CN114210669B - 一种电缆排管疏通机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆排管疏通机器人，包括前壳，前壳内安装有清理机构，前壳与切口式连续体的一端连接，切口式连续体的另一端与丝杠固定，丝杠螺纹连接转动件，转动件与位于后壳内部的转动驱动件连接，转动驱动件的壳体与外摆动壳转动连接，转动驱动件能够绕第一轴线转动，外摆动壳与后壳转动连接，外摆动壳能够绕与第一轴线垂直的第二轴线转动，前壳及后壳均设有能够单向转动的行走轮，本发明的机器人对管道形状适应能力强。

Description

一种电缆排管疏通机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种电缆排管疏通机器人。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

电缆线路入地工程，是预先将电缆排管随道路施工进程中铺设于地下，后需要增设电缆疏通线路时，直接将电缆线在地下的预设管路中穿过，实现线路铺设。这种方式具有不占地面空间、受地面上自然环境影响较小、安全性能较高、不影响道路等其他地面作业施工、提高整体城市整洁性等优点，适用于地上建筑密集、城市交通繁忙、电缆铺设需求量较大的地段，电缆排管的大规模应用正成为主流。

这类预埋的施工方案在应用过程中也暴露出一些问题，最突出的就是电缆排管因异物进入堵塞不通导致不能正常使用或直接废弃的问题。常见的堵塞是由于在排管接口处管口错位、管口未完全对接、外部冲击等导致局部破损情况下异物进入。这些堵塞物的存在会严重影响排管的正常使用。

电缆铺设前需要对预埋的地下管道进行清理，目前主要采用的是一根贯穿管和多个圆盘，多个圆盘均匀地套设在一根贯穿管上，让圆盘表面对准堵塞在地下管道中的杂质，然后利用牵引设备的拉力，将杂质推出地下管道。发明人发现，这种方法加大了工作人员的劳动强度，并且存在损坏排管的可能。

应用管道机器人可以克服上述清理方法存在的缺陷，目前存在的管道机器人有轮式驱动类、履带式驱动类和蠕动式驱动类，但发明人发现，上述三种驱动方式的机器人适应管道形状行进能力较差，导致了许多复杂环境场合无法应用管道机器人进行电缆排管疏通工作。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种电缆排管疏通机器人，对管道形状适应力好，通用性强。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的实施例提供了一种电缆排管疏通机器人，包括前壳，前壳内安装有清理机构，前壳与切口式连续体的一端连接，切口式连续体的另一端与丝杠固定，丝杠螺纹转动件，转动件与位于后壳内部的转动驱动件连接，转动驱动件的壳体与外摆动壳转动连接，转动驱动件能够绕第一轴线转动，外摆动壳与后壳转动连接，外摆动壳能够绕与第一轴线垂直的第二轴线转动，前壳及后壳均设有能够单向转动的行走轮。

可选的，所述驱动件的壳体与内摆动壳固定连接，内摆动壳通过第一转轴与外摆动壳转动连接，外摆动壳通过第二转轴与后壳转动连接，第一转轴和第二转轴的轴线相互垂直。

可选的，所述前壳和后壳之间设置有伸缩软管，所述切口式连续体位于伸缩软管内部。

可选的，所述前壳和后壳外周均套接固定有安装环，所述安装环上固定有支撑柱，支撑柱穿过轮轴，轮轴通过单向轴承转动连接有行走轮。

可选的，所述支撑柱与轮轴滑动连接，轮轴能够沿支撑柱轴线方向运动，支撑柱上套有弹性件，弹性件一端与安装环接触，另一端与轮轴接触。

可选的，所述清理机构包括固定在前壳内部且与前壳同轴设置的姿态调节驱动件，姿态调节驱动件与旋转壳连接，能够带动旋转壳绕前壳轴线转动，所述旋转壳内设置有摆动驱动机构，所述摆动驱动机构与钻头组件连接，能够带动钻头组件摆动。

可选的，所述摆动驱动机构包括固定在旋转壳内部的摆动驱动件，所述摆动驱动件与姿态调节驱动件同轴设置，摆动驱动件与转盘连接，转盘的偏心位置处转动连接有连杆，连杆端部设有滑套，滑套与摆动件滑动连接，摆动件与旋转壳转动连接，摆动件与钻头组件固定，能够带动钻头组件摆动。

