CN109351725A - 一种管道清洗机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种管道清洗机器人，包括：驱动装置、压紧装置、高压喷雾装置、吸尘过滤装置、旋转刀头组件，监控系统；本发明的管道清洗机器人能够适应不同管径管道的清洗工作，通过旋转刮刀头将管道内粘附的杂质清理掉，再通过吸尘过滤装置将杂质收集起来，并且能实时监控管内清洗情况。
Description
技术领域
本发明涉及有一种管道清洗装置，具体涉及一种管道清洗机器人。
背景技术
近年来，随着运输、工业、农业及建筑业的高速发展，管道运输系统应用于民用和工业的方方面面，人们越来越重视管道运输技术的利用，因此管道运输技术也取得很大的进步，在天然气、石油和城市居民生活用水等物资方面得到极其有效地推广应用，然而随之而来的就是各种问题，虽然管道运输在工业长距离输送作业中有着显著优势，但由于管内运输的物资长时间在管内穿行，另外受到管内化学腐蚀及管外因素影响，在管道底部及管壁上不可避免地会出现沉淀及硬质污垢，附着在管壁上的沉淀物一方面很大程度上阻碍运输物资的顺利通过，另一方面也腐蚀并逐渐破坏管壁，如此运行一定时间后，管壁出现微小裂缝，导致输送物资外流，带来不必要的损失；然而，由于城市规划需要，绝大多数管道深埋地下，管道所处的环境复杂恶劣，单纯靠人工作业清洗无法顺利完成，管道人工作业方面的相关事故更是不断发生，加之人工作业清洗方式的质量不佳，给城市居民的生活用水安全生产带来了巨大的隐患，因此设计一款用于管道清洗的机器人代替人工高效完成管道清洗任务是十分有必要的。
然而目前已研制出的大部分管道清洗机器人均存在以下问题：牵引力不足，严重影响作业距离；管道清洗机器人由于作业环境的影响，常出现打滑情况，不得不在很短作业距离之后就采用外部辅助牵引来继续完成后续作业；管道清洗机器人管内通过能力及越障能力不足，出现卡死情况，不但影响作业，而且会导致机器人无法取出的严重情况以及对于一些管壁污垢较厚较硬的管道，清洗效果不佳的问题。
发明内容
根据以上背景内容，本发明提出一种管道清洗机器人，所述清洗机器人主要包括：驱动装置3、压紧装置16、高压喷雾装置4、吸尘过滤装置5、旋转刀头组件6；驱动装置3有两组，每组数量为三个并且周向呈120°角分布在所述清洗机器人机体2外壁，两组驱动装置3沿轴向设置在管道清洗机器人的两端；所述压紧装置16将所述驱动装置3中的履带18压紧在作业管道1的管壁上；所述高压喷雾装置4位于所述清洗机器人机体2与吸尘过滤装置5之间。
作为本发明进一步的限定，驱动装置3由履带电机24，减速机25，从动轮20、主动轮21，履带18组成，履带电机24输出轴与减速机25相连，减速机与主动轮21相连，主动轮21与履带18的下边啮合使履带18移动并保证履带18张紧。
作为本发明进一步的限定，压紧装置由丝杠电机9，丝杠11，丝杠螺母12，固定杆26，移动杆27及弹簧23组成，同侧压紧装置16可以分别控制压力及行程，除了保证将每个履带18充分压紧，还利用弹簧23的缓冲能力，保证机器人主动轮21在接触到小障碍物时仍具备越障能力；所述固定杆26一端铰接与机器人机体外侧，另一端固定于驱动装置3的支撑板22上，移动杆27一端固定于固定杆26上，另一端固定于机体1内丝杠螺母12上，通过丝杠电动机9的正反转来实现不同管径的压紧。
