CN108661163A - 一种管道清淤机器人装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道清淤机器人装置及其控制方法，包括底座、传动组件和清淤组件；所述清淤组件由挂座、机械臂和机械爪组成，挂座的空腔内安装有锂电池、驱动转换器、超声波测距仪、无线收发装置和电路板，电路板上焊接有电性元器件，各元件之间相互电路连接；所述传动组件由伺服电机、步进电机、伸缩杆和丝杆组成，伸缩杆穿过滑座，通过在底座内部安装的齿轮与步进电机传动连接，伸缩杆和丝杆连接的滑座的背面焊接有轴，并通过在轴上套接的齿轮与伺服电机传动连接。本发明通过简单的传动组件和清淤组件的设置，将其固定在底座上，占用空间小，手持操作，工作简单，整体装置集成度高，携带搬运方便，全自动化，节约大量的人力物力。

Description

一种管道清淤机器人装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及机器人应用技术领域，具体为一种管道清淤机器人装置及其控制方法。

背景技术

在城市发展过程中，随着城市规模的不断扩大，城市人口的急剧增加，城市用水量逐步提高，对排水系统的要求也随之提高，其管理、养护维修、疏通的手段和方法逐步受到管理部门的重视。

在排水管道中，往往由于居民乱泼乱倒污水排入大量杂物，使得这些杂物在排水系统排除的过程中容易造成各种因素的堆积，逐步造成排水管道的堵塞，使日常排水不畅，遇大雨时地面极易结水而损失大增。

当前主要清淤方式之一的缓车清淤法，是我国当前最常用的清淤技术方法，它是利用排水管道两端的窨井进行绳索拉结清淤的过程，是一种实惠而又节约的施工方式，但这种方法美中不足是，需从一个窨井向另一个窨井送TT片，需要人工下井完成，由于井下工作环境恶劣、通风不畅容易给工人带来极大的不便，甚至还可能引发事故；还只能清理小口径排水管道。

当前主要清淤方式之二的高压水射流清淤法，是一种广泛应用的管道清淤法，它是用一台高压喷射车，靠射水产生的反作用力来清洗管道壁，但由于用水极大，用水又需要干净水，喷射后的泥浆需立即由吸泥车吸走等原因，所以成本太高，受施工场地太大制约。

当前主要清淤方式之三是水冲刷清淤法，该方法需靠一群“地下工作者”，常年工作在距离地面三四米甚至10多米深的城市排水管道内，小心呵护着“城市良心”。他们是排水管道清淤者，他们有时甚至用跪、爬的方式，保障着地面数万居民的正常生活。但这些大白天也伸手不见五指的排水管道，通常能析出硫化氢、甲烷、二氧化碳等气体，某些生产污水还析出石油、汽油或苯等气体，它与空气中的氮气混合，能形成爆炸性气体，严重威胁着作业人员的安全。

综上，虽然现在清淤机械比以前多了，但还是离不开钻管道的人。比如用吸泥车，必须靠人在管道内拖动吸泥管。在地面上两个人抬得动的吸泥管，到了管道内，由于淤泥的阻力，往往要三四个人同时拖动。更困难的是，他们经常在管径只有0.8米的管道内作业，空间狭小，拖动吸泥管时，常常是爬着一步一步挪。为此，随着城市建设要求的日益提高，在科学技术日新月异的今天，城市排水管道的全自动清淤逐步成为当前社会发展的关键，是保证现代城市排水系统能够正常有效工作的基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管道清淤机器人装置及其控制方法，手持操作，工作简单，整体装置集成度高，携带搬运方便，全自动化，节约大量的人力物力，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种管道清淤机器人装置，包括底座、传动组件和清淤组件；所述清淤组件由挂座、机械臂和机械爪组成；所述机械爪传动连接机械臂，机械臂的另一端固定在挂座上，挂座的一侧安装有摄像头；所述挂座的空腔内安装有锂电池、驱动转换器、超声波测距仪、无线收发装置和电路板；所述锂电池分别与驱动转换器、超声波测距仪、无线收发装置、电路板电连接，并为其提供工作电源；所述电路板上焊接有单片机、温度传感器、氧气浓度传感器、湿度传感器、光强传感器和位移传感器，各传感器之间分别通过电路与单片机连接；

