CN113477637A - 一种自适应式管道清理机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种自适应式管道清理机器人，包括半圆形弧面结构后上盖、前上盖、后下盖、前下盖，前上盖与前下盖卡接组成形成第一圆柱形外壳，后上盖与后下盖卡接组成形成第二圆柱形外壳，第一圆柱形外壳一端设置清理机构，第一圆柱形外壳另一端连接第二圆柱形外壳，第二圆柱形外壳内部设置动力单元；清理机构、动力单元分别连接控制器，清理机构、动力单元、控制器均电连接供电装置。本发明一种自适应式管道清理机器人，能够解决人工疏通管道耗时长、效率低的问题，能够进行高效便捷的管道疏通和清理工作。

Description

一种自适应式管道清理机器人

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，具体涉及一种自适应式管道清理机器人。

背景技术

随着经济的发展，人民生活水平日益提高，生活环境中大大小小的管道也愈来愈多，管道清洗是我们在日常生活中经常遇到的问题，每当管道堵塞后需要找工作人员进行疏通，解决对于内径较小、长度较长人手难易触及的管道的内壁清理问题刻不容缓，现有的清理装置存在清理尺寸固定、清理对象单一、难操作、成本高无法推广的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应式管道清理机器人，能够解决人工疏通管道耗时长、效率低的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种自适应式管道清理机器人，包括半圆形弧面结构后上盖、前上盖、后下盖、前下盖，所述前上盖与前下盖卡接形成第一圆柱形外壳，后上盖与后下盖卡接形成第二圆柱形外壳，第一圆柱形外壳一端设置清理机构，第一圆柱形外壳另一端连接第二圆柱形外壳，第二圆柱形外壳内部设置动力单元；清理机构、动力单元分别连接控制器，清理机构、动力单元、控制器均电连接供电装置。

本发明的特点还在于，

后上盖半圆形弧面中心处开设顶部通槽，后下盖与顶部通槽同一径向开设两个侧部通槽，顶部通槽和侧部通槽将第二圆柱形外壳周向三等分，顶部通槽和侧部通槽均卡接支撑腿，动力单元包括设置在第二圆柱形外壳内部的动力限位台，动力限位台固定在后下盖两个侧部通槽内部，动力限位台长度不超过第二圆柱形外壳内径，动力限位台上偏心于第二圆柱形外壳轴向固定设置电机a，电机a输出轴方向与第二圆柱形外壳轴向平行，电机a输出轴连接蜗杆，第二圆柱形外壳内径向对应设置第一连接部，第一连接部为圆柱凸槽，第一连接部位于后上盖与后下盖卡接位置，第一连接部内部转动连接传动轴a，传动轴a上设置蜗轮，蜗轮连接蜗杆，传动轴a上设置皮带轮a，后上盖上部设置第二连接部，第二连接部内部转动连接传动轴b，传动轴b贯穿顶部通槽的支撑腿下端，皮带轮a和传动轴b之间套接缠绕皮带a，传动轴b设置皮带轮b，顶部通槽的支撑腿端部设置轮轴，轮轴上套接橡胶轮a，皮带轮b与橡胶轮a之间设置皮带b，侧部通槽的支撑腿端部设置轮轴，轮轴上套接橡胶轮b。

前上盖半圆形弧面中心处开设顶部通槽，前下盖与顶部通槽同一径向开设两个侧部通槽，顶部通槽和侧部通槽均卡接支撑腿，三个支撑腿端部设置轮轴，轮轴上套接橡胶轮b，清理机构包括设置在第一圆柱形外壳内部的清理限位台，清理限位台固定在前下盖两个侧部通槽内部，清理限位台上固定设置电机b，电机b输出轴与第一圆柱形外壳同轴，电机b输出轴伸出第一圆柱形外壳，电机b输出轴伸出部分连接套轴，套轴上固定连接刀具套，刀具套轴向与套轴延伸方向垂直，刀具套内滑动套接刀具杆，刀具杆端部倾斜设置刀片，刀片一侧连接毛刷座，毛刷座上设置清理刷。

