CN109577395B - 具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,能够实现水下无害化连续移动快速清淤,且具备行进轨迹纠正功能,使其能够笔直行进。该清淤机器人包括平台框架、以及设置在平台框架上的履带底盘、吸淤泥机构、清淤机构、防撞导向装置、轨迹纠正单元、控制单元和视觉单元。该清淤机器人的吸淤泥机构采用二级收集和泵送,清淤效果好;采用绞龙绞吸收集淤泥,扰动小,不造成二级污染。且一级收集机构和二级收集机构即可联合使用也可单独使用,以适应不同的使用环境,使其使用更为灵活。设置防撞导向装置不仅能够防止清淤机器人整车撞坏涵洞内的墙壁,还能够实现定轨道淤泥的清理和障碍的清除。轨迹纠正能够防止其跑偏,保证清淤机器人能够可靠的进行淤泥的清理和障碍的清除。

Description

具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人,具体涉及一种水下清淤机器人。
背景技术
由于国内很多明渠的总干渠投入运行以来,沿线用水户依赖程度逐渐加深,供水保证率要求高,在今后的运行中,明渠的总干渠输水的希望值是不间断供水。然而,与其他明渠一样,这些明渠总干渠在其运行期间,不可避免在输水渠道及与之交叉的排洪建筑物内形成大量的淤积物,影响供水及危及总干渠安全。为保证不间断供水及总干渠安全,并减轻清淤过程中的二次污染,有必要研究一种水下清淤机器人
结合明渠总干渠运行要求及现场条件,水下清淤机器人应能适应渠道淤积和涵洞淤塞等不同环境,具备淤积物清理等功能,实现无害化连续可移动快速清淤。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,能够实现水下无害化连续移动快速清淤。
所述的具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,包括:平台框架、以及设置在所述平台框架上的履带底盘、吸淤泥机构、清淤机构、轨迹纠正单元、控制单元和视觉单元;
所述履带底盘作为所述清淤机器人的行走机构,设置在所述平台框架底部;所述履带底盘在所述控制单元的控制下行走;
所述吸淤泥机构设置在所述平台框架前端,包括一级收集机构、二级收集机构和泵送机构;所述一级收集机构包括收集罩、设置在收集罩前端开口处的收集口以及设置在收集罩底部的滚轮组;所述收集口一端与所述收集罩连接,另一端向前向下倾斜至与地面接触;所述收集罩后端面为网状结构;
所述二级收集机构设置在所述一级收集机构后端,包括:罩体、和绞龙;所述绞龙横向安装在钢制罩体内部,由马达B驱动;所述罩体开口端与所述一级收集机构中收集罩后端面对接,所述罩体后端面中部设置有用于和泵送机构相连的泵吸口,所述泵送机构用于实现所述吸淤泥机构收集的淤泥的泵送;所述二级收集机构通过支撑杆与所述平台框架相连;所述马达B和泵送机构受控于所述控制单元;
所述清淤机构包括:旋转平台和安装在所述旋转平台上的机械臂;所述旋转平台通过底座安装在平台框架上,所述旋转平台用于带动所述机械臂绕所述旋转平台的轴向在设定角度范围内转动,所述机械臂在所述控制单元的控制在设定位置完成拾取动作,并将拾取物放入所述收集篮筐内;所述旋转平台和机械臂均受控于所述控制单元;
所述视觉单元用于实时获取清淤机器人所在环境的图像,并通过光电复合电缆传输至地面的上位机;所述控制单元接收所述上位机的指令,控制所述吸淤泥机构和清淤机构工作;
所述轨迹纠正单元包括:四个拖杆;在所述平台框架横向两侧的同一水平面上各设置一根与涵洞两侧壁面平行的纵梁,每根纵梁的前后两端各设置一个绞轴,每个绞轴内部安装一个角度传感器,在每个绞轴处安装一根拖杆,所述拖杆一端铰接在绞轴上,另一端向斜后方延伸后与对应侧的涵洞侧壁接触;初始时,位于同侧的两根拖杆与涵洞侧壁的夹角为相同的设定值;所述角度传感器实时监测其所在位置拖杆与涵洞侧壁的夹角,并发送给所述控制单元;