所述传动组件由伺服电机、步进电机、伸缩杆和丝杆组成；所述丝杆穿过挂座，在丝杆的一端部固定有前压板，前压板的顶部安装有LED照明灯和限位传感器，限位传感器设置在LED照明灯的两侧；所述丝杆的另一端部固定连接伸缩杆，伸缩杆穿过滑座，通过在底座内部安装的齿轮与步进电机传动连接；所述滑座设置在底座上，滑座与底座的接触面上焊接有滑块；所述底座上固定有纵向滑轨，纵向滑轨与滑座背面的滑块嵌合；所述滑座的背面焊接有轴，并通过在轴上套接有齿轮与伺服电机传动连接。

优选的，所述摄像头连接有摄像头转台，并通过摄像头转台固定在挂座上。

优选的，所述丝杆与挂座螺纹连接。

优选的，所述底座的两侧焊接有手提拉把。

优选的，所述单片机型号选用AT89S51，具有接收信号和数据处理功能。

优选的，所述伺服电机、步进电机、LED照明灯、机械臂和机械爪的工作电源均通过导线与锂电池输出端口相连接。

优选的，所述无线收发装置上还安装有天线，并通过天线外接有信号遥控器。

本发明提供另一种技术方案为：一种管道清淤机器人装置的控制方法，包括以下步骤：

S1：将机器人装置的底座固定在待清淤的管道上；

S2：通过遥控器或手动控制传动组件工作，由伸缩杆和丝杆将清淤组件输送至管道内；

S3：打开LED照明灯和摄像头对管道进行实时监测；

S4：超声波测距仪、无线收发装置、温度传感器、氧气浓度传感器、湿度传感器、光强传感器、位移传感器和限位传感器采集管道内数据上传至单片机进行处理，并将处理后的相关的数据由无线收发装置上的天线发送至信号遥控器；

S5：管道外遥控清淤组件和传动组件工作，通过机械臂和机械爪对管道杂物进行清理即可。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本管道清淤机器人装置及其控制方法，通过简单的传动组件和清淤组件的设置，将其固定在底座上，整体装置集成度高，占用空间小，使其便于搬运、挪动。

2、本管道清淤机器人装置及其控制方法，通过伸缩杆和丝杆与管道孔径相配合的设置，使其能够有效探测到未知管道内的通堵状况，避免传统人工钻入管道或其他方式对管道进行梳理带来的成本高、危险性高等问题。

3、本管道清淤机器人装置及其控制方法，清淤组件的设置，直接由机械臂和机械爪对管道进行梳理，并在清淤组件内安装电性原件对未知管道进行实时监测控制，避免盲目施工的困扰，同时，全自动化的设置，大大提高管道清淤的工作效率，节约大量的人力物力。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明图1的A-A向图；

图3为本发明清淤组件结构图；

图4为本发明的挂座内部电性元件图；

图5为本发明的滑座背面结构示意图；

图6为本发明图1B部放大图。

图中：1底座、11纵向滑轨、12手提拉把、2传动组件、21伺服电机、22步进电机、23伸缩杆、24丝杆、25前压板、26 LED照明灯、27限位传感器、28滑座、281滑块、282轴、3清淤组件、31挂座、311锂电池、312驱动转换器、313超声波测距仪、314无线收发装置、315电路板、3151单片机、3152温度传感器、3153氧气浓度传感器、3154湿度传感器、3155光强传感器、3156位移传感器、32机械臂、33机械爪、34摄像头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1-6，本发明实施例中：一种管道清淤机器人装置，包括底座1、传动组件2和清淤组件3；底座1的两侧焊接有手提拉把12，方便对整个机器人装置的挪运；清淤组件3由挂座31、机械臂32和机械爪33组成；机械爪33传动连接机械臂32，用于对管道内的杂物进行清理；机械臂32的另一端固定在挂座31上，挂座31的一侧安装有摄像头34，摄像头34连接有摄像头转台，并通过摄像头转台固定在挂座31上，可实现摄像头34在不同角度方向的旋转；挂座31的空腔内安装有锂电池311、驱动转换器312、超声波测距仪313、无线收发装置314和电路板315，锂电池311分别与驱动转换器312、超声波测距仪313、无线收发装置314、电路板315电连接，并为其提供工作电源，其中，驱动转换器312用于调节机械臂32、超声波测距仪313、无线收发装置314工作，超声波测距仪313用于探测杂物在管道内的堆积位置，无线收发装置314上还安装有天线，并通过天线外接有信号遥控器，可进行远程遥控操作；电路板315上焊接有单片机3151、温度传感器3152、氧气浓度传感器3153、湿度传感器3154、光强传感器3155和位移传感器3156，各传感器之间分别通过电路与单片机3151连接，用于对管道内未知环境状态进行检测，单片机3151型号选用AT89S51，具有接收信号和数据处理功能；