支撑腿与顶部通槽和侧部通槽之间均设置扭转弹簧，支撑腿1伸入第一圆柱形外壳、第二圆柱形外壳端部内侧设置扣环。

第一圆柱形外壳、第二圆柱形外壳与三个支撑腿相对的位置均向内凹陷成支撑腿放置槽。

第一圆柱形外壳与第二圆柱形外壳之间相对设置凸起，两个凸起端部开设通孔，通孔中设置螺栓a，螺栓a配合连接螺母a。

电机a和电机b连接控制器，电机a、电机b、控制器均电连接供电装置，供电装置连接变压器以及绕线轮组成，电线缠绕在绕线轮上。

控制器采用STM32芯片，STM32芯片上集成STM32定时器。

刀具套由两个刀具壳固定而成，两个刀具壳对应设置耳板，耳板开设耳板孔，耳板孔内设置螺栓b，螺栓b螺纹连接螺母b，刀具套内部轴向设置滑轨，刀具杆底部设置凸起滑块，滑块与滑轨滑动连接。

本发明的有益效果是：本发明一种自适应式管道清理机器人，实现自动清理，解决人工清理难度大、效率低的问题；通过动力单元与清理单元同步清理管道粘料；操作简单便利、安全可靠、节能省力；设备维护便利，维修成本低；解决管道粘灰板结，堵塞管道的问题。本清理装置采用伸缩式刀具以及倾斜刀片，带动清理刷的高频旋转，进行高效便捷的管道疏通和清理工作，针对不同清理对象进行清理，同时通过人机交互操作，解决了清理过程中出现异常时卡在管道的问题，并且在遇到弯道时拐弯，保障清理管道内壁工作稳定运行，清理部分刀片与毛刷可拆卸式，使装置能工作于不同材料清理管道及不同清理对象的环境，在已有装置基础上提升了清理装置的可适用性。

附图说明

图1是本发明一种自适应式管道清理机器人的立体结构示意图；

图2是本发明一种自适应式管道清理机器人的结构示意图；

图3是本发明一种自适应式管道清理机器人的后上盖和支撑腿连接示意图；

图4是本发明一种自适应式管道清理机器人的后上盖A-A剖视图；

图5是本发明一种自适应式管道清理机器人的前上盖C-C剖视图；

图6是本发明一种自适应式管道清理机器人的连接结构示意图；

图7是本发明一种自适应式管道清理机器人的E-E连接剖视图。

图中，1.后上盖，2.前上盖，3.后下盖，4.前下盖，5.螺钉，6.扭转弹簧，7.电机a，8.蜗杆，9.蜗轮，10.传动轴a，11.皮带轮a，12.皮带a，13.传动轴b，14皮带轮b，15.皮带b，16.橡胶轮a，17.轮轴，18.支撑腿，19.刀具套，20.电机b，21.刀具杆，22.刀片，23.毛刷座，24.螺栓a，25.螺母a，26.螺栓b，27.橡胶轮b，28.螺母b。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种自适应式管道清理机器人，如图1和图2所示，包括半圆形弧面结构后上盖1、前上盖2、后下盖3、前下盖4，前上盖2与前下盖4卡接形成第一圆柱形外壳，后上盖1与后下盖3卡接形成第二圆柱形外壳，第一圆柱形外壳一端设置清理机构，第一圆柱形外壳另一端连接第二圆柱形外壳，第二圆柱形外壳内部设置动力单元；清理机构、动力单元分别连接控制器，清理机构、动力单元、控制器均电连接供电装置。

后上盖1半圆形弧面中心处开设顶部通槽，后下盖3与顶部通槽同一径向开设两个侧部通槽，顶部通槽和侧部通槽将第二圆柱形外壳周向三等分，顶部通槽和侧部通槽均卡接支撑腿18。

