CN113244427A - 一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人及其方法，包括一对周向支撑移动机构及用于连接一对周向支撑移动机构的伸缩节,伸缩节的两端与周向支撑移动机构通过万向节连接,位于前部的周向支撑移动机构还万向连接有清洁消毒装置,清洁消毒装置包括刷杆座及与刷杆座经压缩弹簧连接的消毒液容器,消毒液容器外表面固定有清洁海绵,所述周向支撑移动机构具有驱动清洁消毒装置旋转的驱动电机,本发明结构简单，通过两个周向支撑移动机构及伸缩节，有效保持机器人在管道中的运动姿态，同时有吸震减震作用，保证了管道机器人的稳定性，利用清洁消毒装置能有效减少人工手动操作，适用于中小型管道中的清洁消毒工作。

Description

一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人及其方法
技术领域
本发明涉及一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人及其方法。
背景技术
在疫情防控期间，为了迅速控制新型冠状病毒感染的肺炎疫情扩散，全国迅速开展疫情防控消毒消杀等活动，生活中的诸多管道由于结构的特殊性，造成清洗困难，难免堆积大量灰尘和污垢，极易滋生细菌携带病毒，因此管道是此次疫情防控消毒消杀活动中的重点消毒对象，然而一般管道又细又长，不适合进行人工消毒，给消毒工作带来了困难，为此设计管道清洁消毒机器人，解决中小型管道（管径50mm~80mm)中的清洁消毒工作。
根据管道机器人不同驱动方式，可以分为以下几种：轮式机器人、履带式机器人、腹壁式机器人、行走式机器人、蠕动式机器人等。近年来，国内外越来越多学者将目光聚焦在中小型管道机器人的研究，同时也取得了一定的成果，但目前对其的研究仍处于瓶颈阶段，仍有多个关键技术难题还未从根本上解决，现有管道机器人难以实现在复杂的中小型管道内自由行走，尤其是难以通过弯道，稳定性较差；现有管道机器人适应管径变化能力不足，即无法在变径的管道内行走；现有清洁消毒管道机器人一般由管道外部提供消毒液，导致清洁消毒等工作效率低下且结构复杂，影响管道机器人在管道内的移动。
当前市场上缺少蠕动式管道清洁消毒机器人，主要技术问题在于当前管道机器人无法顺利通过弯道，稳定性差，适应管径变化能力不足以及清洁消毒工作效率低下的问题。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是当前管道机器人无法顺利通过弯道，稳定性差，适应管径变化能力不足以及清洁消毒工作效率低下的问题。
本发明的具体实施方案是：一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人，包括一对周向支撑移动机构及用于连接一对周向支撑移动机构的伸缩节,所述伸缩节的两端与周向支撑移动机构通过万向节连接,位于前部的周向支撑移动机构还万向连接有清洁消毒装置,所述清洁消毒装置包括刷杆座及与刷杆座经压缩弹簧连接的消毒液容器,所述消毒液容器外表面固定有清洁海绵,所述周向支撑移动机构具有驱动清洁消毒装置旋转的驱动电机。
进一步的，所述伸缩节包括多个通过万向接头连接的伸缩机构，所述横向导轨机构包括伸缩电机、与伸缩电机输出轴同轴连接的丝杆，所述丝杆背离伸缩电机的一侧螺纹配合有螺母套，所述伸缩电机与外周固定有端盖，所述螺母套固定有贯穿端盖平行于螺杆轴向设置的导杆。
进一步的，所述周向支撑移动机构包括机壳，所述机壳的一端沿圆周方向布设有能与管壁持续紧贴的保持轮，所述保持轮经减震弹簧与机壳连接。
