CN110193502B - 管道清扫机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道清扫机器人，包括：机器人本体、吸尘装置、攀爬装置、清扫装置、液压装置、摄像装置、红外线传感器和控制系统；机器人本体的一侧扣接有防护外壳，吸尘装置固定安装在机器人本体上，攀爬装置为三个呈一定角度固定安装在吸尘装置上的外侧，清扫装置固定安装在吸尘装置的一侧，液压装置固定安装在攀爬装置上；控制系统包括：行走系统、红外检测系统以及外部监控系统；控制系统中设置有控制器。本发明控制器通过无线通讯模块连通外部监控系统，进行远程操控和清扫作业监控，控制系统中可根据红外传感器检测的管道情况调整液压装置和攀爬装置，防止出现前进过程中出现松滑，从而清扫机器人适用于多种状态下的管道清扫。

Description

管道清扫机器人及控制方法

技术领域

本发明属于管道机器人领域，尤其是一种管道清扫机器人及控制方法。

背景技术

在现代城市生活中，新风管道成为现代人们建筑内必不可少的通风装置，如中央空调中和新风系统中的新风管道、送风管道、以及回风管道等，长时间的使用过程中会使管道内部粘附大量的灰尘、病毒以及飞虫的尸体；如不进行定期的清理，将会影响室内空气的质量，间接影响人们正常的呼吸健康。目前市场上现有的管道清扫机器人适用于水平，通用型号的方形通风管道。对于圆形的管道，倾斜或者垂直的管道就无法开展清扫作业，依然以人工清扫为主。

发明内容

发明目的：提供管道清扫机器人及控制方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种管道清扫机器人，包括：

控制系统，包括行走系统、红外检测系统以及外部监控系统；

机器人本体，固定安装在机器人本体上的吸尘装置，固定安装在吸尘装置上的多个攀爬装置，固定安装在吸尘装置上的清扫装置，以及固定安装在攀爬装置上的液压装置；

所述控制系统中设置有控制器，所述吸尘装置和清扫装置电连控制器，所述红外检测系统为设置在机器人本体上的多个红外线传感器，所述控制器通过无线通讯模块连通外部监控系统，所述行走系统包括攀爬装置和液压装置；所述控制器通过红外检测系统和外部监控系统的数据控制行走系统。

在进一步的实施例中，所述多个攀爬装置包括：固定安装在吸尘装置连接架，铰接在连接架上的多个连接杆，铰接在连接杆另一端的移动履带组件，以及传动连接移动履带组件的举升座，多个攀爬装置可以带动机器人向上攀爬。

在进一步的实施例中，所述液压装置包括：固定安装在连接架上的铰接座，以及连接在铰接座上的液压缸，所述液压缸的内部设有活塞杆，所述活塞杆的一端连接举升座，所述连接架上开设有方形间隙，所述举升座的底部穿插在方形间隙中，所述举升座底部铰接有传动连杆，所述传动连杆的另一端连接移动履带组件，液压装置能够带动举升座上下运动，从而对攀爬装置的位置进行调整，使其适应攀爬管壁的尺寸。

在进一步的实施例中，所述移动履带组件为三个，所述移动履带组件包括：多个传动轴和套接在传动轴上的传动履带，所述底部传动轴的一端连接驱动马达，多个攀爬装置能够均匀分摊向上爬行的阻力。

在进一步的实施例中，所述吸尘装置包括：安装在机器人底部的真空泵，连接在真空泵一端的吸尘筒，以及通过软管连接真空泵的吸附装置，真空泵能够对清扫过程中产生的灰尘进行吸取，同时吸附装置设置在攀爬履带的一端，增加攀爬履带对管道壁的吸附力，减少攀爬阻力。

在进一步的实施例中，所述清扫装置固定安装在吸尘装置的吸尘口的一侧，包括：安装在吸尘口一侧的转动电机，连接转动电机输出轴的转盘，以及固定安装在转盘上的毛刷组件，清扫装置能够对管道壁上粘附的灰尘和蜘蛛网进行清理。

