CN110840343B - 一种细格栅杂物清理机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细格栅杂物清理机器人，包括机器人主体和机座，所述机器人主体和机座通过爬行机构连接设置，所述机器人主体的另一端设置有剪切机构以及冲洗机构，所述机器人主体上还安装有声呐，所述声呐对应所述剪切机构和冲洗机构设置；所述机器人主体上转动安装有转盘，所述机器人主体内设置有用于带动所述转盘转动的驱动机构，所述转盘上通过支座铰接有箱体，所述箱体与所述转盘之间通过顶升油缸铰接，所述箱体内设置有用于带动所述剪切机构转动的旋转机构，所述冲洗机构包括喷头，所述喷头向下固定安装有两个支管，所述支管下端固定安装有喷嘴。本发明可以更好的对杂物进行清理，效率高。

Description

一种细格栅杂物清理机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种细格栅杂物清理机器人。

背景技术

细格栅杂物清理，目前核电站主要采用耙斗清理机构，能清理绝大多数悬浮垃圾。但是对于插入格栅中的细长竹竿和附着在墙面、细格栅上的海蛎子等杂物无法清除，且会阻碍耙斗机上下运动。采用单一的冲洗装置，遇到竹竿等障碍物后，无法下放；采用单一的剪切装置，当海蛎子集聚较多时，导向轮容易卡死，也无法完成下放。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够对杂物进行清理，主要针对细格栅中插入的细长竹竿和附着在墙面以及细格栅上的海蛎子，稳定性高，使用方便的细格栅杂物清理机器人。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种细格栅杂物清理机器人，包括机器人主体和机座，所述机器人主体的一端通过钢丝绳与地面上设置的卷扬机连接，所述机器人主体和机座通过爬行机构连接设置，所述机器人主体的另一端设置有剪切机构以及冲洗机构，所述机器人主体上还安装有声呐，所述声呐对应所述剪切机构和冲洗机构设置；所述机器人主体上转动安装有转盘，所述机器人主体内设置有用于带动所述转盘转动的驱动机构，所述转盘上通过支座铰接有箱体，所述箱体与所述转盘之间通过顶升油缸铰接，所述箱体内设置有用于带动所述剪切机构转动的旋转机构，所述冲洗机构包括喷头，所述喷头向上通过水管连接有位于地上的高压水射流装置，所述喷头向下固定安装有两个支管，所述支管下端固定安装有喷嘴。

这样，细格栅中会有杂物、细竹竿、海蛎子等，需要进行冲洗或剪切，在利用机器人进行杂物清理时，利用卷扬机吊装机器人主体，将机器人下放，机器人通过爬行机构与细格栅连接设置并能够在细格栅上爬行，利用声呐检测细格栅上的杂物，然后利用冲洗机构对杂物进行冲洗，利用剪切机构对杂物进行剪切。在声呐检测到细格栅上有竹杆等杂物需要进行剪切时，爬行机构带动机器人主体运动，驱动机构通过转盘带动剪切机构和冲洗机构转动360°，供油管、供水管以及防水电缆足够长，不会打结，旋转机构带动剪切机构自身转动，顶升油缸可以带动箱体移动，这样可以实现多个自由度，更好的对细格栅进行杂物清理。在需要对细格栅或墙面进行冲洗时，高压水射流装置动作，通过水管以及喷嘴向下喷射高压水，使用方便。

进一步的，所述驱动机构包括固定安装在机器人主体内的第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴通过联轴器连接有蜗杆，所述蜗杆转动安装在所述机器人主体内，所述蜗杆啮合传动有涡轮，所述机器人主体内设置有用于对涡轮进行安装的涡轮架，所述涡轮上端与所述机器人主体之间以及转盘之间通过旋转接头连接。

这样，第一驱动电机动作，带动蜗杆转动，蜗杆带动与之啮合的涡轮转动，涡轮通过旋转接头带动转盘转动，实现旋转。旋转结构为现有结构，直接购买使用。蜗轮蜗杆具有自锁功能，提高稳定性。