如图4所示，动力单元包括设置在第二圆柱形外壳内部的动力限位台，动力限位台固定在后下盖3两个侧部通槽内部，动力限位台长度不超过第二圆柱形外壳内径，动力限位台上偏心于第二圆柱形外壳轴向固定设置电机a7，电机a7输出轴方向与第二圆柱形外壳轴向平行，电机a7输出轴连接蜗杆8，第二圆柱形外壳内径向对应设置第一连接部，第一连接部为圆柱凸槽，第一连接部位于后上盖1与后下盖3卡接位置，第一连接部内部转动连接传动轴a10，传动轴a10上设置蜗轮9，蜗轮9连接蜗杆8，传动轴a10上设置皮带轮a11，后上盖1上部设置第二连接部，第二连接部内部转动连接传动轴b13，传动轴b13贯穿顶部通槽的支撑腿18下端，皮带轮a11和传动轴b13之间套接缠绕皮带a12，传动轴b13设置皮带轮b14，如图3所示，顶部通槽的支撑腿18端部设置轮轴17，轮轴17上套接橡胶轮a16，如图6所示，橡胶轮a16与支撑腿18之间通过轮轴17配合，皮带轮b14与橡胶轮a16之间设置皮带b15，实现电机a7带动后上盖1上橡胶轮a16转动，橡胶轮a16与皮带轮b14一体的设置，结构稳定牢固。橡胶轮a16采用软橡胶驱动轮，软橡胶材质具有一定曲率，支撑腿18伸长给与橡胶轮a16轮胎一定压力使其与管道内壁尽量贴合，增大摩擦力，保证行走稳定性。侧部通槽的支撑腿18端部设置轮轴17，轮轴17上套接橡胶轮b27，采用蜗轮和蜗杆配合设计的传动机构实现机械传动，为装置提供动力，可靠性高，简化了结构减少了部件生产成本。

如图5所示，前上盖2半圆形弧面中心处开设顶部通槽，前下盖4与顶部通槽同一径向开设两个侧部通槽，顶部通槽和侧部通槽均卡接支撑腿18，三个支撑腿18端部设置轮轴17，轮轴17上套接橡胶轮b27。

清理机构包括设置在第一圆柱形外壳内部的清理限位台，清理限位台固定在前下盖4两个侧部通槽内部，清理限位台上固定设置电机b20，电机b20输出轴与第一圆柱形外壳同轴，电机b20输出轴伸出第一圆柱形外壳，电机b20输出轴伸出部分连接套轴，如图7所示，套轴上固定连接刀具套19，刀具套19轴向与套轴延伸方向垂直，刀具套19内滑动套接刀具杆21，使刀具杆21在刀具套19内滑动伸缩，刀具杆21端部倾斜设置刀片22，刀片22一侧连接毛刷座23，毛刷座23上设置清理刷。

本实施例中刀具套19由两个刀具壳固定而成，两个刀具壳对应设置耳板，耳板开设耳板孔，耳板孔内设置螺栓b26，螺栓b26螺纹连接螺母b28，螺栓b26和螺母b28将刀具套19固定成一个整体，刀具套19内部轴向设置滑轨，刀具杆21底部设置凸起滑块，滑块与滑轨滑动连接。

支撑腿18与第一圆柱形外壳、第二圆柱形外壳上的顶部通槽和侧部通槽之间均设置扭转弹簧6，支撑腿18伸入第一圆柱形外壳、第二圆柱形外壳端部内侧设置扣环，通过扭转弹簧6和扣环固定位置，使支撑腿18保持伸展状态。

第一圆柱形外壳、第二圆柱形外壳与三个支撑腿18相对的位置均向内凹陷成支撑腿放置槽，支撑腿18相对于转轴旋转，且能够收纳在第一圆柱形外壳上，收纳的方式简单、方便，节省空间，方便安装包装和运输。

前上盖2和前下盖4用螺钉5上下固定，后上盖1个后下盖3用螺钉5固定在一起,第一圆柱形外壳与第二圆柱形外壳之间相对设置凸起，两个凸起端部开设通孔，通孔中设置螺栓a24，螺栓a24配合连接螺母a25，此处设计使支撑腿18可完全嵌入支撑腿放置槽中，使支撑腿18能够自由转动，第一圆柱形外壳与第二圆柱形外壳之间可绕螺栓a24相对转动，便于装置遇到弯道时顺利转弯。