作为本发明进一步的限定，压紧装置16通过丝杠电机9驱动丝杠11旋转，所述丝杠11的旋转带动丝杠螺母12沿着丝杠11移动，使得连杆机构能够根据管径调整具体移动方向和距离，同时驱动装置3下方支撑板22与机器人机体2之间对称连接的两根弹簧23处于压缩状态，保持驱动装置的平衡并使得压紧装置16张开或收紧的。
作为本发明进一步的限定，清洗装置包括旋转刀头组件6，吸尘过滤装置5和高压喷雾装置4；所述高压喷雾装置4依次连接吸尘过滤装置5和旋转刮刀头6。
作为本发明进一步的限定，旋转刀头组件6包括刀头35和橡胶刮刀片33，所述刀头35与吸尘电机31输出轴连接，所述刀头35内部分布有气孔，所述橡胶刮刀片33安装于所述刀头35上，每个橡胶刮刀片33上均有气道34，所述气道34与所述刀头35上的气孔连通。
作为本发明进一步的限定，高压喷雾装置4包括雾化喷头37和高压水泵14，所述高压水泵14一端连接水管7，另一端连接雾化喷头37，所述雾化喷头37内部有空腔，所述空腔入口处装有防水接头15。
作为本发明进一步的限定，雾化喷头37周向分布喷嘴38，所述喷嘴38与雾化喷头37的空腔连通；所述吸尘过滤装置5包括腔体30，吸尘电机31，螺旋叶轮29、过滤网32，所述腔体30分为两级，中间由过滤网32分开，所述螺旋叶轮有两组29，依次安装于所述吸尘电动机31的输出轴上，当所述旋转刀头组件6开始清理管道时，所述吸尘电动机31开始启动，所述螺旋叶轮29旋转产生吸力，灰尘随着气体通过进气口进入过滤腔。
管道清洗机器人进入管道作业前，所述管道清洗机器人的内部水管7的一端与供水管17连接，所述内部水管7用管卡8固定于所述机器人机体2内壁，所述内部水管7另一端连接高压水泵14，根据具体实际作业管道管径调整喷头38并固定喷头38位置，使喷头38距离管壁保持理想的清洗喷射距离。
作为本发明进一步的限定，吸尘过滤装置5，旋转刀头组件6，驱动装置3和压紧装置16是相互独立的，分别用独立的电机驱动；所述驱动装置3分别圆周均布固定安装所述机器人机体2外壁，每个驱动轮都有单独的电机驱动，先经过减速机25减速，再通过齿轮，将扭矩传送到输出轴上。
监控系统位于管外，所述管道清洗机器人载体前端安装摄像及照明装置。
有益效果
1、本发明所述的一种管道清洗机器人，采用丝杠螺母和连杆机构调节驱动装置的高度，可以通过调节电动机转动，使用于一定范围内的不同管径的管道。
2、本发明所述的一种管道清洗机器人，采用了履带式移动装置，履带与管壁的接触面积较大，附着力较强，同时增加了压紧装置，保证了履带与管壁之间的贴合度，有效避免打滑情况。
3、本发明所述的一种管道清洗机器人，增加了压紧装置，保证了履带与管壁之间的贴合度，压紧装置中采用弹簧，保证履带在运动过程中始终于管壁压紧，并且弹性元件的使用能有效避免机器人在移动过程中卡死的问题。
4、本发明所述的一种管道清洗机器人，与常规的高压水喷射清洗装置相比，增加了旋转刀头组件和吸尘过滤装置，它首先通过旋转刀头组件的橡胶刮刀片将管壁上粘附的杂质刮掉，并通过吸尘过滤装置收集起来，再通过高压喷雾装置对管壁进一步的冲洗，有效清除了管臂上的杂质，并这些杂质带出管道，其清洁效果更好。
附图说明
图 1 为本发明所述的一种管道清洗机器人的结构示意图；
图2为本发明所述的一种管道清洗机器人在作业管道内的径向视图；
图3为本发明所述的一种管道清洗机器人中压紧装置的结构示意图；
图4为本发明所述的一种管道清洗机器人中吸尘过滤装置和旋转刮刀头的结构及连接示意图；
图 5 为本发明所述的一种管道清洗机器人中旋转刮刀头中橡胶刮刀的示意图；