进一步的，所述旋转机构包括固定安装在所述箱体内的第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴与所述滑动套筒固定连接，所述箱体向外固定安装有保护套筒，所述保护套筒设置在所述滑动套筒外侧，所述保护套筒与所述滑动套筒之间通过轴承连接；所述剪切机构包括第一液压油缸，所述第一液压油缸滑动配合在所述滑动套筒内，所述第一液压油缸的缸体与所述滑动套筒的筒底之间具有压缩弹簧，所述滑动套筒上设置有滑槽，所述第一液压油缸的进油口和出油口滑动配合在所述滑槽内，所述第一液压油缸的活塞杆端部通过连接架固定安装有第二切刀，所述第一液压油缸的缸体向外固定安装有安装杆，所述安装杆上对应所述第二切刀固定安装有第一切刀，所述第二切刀的下表面与所述第一切刀的上表面贴合设置。

这样，在需要进行剪切时，第二驱动电机动作，带动滑动套筒转动，滑动套筒带动剪切机构转动，第一液压油缸的缸体与滑动套筒之间设置有压缩弹簧，可以承受剪切时产生的反作用力，减少对机器人主体的伤害，第一液压油缸的活塞杆收缩，带动第二切刀向第一切刀方向运动，利用第二切刀和第一切刀对杂物进行剪切。设置有滑槽，用于保证第二驱动电机转动时，可以带动第一液压油缸转动，转动角度小于360°，油管不会打结。第二切刀和第一切刀贴合设置，避免第一切刀的刀刃和第二切刀的刀刃碰撞，延长使用寿命。在需要剪切时，通过调整第一驱动电机和第二驱动电机以及顶升油缸和第一液压油缸的动作，使得杂物位于第一切刀和第二切刀之间，可以对杂物进行剪切。喷头安装在连接架上，实现与剪切机构的随动。声呐通过声呐支架与箱体固定连接。在杂物硬度大，无法剪切时，利用第一切刀和第二切刀对杂物进行固定，顶升油缸动作，将杂物从细格栅中拔出。

进一步的，所述第一切刀和第二切刀均设置有两个，且所述第一切刀和第二切刀的刀刃为弧形且向相互远离的方向弯曲，所述第一切刀的刀刃向斜上方倾斜延伸，所述第二切刀的刀刃向斜下方倾斜延伸。

这样，可以提高剪切效率。刀刃为弧形，可以提高剪切面积，对杂物进行收拢，加速杂物的清理。

进一步的，所述爬行机构包括爬行油缸，所述爬行油缸的缸体与所述机器人主体的壳体外侧固定连接，所述爬行油缸的活塞杆与所述机座固定连接，所述爬行机构包括设置在所述机器人主体和机座正对细格栅的一侧的行走轮，所述行走轮包括同轴固定连接的大轮和两个小轮，所述大轮位于两个所述小轮之间，所述大轮和小轮中间的转轴通过轮架固定安装在所述机器人主体上和机座上，所述机器人主体和机座上分别设置有用于对细格栅进行夹紧的夹紧机构。

这样，机器人主体和机座之间通过爬行油缸连接，在机器人进入细格栅之后，夹紧机构对细格栅进行夹持。在需要进行爬行时，机器人主体上的夹紧机构松开，卷扬机的钢丝绳下放同时爬行油缸的活塞杆伸长，下放至移动距离(一般为180mm)，然后机器人主体上的夹紧机构夹持在细格栅上，之后，机座上的夹紧机构松开，在机座的重力以及爬行油缸的作用下，机座与机器人主体贴合，然后机座上的夹紧机构夹紧在细格栅上，完成一次爬行动作。小轮用于对机器人主体和机座进行支撑，大轮用于在平面上时对机器人主体和基座进行支撑。

