CN112720512A - 多驱动海水淡化设备清理机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多驱动海水淡化设备清理机器人，包括机体、履带式或者轮式水平行走装置、用于爬壁的吸盘行走装置；用于清洁淡化装置关键设备的功能模块、用于探查和拍摄的探测装置以及控制系统等。爬壁行走装置包括分别连接在机体前端外部的第一吸盘行走装置和连接在机体底壁中间的第二吸盘行走装置；行走控制装置至少包括具有行走伸缩件的行程装置，行走伸缩件其伸缩行程所在的方向与行走装置的行走方向一致，吸盘单元中至少两个吸盘单元沿行走伸缩件的伸缩行程所在的方向设置且至少一个吸盘单元连接到该行走伸缩件上。本发明实现了设备内沿待检测壁攀爬清理，清理效率高、转向调节性能。

Description

多驱动海水淡化设备清理机器人

技术领域

本发明涉及一种清理机器人，特别是一种多驱动海水淡化设备清理机器人。

背景技术

海水淡化是解决水资源短缺问题的重要途径。海水淡化设备由于其特殊的工作环境，在检修维护时，通常需要停机并且经过清洗以获得适合检修设备工作运行的工作环境，这就使得检修工作耗时耗力，成本高昂。

目前，针对大型海水淡化设备进行检修及清淤工作主要依靠人力，市场上还没有专门的清理机器人。对于蒸馏法海水淡化而言，需要检修或清理的主要包括蒸发器、取排水设施及管路、水箱等设施。但由于不同的需求要求有多种规格和应用场景，所需的清理机器人也不尽相同，要求机器人具有沿待检测壁进行攀爬的功能，存在局限性和技术难点。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种实现了在设备内沿待检测壁攀爬清理，清理效率高，并且通过设置的旋转吸盘结构和操控系统使其具有较高的转向调节性能，便利性好的多驱动海水淡化设备清理机器人。

本发明的多驱动海水淡化设备清理机器人，包括机体，在所述的机体的前后两侧分别连接有水平行走装置，还包括爬壁行走装置，所述的爬壁行走装置包括分别连接在机体前端外部的第一吸盘行走装置和连接在机体底壁中间的第二吸盘行走装置，每一个吸盘行走装置均包括吸附盘座和沿圆周方向均匀间隔安装在吸附盘座底壁上的多个真空吸盘，所述的多个真空吸盘的负压腔与抽放气设备通过安装有控制阀的连接管连接，

每一个吸附盘座与升降驱动装置的竖直方向运动输出端固定相连，每一个吸附盘座在所述的升降驱动装置的驱动下能够沿竖直方向上下运动，所述的第一吸盘行走装置的升降驱动装置与水平驱动装置的水平运动输出端固定相连，所述的第一吸盘行走装置的升降驱动装置在水平驱动装置的带动下能够沿水平方向左右移动，所述的第二吸盘行走装置的升降驱动装置与机体相连；

所述的第一吸盘行走装置和第二吸盘行走装置的升降驱动装置均包括气缸凸台，所述的气缸凸台设置在吸附盘座的顶面中间上方，在所述的气缸凸台上沿圆周方向间隔180度固定有两台伸缩气缸，沿竖直方向设置的两台伸缩气缸的推杆的下端分别与吸附盘座固定相连，气缸凸台和吸附盘座之间通过沿竖直方向设置的导轨滑块结构能够上下滑动连接，其中第一吸盘行走装置所述的气缸凸台通过支撑件与水平驱动装置的水平运动输出端固定相连，伸缩气缸的推杆的伸缩方向与第一气缸的推杆的伸缩方向彼此垂直；