当监测到位于同侧的两根拖杆与涵洞侧壁的夹角的差值超出所述控制单元内预设的差值范围时,所述控制单元控制履带底盘纠正所述清淤机器人的行进方向,直至位于同侧的两根拖杆与涵洞侧壁的夹角的差值在预设的差值范围内。
进一步的,还包括设置在所述平台框架前端中间位置安装测高仪C以及设置在所述平台框架上的姿态传感器;
当所述清淤机器人用在纵向截面为倒梯形的涵洞时,所述姿态传感器实时监测清淤机器人的姿态并发送给上位机,依据所述姿态传感器所监测的姿态数据能够获知所述清淤机器人当前处于涵洞进口下斜坡段、平面段或涵洞出口上斜坡段;当所述清淤机器人处于平面段时,所述测高仪C38实时测量所述清淤机器人所在位置到涵洞出口上斜坡的距离,并发送给上位机,所述上位机结合已知的涵洞的总长获得所述清淤机器人距离涵洞入口的距离。
进一步的,还包括自救援单元,所述自救援单元包括卷扬机,救援绳的一端缠绕在所述卷扬机上,另一端与清淤机器人相连;
当所述清淤机器人用在明渠时,所述卷扬机固定在岸边;
当所述清淤机器人用在涵洞时,所述卷扬机固定浮桥上,所述浮桥通过两套连接机构与挂放在垂直于涵洞洞口的墙面上的挂板相连;两套连接机构左右对称布置,每套连接机构包括长油缸、短油缸和链条,所述链条的一端与所述浮桥上对应的铰接支座铰接,另一端与所述挂板上对应的铰接支座铰接;所述长油缸的缸体端与浮桥上对应的铰接支座铰接,活塞杆端与挂板上对应的铰接支座铰接;所述卷扬机通过压板固定在所述浮桥上,所述短油缸的缸体端与压板上的铰接支座铰接,活塞杆端与挂板上对应的铰接支座铰接;在所述浮桥上相对洞口的一端设置有U形开口。
有益效果:
(1)该清淤机器人的吸淤泥机构采用二级收集和泵送,完成清淤工作,清淤效果好;采用绞龙绞吸收集淤泥,扰动小,不造成二级污染。且一级收集机构和二级收集机构即可联合使用也可单独使用,以适应不同的使用环境,使其使用更为灵活;其该清淤机器人具备轨迹纠正功能,能够防止水下机器人跑偏,保证清淤机器人能够可靠的进行淤泥的清理和障碍的清除。
(2)设置清淤机构,能够在吸淤泥前实现水下石块和树枝等较大杂物的拾取,使得吸淤效率更高。
(3)设置防撞导向装置不仅能够防止清淤机器人整车撞坏涵洞内的墙壁,还能够实现定轨道淤泥的清理和障碍的清除。
(4)清淤机构中的机械臂能够与高压水枪或铲刮板等工具相配合,清除涵洞内壁四周出现的贝壳等附着生物。
附图说明
图1该清淤机器人的系统组成框图;
图2为该清淤机器人的整体结构示意图;
图3为该清淤机器人履带底盘的结构示意图;
图4为该清淤机器人吸淤泥机构的结构示意图;
图5和图6为吸淤泥机构中一级收集机构的结构示意图;
图7为吸淤泥机构中二级收集机构的结构示意图;
图8为清淤机构的结构示意图;
图9为视觉单元的结构示意图;
图10为轨迹纠正单元的结构示意图;
图11为水下自助救援单元的侧视图;
图12为水下自助救援单元的俯视图;
图13为防撞导向装置的结构示意图。
其中:1-履带底盘、4-收集篮筐、5-泵送机构、6-吸淤泥机构、7-清淤机构、8-防撞导向装置、10-视觉系统、11-履带轮毂、12-履带、13-马达A、14-减速机、15-平台框架、16-一级收集机构、17-二级收集机构、18-支撑轴孔、19-中间收集罩、20-小收集罩、21-橡胶轮A、22-橡胶轮B、23-拉簧、24-收集口、25-连接板、26-支撑座、27-伸缩油缸、28-支撑杆、29-罩体、30-软质罩、31-橡胶轮C、32-马达B、33-防撞胶轮、34-绞龙、39-声纳、40-前置照明摄像单元、41-后置前照明/摄像单元、42-后置后照明/摄像单元、43-底座、44-摆动油缸、45-机械臂、46-支撑架、47-防撞轮、48-旋转轴、50-水下清淤机器人、51-挂板、52-长油缸、53-短油缸、54-卷扬机、55-浮桥、56-链条、57-拖杆
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明作进一步的详细说明。
实施例1:
本实施例中提供一种具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,能够实现水下无害化连续移动快速清淤。该清淤机器人有两种应用环境,具体如下:
第一种:人工河道是明渠,笔直的,水流顺流而下,水流截面为倒梯形,水质较清澈;个别时候也要经过横在河道的桥梁或者暗洞。需要水下设备实现河道淤泥的清理和障碍(石头或树枝,编织物)的清除。
第二种:人工河道本身是横穿明渠下方,且在明渠之下的倒梯形涵洞,且是满水状态下,水流截面是正方形,通常称为穿渠涵洞,河水浑浊。穿渠涵洞自身内部所有尺寸(如洞长,倒梯形坡度,坡度俯视长度,纵坡面样貌和所有相关尺寸)预知。需要水下设备实现涵洞淤泥的清理和障碍(石头或树枝,编织物)的清除。
如图1和图2所示,该清淤机器人包括平台框架15、履带底盘1、吸淤泥机构6、清淤机构7、轨迹纠正单元、控制单元和视觉单元。其中履带底盘1和防撞导向装置组成行走平台系统,吸淤泥机构6和清淤机构7为执行部分。
如图3所示,该清淤机器人采用履带底盘1作为行走机构,履带底盘1包括:履带轮毂11、履带12、马达A13和减速机14;平台框架15为整个机器人的支撑结构,其顶部设置有收集篮筐4,底部两端各设置一个履带轮毂11,履带轮毂11上设置耐磨橡胶履带12,每个履带轮毂11对应一个马达A13作为动力单元,马达A13的动力通过减速机14传递至履带轮毂11,从而为清淤机器的行走提供动力。
如图6所示,吸淤泥机构6设置在清淤机器人的前端,包括一级收集机构16、二级收集机构17和泵送机构5。其中一级收集机构16的结构如图5和图6所示,包括:由中间收集罩19和设置在中间收集罩19两侧的小收集罩20组成的收集罩、设置在收集罩前端开口处的撮箕形的收集口24以及设置在收集罩底部的滚轮组;其中收集口24的一端与中间收集罩19的底面通过合页连接,另一端向前向下倾斜至与地面接触。中间收集罩19前端开口,后端面为网状结构,小收集罩20前端开口、后端面以及与中间收集罩19相连的一端为网状结构,与中间收集罩19相对的端面封闭。在收集罩和收集口24底部均设置有滚轮组,如图6所示,分别为两个软橡胶轮A21和两个软橡胶轮B22;清淤机器人在行进过程中,收集罩和收集口24通过滚轮组与地面滚动配合。一级收集机构16后端(与平台框架15相对的一端)设置有橡胶连接板25,连接板25的两端设置有用于连接二级收集机构的支撑轴孔18。
如图7所示,二级收集机构17包括:罩体29、伸缩油缸27、支撑架28、马达B32和绞龙34;罩体29为表面遍布网眼的轻质铁皮不锈钢罩,既能够随着涵洞内的斜坡和水平底自由浮动,又能保证进入二级收集机构的泥砂不会随着水流飘散到下游。绞龙34横向安装在钢制罩体29内部,由马达B32驱动,通过绞吸收集淤泥,罩体29后端面中部设置有泵吸口,用于和泵送机构5相连,绞龙34搅拌后的污泥通过泵吸口进入后面的泵送机构5。绞龙34轴向两端伸出罩体29后通过轴承支撑在连接板25两端的支撑轴孔18内。同时在罩体29两端安装有橡胶轮C31,清淤机器人在行进过程中,橡胶轮C31与地面滚动配合。罩体29的前端开口,与一级收集机构16中收集罩后端相对,二级收集机构通过两组支撑杆28和伸缩油缸27与平台框架15相连,具体为:支撑杆28为弯折结构,其一端与罩体29相连,另一端与固定在平台框架15上的支撑座26相连,伸缩油缸27设置在支撑杆28下方,其缸体端与支撑座26铰接,活塞杆端与支撑杆28下表面的支耳铰接。正常工作时,伸缩油缸27处于自由伸缩状态,通过伸缩油缸27实现自由浮动,能够达到减振的效果;维修时,通过伸缩油缸27将二级收集机构支起,便于更换二级收集机构中的绞龙34。为了防止清淤机器人行进过程中,罩体29中的污泥漏掉,在罩体29后端设置有底部与地面接触的软质罩30。
二级收集机构17可以和一级收集机构16配合使用,也可以单独使用(单独使用时,直接拆掉一级收集机构16即可)。二级收集机构17单独使用时,在橡胶轮C31中部向外延伸的支座上安装防撞胶轮33,用于防止二级收集机构17直接与沟渠避免的碰撞。
泵送机构主要由潜水电机和吸污泵组成,用于实现淤泥从水下到地面的泵送。