进一步的，所述机壳的外侧端经连杆连接有固定盘，所述固定盘周向固定有直角支座，所述减震弹簧固定于直角支座上，所述减震弹簧的外侧端固定有保持轮座，所述保持轮轴向铰接于保持轮座内。
进一步的，所述驱动电机固定于机壳上，所述驱动电机的输出端固定有螺杆，所述机壳内伸出有交叉设置的一对支撑杆，所述支撑杆的下端铰接连接有与螺杆螺纹配合的移动螺母，所述支撑杆的上端固定连接有压力传感器，一对支撑杆下端铰接的移动螺母，靠近驱动电机的一端的移动螺母与机壳固连，防止移动螺母转动，一对支撑杆的交错部位铰接连接。
进一步的，所述支撑杆的上端固定有用于固定压力传感器的传感器座。
进一步的，所述机壳背离驱动电机的一侧固定有限位螺杆的固定座，固定座的外周与伸缩节万向接头连接。
进一步的，所述清洁海绵呈弧形，所述消毒液容器内具有向清洁海绵流出清洁液的单向阀，通过清洁消毒装置的转动可使消毒液周期性的通过单向阀，从而被海绵吸收。
进一步的，所述直角支座上固定有位于减震弹簧内部的伸缩杆，所述伸缩杆由多个直径逐渐增大相互套设杆件构成。
本发明包括一种蠕动式清洁消毒管道方法，包括利用如权利要求6所述的一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人，具体工作步骤如下：
（1）初始状态下，首先使管道清洁消毒机器人的后部周向支撑移动机构的保持轮及支撑杆贴紧管壁时，而前侧周向支撑移动机构的支撑杆未紧贴管壁，丝杆螺母伸缩节的伸缩电机使螺母套移动，使丝杆螺母伸缩节进行伸长，然后使前侧周向支撑移动机构的保持轮及支撑杆贴紧管壁，之后后部周向支撑移动机构的背离驱动电机的一端的移动螺母在驱动电机的驱动下移动使支撑杆松开管壁，丝杆螺母伸缩节的伸缩电机正转进行收缩拉动后部的周向支撑移动机构，之后驱动电机反转，背离驱动电机的一端的移动螺母在驱动电机的驱动下反向移动，使后部的周向支撑移动机构支撑杆贴紧管壁，完成一次前进动作；
（2）当机器人在管道中后退时，与上述前进动作同理，后部的周向支撑移动机构支撑杆未贴紧管壁，前侧周向支撑移动机构的支撑杆紧贴管壁状态下，丝杆螺母伸缩节伸长，之后前侧周向支撑移动机构的支撑杆脱离管壁，控制后部的周向支撑移动机构支撑杆贴紧管壁，丝杆螺母伸缩节伸长收缩拉动前部的周向支撑移动机构移动即可；
（3）由压力传感器安装在周向支撑移动机构的支撑杆的末端，当检测到压力变化时，启动伸缩电机控制支撑杆摆动以贴紧或松开管壁，保持轮始终与管壁贴合；
（4）当管径变化时，保持轮在减震弹簧的作用下进行伸缩，以适应管径变化。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本方案在通过弯道方面采用基于蜈蚣多体节结构进行的创新设计具有丝杆螺母结构的伸缩节，多个丝杆螺母节由万向节连接，在提供多自由度的同时，使管道机器人能够完成在管道内的转弯动作。
在稳定性差方面，本方案采用蠕动式的移动方式，包含前后双周向支撑移动机构，其中的保持架能够始终有效保持机器人在管道中的运动姿态，同时有吸震减震作用，保证了管道机器人的稳定性。
在适应管径变化方面，本方案周向支撑移动机构具有向周向设置的保持轮，其能在管径变化时进行伸缩，实现适应管径变化的能力。在清洁消毒工作效率方面，本方案设计了能够同时实现清洁消毒工作的装置，通过清洁海绵对管壁进行清洁，消毒液容器中的消毒液通过单向阀流出润湿清洁海绵，涂在管壁上，对管道进行消毒，同时完成清洁消毒工作，能有效提高清洁消毒的工作效率。管道机器人工作全过程采用机电系统控制，能有效减少人工手动操作，适用于中小型管道中的清洁消毒工作。
附图说明
图1为新型蠕动式管道清洁消毒机器人的主视图；
图2为清洁消毒装置的局部放大主视图；
图3为图2中A-A的局部放大侧视剖视图；
