CN113245321A - 一种易燃易爆粉尘管道自适应无源式清扫机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源管道清扫机器人。清扫装置和推进板分别靠近进风和出风布置，两者间通过两个支撑装置铰接；清扫装置一端和第一支撑装置一端同轴连接，推进板一端和第二支撑装置一端同轴连接，第一、二支撑装置的另一端通过柔性连接器柔性铰接；清扫装置包括清扫固定轴、清扫座体、多个清扫组件、风叶和减速机构；第一、第二支撑装置的结构相同，均包括支撑轴、支撑臂、支撑座体、左转轮、右转轮和弹性支撑组件。本发明传动路线短，传动效率高，清扫力矩大，工作可靠性高，防止轮子易磨损，更容易适应弯曲管道的清扫作业，清扫和行走动力互不干扰，动力足。

Description

一种易燃易爆粉尘管道自适应无源式清扫机器人

技术领域

本发明涉及了一种管道清扫机器人，尤其是涉及了一种易燃易爆粉尘管道自适应无源式清扫机器人。

背景技术

现有的方案通常是：迎风板——驱动轮转动——同步带传动——蜗杆传动——柔性联轴器——清扫装置，结构上加大了驱动轮与管壁的正压力，轮子易磨损，工作可靠性不高。

现有方案的动力装置、清扫装置和支撑装置的弹性扩幅机构相同，均利用轴向弹簧压缩滑块产生轴向移动来推动摇杆做摆动，来改变行走轮或清扫头的径向尺寸，这种结构使得这些装置的轴向尺寸比较长，从而导致了机器人的整体尺寸变长，给机器人在弯曲管道行走特别是拐弯带来困难，容易刮蹭管道内壁，整机重量也增加。现有方案的迎风板产生的动力做分路传动，一路提供给清扫头，另一路给机器人行走，传动链长，效率低，会造成动力不足，存在动力问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种易燃易爆粉尘管道自适应无源式清扫机器人。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括清扫装置、第一支撑装置、第二支撑装置、推进板、柔性连接器；清扫装置布置在清扫机器人的一端，推进板布置在清扫机器人的一端，清扫装置和推进板之间通过两个支撑装置铰接；具体地，清扫装置的一端和第一支撑装置一端同轴连接，推进板的一端和第二支撑装置一端同轴连接，第一支撑装置、第二支撑装置的另一端通过柔性连接器柔性铰接。

一种让清扫装置布置在靠近出风的一端，推进板布置在靠近进风的一端，这样布置的好处是清理下来的粉尘直接被风带走了，而不会再经过机器人本体，如图1所示。另外可选方案为：机器人整个掉头，让清扫装置布置在靠近进风的一端，推进板布置在靠近出风的一端，也是可以工作的。

所述的清扫装置包括清扫固定轴、清扫座体、多个清扫组件、风叶和减速机构；清扫固定轴在靠近进风的一端经减速机构和风叶同轴连接，减速机构包括行星轮、太阳轮、行星架和内齿圈；清扫固定轴和行星架一端的中心固接，行星架另一端的端面中心铰接安装有太阳轮，太阳轮周围的行星架端面沿圆周间隔均布安装多个行星轮，太阳轮和风叶同轴固接；行星架外套设有内齿圈，内齿圈和清扫座体固定连接，太阳轮和周围的各个行星轮啮合，行星轮和内齿圈啮合。

清扫固定轴外通过清扫轴承活动套装有清扫座体，清扫座体的外周沿周向连接有多个沿径向布置的清扫组件，清扫组件包括清扫臂、清扫弹簧、清扫伸缩架和清扫头；清扫臂径向布置，清扫臂一端固定在清扫座体外周面，清扫臂外端面开设径向孔，清扫伸缩架内端套装在清扫臂外端面的径向孔内，清扫伸缩架内安装清扫弹簧，清扫弹簧连接在清扫臂径向孔底部和清扫伸缩架之间，清扫伸缩架开设有径向的条形槽，清扫臂和清扫伸缩架之间连接有清扫限位销，清扫限位销两端贯穿过清扫伸缩架的条形槽后铰接地安装在清扫臂外端部；清扫伸缩架外端安装清扫头。