图6为本发明所述的一种管道清洗机器人中高压喷雾装置的结构示意图。
附图标记说明：1.作业管道；2.机器人机体；3.驱动装置；4.高压喷雾装置；5.吸尘过滤装置；6.旋转刀头组件；7.水管；8.管卡；9.丝杠电机；10.丝杠电机支撑座；11.丝杠；12.丝杠螺母；13.丝杠支撑座；14.高压水泵；15.防水接头，16.压紧装置；17.进水管；18.履带；19.从动轮支架；20.从动轮；21.主动轮；22.支撑板；23.弹簧；24.履带电机；25.减速机；26.固定杆；27.移动杆； 28.排气孔；29.螺旋叶轮；30.腔体；31.吸尘电机；32.过滤网；33.橡胶刮刀片；34.气道；35.刀头；36.锁紧块；37.雾化喷头；38.喷嘴。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚，完整的描述。
实施例一
参照图1，所述清洗机器人主要包括：驱动装置3、压紧装置16、高压喷雾装置4、吸尘过滤装置5和旋转刀头组件6；为了保持平衡，所述管道清洗机器人的驱动装置3有两组，每组由三组空间间隔120°分布的履带装置组成，具体分布结构示意图如图2所示；所述压紧装置16将履带18压紧在管壁上，考虑管道的制造误差、埋设后的内部清洁条件，要保证履带18在管壁上的可靠压紧；所述高压喷雾装置4位于所述清洗机器人机体2与吸尘过滤装置5之间；所述高压喷雾装置4具体结构示意图如图6所示，所述高压喷雾装置4包括雾化喷头37和高压水泵14和喷嘴。
所述驱动装置3由履带电机24，减速机25，从动轮20、主动轮21，履带18组成，履带电机24输出轴与减速机25相连，减速机与主动轮21相连，主动轮21与履带18的下边啮合使履带18移动并保证履带18张紧。
所述压紧装置由丝杠电机9，丝杠，丝杠螺母12，固定杆26，移动杆27及弹簧23组成，同侧压紧装置16可以分别控制压力及行程，除了保证将每个履带18充分压紧，还利用弹簧23的缓冲能力，保证机器人主动轮21在接触到小障碍物时仍具备越障能力；所述固定杆26一端铰接与机器人机体外侧，另一端固定于驱动装置3的支撑板22上，移动杆27一端固定于固定杆26上，另一端固定于机体1内丝杠螺母12上，通过丝杠电动机9的正反转来实现不同管径的压紧。
进一步的，所述压紧装置16通过丝杠电机9驱动丝杠11旋转，所述丝杠11的旋转带动丝杠螺母12沿着丝杠11移动，使得连杆机构能够根据管径调整具体移动方向和距离，同时驱动装置3下方支撑板22与机器人机体2之间对称连接的两根弹簧23处于压缩状态，保持驱动装置的平衡并使得压紧装置16张开或收紧的。
所述清洗装置包括旋转刀头组件6，吸尘过滤装置5和高压喷雾装置4；所述高压喷雾装置4依次连接吸尘过滤装置5和旋转刮刀头6。
进一步的，所述旋转刀头组件6包括刀头35和橡胶刮刀片33，所述刀头35与吸尘电机31输出轴连接，所述刀头35内部分布有气孔，所述橡胶刮刀片33安装于所述刀头35上，每个橡胶刮刀片33上均有气道34，所述气道34与所述刀头35上的气孔连通，所述橡胶刮刀如图5所示。
所述高压喷雾装置4包括雾化喷头37和高压水泵14，所述高压水泵14一端连接水管7，另一端连接雾化喷头37，所述雾化喷头37内部有空腔，所述空腔入口处装有防水接头15。