图4为周向支撑移动机构的局部放大主视图；
图5 为周向支撑移动机构的局部放大侧视图；
图6为丝杆螺母伸缩节局部放大正视图；
图7为丝杆螺母伸缩节局部放大侧视图。
图中：1、十字万向节；2、螺母套；3、刷杆座；4、清洁海绵；5、消毒液容器；6、清洁杆；7、压缩弹簧；8、单向阀；容量传感器；10、驱动电机；11、固定圆盘；12、压力传感器；13、传感器座；14、机壳；15、支撑杆；16、连杆；17、固定座；18、螺杆；19、支撑杆架；20、保持轮；21、保持轮座；22、减震弹簧；23、保持轮伸缩杆；24、直角支座；25、伸缩电机；26、导杆；27、丝杆；28、螺母套；29、端盖。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1～7所示，一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人，主要包括清洁消毒装置Ⅰ、前部周向支撑移动机构Ⅱ、丝杆螺母伸缩节Ⅲ以及后部周向支撑移动机构Ⅳ，各部分通过十字万向节1进行连接。
所述伸缩节位于一对周向支撑移动机构之间,所述伸缩节的两端与周向支撑移动机构通过万向节连接，清洁消毒装置位于前部的周向支撑移动机构前侧，并与前部的周向支撑移动机构万向连接。
所述清洁消毒装置包括刷杆座3及与刷杆座3经压缩弹簧连接的消毒液容器5,所述消毒液容器5外表面固定有清洁海绵4,所述消毒液容器5内具有向清洁海绵4流出清洁液的单向阀8，通过清洁消毒装置的转动可使消毒液周期性的通过单向阀，从而被海绵吸收。
实际设计中，所述消毒液容器内还设置有容量传感器，通过检测消毒液容器5内的消毒液容量，当消毒液耗尽时，控制机器人退出管道进行补液。
机器人的清洁消毒装置，由清洁海绵4对管道进行清洁，通过位于消毒液容器5中的单向阀8控制消毒液的流向，使消毒液流出容器，润湿清洁海绵4，涂在管壁上，对管道进行消毒。
为了能够实现机器人在管道内的位置的定位，本实施例中，所述周向支撑移动机构包括机壳14，所述机壳14的一端沿圆周方向布设有能与管壁持续紧贴的保持轮20，所述保持轮20经减震弹簧22与机壳14连接。
本实施例中，所述机壳的外侧端经连杆连接有固定盘，所述固定盘周向固定有直角支座24，所述减震弹簧固定于直角支座24上，所述减震弹簧的外侧端固定有保持轮座21，所述保持轮轴向铰接于保持轮座内，从而使保持轮12在保持轮12内可以发生转动。
本实施例中，机壳14上的驱动电机10，所述驱动电机10的输出端固定有螺杆，所述机壳内伸出有交叉设置的一对支撑杆15，所述支撑杆15的下端铰接连接有与螺杆螺纹配合的移动螺母19，所述支撑杆的上端固定连接有压力传感器12，所述移动螺母19靠近驱动电机的一端与机壳固连防止移动螺母转动，一对支撑杆的交错部位铰接连接。
一对支撑杆15呈剪叉状，工作时，通过两个移动螺母19其中一个为固定状态，背离驱动电机的一端的移动螺母19为可移动状态，当两个移动螺母19距离远离时一对支撑杆的上端远离工作管道的管壁，而当两个移动螺母19距离接近时一对支撑杆15的上端接近管壁并能够保证与工作管道的管壁紧贴，其进而能够稳定地将周向支撑移动机构紧紧地固定在管壁上。
所述支撑杆的上端固定有用于固定压力传感器12的传感器座13。
为了能够实现机器人在管道内的移动，所述伸缩节包括多个通过万向接头连接的伸缩机构，所述伸缩机构包括伸缩电机25、与伸缩电机25输出轴同轴连接的丝杆27，所述丝杆27背离伸缩电机25的一侧螺纹配合有螺母套28，所述伸缩电机与外周固定有端盖29，所述螺母套固定有贯穿端盖平行于螺杆轴向设置的导杆26。通过丝杆与螺母套28的配合能够实现伸缩节整体的伸长和缩短，多个伸缩机构利用万向接头连接能够满足不同曲度管道结构。