所述的第一支撑装置、第二支撑装置的结构相同，均包括支撑轴、支撑臂、支撑座体、左转轮、右转轮和弹性支撑组件；支撑轴外通过支撑轴承套装左转轮、右转轮，左转轮、右转轮之间的支撑轴外同轴固定套装有支撑座体，支撑座体的外周沿周向连接有多个沿径向布置的弹性支撑组件，弹性支撑组件包括支撑弹簧、左连杆、右连杆、行走轮和支撑伸缩架；支撑臂径向布置，支撑臂内端固定在支撑座体外周面，支撑臂外端面开设径向孔，支撑伸缩架内端套装在支撑臂外端面的径向孔内，支撑伸缩架内安装支撑弹簧，支撑弹簧连接在支撑臂径向孔底部和支撑伸缩架之间；支撑伸缩架外端通过行走轮轴铰接安装行走轮，且支撑伸缩架外端在靠近安装行走轮处分别经左连杆、右连杆和左转轮、右转轮的边缘铰接。

所述的推进板是平板或者弧形板。

本发明的有益效果是：

本发明传动路线短，传动效率高，清扫力矩大，工作可靠性高。

本发明不必须加大驱动轮与管壁的正压力，就能保证驱动轮产生足够的摩擦驱动力矩，防止轮子易磨损。

本发明轮转动时能通过连杆带动多根伸缩杆同时进行径向伸出或者缩回，来改变行走轮的径向尺寸，轴向尺寸短，更容易适应弯曲管道的清扫作业。

本发明清扫头动力由风叶提供，机器人行走动力由推进板提供，两者互不干扰，动力足，很好地解决动力不足的问题。

附图说明

图1是机器人作业过程和状态示意图；

图2是机器人整体结构图；

图3清扫装置结构图；

图4清扫作业示意图；

图5支撑装置结构图；

图6支撑装置对管壁的对中性和管径变化的适应性示意图。

图中：除尘管道A、清扫机器人B、粉尘C；

清扫装置(1)、第一支撑装置(2)、第二支撑装置(3)、推进板(4)、柔性连接器(5)；

清扫固定轴(101)、清扫座体(102)、清扫轴承(103)、清扫臂(104)、清扫弹簧(105)、清扫伸缩架(106)、清扫限位销(107)、清扫头(108)、风叶(109)、行星轮(110)、太阳轮(111)、行星架(112)、内齿圈(113)、行星轮销轴(114)、减速机构(120)；

支撑轴(201)、支撑座体(202)、支撑轴承(203)、左转轮(204)、右转轮(205)、支撑弹簧(206)、左连杆(207)、行走轮(208)、行走轮轴(209)、支撑伸缩架(210)、连杆长销轴(211)、连杆短销轴(212)、右连杆(213)、支撑臂(214)。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的清扫机器人B安装在内径变化的除尘管道A中，在风力带动下沿风流动方向在除尘管道A内运动，将除尘管道A内壁的粉尘C进行清扫。

如图2所示，清扫机器人包括清扫装置1、第一支撑装置2、第二支撑装置3、推进板4、柔性连接器5；清扫装置1布置在除尘管道A靠近进风的一端，推进板4布置在除尘管道A靠近出风的一端，清扫装置1和推进板4之间通过两个支撑装置铰接；具体地，清扫装置1在出风的一端和第一支撑装置2一端同轴连接，推进板4在进风的一端和第二支撑装置3一端同轴连接，第一支撑装置2、第二支撑装置3的另一端通过柔性连接器5柔性铰接，如球形副或者万向节等连接。

如图3所示，清扫装置1包括清扫固定轴101、清扫座体102、多个清扫组件、风叶109和减速机构；清扫固定轴101在靠近出风的一端经减速机构120和风叶109同轴连接，减速机构120包括行星轮110、太阳轮111、行星架112和内齿圈113；清扫固定轴101和行星架112一端的中心固接，行星架112另一端的端面中心铰接安装有太阳轮111，太阳轮111空套在行星架112上并能相对转动，太阳轮111周围的行星架112端面沿圆周间隔均布铰接安装多个行星轮110，行星轮110通过行星轮销轴114铰接地安装在行星架112上，太阳轮111和风叶109同轴固接，风叶109的迎风面朝向除尘管道A进风的一侧；行星架112外套设有内齿圈113，内齿圈113和清扫座体102固定连接，内齿圈113为内圈设置齿圈的结构，太阳轮111和周围的各个行星轮110啮合，行星轮110和内齿圈113啮合，这样构成减速机构，起到减速增扭的作用。