吸淤泥机构6的工作原理为:在渠道内石头和树枝较多时,一级收集机构16和二级收集机构17联合使用,一级收集机构16用于过滤收集的淤泥中的石头、树枝、编织袋等垃圾,使小颗粒的泥沙通过网状结构进入二级收集机构17中,通过一级收集机构16能防止绞龙34缠绕以及泵送机构堵塞。二级收集机构17实现低流速水流下的淤泥的收集,二级收集机构17通过其内置的绞龙34产生的旋流,让泥沙都集中到带负压的正中间圆形泵吸口,泵吸口为十字开口型,进一步防止大颗粒的石块进入泵吸机构中的吸污泵中,有效地保证吸污泵的叶轮不被损伤,间接延长的吸污泵的寿命,减少了设备的维修次数。其中绞龙34制造采用正反转缠绕设计,便于淤泥集中到中间的泵吸口。绞龙34的驱动机构(即马达B32)设计中还考虑到了石块卡住绞龙的情形,若有卡住的倾向(即某一方向的旋转扭矩陡然增大),其马达B32立即驱动绞龙34反转,将石块吐出,由此能够很好的保护绞龙不被卡死。
如图8所示,清淤机构7包括:底座43、旋转平台和机械臂45;其中底座43设置在平台框架15前端中间位置,底座43为过管底座43,即泵吸机构的管路从底座43穿过;机械臂45为五轴机械臂,通过旋转平台安装在底座43上,本方案中旋转平台采用摆动油缸44,用于带动机械臂45绕竖直方向转动,实现机械臂45在周向不同位置操作。机械臂45在控制单元的控制下实现水下石块和树枝的拾取,旋转平台负责整个机械臂45的旋转,从而拾取前方的石块和树枝后,向后旋转到设置在平台框架15上的收集篮筐4里面,最后由清淤机器人带回到地面;对于个别不好拾取的石块,可以通过机械臂45和旋转平台联合操作,先推到涵洞的边上,便于清淤机器人快速清淤。
如图9所示,视觉单元包括:安装在平台框架15上的前置声纳39、前置照明摄像单元40、后置前照明/摄像单元41和后置后照明/摄像单元42。其中前置声纳39设置在平台框架15前端中部,在平台框架15上收集篮筐4前端的左右两侧各设置一个镜头朝向前方的前置照明摄像单元40,平台框架15上收集篮筐4后端的中间位置分别设置后置前照明/摄像单元41和后置后照明/摄像单元42,其中后置前照明/摄像单元41的镜头朝向前方,后置后照明/摄像单元42的镜头朝向后方。视觉单元中的用于将通过照明/摄像单元采集水下的图像以及通过声纳探测得到的图像轮廓,通过水下清淤机器人尾端的光电复合电缆传输到地面的上位机,通过上位机的多屏幕显示器显示在屏幕上,便于地面人员根据图像操控上位机的操纵杆和数据处理系统联合向下位机(即清淤机器人的控制单元)发出指令,指导清淤机器人水下执行机构(吸淤泥机构和清淤机构)工作。
为保证清淤机器人能够可靠的进行淤泥的清理和障碍的清除,防止其跑偏,在该清淤机器人上设置轨迹纠正单元,如图10所示,轨迹纠正单元包括:四个拖杆57。在平台框架15横向两侧的同一水平面上各设置一根与涵洞的两侧面相平行的纵梁,每根纵梁的前后两端各设置一个绞轴,共计四个绞轴,每个绞轴内部安装一个角度传感器58,在每个绞轴处安装一根拖杆57,拖杆57一端铰接在绞轴上,另一端向斜后方延伸后与对应侧的涵洞侧壁接触。为保证不破坏涵洞侧壁,拖杆57与涵洞侧壁接触端设置有滚轮,拖杆57通过滚轮与涵洞侧壁接触。同侧的两根拖杆57与涵洞侧壁的夹角为相同的设定值。角度传感器58实时监测其所在位置拖杆57与涵洞侧壁的夹角,并发送给岸边上位机。
为了保证清淤机器人向前运行时,拖杆57端部始终紧贴在涵洞侧壁上,需要给其与绞轴的连接处安装大力矩扭簧,或者,在纵梁和拖杆57之间安装伸缩油缸,目的在于保证拖杆57的一端始终紧贴涵洞的侧面。
轨迹纠正单元的工作原理为:当水下清淤机器人正常前行时,平台框架同一层水平面的两根梁上绞轴联接的四根拖杆57与涵洞两侧壁紧密贴紧,而且同一侧面的的两根拖杆57与涵洞侧臂的夹角在水下机器人不跑偏情况下,应该是相等的,一旦出现跑偏,假设向右边跑偏,这样,就会导致左侧平台框架前端拖杆与涵洞侧壁的夹角增大,后端拖杆与涵洞侧壁夹角减小。角度传感器实时监测各个拖杆与涵洞侧壁的夹角,并发送给上位机,当通过监测的夹角判断水下机器人跑偏时,通过控制履带底盘(即控制履带底盘的马达)实现对清淤机器人的纠偏,确保同侧两根拖杆的夹角的数据相差不断减小,直到相等,由此实现纠偏,可以有效避免清淤机器人撞到涵洞的侧面墙壁。