初始状态下，首先使管道清洁消毒机器人的后部周向支撑移动机构的保持轮及支撑杆贴紧管壁时，而前侧周向支撑移动机构的支撑杆未紧贴管壁，丝杆螺母伸缩节的伸缩电机25使螺母套28移动，使丝杆螺母伸缩节进行伸长，然后使前侧周向支撑移动机构的保持轮及支撑杆贴紧管壁，之后后部周向支撑移动机构的移动螺母反向移动使支撑杆松开管壁，丝杆螺母伸缩节的伸缩电机25正转进行收缩拉动后部的周向支撑移动机构，之后使后部的周向支撑移动机构支撑杆贴紧管壁，完成一次前进动作；
当机器人在管道中后退时，与上述前进动作同理，后部的周向支撑移动机构支撑杆未贴紧管壁，前侧周向支撑移动机构的支撑杆紧贴管壁状态下，丝杆螺母伸缩节伸长，之后前侧周向支撑移动机构的支撑杆脱离管壁，控制后部的周向支撑移动机构支撑杆贴紧管壁，丝杆螺母伸缩节伸长收缩拉动前部的周向支撑移动机构移动即可。
压力传感器安装在周向支撑移动机构的支撑杆15的末端，当检测到压力变化时，启动伸缩电机25控制支撑杆15摆动以贴紧或松开管壁。保持轮20（周向支撑移动机构）始终与管壁贴合；
当管径变化时，保持轮在减震弹簧的作用下进行伸缩，以适应管径变化，本实施例中保持轮具有三个沿圆周方向布设，也能够保持机器人在管道中的运动姿态，不会因为周向支撑移动机构的重量使机器人一侧下垂。其中减震弹簧22能够提供减震效果，同样的减震结构也存在于清洁消毒装置中。
所述机壳背离驱动电机的一侧固定有限位螺杆的固定座17，固定座17的外周与伸缩节万向接头连接。
实施例二，本实施例中，清洁消毒装置的消毒液容器5内安装有容量传感器，通过检测容器内的消毒液容量，当消毒液耗尽时，控制机器人退出管道进行补液，所述清洁海绵呈弧形，能够满足对于在较小管径的情况下进行收束，并利用压缩弹簧保证清洁海绵与管壁的紧密接触。
所述直角支座24具有位于减震弹簧内作为导向作用的可伸缩的伸缩杆23，所述伸缩杆23由多个直径逐渐增大相互套设杆件构成，伸缩杆之间为多节相互套设可以满足保持轮的伸缩结构，同理所述的消毒液容器5与刷杆座之间也可以设计有能够伸缩的清洁杆6，清洁杆也由至少两个相互套接的杆件构成，能够满足消毒液容器5及清洁海绵的伸缩。
本发明各个部件采用万向节连接提供自由度，以实现机器人在管道内自由行走，包括通过弯道等动作；驱动电机驱动的螺杆与清洁杆刷杆座通过万向节连接从而带动清洁消毒装置转动，促使消毒液容器内的消毒液周期性地通过单向阀，进而周期性地为清洁海绵提供消毒溶液，涂在清洁后的管道内壁，从而完成清洁消毒管道的工作。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人，其特征在于，包括一对周向支撑移动机构及用于连接一对周向支撑移动机构的伸缩节,所述伸缩节的两端与周向支撑移动机构通过万向节连接,位于前部的周向支撑移动机构还万向连接有清洁消毒装置,所述清洁消毒装置包括刷杆座及与刷杆座经压缩弹簧连接的消毒液容器,所述消毒液容器外表面固定有清洁海绵,所述周向支撑移动机构具有驱动清洁消毒装置旋转的驱动电机。
2.根据权利要求1所述的一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人，其特征在于，所述伸缩节包括多个通过万向接头连接的伸缩机构，所述横向导轨机构包括伸缩电机、与伸缩电机输出轴同轴连接的丝杆，所述丝杆背离伸缩电机的一侧螺纹配合有螺母套，所述伸缩电机与外周固定有端盖，所述螺母套固定有贯穿端盖平行于螺杆轴向设置的导杆。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人，其特征在于，所述周向支撑移动机构包括机壳，所述机壳的一端沿圆周方向布设有能与管壁持续紧贴的保持轮，所述保持轮经减震弹簧与机壳连接。