其中，传动组件2由伺服电机21、步进电机22、伸缩杆23和丝杆24组成；丝杆24穿过挂座31，丝杆24与挂座31螺纹连接，在丝杆24的一端部固定有前压板25，前压板25的顶部安装有LED照明灯26和限位传感器27，限位传感器27设置在LED照明灯26的两侧，限位传感器27用于探测管道内距离，在管道的尽头处由限位传感器27感应，同时，可通过前压板25对管道未知障碍物进行推压；丝杆24的另一端部固定连接伸缩杆23，伸缩杆23穿过滑座28，通过在底座1内部安装的齿轮与步进电机22传动连接，步进电机22工作，通过齿轮带动伸缩杆23转动，伸缩杆23传动丝杆24转动，丝杆24与挂座31螺纹连接，从而将挂座31及整个清淤组件3移动到合适的位置，对管道内的杂物进行清理；滑座28设置在底座1上，滑座28与底座1的接触面上焊接有滑块281；底座1上固定有纵向滑轨11，纵向滑轨11与滑座28背面的滑块281嵌合；滑座28的背面焊接有轴282，并通过在轴282上套接有齿轮与伺服电机21传动连接，伺服电机21工作通过齿轮带动轴282转动，使得轴固定连接的滑座28沿着纵向滑轨11上下运动，伺服电机21、步进电机22、LED照明灯26、机械臂32和机械爪33的工作电源均通过导线与锂电池311输出端口相连接。

实施例2：

基于上述实施例1的描述，本发明提供另一种实施方案为：一种管道清淤机器人装置的控制方法，包括以下步骤：

第一步：将机器人装置的底座1固定在待清淤的管道上；

第二步：通过遥控器或手动控制传动组件2工作，由伸缩杆23和丝杆24将清淤组件3输送至管道内；

第三步：打开LED照明灯26和摄像头34对管道进行实时监测；

第四步：超声波测距仪313、无线收发装置314、温度传感器3152、氧气浓度传感器3153、湿度传感器3154、光强传感器3155、位移传感器3156和限位传感器27采集管道内数据上传至单片机3151进行处理，并将处理后的相关的数据由无线收发装置314上的天线发送至信号遥控器；

第五步：管道外遥控清淤组件3和传动组件2工作，通过机械臂32和机械爪33对管道杂物进行清理即可。

工作原理：本管道清淤机器人装置及其控制方法，通过设置的传动组件2和清淤组件3由远程遥控装置进行控制，将清淤组件3安装在传动组件2上，传动组件2通过伺服电机21、步进电机22驱动伸缩杆23和丝杆24工作，当步进电机22将伸缩杆23和丝杆24在管道内传送至待清淤位置，其清淤位置分别由设置在清淤组件3内部的驱动转换器312、超声波测距仪313、无线收发装置314、单片机3151、温度传感器3152、氧气浓度传感器3153、湿度传感器3154、光强传感器3155和位移传感器3156进行判别，随后伺服电机21工作，控制连接在伸缩杆23和丝杆24的滑座28沿着纵向滑轨11滑动，其上下位置的调整将清淤组件3上的机械爪33移动至管道内的清淤位，并由机械臂32驱动机械爪33对管道内的杂物进行清理，确保管道内的流通性。