清扫固定轴101外通过清扫轴承103活动套装有清扫座体102，清扫座体102的外周沿周向连接有多个沿径向布置的清扫组件，清扫组件包括清扫臂104、清扫弹簧105、清扫伸缩架106和清扫头108；径向管状物的清扫臂104径向布置，清扫臂104一端固定在清扫座体102外周面，径向管状物的清扫臂104和清扫座体102的本体之间可以整体制造，也可分体制造，清扫臂104外端面开设径向孔，清扫伸缩架106内端套装在清扫臂104外端面的径向孔内，清扫伸缩架106内安装清扫弹簧105，清扫弹簧105连接在清扫臂104径向孔底部和清扫伸缩架106内端径向孔底部之间，清扫伸缩架106开设有径向的条形槽，清扫臂104和清扫伸缩架106之间连接有清扫限位销107，清扫限位销107两端贯穿过清扫伸缩架106的条形槽后铰接地安装在清扫臂104外端部，清扫限位销107位于清扫弹簧105外；清扫伸缩架106外端安装清扫头108。

在清扫弹簧105的弹簧力作用下，清扫伸缩架106沿着支撑座体的清扫臂104可自由伸缩；在清扫弹簧作用下，清扫头始终与除尘管道内壁接触，以扫除管壁残尘或污垢。

清扫伸缩架上对应的有狭长槽，通过清扫限位销钉的作用，可以限制清扫伸缩架的周向转动和轴向的伸缩行程。

如图5所示，第一支撑装置2、第二支撑装置3的结构相同，均包括支撑轴201、支撑臂214、支撑座体202、左转轮204、右转轮205和弹性支撑组件；支撑轴201外通过支撑轴承203套装左转轮204、右转轮205，左转轮204、右转轮205之间的支撑轴201外同轴固定套装有支撑座体202，支撑座体202的外周沿周向连接有多个沿径向布置的弹性支撑组件，弹性支撑组件包括支撑弹簧206、左连杆207、右连杆213、行走轮208和支撑伸缩架210；径向管状物的支撑臂214径向布置，支撑臂214内端固定在支撑座体202外周面，径向管状物的支撑臂214和支撑座体202的本体之间可以整体制造，也可分体制造，支撑臂214外端面开设径向孔，支撑伸缩架210内端套装在支撑臂214外端面的径向孔内，支撑伸缩架210内安装支撑弹簧206，支撑弹簧206连接在支撑臂214径向孔底部和支撑伸缩架210内端径向孔底部之间，在支撑弹簧206的弹簧力作用下，支撑伸缩架210沿着支撑座体的支撑臂214可自由伸缩。

支撑伸缩架210外端通过行走轮轴209铰接安装行走轮208，具体地，每个支撑伸缩架210上固联一个行走轮轴209，行走轮轴上空套一个行走轮208。且支撑伸缩架210外端在靠近安装行走轮208处分别经左连杆207、右连杆213和左转轮204、右转轮205的边缘铰接，左连杆207、右连杆213平行布置且和支撑伸缩架210之间具有夹角，左连杆207、右连杆213内端均通过连杆长销轴211和支撑伸缩架210铰接，外端均通过连杆短销轴212和支撑伸缩架210铰接。

左右转轮204、205上均布多个销孔，通过连杆长销轴211固联为一体，每根杆长销轴211与左连杆、右连杆的一头以转动副的形式连接。每个伸缩架上连接有一个连杆短销轴212，连杆短销轴212与左连杆、右连杆的另一头以转动副的形式连接。

左转轮204、右转轮205绕支撑轴201自由旋转，在弹性支撑组件的支撑弹簧206弹力作者用下，带动支撑伸缩架210外端部径向向外撑开，使得行走轮208抵住除尘管道A的内表面。进而实现各个支撑座体202径向撑开形成对不同径向尺寸的除尘管道A的不同径向位置的适应性支撑。