可选的，所述钻头组件包括壳体，所述壳体内设置有伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构的伸缩方向与后壳的轴线平行，所述伸缩驱动机构与钻头驱动件连接，钻头驱动件与钻头连接，能够带动钻头转动。

可选的，所述钻头驱动件的输出轴上安装有切削力传感器，用于检测钻头的切削力。

可选的，所述后壳上还安装有图像采集元件及机械臂，图像采集元件用于采集电缆排管内部图像，所述机械臂末端安装有钻机，用于清理排管管壁上附着的杂物。

上述本发明的有益效果如下：

1.本发明的电缆排管疏通机器人，通过设置切口式连续体，能够实现前壳和后壳的相对弯曲，通过设置外摆动壳，使得转动驱动件和丝杠能够朝向任意方向，满足转弯的需求，进而使得整个机器人能够适应电缆排管的弯曲，增强了机器人适应管道形状的能力，适用性更强。

2.本发明的电缆排管疏通机器人，钻头组件能够在摆动驱动机构的作用下摆动，而且摆动驱动机构能够在姿态调节驱动件的作用下转动，能够实现钻头多种位姿的调节，方便对排管内堵塞物的清理。

3.本发明的电缆排管疏通机器人，具有图像采集元件，能够方便操作人员实时观察排管内的疏通情况，具有机械臂，方便对排管内管壁附着的杂物进行清理，疏通效果好，自动化程度高，极大的降低了工作人员的劳动强度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本发明实施例1整体结构示意图；

图2是本发明实施例1整体结构剖视图；

图3是本发明实施例1前壳、后壳及伸缩软管内部结构示意图；

图4是本发明实施例1钻头组件结构示意图；

其中，1.前壳，2.后壳，3.伸缩软管，4.外摆动壳，5.内摆动壳，6.空心杯电机，7.丝杠，8.联轴器，9.切口式连续体，10.行走轮，11.安装环，12.支撑柱，13.轮轴，14.单向轴承，15.弹簧，16.第一电机，17.旋转壳，18.驱动杆，19.第二电机，20.转盘，21.连杆，22.滑套，23.第一杆，24.第二杆，25.第三杆，26.转接杆，27.壳体，28.第三电机，29.伸缩丝杠，30.丝杠滑块，31.导轨，32.电机座，33.钻头电机，34.钻头，35.保护套，36.切削力传感器，37.摄像头，38.机械臂，39.钻机，40.滑环。

具体实施方式

实施例1

本实施例公开了一种电缆排管疏通机器人，如图1-图4所示，包括前壳1和后壳2，所述前壳和后壳之间设置有伸缩软管3，所述伸缩软管为可伸缩波纹管，所述可伸缩波纹管的两端分别与前壳和后壳固定连接，使得整个机器人能够实现弯曲，适应管道的形状。

所述后壳内安装有驱动机构，用于驱动整个机器人的前进，所述前壳内安装有清理机构，用于对排管内的堵塞物进行清理。

为了使得机器人适应管道的形状，所述电缆排管疏通机器人采用蠕动式驱动方式。

所述驱动机构包括外摆动壳4，所述外摆动壳为由四块板一体式首尾连接构成的矩形框结构，其中两个相对设置的板通过第二转轴与后壳的壳壁转动连接，外摆动壳能够绕第二转轴转动，第二转轴的轴线为第二轴线，即外摆动壳能够绕第二轴线转动。所述外摆动壳内部设置有内摆动壳5，内摆动壳为由四块板一体式首尾连接构成的矩形框结构，所述内摆动壳的两个相对的板分别通过第一转轴与外摆动壳未连接第二转轴的两块板转动连接，内摆动壳能够绕第一转轴转动，第一转轴的轴线为第一轴线，第一转轴与第二转轴垂直，即第一轴线和第二轴线垂直。

所述内摆动壳内部设置有转动驱动件，本实施例中，所述转动驱动件采用空心杯电机6，所述空心杯电机的壳体与内摆动壳固定。

通过外摆动壳和内摆动壳的设置，实现了空心杯电机的朝向能够向任意方向调节，满足了适应电缆排管形状的需求。

在其他一些实施例中，所述后壳内设置有球状槽，所述空心杯电机的壳体上设置有球状结构，并通过球状结构和球状槽与后壳万向连接，也能够实现空心杯电机朝向任意方向调节的功能。