该轨迹纠正单元特别适合涵洞的横截面较小情况下使用。
在实现上述轨迹纠正功能的基础上,可以在平台框架15上安装姿态传感器和测高仪实现水下清淤机器人在涵洞里的定位。具体为:测高仪安装在平台框架15前端中间位置,测高仪C38为长量程测高仪,自定位过程为:姿态传感器35实时监测清淤机器人在X轴、Y轴、Z轴(Z轴与竖直方向一致)的倾斜角度并反馈到地面的上位机,测高仪C38实时将测量数据反馈到地面的上位机;依据所述姿态传感器35所监测的姿态数据能够获知所述水下清淤机器人50当前处于涵洞进口下斜坡段、平面段或涵洞出口上斜坡段,如当水下清淤机器人从涵洞进口往下走斜坡时,姿态传感器35向上位机提供一个机身向下倾斜的数据,表明此时清淤机器人位于涵洞进口的下斜坡上;当向下的斜坡走完,姿态传感器向下倾斜的数据可能接近为零,相当于开始走倒梯形底边,因为进口斜坡的俯视距离比较短,也是事先已知,唯一不能确认的是水下清淤机器人距离涵洞入口的距离,此时平台框架前端的长量程测高仪C38能够测量出自身到涵洞出口斜坡的距离,并发送给上位机,上位机依据已知的涵洞的总长能够反算水下清淤机器人距离涵洞入口的距离,由此能够实现水下清淤机器人的自身定位,从而开展涵洞的清理淤泥和障碍工作。
控制单元即设置在清淤机器人上的下位机,包括液压控制单元和电控单元,液压控制单元用于控制该清淤机器人上的液压部分,本方案中,履带底盘1中的马达A13、二级收集机构17中的马达B32均为液压马达,五轴机械臂也采用液压动力源,由此,履带底盘1、绞龙34、五轴机械臂、伸缩油缸27、摆动油缸44以及泵吸机构均受控于液压控制单元;清淤机器人上的电子元器件均受控于电控单元。下位机能够接收上位机的指令,实现对清淤机器人的控制。
实施例2:
在上述实施例1的基础上,由于水下清淤机器人的使用环境人通常无法进入,为提高该水下清淤机器人的安全性能,增加水下自主救援单元。
当水下清淤机器人用在明渠时:救援单元仅包括卷扬机54,直接将卷扬机54固定在岸边,能够承载10吨的尼龙绳的一端缠绕在卷扬机54上,另一端与水下清淤机器人50相连。正常情况下,尼龙绳飘在水面上,不受载荷的;当发生突发情况如明渠内水流超过1m/s,影响水下清淤机器人50工作或水下清淤机器人50故障时,通过卷扬机54回收尼龙绳,从而拖曳水下清淤机器人50,特别是水下清淤机器人50从笔直河道退回岸边时,有了卷扬机54的拖曳,可以防止水下清淤机器人50倒退时打滑,更加快速和便捷自己爬行上岸。
当水下清淤机器人用在穿过明渠的涵洞里时:增加如图11和图12所示的水下自主救援单元,此时救援单元包括:挂板51、两个长油缸52、两个短油缸53、卷扬机54、浮桥55和两个链条56。救援单元通过浮桥55安装在,具体为:首先将涵洞洞口的满水抽到半水状态,放下浮桥55,由于不能够破坏洞口墙面,在垂直于洞口的墙面上安放挂板51,通过挂板51固定浮桥55。挂板51上焊接用于连接油缸和铰接链条56的铰接支座(共六个),同时在浮桥55上安装有四个铰接支座,分别用于连接两个长油缸52和两个链条56。一个长油缸52、一个短油缸53和一个链条56位一套连接机构,其中两套连接机构左右对称布置,以保证浮桥表面水平;且浮桥55上链条56的连接位离涵洞洞口最近,长油缸5 2的连接位离涵洞洞口最远;挂板51上链条56的连接位位于最下方,长油缸5 2的连接位位于最上方。救援单元的安装过程为:首先,用两个链条56链接挂板51和浮桥55;然后,用两只长油缸52连接挂板51和浮桥55,并用插销固定(长油缸52的缸体端与浮桥55上的铰接支座铰接,活塞杆端与挂板51上的铰接支座铰接)。然后在浮桥55上安放卷扬机54,能够承载10吨的尼龙绳的一端缠绕在卷扬机54上,另一端与水下清淤机器人50相连。卷扬机54通过压板固定在浮桥55上,压板上安装两个铰接支座,用两只短油缸53连接挂板51和压板,并用插销固定(短油缸53的缸体端与压板上的铰接支座铰接,活塞杆端与挂板51上的铰接支座铰接)。由此在涵洞洞口设置了一个固定的浮动桥面,而且该浮桥55在相对洞口的一端设置有U形开口,便于水下清淤机器人50倒退回洞口时,方便起吊。
