可升降连接机构，通过可升降连接机构调节机器人主体高度使机器人主体始终位于管道液面上方；

所述可升降连接机构包括：

一根液压杆，水平布置在机器人主体与履带轮之间；

对称设置的一对第一连杆，第一连杆的一端与履带轮不同位置处铰接、另一端分别与液压杆的两端铰接；

对称设置的一对第二连杆，第二连杆的一端与机器人主体不同位置处铰接、另一端分别与液压杆的两端铰接；

所述机器人主体沿行进方向的后方设有可升降的格栅或刮板以及驱动格栅或刮板升降的格栅或刮板驱动机构，格栅或刮板工作状态下下降至与管壁接触、非工作状态下收入机器人主体内；格栅或刮板随着机器人主体一同前进，将管道内大块的淤泥和其他沉积物截留；

所述格栅或刮板驱动机构包括：

安装于格栅或刮板竖直向两侧的齿轮链条；

与所述齿轮链条配合的齿轮；

驱动所述齿轮转动的直流电机；

所述齿轮及直流电机均位于机器人主体内；

所述机器人主体下方还设有与格栅或刮板配合的毛刷轮，该毛刷轮与所述齿轮咬合并由齿轮驱动，毛刷轮与格栅或刮板紧贴，旋转方向与格栅或刮板运动方向相反，清理格栅或刮板上的杂物。

2.根据权利要求1所述管道自适应清淤机器人，其特征在于，相邻刀具之间的夹角为45~90°。

3.根据权利要求1所述管道自适应清淤机器人，其特征在于，所述机器人主体包括：

壳体；

设于所述壳体内的液压系统，所有的液压杆及液压电机均受控于该液压系统。