在进一步的实施例中，所述吸尘装置的一侧设置有端子安插盒和摄像装置，端子安插盒能够连接信号线，摄像装置能对清扫情形进行监控和前后对比。

在进一步的实施例中，应用于单一的管道中的单一工作方法，包括如下步骤：

S1、将机器人放置在管道进入口的一端，红外检测系统对管道的尺寸和形状进行检测，并根据检测的数据调整液压装置从而对攀爬装置进行调整；

S2、机器人进入管道后，清扫装置开启，同时控制器控制真空泵对其进行吸尘；

S3、摄像装置在管道内对进行拍摄，并将清扫的状况发生给外部监控系统；

S4、外部监控系统通过与控制器的无线通信和摄像装置对清扫机器人进行遥控，遥控距离为0-200M。

S5、机器人出现障碍或者真空泵异常时通过控制器通过端子盒连接的信号线缆向外部发生警报信号，通知工作人员将机器人取出。

在进一步的实施例中，适用于大型管道系统的多对多工作方法，包括如下步骤：

A1、预先在要清理的管道和管道的交叉处的外侧设置位置传感器，并将各个节点处的位置传感器电连并通过总线连通计算机进行信息处理；

A2、多个清扫机器人分别以不同的管道进入管道壁内侧进行清理，清扫数据和距离通过无线电传送至计算机；

A3、当机器人第一次通过交叉处时，位置传感器向计算机进行通信，并标记次数，记录已清理路段，下一个通过该交叉处的机器人不开启清扫状态；

A4、当多个机器人同时汇聚在同一交叉口处时，计算机根据网络监测中的所有位置传感器节点标记的次数，判断哪些管道段还未清理，并查询网络中的所有机器人工作状态，指派机器人完成清理工作；

A5、未完成清理工作的管道段由机器人发送失败数据，并退出管道系统。

有益效果： 本发明和现有技术相比，具有以下优点：

1、在攀爬过程中控制系统中可根据红外传感器检测的管道情况调整整体液压装置和攀爬装置，防止出现机器人在攀爬过程中在管道内部松滑或跌落等多种意外情况，使清扫机器人满足水平或垂直的多种角度和形状的管道壁。

2、机器人本体中的控制器通过无线通讯模块连通外部监控系统，外部监控系统能够根据红外检测系统的数据，对机器人进行远程操控和清扫作业监控；

3、在需清理管道交叉处，通过设有的多个位置传感器与计算机通信，记录清扫路况和管道中的整体清扫情况，通过传感器网络部署和优化机器人的清扫路线，节省清扫工序。

附图说明

图1是本发明垂直管道攀爬清扫机器人的正视图。

图2是本发明垂直管道攀爬清扫机器人的侧视图。

图3是本发明垂直管道攀爬清扫机器人的俯视图。

图4是本发明垂直管道攀爬清扫机器人的工作原理图。

图5是本发明攀爬装置的结构示意图。

图6是本发明吸尘装置的立体图。

附图标记为：机器人本体1、吸尘装置2、真空泵20、吸尘筒21、吸附装置22、攀爬装置3、连接架30、连接杆31、移动履带组件32、传动轴320、传动履带321、驱动马达322、举升座33、清扫装置4、液压装置5、铰接座50、液压缸51、活塞杆52、方形间隙53、传动连杆54、摄像装置6、红外线传感器7。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

如图1至图3所示的一种管道清扫机器人，包括：机器人本体1、吸尘装置2、攀爬装置3、清扫装置4、液压装置5、摄像装置6、红外线传感器和控制系统。

其中机器人本体1的一侧扣接有防护外壳，吸尘装置2固定安装在机器人本体1上，攀爬装置3为三个呈一定角度固定安装在吸尘装置2上的外侧，清扫装置4固定安装在吸尘装置2的一侧，液压装置5固定安装在攀爬装置3上。

如图4所示的控制系统包括：行走系统、红外检测系统以及外部监控系统；控制系统中设置有控制器，吸尘装置2和清扫装置4电连控制器，红外检测系统电连设置在机器人本体1上的多个红外线传感器7，控制器通过无线通讯模块连通外部监控系统，行走系统电连攀爬装置3和液压装置5；控制器通过红外检测系统和外部监控系统的数据向行走系统发送命令，并通过行走系统调整攀爬装置3的攀爬速度和液压装置5对攀爬装置3的位置调整。

如图5所示，攀爬装置3包括：连接架30、连接杆31、移动履带组件32和举升座33；连接架30固定安装在吸尘装置2的外侧，连接架30的一端铰接有多个连接杆31，连接杆31的另一端连接移动履带组件32，移动履带组件32的底部设有举升座33，三组攀爬装置3共同作用可以带动机器人向上或向下攀爬以及前后方向的运动。

液压装置5与攀爬装置3同样设置在连接架30上，液压装置5包括：铰接座50和液压缸51；铰接座50固定安装在连接架30上，液压缸51的底部连接在铰接座50上，液压缸51的内部设有活塞杆52，活塞杆52的一端连接举升座33，连接架30上开设有方形间隙53，举升座33的底部穿插在方形间隙53中，举升座33底部对称连接有两个传动连杆54，传动连杆54的另一端连接移动履带组件32，液压装置5能够带动举升座33在方形间隙53中上下运动，带动两个传动连杆54实现对移动履带组件32的整体相对于管道壁的位置移动，从而对机器人在攀爬或水平移动中的位置调整，使其适应管壁的尺寸。