在第二吸盘行走装置的气缸凸台的中间开有安装孔并且在外圆周方向固定有从动齿轮盘，一根中空回转轴的下端通过法兰固定在安装孔外缘的气缸凸台上，所述的中空回转轴与气缸凸台同轴线设置，所述的中空回转轴的上端与安装在机体上的轴承的内圈固定相连，在所述的轴承的轴承座上安装有导气滑环的外套筒，导气滑环的内转子固定在中空回转轴上，用于给第二吸盘行走装置的伸缩气缸供气的气管依次通过导气滑环、中空回转轴、安装孔与伸缩气缸的气路相连，所述的从动齿轮盘与安装在主动驱动结构的旋转轴上的主动齿轮啮合配合，所述的主动驱动结构安装在机体上。

本发明的有益效果是：通过设置的吸盘行走装置，实现了在设备内沿待检测壁攀爬清理，清理效率高，并且通过设置的旋转吸盘结构和操控系统使其具有较高的转向调节性能，便利性好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请公开的多驱动海水淡化设备清理机器人的一种实施方式的结构示意；

图2是图1所示结构的侧向示意图；

图3是图1所示结构的底部示意图；

图3a是图1所示结构的两个吸盘单元；

图3b是图1所示结构的行走伸缩件示意图；

图4a、图4b、图4c、图4d是图1所示结构分别展示了在行走时的4种可能的状态，该四种状态具体描述：图4a所示吸盘吸附于工作面之上，将整机固定在工作面上，另外一组吸盘处于脱离状态；图4b所示处于脱离状态的吸盘向外伸长，行走一定的距离；图4c所示处于脱离的吸盘伸出一定距离后吸附于工作面之上；图4d所示当伸出的吸盘吸附于工作面之上后，原本吸附于工作面之上的吸盘脱离并沿伸出方向进行收缩，完成一次前进动作。

图5所示当前进过程中需要对前进方向进行调整时，机器人会处于图4a所示状态，将整机固定于工作面上，第一组吸盘处于脱离状态，图5所示伺服旋转驱动051进行工作，使机器人通过大小齿轮的啮合围绕固定吸盘组08进行旋转，当旋转到所需角度时伺服旋转驱动051停止工作并保持当前状态完成该次方向调整动作。

图6为主动转向驱动电机的结构示意图；

图7为从动齿轮盘和固定于其上的吸盘组结构示意。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

如附图所示本发明的多驱动海水淡化设备清理机器人，包括机体01，在所述的机体01的前后两侧分别连接有水平行走装置02，所述的水平行走装置02采用现有结构即可，如：水平行走装置02为履带式或者轮式，当机器人工作于水平面或是较小的倾斜面时会依靠水平行走装置02实现各个动作。

为了满足大坡度待检侧壁、竖直待检侧壁或者倒挂状态下的行走要求，本机器人还包括爬壁行走装置，所述的爬壁行走装置包括分别连接在机体01前端外部的第一吸盘行走装置和连接在机体01底壁中间的第二吸盘行走装置。每一个吸盘行走装置均包括吸附盘座06和沿圆周方向均匀间隔安装在吸附盘座06底壁上的多个真空吸盘061。

所述的多个真空吸盘061的负压腔与抽放气设备通过安装有控制阀的连接管连接，由控制阀控制负压腔与抽放气设备的连通状态，所述的抽放气设备可以为真空泵、高压气包、气泵等中的任意一种，用于对真空吸盘061抽真空产生吸附力。在吸盘061需要吸附到器壁上时，其贴合到器壁上，打开相应的控制阀使吸盘061的负压腔与真空泵处于连通状态，从而被抽吸至负压状态而贴合到器壁实现吸附。而在需要松开吸附时，则关闭控制阀与真空泵的连通，而连接到大气进行泄压，松开吸盘061的吸附状态。

为了满足操控性的要求，吸盘行走装置的吸附盘座06可以为规则的形状，如为圆盘形，从而使得多个吸盘061的中心点的连线成圆形地均匀分布在吸附盘上。更为优选地，多个吸盘061的中心点的连线连成的圆形的圆心与圆盘形的吸附盘座06的圆心重合，这就使得可以在操作变向过程中由于各个吸盘061的均匀分布，从而具有特定的转动角度，而获得更佳的变向性能和可操控性。