同时也可以利用自主救援单元实现清淤机器人在水下的定位(所述定位指清淤机器人离明渠或涵道入口的距离),具体为:使与水下清淤机器人50相连尼龙绳具备一定的张紧力,水下清淤机器人50行进过程中,拖曳尼龙绳,尼龙绳上设置有刻度,通过计算放出的尼龙绳的长度计算清淤机器人离明渠或涵道入口的距离,由此实现水下清淤机器人的定位。
实施例3:
在上述实施例1或实施例2的基础上,为防止水下清淤机器人整车撞坏涵洞内的墙壁,在平台框架15上设置有防撞导向装置,如图13所示,防撞导向装置:包括对称设置在平台框架15左右两侧的胶轮组,每侧的胶轮组包括四个在竖直面内呈矩形分布的橡胶轮D47,橡胶轮D47的轴线沿竖直方向,具体安装方式为:支撑架46的一端与平台框架15相连,另一端通过轴承与旋转轴48相连,胶轮47通过轴承套装在与旋转轴外部。防撞导向装置的主要作用是当履带底盘跑偏时,可以防止水下清淤机器人整车撞坏涵洞内的墙壁;同时清淤机器人在行进时可以一侧或两紧贴涵洞墙面顺着墙边行驶,实现定轨道淤泥的清理和障碍的清除。如针对3米的涵洞,假设设计车身1.5米宽,可以直接将防撞导向装置两边各设计为0.7米宽,由此,水下清淤机器人可以直接依靠两边的各四个胶轮顺着涵洞前行,实现定轨道淤泥的清理和障碍的清除。对于大于3米小于等于6米的涵洞,可以让一边的四个胶轮贴墙,顺着墙边行驶,完成定距离的清淤后,再让另外一边的四个胶轮也贴墙顺着墙边行驶,完成另外一半的定距离的清淤。由此通过两次的进出涵洞,就可以完成涵洞的定距离清淤工作。
实施例4:
在上述实施例1-实施例3的基础上,吸淤泥机构6中,在中间收集罩19和收集口24之间并列设置有两根拉簧23,拉簧23的一端与中间收集罩19内底面上的拉簧支座相连,另一端与收集口24表面的拉簧支座相连,吸淤泥机构6在收集淤泥过程中,收集口24在外力作用下(本方案中通过清淤机构中五轴机械臂45对设置在收集口24左右两侧的支板施加向下的作用力)张开,此时拉簧23处于拉长状态;吸淤泥机构6收集工作结束后,撤掉外力(五轴机械臂45松开),收集口24拉簧23作用下闭合,能够防止收集罩内的淤泥漏出。
实施例5:
在上述实施例1-实施例4的基础上,增加清洗系统,所述清洗系统包括机械臂45、绑缚在机械臂45上的高压水枪以及设置在地面与高压水枪通过水管相连的高压清洗泵。
清洗系统的功能如下:
(1)由于现有涵洞均具有内倒角,清淤机器人很难用清淤机构将其完全清干净,当在完成涵洞主要清淤工作后,在五轴机械臂45上绑缚高压水枪,实现对涵洞左右两边内倒角处淤泥的冲洗清理,将其冲洗到涵洞的中央,然后再通过清淤机器人的吸淤泥机构6的二级收集和泵送,将涵洞内残留的淤泥泵送到地面的泥水分离设备中。
(2)当涵洞内壁附着有贝壳类的生物时,由于附着力不强,涵洞两侧面和顶部可以通过高压水枪冲洗的方式将贝壳类的附着物直接冲洗清理后,再由清淤机器人的吸淤泥机构6进行淤泥和贝壳的二级收集和泵送,完成涵洞内的清淤工作。
(3)由于清淤机器人是一机两用,即在渠道里使用,又要在涵洞里使用,因此,当清淤机器人从涵洞里使用完毕后,通过高压水枪对清淤机器人进行冲水清洗后,再到明渠里进行淤泥的收集和泵送。
实施例6:
在上述实施例1-实施例4的基础上,由于目前部分地区的涵洞内壁四周出现附着的贝壳生物,附着力不强,直径在10-60毫米之间。针对这种特殊淤积物,水下清淤机器人衍生出铲刮系统,具体为,在清淤机器人的五轴机械臂45的末端安装铲刮板,通过五轴机械臂45下的旋转平台旋转,使得五轴机械臂45垂直涵洞的侧壁,通过安装在其前端的铲刮板,再通过五轴机械臂45的前伸实现对涵洞两侧内壁的贝壳等附着物的铲刮,最后通过清淤机器人的吸淤泥机构6进行淤泥和贝壳的二级收集和泵送,完成涵洞内的清淤工作。涵洞顶端的贝壳生物还是需要依靠上述实施例3中高压水枪的冲洗,将贝壳附着生物冲洗下来,再通过清淤机器人清理。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,其特征在于:包括:平台框架(15)、以及设置在所述平台框架(15)上的履带底盘(1)、吸淤泥机构(6)、清淤机构(7)、轨迹纠正单元、控制单元和视觉单元;