进一步的，所述夹紧机构包括分别固定安装在所述机器人主体内和机座内的第二液压油缸和第三液压油缸，所述第二液压油缸和第三液压油缸的活塞杆分别穿过所述壳体和机座后固定连接有曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构包括固定安装在所述壳体或机座下端的安装座，所述安装座上设置有允许所述活塞杆穿过的穿孔，所述安装座对应设置有立板，立板之间通过转轴连接，所述活塞杆铰接有第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和第二连杆分别铰接有第三连杆和第四连杆，所述第三连杆和第四连杆与所述转轴铰接，所述第三连杆和第四连杆端部正对的表面铰接有夹块。

这样，在需要利用夹紧机构对细格栅进行夹持时，第二液压油缸和第三液压油缸动作，活塞杆收缩，推动第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆均转动，利用夹块对细格栅进行夹持。在需要松开夹持时，活塞杆向外伸出即可。

进一步的，所述机器人主体远离机座的一端的两侧固定安装有导向杆，所述导向杆的端部转动安装有滚柱。

这样，可以利用滚柱进入细格栅之间，导向杆进入细格栅之间，对机器人进行导向，滚柱可以减少导向过程中的摩擦力，不会损伤细格栅。

进一步的，所述声呐外侧有金属防护罩。避免声呐受到高速水流直接冲击或与异物发生碰撞。

进一步的，所述机座远离所述机器人主体的一端安装有提升铲刀。

这样，提升铲刀可以铲除水流冲到细格栅面上的异物，保证机器人顺利提升。

综上所述，本机器人能够解决必须人员下水清除障碍的现状，使用机器人代替人员清洗细格栅上的杂物。机器人可附着在细格栅上爬行，稳定性良好。具有位置监测功能，可实时判断机器人姿态。清洗效率显著增加，无需吊装上岸更换执行装置；环境适应性更强，遇到海蛎子吸附可直接冲洗，遇到插入的细长竹竿，可以旋转360℃，切掉竹竿，继续下放。

附图说明

图1为本发明所述的细格栅杂物清理机器人的结构示意图。

图2为图1去掉箱体和金属防护罩的结构示意图。

图3为图2中A处局部放大示意图。

图4为图1中剪切机构的结构放大示意图。

图5为图4去掉保护套筒以及滑动套筒之后的结构示意图。

图6为图4的结构剖视另一个方位的示意图。

图7为图1中机器人主体的剖视图。

图8为图1中机座的结构放大示意图。

图9为图8中机座的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时，如图1-9所示，一种细格栅杂物清理机器人，包括机器人主体1和机座2，所述机器人主体1的一端通过钢丝绳与地面上设置的卷扬机连接，所述机器人主体1和机座2通过爬行机构连接设置，所述机器人主体1的另一端设置有剪切机构以及冲洗机构，所述机器人主体1上还安装有声呐3，所述声呐3对应所述剪切机构和冲洗机构设置；所述机器人主体1上转动安装有转盘5，所述机器人主体1内设置有用于带动所述转盘5转动的驱动机构，所述转盘5上通过支座51铰接有箱体52，所述箱体52与所述转盘5之间通过顶升油缸53铰接，所述箱体52内设置有用于带动所述剪切机构转动的旋转机构，所述冲洗机构包括喷头54，所述喷头54向上通过水管55连接有位于地上的高压水射流装置，所述喷头54向下固定安装有两个支管541，所述支管541下端固定安装有喷嘴56。

这样，细格栅中会有杂物、细竹竿、海蛎子等，需要进行冲洗或剪切，在利用机器人进行杂物清理时，利用卷扬机吊装机器人主体，将机器人下放，机器人通过爬行机构与细格栅连接设置并能够在细格栅上爬行，利用声呐检测细格栅上的杂物，然后利用冲洗机构对杂物进行冲洗，利用剪切机构对杂物进行剪切。在声呐检测到细格栅上有竹杆等杂物需要进行剪切时，爬行机构带动机器人主体运动，驱动机构通过转盘带动剪切机构和冲洗机构转动360°，供油管、供水管以及防水电缆足够长，不会打结，旋转机构带动剪切机构自身转动，顶升油缸可以带动箱体移动，这样可以实现多个自由度，更好的对细格栅进行杂物清理。在需要对细格栅或墙面进行冲洗时，高压水射流装置动作，通过水管以及喷嘴向下喷射高压水，使用方便。