当转轮绕支撑轴的轴线旋转时，在均布的多根连杆的带动下，多个支撑伸缩架和支撑座体的支撑臂管状物之间进行同步伸出或者缩回运动。反之，各个支撑伸缩架和支撑座体的支撑臂管状物之间的伸缩运动，也可以通过连杆，使得转轮绕支撑轴旋转。这种同步伸缩运动使得多个均布的行走轮始终与除尘管道的管壁相切，并且机器人的中心轴线和除尘管道的中心轴线重合，保证机器人和管道之间良好的对中性好，其次，能很好地适应除尘管道的管径变化。

转轮的运动平面和支撑轴的轴线垂直，因此可以使得轴向尺寸很紧凑。

推进板4是平板或者弧形板，管道内进风的气流作用在推进装置上，产生机器人行走的推动力。

清扫装置的清扫固定轴和支撑装置2中的支撑轴同轴固联，通过支撑装置2的对中性能，将清扫装置的中心与除尘管道的中心对齐。

本发明的工作过程是：

本发明将无源管道清扫机器人放入需要清灰的除尘管道中，清扫机器人将利用除尘管道内部的负压气流作为行走和清扫动力，清除管道内壁的残留粉尘或污垢，进行清扫机器人的作业。

将机器人支撑在除尘管道内，让机器人中心轴线和除尘管道中心轴线重合，并能适应除尘管道的拐弯要求。

如图4所示，当风叶被除尘管道内部的气流驱动旋转时，通过减速机构减速增扭，将动力传递给清扫座体进行旋转，带动多个清扫头旋转进行清扫作业。风叶109受进风压力驱动旋转，进而带动太阳轮111旋转，经行星轮110带动内齿圈113旋转，最终带动清扫座体102及其上的清扫组件绕清扫固定轴101旋转。

如图6所示，风叶109受进风压力驱动旋转的同时，风压施加到推进板4上，推动推进板4向前运动，带动清扫机器人在管道中沿风向运动，清扫组件和支撑装置均边沿管道运动边绕管道中心轴线回转，从而扫落机器人管壁上粘附的粉尘或者或污垢。

本发明和现有方案的对比情况分析：

A、清扫头的动力源方面

现有的方案通常是：迎风板——驱动轮转动——同步带传动——蜗杆传动——柔性联轴器——清扫装置

本发明的方案是：旋转风叶——减速装置——清扫头。

对比分析：

现有的管道机器人为了保证驱动轮产生足够的摩擦驱动力矩，必须加大驱动轮与管壁的正压力，轮子易磨损。

本发明并不加大驱动轮与管壁的正压力，就能在行走轮的驱动轮产生足够的摩擦驱动力矩，传动路线短，传动效率高，清扫力矩大，工作可靠性高。

B、管径大小变化的适应方式

现有的方案通常是：动力装置、清扫装置和支撑装置的弹性扩幅机构相同，均利用轴向弹簧压缩滑块产生轴向移动来推动摇杆做摆动，来改变行走轮或清扫头的径向尺寸。

本发明的技术方案却是：将支撑装置的弹性扩幅机构的运动平面和机器人的轴线垂直，转轮转动时通过连杆带动多根伸缩杆同时进行径向伸出或者缩回，来改变行走轮的径向尺寸。

对比分析：由此，本发明结构下改变了需要产生轴向移动来推动摇杆做摆动来改变行走轮或清扫头的径向尺寸的现状，不需要现有这样的结构，轴向尺寸短，更容易适应弯曲管道的清扫作业。

C、动力耦合情况

现有的方案通常是：迎风板产生的动力做分路传动，一路提供给清扫头，另一类给机器人行走，传动链长，效率低，会造成动力不足。

本发明的技术方案却是：清扫头动力由风叶提供，机器人行走动力由推进板提供，两者互不干扰，动力足。

对比分析：本发明很好地解决动力不足的问题。

Claims (4)