所述履带底盘(1)作为所述清淤机器人的行走机构,设置在所述平台框架(15)底部;所述履带底盘(1)在所述控制单元的控制下行走;
所述吸淤泥机构(6)设置在所述平台框架(15)前端,包括一级收集机构(16)、二级收集机构(17)和泵送机构(5);所述一级收集机构(16)包括收集罩、设置在收集罩前端开口处的收集口(24)以及设置在收集罩底部的滚轮组;所述收集口(24)一端与所述收集罩连接,另一端向前向下倾斜至与地面接触;所述收集罩后端面为网状结构;
所述二级收集机构(17)设置在所述一级收集机构(16)后端,包括:罩体(29)、和绞龙(34);所述绞龙(34)横向安装在钢制罩体(29)内部,由马达B(32)驱动;所述罩体(29)开口端与所述一级收集机构(16)中收集罩后端面对接,所述罩体(29)后端面中部设置有用于和泵送机构(5)相连的泵吸口,所述泵送机构(5)用于实现所述吸淤泥机构(6)收集的淤泥的泵送;所述二级收集机构(17)通过支撑杆(28)与所述平台框架(15)相连;所述马达B(32)和泵送机构(5)受控于所述控制单元;
所述清淤机构(7)包括:旋转平台和安装在所述旋转平台上的机械臂(45);所述旋转平台通过底座(43)安装在平台框架(15)上,所述旋转平台用于带动所述机械臂(45)绕所述旋转平台的轴向在设定角度范围内转动,所述机械臂(45)在所述控制单元的控制在设定位置完成拾取动作,并将拾取物放入所述收集篮筐(4)内;所述旋转平台和机械臂(45)均受控于所述控制单元;
所述视觉单元用于实时获取清淤机器人所在环境的图像,并通过光电复合电缆传输至地面的上位机;所述控制单元接收所述上位机的指令,控制所述吸淤泥机构(6)和清淤机构(7)工作;
所述轨迹纠正单元包括:四个拖杆(57);在所述平台框架(15)横向两侧的同一水平面上各设置一根与涵洞两侧壁面平行的纵梁,每根纵梁的前后两端各设置一个绞轴,每个绞轴内部安装一个角度传感器,在每个绞轴处安装一根拖杆(57),所述拖杆(57)一端铰接在绞轴上,另一端向斜后方延伸后与对应侧的涵洞侧壁接触;初始时,位于同侧的两根拖杆(57)与涵洞侧壁的夹角为相同的设定值;所述角度传感器实时监测其所在位置拖杆(57)与涵洞侧壁的夹角,并发送给所述控制单元;
当监测到位于同侧的两根拖杆(57)与涵洞侧壁的夹角的差值超出所述控制单元内预设的差值范围时,所述控制单元控制履带底盘(1)纠正所述清淤机器人的行进方向,直至位于同侧的两根拖杆(57)与涵洞侧壁的夹角的差值在预设的差值范围内。
2.如权利要求1所述的具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,其特征在于:还包括设置在所述平台框架(15)前端中间位置安装测高仪C(38)以及设置在所述平台框架(15)上的姿态传感器(35);
当所述清淤机器人(50)用在纵向截面为倒梯形的涵洞时,所述姿态传感器(35)实时监测清淤机器人的姿态并发送给上位机,依据所述姿态传感器(35)所监测的姿态数据能够获知所述清淤机器人(50)当前处于涵洞进口下斜坡段、平面段或涵洞出口上斜坡段;当所述清淤机器人(50)处于平面段时,所述测高仪C38实时测量所述清淤机器人(50)所在位置到涵洞出口上斜坡的距离,并发送给上位机,所述上位机结合已知的涵洞的总长获得所述清淤机器人距离涵洞入口的距离。
3.如权利要求1所述的具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,其特征在于:还包括自救援单元,所述自救援单元包括卷扬机(54),救援绳的一端缠绕在所述卷扬机(54)上,另一端与清淤机器人(50)相连;