电机a7和电机b20连接控制器，电机a7、电机b20、控制器均电连接供电装置，供电装置连接变压器以及绕线轮组成，电线缠绕在绕线轮上，变压器以及绕线轮作为辅助装置，通过绕线轮的旋转与否来判断装置是否正常前进，同时在装置出现异常后通过拖拽电线取回装置。

控制器采用STM32芯片通过烧录的控制程序控制电机正反转以及转速控制的操作，STM32芯片上集成STM32定时器。当电机a7正反转超过设定速度时，STM32定时器改变PWM输出频率限制电机正反转速度。当电机a7正转，装置向前行进，电机a7反转则装置向后退。旋转刀具通过电机b20控制，进入管道后，旋转刀具通过电机b20正反转产生离心力伸张，直到接触到管壁，控制旋转刀具不再伸张，保持与管壁的最佳清理距离。电机b20旋转带动旋转刀具旋转，通过清理刷和刀片22对管道内壁进行清理。

本发明提供了一种自适应式管道清理机器人的工作原理，通过动力单元中的电机a7提供前进动力，电机a7输出轴转动，通过蜗杆8、蜗轮9传动使传动轴a10转动，传动轴10带动皮带轮a11转动，皮带轮11通过皮带a12传动使传动轴b13转动，传动轴b13带动皮带轮b14转动，皮带轮b14通过皮带b15带动橡胶轮a16转动，进而使装置顺利前进；

通过清理单元中的电机b20为清理部分提供动力，电机b20转动，带动刀具套19转动，进而使刀片22和毛刷座23整体转动，通过离心力作用使刀片22与清理刷自行伸张至与管道内壁贴合，控制电机b20转速达到和管壁的最佳贴合，从而提升清理效率，倾斜设置的刀片22可清理一定厚度的污垢，刀片与清理刷在电机b20转动后同时工作，使得清理效果达到最佳。

本发明提供了一种自适应式管道清理机器人的工作过程，本装置能在不同管径管道内正常行进，在支撑腿18与外壳连接处添加扭转弹簧6，使用时，使用者通过手部用力将支撑腿18压缩，不松手放入需要被清理管道，放置方向为清理机构在前动力单元在后，放入后松手，由于扭转弹簧6作用，各支撑腿18在扭转弹簧6张力的作用下弹开并具有恢复到使用前的趋势，从而使得支撑腿18上的各个橡胶轮a16与管壁紧密贴合并适用于清理范围内的不同管径，通过控制按钮启动

在遇到弯道时，由于各个支撑腿18所受到来自管壁的压力不同，扭转弹簧6的压缩程度就相应不同，进而各支撑腿18与主体间的角度便不同，使得装置能在弯道进行转向，同时，对于一些曲率较小的弯道，由于装置中间形成了转向连接轴，所以清理单元与动力单元前进部分相对转动，进而使装置能顺利通过弯道。

本发明一种自适应式管道清理机器人的能够针对不同内径的管道内壁进行清理，刀片与清理采用可拆卸更换式，根据管道材料或清理污垢来更换拆卸刀具。通过本发明一种自适应式管道清理机器人的动力单元和清理单元配合使用能够实现在不同管道内的自动清理，进行高效便捷的管道疏通和清理工作。

Claims (9)

1.一种自适应式管道清理机器人，其特征在于，包括半圆形弧面结构后上盖(1)、前上盖(2)、后下盖(3)、前下盖(4)，所述前上盖(2)与前下盖(4)卡接形成第一圆柱形外壳，所述后上盖(1)与后下盖(3)卡接形成第二圆柱形外壳，第一圆柱形外壳一端设置清理机构，第一圆柱形外壳另一端连接第二圆柱形外壳，第二圆柱形外壳内部设置动力单元；清理机构、动力单元分别连接控制器，清理机构、动力单元、控制器均电连接供电装置。