1.一种易燃易爆粉尘管道自适应无源式清扫机器人，其特征在于：

包括清扫装置(1)、第一支撑装置(2)、第二支撑装置(3)、推进板(4)、柔性连接器(5)；清扫装置(1)布置在清扫机器人的一端，推进板(4)布置在清扫机器人的一端，清扫装置(1)和推进板(4)之间通过两个支撑装置铰接；具体地，清扫装置(1)的一端和第一支撑装置(2)一端同轴连接，推进板(4)的一端和第二支撑装置(3)一端同轴连接，第一支撑装置(2)、第二支撑装置(3)的另一端通过柔性连接器(5)柔性铰接。

2.根据权利要求1所述的一种易燃易爆粉尘管道自适应无源式清扫机器人，其特征在于：所述的清扫装置(1)包括清扫固定轴(101)、清扫座体(102)、多个清扫组件、风叶(109)和减速机构；清扫固定轴(101)在靠近出风的一端经减速机构(120)和风叶(109)同轴连接，减速机构(120)包括行星轮(110)、太阳轮(111)、行星架(112)和内齿圈(113)；清扫固定轴(101)和行星架(112)一端的中心固接，行星架(112)另一端的端面中心铰接安装有太阳轮(111)，太阳轮(111)周围的行星架(112)端面沿圆周间隔均布安装多个行星轮(110)，太阳轮(111)和风叶(109)同轴固接；行星架(112)外套设有内齿圈(113)，内齿圈(113)和清扫座体(102)固定连接，太阳轮(111)和周围的各个行星轮(110)啮合，行星轮(110)和内齿圈(113)啮合；

清扫固定轴(101)外通过清扫轴承(103)活动套装有清扫座体(102)，清扫座体(102)的外周沿周向连接有多个沿径向布置的清扫组件，清扫组件包括清扫臂(104)、清扫弹簧(105)、清扫伸缩架(106)和清扫头(108)；清扫臂(104)径向布置，清扫臂(104)一端固定在清扫座体(102)外周面，清扫臂(104)外端面开设径向孔，清扫伸缩架(106)内端套装在清扫臂(104)外端面的径向孔内，清扫伸缩架(106)内安装清扫弹簧(105)，清扫弹簧(105)连接在清扫臂(104)径向孔底部和清扫伸缩架(106)之间，清扫伸缩架(106)开设有径向的条形槽，清扫臂(104)和清扫伸缩架(106)之间连接有清扫限位销(107)，清扫限位销(107)两端贯穿过清扫伸缩架(106)的条形槽后铰接地安装在清扫臂(104)外端部；清扫伸缩架(106)外端安装清扫头(108)。

3.根据权利要求1所述的一种易燃易爆粉尘管道自适应无源式清扫机器人，其特征在于：所述的第一支撑装置(2)、第二支撑装置(3)的结构相同，均包括支撑轴(201)、支撑臂(214)、支撑座体(202)、左转轮(204)、右转轮(205)和弹性支撑组件；支撑轴(201)外通过支撑轴承(203)套装左转轮(204)、右转轮(205)，左转轮(204)、右转轮(205)之间的支撑轴(201)外同轴固定套装有支撑座体(202)，支撑座体(202)的外周沿周向连接有多个沿径向布置的弹性支撑组件，弹性支撑组件包括支撑弹簧(206)、左连杆(207)、右连杆(213)、行走轮(208)和支撑伸缩架(210)；支撑臂(214)径向布置，支撑臂(214)内端固定在支撑座体(202)外周面，支撑臂(214)外端面开设径向孔，支撑伸缩架(210)内端套装在支撑臂(214)外端面的径向孔内，支撑伸缩架(210)内安装支撑弹簧(206)，支撑弹簧(206)连接在支撑臂(214)径向孔底部和支撑伸缩架(210)之间；支撑伸缩架(210)外端通过行走轮轴(209)铰接安装行走轮(208)，且支撑伸缩架(210)外端在靠近安装行走轮(208)处分别经左连杆(207)、右连杆(213)和左转轮(204)、右转轮(205)的边缘铰接。

4.根据权利要求1所述的一种易燃易爆粉尘管道自适应无源式清扫机器人，其特征在于：所述的推进板(4)是平板或者弧形板。

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