进一步的，所述驱动机构包括固定安装在机器人主体1内的第一驱动电机57，所述第一驱动电机57的输出轴通过联轴器连接有蜗杆58，所述蜗杆58转动安装在所述机器人主体1内，所述蜗杆58啮合传动有涡轮59，所述机器人主体1内设置有用于对涡轮59进行安装的涡轮架，所述涡轮59上端与所述机器人主体1之间以及转盘5之间通过旋转接头50连接。

这样，第一驱动电机动作，带动蜗杆转动，蜗杆带动与之啮合的涡轮转动，涡轮通过旋转接头带动转盘转动，实现旋转。旋转结构为现有结构，直接购买使用。蜗轮蜗杆具有自锁功能，提高稳定性。

进一步的，所述旋转机构包括固定安装在所述箱体52内的第二驱动电机500，所述第二驱动电机500的输出轴与所述滑动套筒501固定连接，所述箱体52向外固定安装有保护套筒502，所述保护套筒502设置在所述滑动套筒501外侧，所述保护套筒502与所述滑动套筒501之间通过轴承503连接；所述剪切机构包括第一液压油缸504，所述第一液压油缸504滑动配合在所述滑动套筒501内，所述第一液压油缸504的缸体与所述滑动套筒501的筒底之间具有压缩弹簧505，所述滑动套筒501上设置有滑槽，所述第一液压油缸504的进油口5041和出油口5042滑动配合在所述滑槽内，所述第一液压油缸504的活塞杆端部通过连接架固定安装有第二切刀507，所述第一液压油缸504的缸体向外固定安装有安装杆508，所述安装杆508上对应所述第二切刀507固定安装有第一切刀509，所述第二切刀507的下表面与所述第一切刀509的上表面贴合设置。

这样，在需要进行剪切时，第二驱动电机动作，带动滑动套筒转动，滑动套筒带动剪切机构转动，第一液压油缸的缸体与滑动套筒之间设置有压缩弹簧，可以承受剪切时产生的反作用力，减少对机器人主体的伤害，第一液压油缸的活塞杆收缩，带动第二切刀向第一切刀方向运动，利用第二切刀和第一切刀对杂物进行剪切。设置有滑槽，用于保证第二驱动电机转动时，可以带动第一液压油缸转动，转动角度小于360°，油管不会打结。第二切刀和第一切刀贴合设置，避免第一切刀的刀刃和第二切刀的刀刃碰撞，延长使用寿命。在需要剪切时，通过调整第一驱动电机和第二驱动电机以及顶升油缸和第一液压油缸的动作，使得杂物位于第一切刀和第二切刀之间，可以对杂物进行剪切。喷头安装在连接架上，实现与剪切机构的随动。声呐通过声呐支架与箱体固定连接。在杂物硬度大，无法剪切时，利用第一切刀和第二切刀对杂物进行固定，顶升油缸动作，将杂物从细格栅中拔出。第一液压油缸的缸体外侧设置有导条510，滑动套筒内设置有与所述导条配合的导槽。

进一步的，所述第一切刀509和第二切刀507均设置有两个，且所述第一切刀509和第二切刀507的刀刃为弧形且向相互远离的方向弯曲，所述第一切刀509的刀刃向斜上方倾斜延伸，所述第二切刀507的刀刃向斜下方倾斜延伸。

这样，可以提高剪切效率。刀刃为弧形，可以提高剪切面积，对杂物进行收拢，加速杂物的清理。

本实施例中，所述爬行机构包括爬行油缸6，所述爬行油缸6的缸体与所述机器人主体1的壳体外侧固定连接，所述爬行油缸6的活塞杆与所述机座2固定连接，所述爬行机构包括设置在所述机器人主体1和机座2正对细格栅4的一侧的行走轮61，所述行走轮61包括同轴固定连接的大轮和两个小轮，所述大轮位于两个所述小轮之间，所述大轮和小轮中间的转轴通过轮架固定安装在所述机器人主体1上和机座2上，所述机器人主体1和机座2上分别设置有用于对细格栅4进行夹紧的夹紧机构。