参见图6，所述雾化喷头37周向分布喷嘴38，所述喷嘴38与雾化喷头37的空腔连通；参见图4，所述吸尘过滤装置5包括腔体30，吸尘电机31，螺旋叶轮29、过滤网32，所述腔体30分为两级，中间由过滤网32分开，所述螺旋叶轮有两组29，依次安装于所述吸尘电动机31的输出轴上，当所述旋转刀头组件6开始清理管道时，所述吸尘电动机31开始启动，所述螺旋叶轮29旋转产生吸力，灰尘随着气体通过进气口进入过滤腔。
所述管道清洗机器人进入管道作业前，所述管道清洗机器人的内部水管7的一端与供水管17连接，所述内部水管7用管卡8固定于所述机器人机体2内壁，所述内部水管7另一端连接高压水泵14，根据具体实际作业管道管径调整喷头38并固定喷头38位置，使喷头38距离管壁保持理想的清洗喷射距离，所述喷头周向分布喷嘴的数量选择为6个，喷头内部空腔连接高压水泵的出水管。
所述吸尘过滤装置5，旋转刀头组件6，驱动装置3和压紧装置16是相互独立的，分别用独立的电机驱动；所述驱动装置3分别圆周均布固定安装所述机器人机体2外壁，每个驱动轮都有单独的电机驱动，先经过减速机25减速，再通过齿轮，将扭矩传送到输出轴上。
所述监控系统位于管外，便于实时监控记录管道机器人的作业过程、作业位置等，在机器人载体前端安装摄像及照明装置。
本发明所述的一种管道清洗机器人运用于管道清洗系统中的作业流程为：首先将可拆卸管道清洗机器人放置于待清洗的管道初始位置，组装调试完，由管道清洗机器人拖拽外部供水水管及动力电缆行进于待清洗的管道内，所述管道清洗机器人前进的同时，所述清洗装置装置同步开启进行管壁清洁，为了减小阻力，在供水水管及动力电缆上固定间隔加装滚动支架，通过视频监控系统，并结合外部控制系统时刻控制作业速度及管内作业情况，待所述管道清洗机器人到达所清洗的管道终点时，所有设备停止工作，由人工将其拆卸取出，考虑到目标作业距离较远，监控得知管道清洗机器人行走困难时，转入牵引缆拖拽完成后续子清洗作业；考虑到目前管道清洗机器人普遍存在的问题，即牵引力不足导致作业距离短，作业一段距离后容易打滑，且越障性差，整体运动稳定性不好导致清洗效果差等，本发明采用了履带式移动装置，履带与管壁的接触面积较大，附着力较强，同时增加了压紧装置，保证了履带与管壁之间的贴合度，有效避免打滑情况，每个压紧装置都增加了弹簧，与障碍可以收缩，保证履带始终于关闭紧密贴合，增加了所述机器人行走时的稳定性。
实施例二
本发明所述的一种管道清洗机器人，与常规的高压水喷射清洗装置相比，增加了旋转刀头组件和吸尘过滤装置，它首先通过旋转刀头组件的橡胶刮刀片将管壁上粘附的杂质刮掉，并通过吸尘过滤装置收集起来，再通过高压喷雾装置对管壁进一步的冲洗，有效清除了管臂上的杂质，并这些杂质带出管道，其清洁效果更好。
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 (10)
1.一种管道清洗机器人，其特征在于：所述清洗机器人包括：驱动装置（3）、压紧装置（16）、高压喷雾装置（4）、吸尘过滤装置（5）、旋转刀头组件（6）；所述驱动装置（3）有两组，每组数量为三个并且周向呈120°角分布在所述清洗机器人机体（2）外壁，两组驱动装置（3）沿轴向设置在管道清洗机器人的两端；所述压紧装置（16）将所述驱动装置（3）中的履带（18）压紧在作业管道（1）的管壁上；所述高压喷雾装置（4）位于所述清洗机器人机体（2）与吸尘过滤装置（5）之间。
2.根据权利要求1所述的一种管道清洗机器人，其特征在于：所述驱动装置（3）由履带电机（24）、减速机（25）从动轮（20）、主动轮（21）和履带（18）组成，所述履带电机（24）输出轴与减速机（25）相连，所述减速机（25）与主动轮（21）相连，所述主动轮（21）与履带（18）的下边啮合使履带（18）移动并保证履带（18）张紧。