综上所述：本发明提供的一种管道清淤机器人装置及其控制方法，通过简单的传动组件2和清淤组件3的设置，将其固定在底座1上，整体装置集成度高，占用空间小，使其便于搬运、挪动；其次，通过伸缩杆23和丝杆24与管道孔径相配合的设置，使其能够有效探测到未知管道内的通堵状况，避免传统人工钻入管道或其他方式对管道进行梳理带来的成本高、危险性高等问题；另外，清淤组件3的设置，直接由机械臂32和机械爪33对管道进行梳理，并在清淤组件3内安装电性原件对未知管道进行实时监测控制，避免盲目施工的困扰，同时，全自动化的设置，大大提高管道清淤的工作效率，节约大量的人力物力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管道清淤机器人装置，其特征在于，包括底座(1)、传动组件(2)和清淤组件(3)；所述清淤组件(3)由挂座(31)、机械臂(32)和机械爪(33)组成；所述机械爪(33)传动连接机械臂(32)，机械臂(32)的另一端固定在挂座(31)上，挂座(31)的一侧安装有摄像头(34)；所述挂座(31)的空腔内安装有锂电池(311)、驱动转换器(312)、超声波测距仪(313)、无线收发装置(314)和电路板(315)；所述锂电池(311)分别与驱动转换器(312)、超声波测距仪(313)、无线收发装置(314)、电路板(315)电连接，并为其提供工作电源；所述电路板(315)上焊接有单片机(3151)、温度传感器(3152)、氧气浓度传感器(3153)、湿度传感器(3154)、光强传感器(3155)和位移传感器(3156)，各传感器之间分别通过电路与单片机(3151)连接；

所述传动组件(2)由伺服电机(21)、步进电机(22)、伸缩杆(23)和丝杆(24)组成；所述丝杆(24)穿过挂座(31)，在丝杆(24)的一端部固定有前压板(25)，前压板(25)的顶部安装有LED照明灯(26)和限位传感器(27)，限位传感器(27)设置在LED照明灯(26)的两侧；所述丝杆(24)的另一端部固定连接伸缩杆(23)，伸缩杆(23)穿过滑座(28)，通过在底座(1)内部安装的齿轮与步进电机(22)传动连接；所述滑座(28)设置在底座(1)上，滑座(28)与底座(1)的接触面上焊接有滑块(281)；所述底座(1)上固定有纵向滑轨(11)，纵向滑轨(11)与滑座(28)背面的滑块(281)嵌合；所述滑座(28)的背面焊接有轴(282)，并通过在轴(282)上套接有齿轮与伺服电机(21)传动连接。

2.如权利要求1所述的一种管道清淤机器人装置，其特征在于：所述摄像头(34)连接有摄像头转台，并通过摄像头转台固定在挂座(31)上。

3.如权利要求1所述的一种管道清淤机器人装置，其特征在于：所述丝杆(24)与挂座(31)螺纹连接。

4.如权利要求1所述的一种管道清淤机器人装置，其特征在于：所述底座(1)的两侧焊接有手提拉把(12)。

5.如权利要求1所述的一种管道清淤机器人装置，其特征在于：所述单片机(3151)型号选用AT89S51，具有接收信号和数据处理功能。

6.如权利要求1所述的一种管道清淤机器人装置，其特征在于：所述伺服电机(21)、步进电机(22)、LED照明灯(26)、机械臂(32)和机械爪(33)的工作电源均通过导线与锂电池(311)输出端口相连接。

7.如权利要求1所述的一种管道清淤机器人装置，其特征在于：所述无线收发装置(314)上还安装有天线，并通过天线外接有信号遥控器。

8.一种如权利要求1所述的管道清淤机器人装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将机器人装置的底座(1)固定在待清淤的管道上；

S2：通过遥控器或手动控制传动组件(2)工作，由伸缩杆(23)和丝杆(24)将清淤组件(3)输送至管道内；

S3：打开LED照明灯(26)和摄像头(34)对管道进行实时监测；

S4：超声波测距仪(313)、无线收发装置(314)、温度传感器(3152)、氧气浓度传感器(3153)、湿度传感器(3154)、光强传感器(3155)、位移传感器(3156)和限位传感器(27)采集管道内数据上传至单片机(3151)进行处理，并将处理后的相关的数据由无线收发装置(314)上的天线发送至信号遥控器；

S5：管道外遥控清淤组件(3)和传动组件(2)工作，通过机械臂(32)和机械爪(33)对管道杂物进行清理即可。