这样，机器人主体和机座之间通过爬行油缸连接，在机器人进入细格栅之后，夹紧机构对细格栅进行夹持。在需要进行爬行时，机器人主体上的夹紧机构松开，卷扬机的钢丝绳下放同时爬行油缸的活塞杆伸长，下放至移动距离(一般为180mm)，然后机器人主体上的夹紧机构夹持在细格栅上，之后，机座上的夹紧机构松开，在机座的重力以及爬行油缸的作用下，机座与机器人主体贴合，然后机座上的夹紧机构夹紧在细格栅上，完成一次爬行动作。

本实施例中，所述夹紧机构包括分别固定安装在所述机器人主体1内和机座2内的第二液压油缸7和第三液压油缸70，所述第二液压油缸7和第三液压油缸70的活塞杆分别穿过所述壳体和机座2后固定连接有曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构包括固定安装在所述壳体或机座2下端的安装座71，所述安装座71上设置有允许所述活塞杆穿过的穿孔，所述安装座对应设置有立板72，立板72之间通过转轴73连接，所述活塞杆铰接有第一连杆74和第二连杆75，所述第一连杆74和第二连杆75分别铰接有第三连杆76和第四连杆77，所述第三连杆76和第四连杆77与所述转轴73铰接，所述第三连杆76和第四连杆77端部正对的表面铰接有夹块78。

这样，在需要利用夹紧机构对细格栅进行夹持时，第二液压油缸和第三液压油缸动作，活塞杆收缩，推动第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆均转动，利用夹块对细格栅进行夹持。在需要松开夹持时，活塞杆向外伸出即可。具体的，第二液压油缸设置有两个。

本实施例中，所述机器人主体1远离机座2的一端的两侧固定安装有导向杆101，所述导向杆101的端部转动安装有滚柱102。

这样，可以利用滚柱进入细格栅之间，导向杆进入细格栅之间，对机器人进行导向，滚柱可以减少导向过程中的摩擦力，不会损伤细格栅。

本实施例中，所述声呐3外侧有金属防护罩30。避免声呐受到高速水流直接冲击或与异物发生碰撞。

本实施例中，所述机座2远离所述机器人主体1的一端安装有提升铲刀103。

这样，提升铲刀可以铲除水流冲到细格栅面上的异物，保证机器人顺利提升。

具体的，地面上设置有液压泵站和高压水射流装置以及控制柜，液压泵站通过油路管道与顶升油缸、第一液压油缸、爬行油缸、第二液压油缸、第三液压油缸连接设置，控制柜内安装有控制器，液压泵站和高压水射流装置连接有控制器，声呐连接有控制器，控制柜上设置有与控制器连接的显示屏，用于显示声呐在水下扫描的图像。具体的，控制器可以采用PLC控制器。

动作原理：

首先，利用卷扬机将机器人主体下放，利用滚柱对机器人主体进行导向，机器人主体的小轮压在细格栅上，大轮位于细格栅之间，夹紧机构夹紧在细格栅上；

然后声呐对水下环境进行扫描，将图像传递至控制器，操作人员通过控制顶升油缸、第一液压油缸、第二压压油缸、第三液压油缸以及爬行油缸的动作和第一驱动电机和第二驱动电机的动作，对机器人的行走和剪切、冲洗进行操作；