当所述清淤机器人(50)用在明渠时,所述卷扬机(54)固定在岸边;
当所述清淤机器人(50)用在涵洞时,所述卷扬机(54)固定浮桥(55)上,所述浮桥(55)通过两套连接机构与挂放在垂直于涵洞洞口的墙面上的挂板(51)相连;两套连接机构左右对称布置,每套连接机构包括长油缸(52)、短油缸(53)和链条(56),所述链条(56)的一端与所述浮桥(55)上对应的铰接支座铰接,另一端与所述挂板(51)上对应的铰接支座铰接;所述长油缸(52)的缸体端与浮桥(55)上对应的铰接支座铰接,活塞杆端与挂板(51)上对应的铰接支座铰接;所述卷扬机(54)通过压板固定在所述浮桥(55)上,所述短油缸(53)的缸体端与压板上的铰接支座铰接,活塞杆端与挂板(51)上对应的铰接支座铰接;在所述浮桥(55)上相对洞口的一端设置有U形开口。
4.如权利要求1所述的具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,其特征在于:在所述拖杆(57)与对应绞轴的连接处设置有扭簧。
5.如权利要求1、2或3所述的具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,其特征在于:所述拖杆(57)通过伸缩油缸与对应纵梁相连,所述伸缩油缸的活塞杆与所述拖杆(57)相连,缸体端与对应绞轴铰接。
6.如权利要求1所述的具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,其特征在于:还包括防撞导向装置,所述防撞导向装置包括对称设置在所述平台框架(15)左右两侧的防撞轮组,每侧的防撞轮组包括两个以上位于同一竖直面内的防撞轮(47),所述防撞轮(47)的轴线沿竖直方向。
7.如权利要求1、2或3所述的具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,其特征在于:所述二级收集机构中,所述罩体(29)通过一组以上由支撑杆(28)和伸缩油缸(27)组成的连接机构与平台框架(15)相连,具体为:所述支撑杆(28)为弯折结构,其一端与罩体(29)相连,另一端与固定在平台框架(15)上的支撑座(26)相连,所述伸缩油缸(27)设置在支撑杆(28)下方,其缸体端与所述支撑座(26)铰接,活塞杆端与所述支撑杆(28)下表面的支耳铰接;所述吸淤泥机构(6)正常工作时,所述伸缩油缸(27)处于自由伸缩状态;需要更换所述绞龙(34)时,所述伸缩油缸(27)伸长支起所述二级收集机构(17)。
8.如权利要求1、2或3所述的具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,其特征在于:在所述机械臂(45)上连接高压水枪,所述高压水枪通过水管与地面的高压清洗泵相连,形成清洗系统,用于对淤泥以及墙面附着物进行的冲洗清理。
9.如权利要求1、2或3所述的备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,其特征在于:在所述机械臂(45)的末端安装铲刮板,形成铲刮系统,用于铲刮侧壁附着物。
10.如权利要求1、2或3所述的具备轨迹纠正功能的履带底盘绞吸式清淤机器人,其特征在于:所述吸淤泥机构(6)中,所述收集口(24)通过合页与所述收集罩相连,同时在所述中间收集罩(19)和收集口(24)之间并列设置有一根以上拉簧(23),所述拉簧(23)的一端与收集罩内底面上的拉簧支座相连,另一端与收集口(24)表面的拉簧支座相连;所述吸淤泥机构(6)在收集淤泥过程中,所述收集口(24)在外力作用下处于打开状态,此时拉簧(23)处于拉长状态;所述吸淤泥机构(6)工作结束后,撤掉外力,所述收集口(24)在所述拉簧(23)回复力作用下闭合,关闭所述收集罩前端开口。
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