每一个吸附盘座06与升降驱动装置的竖直方向运动输出端固定相连，每一个吸附盘座06在所述的升降驱动装置的驱动下能够沿竖直方向上下运动，所述的第一吸盘行走装置的升降驱动装置与水平驱动装置的水平运动输出端固定相连，所述的第一吸盘行走装置的升降驱动装置在水平驱动装置的带动下能够沿水平方向左右移动。所述的第二吸盘行走装置的升降驱动装置与机体01相连。

图3a中展示了在机体01上设置有两个吸盘单元的情形；图3b所示为了实现行走动作，所述的水平驱动装置包括沿水平方向前后平行间隔设置在机体01上方的两个行走伸缩件0601，所述的行走伸缩件0601的伸缩行程所在的方向与水平行走装置的行走方向一致(即行走伸缩件0601在行走方向上进行伸长收缩的动作)，在第一吸盘行走装置的吸附盘座06顶面中间上方设置有连接件0602，在所述的机体01的顶壁的右端分别前后间隔设置有两个限位滑道0603，两个行走伸缩件0601的一端各自与一个限位滑道0603左右滑动连接并且另一端与连接件0602固定相连，水平驱动气缸0604通过机体连接件0605固定在两个限位滑道0603之间的机体01顶壁上，沿水平方向设置的所述的水平驱动气缸0604的推杆的前端与连接件0602固定相连。所述的第一吸盘行走装置的升降驱动装置与连接件0602固定相连。

当然，所述的水平驱动装置可以采用直线电机、电动顶杆或电磁推杆等。

作为本发明的一种实施方式，第一吸盘行走装置和第二吸盘行走装置的升降驱动装置均包括气缸凸台，所述的气缸凸台设置在吸附盘座06的顶面中间上方，在所述的气缸凸台上沿圆周方向间隔180度固定有两台伸缩气缸04，沿竖直方向设置的两台伸缩气缸04的推杆的下端分别与吸附盘座06固定相连，气缸凸台和吸附盘座06之间通过沿竖直方向设置的导轨滑块结构07能够上下滑动连接。其中第一吸盘行走装置所述的气缸凸台通过支撑件与水平驱动装置的水平运动输出端(即连接件0602)固定相连。伸缩气缸04的推杆的伸缩方向与第一气缸0604的推杆的伸缩方向彼此垂直。当然，所述的伸缩气缸04可以采用直线电机、电动顶杆或电磁推杆等代替。

在第二吸盘行走装置的气缸凸台的中间开有安装孔并且在外圆周方向固定有从动齿轮盘08，一根中空回转轴的下端通过法兰固定在安装孔外缘的气缸凸台上，所述的中空回转轴与气缸凸台同轴线设置，所述的中空回转轴的上端与安装在机体01上的轴承的内圈固定相连，在所述的轴承的轴承座上安装有导气滑环053的外套筒，导气滑环053的内转子固定在中空回转轴上。用于给第二吸盘行走装置的伸缩气缸04供气的气管依次通过导气滑环053、中空回转轴、安装孔与伸缩气缸04的气路相连。

所述的从动齿轮盘08与安装在主动驱动结构051的旋转轴上的主动齿轮09啮合配合，所述的主动驱动结构051安装在机体01上。所述的主动驱动结构051可以采用伺服电机、普通电机、旋转气缸或液压马达等。

而本行走装置需要转向时，第二吸盘行走装置在伸缩气缸04的伸缩推动下沿导轨滑块结构07的方向压向工作面，安装在连接管上的控制阀打开，此时吸附盘座上的真空吸盘061与真空部件导通，形成负压，吸附在工作面上，第一吸盘行走装置上的控制阀关闭，真空吸盘061与大气导通，失去负压状态，并在第一吸盘行走装置的伸缩气缸04收缩带动下，脱离工作面的接触状态。此时，与机体01固定的如图5所示的主动驱动结构051，驱动主动齿轮09与图7所示的从动齿轮盘08啮合发生相对转动。因为从动齿轮盘08与气缸凸台固定为一体且此时吸附在工作面上，导致从动齿轮盘08转动阻力极大不能转动。在第二吸盘行走装置的真空吸盘的支撑作用下，机体01已经脱离工作面，不再有阻力，形成悬空状态，此时051驱动机构产生的驱动力导致机体01及其上的全部机构环绕从动齿轮盘08转动，在导气滑环053滑环的作用下，不论01机体产生多大的旋转角度，都不会导致气管缠绕，可以任意旋转角度。待机体01旋转到合适的角度，主动转向机构051停止工作并锁死，此时，机器人即完成转向动作，重复前后伸缩行走动作。