在剪切完成后，通过卷扬机向上提升机器人主体，带动机座从水下提出，利用提升铲刀铲除水流冲到细格栅面上的异物。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种细格栅杂物清理机器人，其特征在于，包括机器人主体和机座，所述机器人主体的一端通过钢丝绳与地面上设置的卷扬机连接，所述机器人主体和机座通过爬行机构连接设置，所述机器人主体的另一端设置有剪切机构以及冲洗机构，所述机器人主体上还安装有声呐，所述声呐对应所述剪切机构和冲洗机构设置；所述机器人主体上转动安装有转盘，所述机器人主体内设置有用于带动所述转盘转动的驱动机构，所述转盘上通过支座铰接有箱体，所述箱体与所述转盘之间通过顶升油缸铰接，所述箱体内设置有用于带动所述剪切机构转动的旋转机构，所述冲洗机构包括喷头，所述喷头向上通过水管连接有位于地上的高压水射流装置，所述喷头向下固定安装有两个支管，所述支管下端固定安装有喷嘴；

所述旋转机构包括固定安装在所述箱体内的第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴与滑动套筒固定连接，所述箱体向外固定安装有保护套筒，所述保护套筒设置在所述滑动套筒外侧，所述保护套筒与所述滑动套筒之间通过轴承连接；所述剪切机构包括第一液压油缸，所述第一液压油缸滑动配合在所述滑动套筒内，所述第一液压油缸的缸体与所述滑动套筒的筒底之间具有压缩弹簧，所述滑动套筒上设置有滑槽，所述第一液压油缸的进油口和出油口滑动配合在所述滑槽内，所述第一液压油缸的活塞杆端部通过连接架固定安装有第二切刀，所述第一液压油缸的缸体向外固定安装有安装杆，所述安装杆上对应所述第二切刀固定安装有第一切刀，所述第二切刀的下表面与所述第一切刀的上表面贴合设置；

所述第一切刀和第二切刀均设置有两个，且所述第一切刀和第二切刀的刀刃为弧形且向相互远离的方向弯曲，所述第一切刀的刀刃向斜上方倾斜延伸，所述第二切刀的刀刃向斜下方倾斜延伸。

2.根据权利要求1所述的细格栅杂物清理机器人，其特征在于，所述驱动机构包括固定安装在机器人主体内的第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴通过联轴器连接有蜗杆，所述蜗杆转动安装在所述机器人主体内，所述蜗杆啮合传动有涡轮，所述机器人主体内设置有用于对涡轮进行安装的涡轮架，所述涡轮上端与所述机器人主体之间以及转盘之间通过旋转接头连接。

3.根据权利要求1所述的细格栅杂物清理机器人，其特征在于，所述爬行机构包括爬行油缸，所述爬行油缸的缸体与所述机器人主体的壳体外侧固定连接，所述爬行油缸的活塞杆与所述机座固定连接，所述爬行机构包括设置在所述机器人主体和机座正对细格栅的一侧的行走轮，所述行走轮包括同轴固定连接的大轮和两个小轮，所述大轮位于两个所述小轮之间，所述大轮和小轮中间的转轴通过轮架固定安装在所述机器人主体上和机座上，所述机器人主体和机座上分别设置有用于对细格栅进行夹紧的夹紧机构。

4.根据权利要求3所述的细格栅杂物清理机器人，其特征在于，所述夹紧机构包括分别固定安装在所述机器人主体内和机座内的第二液压油缸和第三液压油缸，所述第二液压油缸和第三液压油缸的活塞杆分别穿过所述壳体和机座后固定连接有曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构包括固定安装在所述壳体或机座下端的安装座，所述安装座上设置有允许所述活塞杆穿过的穿孔，所述安装座对应设置有立板，立板之间通过转轴连接，所述活塞杆铰接有第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和第二连杆分别铰接有第三连杆和第四连杆，所述第三连杆和第四连杆与所述转轴铰接，所述第三连杆和第四连杆端部正对的表面铰接有夹块。

5.根据权利要求1所述的细格栅杂物清理机器人，其特征在于，所述机器人主体远离机座的一端的两侧固定安装有导向杆，所述导向杆的端部转动安装有滚柱。

6.根据权利要求1所述的细格栅杂物清理机器人，其特征在于，所述声呐外侧有金属防护罩。

7.根据权利要求1所述的细格栅杂物清理机器人，其特征在于，所述机座远离所述机器人主体的一端安装有提升铲刀。

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