移动履带组件32包括：驱动马达322、传动轴320和传动履带321；传动履带321套接在多个传动轴320上，底部传动轴320的一端连接驱动马达322，驱动马达322带动传动轴320运动，从而实现传动履带321的转动，三个攀爬装置3能够均匀分摊向上爬行的阻力以及机器人本体1的重力。驱动马达322的型号为HR2125。

当机器人在管道中行走检测到前方管道的形状或状态有变化时，红外检测系统中的所有红外线传感器7对当前区域内的管道壁进行尺寸测量，同时也对当前移动履带组件32的位置进行定位，并计算出移动履带组件32相对于前方管道壁的相对距离，控制系统根据红外线传感器7检测的数据，调整攀爬装置3中驱动马达322的转速，从而实现对机器人前进速度的控制。同时控制系统对单个攀爬装置3中液压装置5发送控制指令，液压缸51内部的活塞杆52带动举升座33在方形间隙53中滑行，举升座33在滑行过程中带动举升座33底部对称连接的两个传动连杆54共同运动，传动连杆54的另一端连接移动履带组件32，共同运动多个传动连杆54使移动履带组件32位置的相对于管道壁上下移动，从而使液压装置5带动移动履带组件32相对于管道壁位置的完成精确地调整，使其攀爬装置3中每个传动履带321侧面紧贴管道壁，确保机器人在前进过程中避免出现在管道内部打滑或其它意外发生。

如图6所示的吸尘装置2，包括：真空泵20、吸尘筒21以及吸附装置22；真空泵20安装在机器人的底部，吸尘筒21连接在真空泵20的一端，吸附装置22通过软管连接真空泵20，吸附装置22设置在攀爬装置3的顶部，能在攀爬过程中增加机器人本体1对管道壁的吸附力，减少向上攀爬阻力，真空泵20能够对清扫过程中产生的灰尘进行吸取，吸尘装置2的一侧设置有端子安插盒和摄像装置6，端子安插盒能够连接有线信号线，适用于无线控制距离无法覆盖的范围，摄像装置6对清扫情形进行监控和前后对比。

清扫装置4固定安装在吸尘装置2的吸尘口的一侧，包括：转动电机、转盘和毛刷组件；转动电机安装在吸尘口的一侧，转盘连接转动电机输出轴端，毛刷组件固定安装在转盘上，清扫装置4通过转动电机驱动转盘带动毛刷组件转动，能够在前进过程中对管道壁上粘附的灰尘和蜘蛛网进行清理。转动电机的型号为AT8872。

工作原理如下：

应用于单一的管道中的单一机器人的工作方法，包括如下步骤：

第一步、将机器人放置在管道进入口的一端，红外检测系统对管道的尺寸和形状进行检测，并根据检测的数据调整液压装置5从而对攀爬装置3进行调整；

第二步、机器人进入管道后，清扫装置4开启，同时控制器控制真空泵20对其进行吸尘；

第三步、摄像装置6在管道内对进行拍摄，并将清扫的状况发生给外部监控系统；

第四步、外部监控系统通过与控制器的无线通信和摄像装置6对清扫机器人进行遥控，遥控距离为0-200M。

第五步、机器人出现障碍或者真空泵20异常时通过控制器通过端子盒连接的信号线缆向外部发生警报信号，通知工作人员将机器人取出。

适用于大型管道系统的多个机器人对多种管道的工作方法，包括如下步骤：

第一步、预先在要清理的管道和管道的交叉处的外侧设置位置传感器，并将各个节点处的位置传感器电连并通过总线连通计算机进行信息处理；

第二步、多个清扫机器人分别以不同的管道进入管道壁内侧进行清理，清扫数据和距离通过无线电传送至计算机；

第三步、当机器人第一次通过交叉处时，位置传感器向计算机进行通信，并标记次数，记录已清理路段，下一个通过该交叉处的机器人不开启清扫状态；

第四步、计算机根据网络监测中的所有位置节点，根据标记的次数判断哪些管道段还未清理，并查询网络中的所有机器人工作状态，指派机器人完成清理工作；

第五步、未完成清理工作的管道段由机器人发送失败数据，并退出管道系统。

通过机器人控制系统与无线通讯模块和外部监控系统的配合，红外检测系统中的红外线传感器7，能够将检测的管道内部的信息反馈至外部监控系统，能够达到精确的避障、远程操控和清扫作业监控，同时红外检测系统精确的测量管道壁相对于攀爬装置3的距离，在攀爬过程中可以精确地控制行走系统的攀爬装置3紧贴管道壁，防止出现攀爬过程中的松滑，使清扫机器人满足水平或垂直的多种管道。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种管道清扫机器人，其特征在于，包括：