机器人可以在图2箭头所示的方向调整真空吸盘061与机体01之间的间距，而满足待检查壁的不同表面状态下对于吸附间距的要求。

行走装置的行走方向指图4a中箭头所在的直线。通过两个吸盘单元上真空吸盘061的吸附脱离动作，同时配合行走伸缩件0601在前进方向的伸缩动作而实现移走动作，如图4a-4d所示的展示了在沿行走方向行走时，图中所展示的实施方案的吸盘单元上吸盘061与行走伸缩件0601的配合状态。当然，这里展示了两个吸盘单元中单一吸附盘座06上的真空吸盘061全部吸附或者放松的情形。

在所述的机体01的顶壁上安装有一个搭载平台，将各个不同的功能模块均安装到该搭载平台之上，所述的功能模块用于对设备待检测壁进行清理和维护，可以包括切割刀等切割器、砂轮等打磨器、机械卡爪等中的至少一种。

在上述方案中，为了实现对机器人的控制，特别是智能化自动化的控制，其还可以还设置有控制系统，所述的控制系统的信号输出端分别与伸缩气缸、水平驱动气缸、主动驱动结构、控制阀以及功能模块相连，所述的控制系统分别向伸缩气缸、水平驱动气缸、主动驱动结构、控制阀以及功能模块输出控制信号。控制系统可以为PLC、工控微机等，用于在工作时按照指令或者编程程序控制行走、旋转以及高度调节等。当然这一过程也可以是通过有线或者无线的指令操控实现的，并不影响本方案的实施。

根据不同的功能要求在机体上安装不同的位置探测装置，用于获取设备内部的状况信息，所述的位置探测装置可以包括超声波探测器、电磁感应器、光学传感器、摄影摄像装置等中的至少一种。

当然毫无疑问的，本方案的实施，相应的机器人毫无疑问为了满足液下作业的要求，其相应的结构或者装置或者设备必然也应当满足对工作环境的适应，相应的适应条件可以为包括而不限于如下任一密封性、抗压性、耐腐蚀性、耐温性等，这里就不一一罗列。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.多驱动海水淡化设备清理机器人，包括机体(01)，在所述的机体的前后两侧分别连接有水平行走装置(02)，其特征在于：还包括爬壁行走装置，所述的爬壁行走装置包括分别连接在机体前端外部的第一吸盘行走装置和连接在机体底壁中间的第二吸盘行走装置，每一个吸盘行走装置均包括吸附盘座(06)和沿圆周方向均匀间隔安装在吸附盘座底壁上的多个真空吸盘(061)，所述的多个真空吸盘的负压腔与抽放气设备通过安装有控制阀的连接管连接，

每一个吸附盘座与升降驱动装置的竖直方向运动输出端固定相连，每一个吸附盘座在所述的升降驱动装置的驱动下能够沿竖直方向上下运动，所述的第一吸盘行走装置的升降驱动装置与水平驱动装置的水平运动输出端固定相连，所述的第一吸盘行走装置的升降驱动装置在水平驱动装置的带动下能够沿水平方向左右移动，所述的第二吸盘行走装置的升降驱动装置与机体相连；