2.如权利要求1所述的一种自适应式管道清理机器人，其特征在于，所述后上盖(1)半圆形弧面中心处开设顶部通槽，后下盖(3)与顶部通槽同一径向开设两个侧部通槽，顶部通槽和侧部通槽将第二圆柱形外壳周向三等分，顶部通槽和侧部通槽均卡接支撑腿(18)，所述动力单元包括设置在第二圆柱形外壳内部的动力限位台，动力限位台固定在后下盖(3)两个侧部通槽内部，动力限位台长度不超过第二圆柱形外壳内径，动力限位台上偏心于第二圆柱形外壳轴向固定设置电机a(7)，所述电机a(7)输出轴方向与第二圆柱形外壳轴向平行，电机a(7)输出轴连接蜗杆(8)，第二圆柱形外壳内径向对应设置第一连接部，第一连接部为圆柱凸槽，第一连接部位于后上盖(1)与后下盖(3)卡接位置，第一连接部内部转动连接传动轴a(10)，传动轴a(10)上设置蜗轮(9)，蜗轮(9)连接蜗杆(8)，传动轴a(10)上设置皮带轮a(11)，后上盖(1)上部设置第二连接部，第二连接部内部转动连接传动轴b(13)，传动轴b(13)贯穿顶部通槽的支撑腿(18)下端，皮带轮a(11)和传动轴b(13)之间套接缠绕皮带a(12)，传动轴b(13)设置皮带轮b(14)，顶部通槽的支撑腿(18)端部设置轮轴(17)，轮轴(17)上套接橡胶轮a(16)，皮带轮b(14)与橡胶轮a(16)之间设置皮带b(15)，侧部通槽的支撑腿(18)端部设置轮轴(17)，轮轴(17)上套接橡胶轮b(27)。

3.如权利要求2所述的一种自适应式管道清理机器人，其特征在于，所述前上盖(2)半圆形弧面中心处开设顶部通槽，前下盖(4)与顶部通槽同一径向开设两个侧部通槽，顶部通槽和侧部通槽均卡接支撑腿(18)，三个所述支撑腿(18)端部设置轮轴(17)，轮轴(17)上套接橡胶轮b(27)，所述清理机构包括设置在第一圆柱形外壳内部的清理限位台，清理限位台固定在前下盖(4)两个侧部通槽内部，清理限位台上固定设置电机b(20)，电机b(20)输出轴与第一圆柱形外壳同轴，电机b(20)输出轴伸出第一圆柱形外壳，电机b(20)输出轴伸出部分连接套轴，套轴上固定连接刀具套(19)，刀具套(19)轴向与套轴延伸方向垂直，刀具套(19)内滑动套接刀具杆(21)，刀具杆(21)端部倾斜设置刀片(22)，刀片(22)一侧连接毛刷座(23)，毛刷座(23)上设置清理刷。

4.如权利要求3所述的一种自适应式管道清理机器人，其特征在于，所述支撑腿(18)与顶部通槽和侧部通槽之间均设置扭转弹簧(6)，支撑腿1(18)伸入第一圆柱形外壳、第二圆柱形外壳端部内侧设置扣环。

5.如权利要求3所述的一种自适应式管道清理机器人，其特征在于，所述第一圆柱形外壳、第二圆柱形外壳与三个支撑腿(18)相对的位置均向内凹陷成支撑腿放置槽。

6.如权利要求1所述的一种自适应式管道清理机器人，其特征在于，所述第一圆柱形外壳与第二圆柱形外壳之间相对设置凸起，两个凸起端部开设通孔，通孔中设置螺栓a(24)，螺栓a(24)配合连接螺母a(25)。

7.如权利要求3所述的一种自适应式管道清理机器人，其特征在于，所述电机a(7)和电机b(20)连接控制器，电机a(7)、电机b(20)、控制器均电连接供电装置，供电装置连接变压器以及绕线轮组成，电线缠绕在绕线轮上。

8.如权利要求1所述的一种自适应式管道清理机器人，其特征在于，所述控制器采用STM32芯片，STM32芯片上集成STM32定时器。

9.如权利要求1所述的一种自适应式管道清理机器人，其特征在于，所述刀具套(19)由两个刀具壳固定而成，两个刀具壳对应设置耳板，耳板开设耳板孔，耳板孔内设置螺栓b(26)，螺栓b(26)螺纹连接螺母b(28)，刀具套(19)内部轴向设置滑轨，刀具杆(21)底部设置凸起滑块，滑块与滑轨滑动连接。

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