控制系统，包括行走系统、红外检测系统以及外部监控系统；

机器人本体，固定安装在机器人本体上的吸尘装置，固定安装在吸尘装置上的多个攀爬装置，固定安装在吸尘装置上的清扫装置，以及固定安装在攀爬装置上的液压装置；

所述控制系统中设置有控制器，所述吸尘装置和清扫装置电连控制器，所述红外检测系统为设置在机器人本体上的多个红外线传感器，所述控制器通过无线通讯模块连通外部监控系统，所述行走系统包括攀爬装置和液压装置；所述控制器通过红外检测系统和外部监控系统的数据控制行走系统；

所述多个攀爬装置包括：固定安装在吸尘装置连接架，铰接在连接架上的多个连接杆，铰接在连接杆另一端的移动履带组件，以及传动连接移动履带组件的举升座；

所述液压装置包括：固定安装在连接架上的铰接座，以及连接在铰接座上的液压缸，所述液压缸的内部设有活塞杆，所述活塞杆的一端连接举升座，所述连接架上开设有方形间隙，所述举升座的底部穿插在方形间隙中，所述举升座底部铰接有传动连杆，所述传动连杆的另一端连接移动履带组件；

所述移动履带组件为三个，所述移动履带组件包括：多个传动轴和套接在传动轴上的传动履带，所述传动轴的一端连接驱动马达；

当机器人在管道中行走检测到前方管道的形状或状态有变化时，红外检测系统中的所有红外线传感器对当前区域内的管道壁进行尺寸测量，同时也对当前移动履带组件的位置进行定位，并计算出移动履带组件相对于前方管道壁的相对距离，控制系统根据红外线传感器检测的数据，调整攀爬装置中驱动马达的转速，从而实现对机器人前进速度的控制；同时控制系统对单个攀爬装置中液压装置发送控制指令，液压缸内部的活塞杆带动举升座在方形间隙中滑行，举升座在滑行过程中带动举升座底部对称连接的两个传动连杆共同运动，传动连杆的另一端连接移动履带组件，共同运动多个传动连杆使移动履带组件位置的相对于管道壁上下移动，从而使液压装置带动移动履带组件相对于管道壁位置的完成精确地调整，使其攀爬装置中每个传动履带侧面紧贴管道壁，确保机器人在前进过程中避免出现在管道内部打滑或其它意外发生。

2.根据权利要求1所述的一种管道清扫机器人，其特征在于，所述吸尘装置包括：安装在机器人底部的真空泵，连接在真空泵一端的吸尘筒，以及通过软管连接真空泵的吸附装置。

3.根据权利要求1所述的一种管道清扫机器人，其特征在于，所述清扫装置固定安装在吸尘装置的吸尘口的一侧，包括：安装在吸尘口一侧的转动电机，连接转动电机输出轴的转盘，以及固定安装在转盘上的毛刷组件。

4.根据权利要求1所述的一种管道清扫机器人，其特征在于，所述吸尘装置的一侧设置有端子安插盒和摄像装置。

5.基于权利要求1所述一种管道清扫机器人的控制方法，其特征在于，应用于单一的管道中的单一工作方法，包括如下步骤：

S1、将机器人放置在管道进入口的一端，红外检测系统对管道的尺寸和形状进行检测，并根据检测的数据调整液压装置从而对攀爬装置进行调整；

S2、机器人进入管道后，清扫装置开启，同时控制器控制真空泵对其进行吸尘；

S3、摄像装置在管道内对进行拍摄，并将清扫的状况发生给外部监控系统；

S4、外部监控系统通过与控制器的无线通信和摄像装置对清扫机器人进行遥控，遥控距离为0-200M；

S5、机器人出现障碍或者真空泵异常时通过控制器通过端子盒连接的信号线缆向外部发生警报信号，通知工作人员将机器人取出。

6.基于权利要求1所述一种管道清扫机器人的控制方法，其特征在于，适用于大型管道系统的多对多工作方法，包括如下步骤：

A1、预先在要清理的管道和管道的交叉处的外侧设置位置传感器，并将各个节点处的位置传感器电连并通过总线连通计算机进行信息处理；

A2、多个清扫机器人分别以不同的管道进入管道壁内侧进行清理，清扫数据和距离通过无线电传送至计算机；

A3、当机器人第一次通过交叉处时，位置传感器向计算机进行通信，并标记次数，记录已清理路段，下一个通过该交叉处的机器人不开启清扫状态；

A4、当多个机器人同时汇聚在同一交叉口处时，计算机根据网络监测中的所有位置传感器节点标记的次数，判断哪些管道段还未清理，并查询网络中的所有机器人工作状态，指派机器人完成清理工作；

A5、未完成清理工作的管道段由机器人发送失败数据，并退出管道系统。

Images