3.根据权利要求1所述的一种管道清洗机器人，其特征在于：所述压紧装置（16）由丝杠电机（9）、丝杠（11）、丝杠螺母（12）、固定杆（26）、移动杆（27）及弹簧（23）组成，同侧所述压紧装置（16）分别控制压力及行程，保证将每个履带（18）充分压紧，并利用弹簧（23）的缓冲能力，保证机器人主动轮（21）具备越障能力；所述固定杆（26）一端铰接与机器人机体外侧，另一端固定于驱动装置（3）的支撑板（22）上，移动杆（27）一端固定于固定杆（26）上，另一端固定于机体（1）内丝杠螺母（12）上，通过丝杠电动机（9）的正反转来实现不同管径的压紧。
4.根据权利要求3所述的一种管道清洗机器人，其特征在于：所述压紧装置（16）通过丝杠电机（9）驱动丝杠（11）旋转，所述丝杠（11）的旋转带动丝杠螺母（12）沿着丝杠（11）移动，使得连杆机构能够根据管径调整具体移动方向和距离，同时驱动装置（3）下方支撑板（22）与机器人机体（2）之间对称连接的两根弹簧（23）处于压缩状态，保持驱动装置的平衡并使得压紧装置（16）张开或收紧的。
5.根据权利要求1所述的一种管道清洗机器人，其特征在于：所述清洗装置包括旋转刀头组件（6），吸尘过滤装置（5）和高压喷雾装置（4）；所述高压喷雾装置（4）依次连接吸尘过滤装置（5）和旋转刮刀头（6）。
6.根据权利要求5所述的一种管道清洗机器人，其特征在于：所述旋转刀头组件（6）包括刀头（35）和橡胶刮刀片（33），刀头（35）与安装于吸尘电机（31）输出轴上，刀头（35）内部分布有气孔，所述橡胶刮刀片（33）安装于所述刀头（35）上，每个刮刀片（33）上均有气道（34），所述气道（34）与刀头（35）上的气孔连通。
7.根据权利要求1所述的一种管道清洗机器人，其特征在于：所述高压喷雾装置（4）包括雾化喷头（37）和高压水泵（14），所述高压水泵（14）一端连接水管（7），另一端连接雾化喷头（37），所述雾化喷头（37）内部有空腔，所述空腔入口处装有防水接头（15）。
8.根据权利要求1所述的一种管道清洗机器人，其特征在于：所述雾化喷头（37）周向分布喷嘴（38），所述喷嘴（38）与雾化喷头（37）的空腔连通；所述吸尘过滤装置（5）包括腔体（30）、吸尘电机（31）、螺旋叶轮（29）和过滤网（32），所述腔体（30）分为两级，中间由过滤网（32）分开，所述螺旋叶轮有两组（29），依次安装于所述吸尘电动机（31）的输出轴上，吸尘电动机带动螺旋叶轮（29）旋转产生吸力，灰尘随着气体通过进气口进入过滤腔。
9.根据权利要求1所述的一种管道清洗机器人，其特征在于：所述管道清洗机器人的内部水管（7）的一端与供水管（17）连接，所述内部水管（7）用管卡（8）固定于所述机器人机体（2）内壁，所述内部水管（7）另一端连接高压水泵（14）。
10.根据权利要求1所述的一种管道清洗机器人，其特征在于：所述吸尘过滤装置（5）、旋转刀头组件（6）、驱动装置（3）和压紧装置（16）相互独立设置，分别用独立的电机驱动；所述驱动装置（3）分别圆周均布固定安装所述机器人机体（2）外壁，每个驱动轮都由单独的电机驱动，先经过减速机（25）减速，再通过齿轮，将扭矩传送到输出轴上。
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