4.根据权利要求3所述的一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人，其特征在于，所述机壳的外侧端经连杆连接有固定盘，所述固定盘周向固定有直角支座，所述减震弹簧固定于直角支座上，所述减震弹簧的外侧端固定有保持轮座，所述保持轮轴向铰接于保持轮座内。
5.根据权利要求4所述的一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人，其特征在于，所述驱动电机固定于机壳上，所述驱动电机的输出端固定有螺杆，所述机壳内伸出有交叉设置的一对支撑杆，所述支撑杆的下端铰接连接有与螺杆螺纹配合的移动螺母，所述支撑杆的上端固定连接有压力传感器，一对支撑杆下端铰接的移动螺母，靠近驱动电机的一端的移动螺母与机壳固连，防止移动螺母转动，一对支撑杆的交错部位铰接连接。
6.根据权利要求5所述的一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人，其特征在于，所述支撑杆的上端固定有用于固定压力传感器的传感器座。
7.根据权利要求5所述的一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人，其特征在于，所述机壳背离驱动电机的一侧固定有限位螺杆的固定座，固定座的外周与伸缩节万向接头连接。
8.根据权利要求1或2所述的一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人，其特征在于，所述清洁海绵呈弧形，所述消毒液容器内具有向清洁海绵流出清洁液的单向阀，通过清洁消毒装置的转动可使消毒液周期性的通过单向阀，从而被海绵吸收。
9.根据权利要求4所述的一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人，其特征在于，所述直角支座上固定有位于减震弹簧内部的伸缩杆，所述伸缩杆由多个直径逐渐增大相互套设杆件构成。
10.一种蠕动式清洁消毒管道方法，其特征在于，包括利用如权利要求6所述的一种新型蠕动式清洁消毒管道机器人，具体工作步骤如下，
初始状态下，首先使管道清洁消毒机器人的后部周向支撑移动机构的保持轮及支撑杆贴紧管壁时，而前侧周向支撑移动机构的支撑杆未紧贴管壁，丝杆螺母伸缩节的伸缩电机使螺母套移动，使丝杆螺母伸缩节进行伸长，然后使前侧周向支撑移动机构的保持轮及支撑杆贴紧管壁，之后后部周向支撑移动机构的背离驱动电机的一端的移动螺母在驱动电机的驱动下移动使支撑杆松开管壁，丝杆螺母伸缩节的伸缩电机正转进行收缩拉动后部的周向支撑移动机构，之后驱动电机反转，背离驱动电机的一端的移动螺母在驱动电机的驱动下反向移动，使后部的周向支撑移动机构支撑杆贴紧管壁，完成一次前进动作；
当机器人在管道中后退时，与上述前进动作同理，后部的周向支撑移动机构支撑杆未贴紧管壁，前侧周向支撑移动机构的支撑杆紧贴管壁状态下，丝杆螺母伸缩节伸长，之后前侧周向支撑移动机构的支撑杆脱离管壁，控制后部的周向支撑移动机构支撑杆贴紧管壁，丝杆螺母伸缩节伸长收缩拉动前部的周向支撑移动机构移动即可；
由压力传感器安装在周向支撑移动机构的支撑杆的末端，当检测到压力变化时，启动伸缩电机控制支撑杆摆动以贴紧或松开管壁，保持轮始终与管壁贴合；
当管径变化时，保持轮在减震弹簧的作用下进行伸缩，以适应管径变化。
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