所述的第一吸盘行走装置和第二吸盘行走装置的升降驱动装置均包括气缸凸台，所述的气缸凸台设置在吸附盘座的顶面中间上方，在所述的气缸凸台上沿圆周方向间隔180度固定有两台伸缩气缸(04)，沿竖直方向设置的两台伸缩气缸的推杆的下端分别与吸附盘座固定相连，气缸凸台和吸附盘座之间通过沿竖直方向设置的导轨滑块结构(07)能够上下滑动连接，其中第一吸盘行走装置所述的气缸凸台通过支撑件与水平驱动装置的水平运动输出端固定相连，伸缩气缸的推杆的伸缩方向与第一气缸(0604)的推杆的伸缩方向彼此垂直；

在第二吸盘行走装置的气缸凸台的中间开有安装孔并且在外圆周方向固定有从动齿轮盘(08)，一根中空回转轴的下端通过法兰固定在安装孔外缘的气缸凸台上，所述的中空回转轴与气缸凸台同轴线设置，所述的中空回转轴的上端与安装在机体上的轴承的内圈固定相连，在所述的轴承的轴承座上安装有导气滑环(053)的外套筒，导气滑环的内转子固定在中空回转轴上，用于给第二吸盘行走装置的伸缩气缸供气的气管依次通过导气滑环、中空回转轴、安装孔与伸缩气缸的气路相连，所述的从动齿轮盘(08)与安装在主动驱动结构(051)的旋转轴上的主动齿轮(09)啮合配合，所述的主动驱动结构安装在机体上。

2.根据权利要求1所述的多驱动海水淡化设备清理机器人，其特征在于：所述的水平驱动装置包括沿水平方向前后平行间隔设置在机体上方的两个行走伸缩件(0601)，所述的行走伸缩件的伸缩行程所在的方向与水平行走装置的行走方向一致，在第一吸盘行走装置的吸附盘座顶面中间上方设置有连接件(0602)，在所述的机体的顶壁的右端分别前后间隔设置有两个限位滑道(0603)，两个行走伸缩件的一端各自与一个限位滑道左右滑动连接并且另一端与连接件固定相连，水平驱动气缸(0604)通过机体连接件(0605)固定在两个限位滑道之间的机体顶壁上，沿水平方向设置的所述的水平驱动气缸的推杆的前端与连接件固定相连，所述的第一吸盘行走装置的升降驱动装置通过支撑件与连接件固定相连。

3.根据权利要求2所述的多驱动海水淡化设备清理机器人，其特征在于：在所述的机体的顶壁上安装有一个搭载平台，在所述的搭载平台上安装有用于对设备待检测壁进行清理和维护的功能模块。

4.根据权利要求3所述的多驱动海水淡化设备清理机器人，其特征在于：所述的功能模块包括切割器、打磨器、机械卡爪中的至少一种。

5.根据权利要求1-4之一所述的多驱动海水淡化设备清理机器人，其特征在于：在机体上安装有位置传感器。

6.根据权利要求5所述的多驱动海水淡化设备清理机器人，其特征在于：所述的位置探测装置包括超声波探测器、电磁感应器、光学传感器或者摄影摄像装置中的至少一种。

7.根据权利要求5或者所述的多驱动海水淡化设备清理机器人，其特征在于：机器人设置有控制系统，所述的控制系统的信号输入端与位置探测装置相连并且信号输出端分别与伸缩气缸、水平驱动气缸、主动驱动结构、控制阀以及功能模块相连，所述的控制系统读取位置探测装置输出的信号并分别向伸缩气缸、水平驱动气缸、主动驱动结构、控制阀以及功能模块输出控制信号。

8.根据权利要求7所述的多驱动海水淡化设备清理机器人，其特征在于：所述的吸附盘座为圆盘形，所述的多个吸盘的中心点的连线连成的圆形的圆心与圆盘形的吸附盘座的圆心重合。

9.根据权利要求8所述的多驱动海水淡化设备清理机器人，其特征在于：所述的水平行走装置为履带式或者轮式。

10.根据权利要求9所述的多驱动海水淡化设备清理机器人，其特征在于：所述的抽放气设备为真空泵、高压气包或者气泵中的任意一种。

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