所述空心杯电机内部转子与转动件连接，所述转动件与丝杠7螺纹连接，，所述丝杠的端部通过联轴器8与切口式连续体9的一端固定连接，切口式连续体的另一端与后壳固定连接。

所述切口式连续体采用现有的切口式连续体结构即可，例如切口式连续体机械臂，采用现有结构，其具体结构在此不进行详细叙述。切口式连续体能够朝向任意方向弯曲，因此满足了机器人适应管道形状的需求。

由于切口式连续体一端与后壳固定连接，因此，切口式连续体能够利用后壳限制其绕自身轴线的转动，进而切口式连续体能够限制丝杠绕自身轴线的转动。

由于丝杠无法绕自身轴线转动，因此当空心杯电机带动转动件转动时，能够使得丝杠产生沿自身轴线方向的直线运动，丝杠的运动能够带动后壳的运动。

所述前壳和后壳上均安装有多个只能够沿一个方向转动的行走轮10，所述行走轮能够与排线管的管壁内侧面接触，从而对整个机器人的行走起到导向作用。

所述后壳的外壳面上固定有安装环11，所述安装环上设置有多个凸起，多个凸起沿安装环所在的圆周均匀分布，所述凸起用于安装行走轮。

所述凸起上设置有两根支撑柱12，所述支柱垂直与凸起的表面设置，两根所述的支撑柱穿过轮轴13，轮轴与支撑柱垂直设置，所述轮轴通过单向轴承14与行走轮转动连接，行走轮及单向轴承设置在两个支撑柱之间，利用支撑柱防止行走轮脱离轮轴，通过单向轴承实现了行走轮只能朝一个方向转动。

进一步的，为了实现行走轮的避障功能，所述支撑柱与轮轴滑动连接，轮轴能够沿支撑柱滑动，且支撑柱外周套有弹性件，所述弹性件采用弹簧15，所述弹簧的一端与凸起的外侧面接触，弹簧的另一端与轮轴接触，当行走轮遇到障碍物时，能够压缩弹簧，使得行走轮越过障碍物，实现避障功能。

所述前壳上行走轮的安装方式与后壳上行走轮的安装方式相同，在此不进行重复叙述。

所述前壳内安装有清理机构，所述清理机构用于对管道内的堵塞物进行清理。

所述清理机构包括姿态调节驱动件，所述姿态调节驱动件采用第一电机16，所述第一电机的电机壳固定在前壳用于与伸缩软管连接的壳壁上，所述第一电机与前壳同轴设置。

所述第一电机的输出轴通过驱动杆18与旋转壳17连接，第一电机的输出轴与旋转壳同轴设置，所述旋转壳采用圆柱型壳体，包括底部壳壁及固定在底部壳壁的侧部壳壁，所述底部壳壁的中心位置与第一电机的输出轴固定连接。

所述旋转壳内设置有摆动驱动机构，摆动驱动机构与钻头组件连接，能够带动钻头组件的摆动。

由于摆动驱动机构能够在第一电机的作用下跟随旋转壳绕旋转壳轴线转动，因此钻头组件能够在摆动驱动机构和第一电机的共同作用下朝向任意方向，灵活度高，适用性强。

所述摆动驱动机构包括摆动驱动件，所述摆动驱动件采用第二电机19，所述第二电机的电机壳固定在旋转壳的底部壳壁上，且第二电机与旋转壳同轴设置。

所述第二电机的输出轴连接有转盘20，转盘的中心位置与第二电机的输出轴固定，第二电机能够带动转盘绕自身轴线转动。

所述转盘的偏心位置处设置有连杆21，所述连杆的一端与转盘转动连接，能够绕自身轴线转动，连杆的另一端设置有滑套22，所述滑套与摆动件滑动连接。

本实施例中，所述摆动件采用U型杆，包括第一杆23和一体式设置在第一杆两端的第二杆24和第三杆25，所述第一杆穿过滑套，并与滑套滑动连接，所述第二杆和第三杆的端部设置有转接杆26，所述转接杆与第二杆、第三杆垂直，且转接杆的一端与旋转壳的侧部壳壁通过轴承转动连接，转接杆的另一端与钻头组件固定。

所述钻头组件的摆动工作过程为：

第二电机带动转盘转动，转盘带动连杆运动，连杆运动的同时，由于滑套能够沿第一杆滑动，因此连杆能够带动整个摆动件通过转接杆绕转接杆的轴线转动，因此转接杆能够带动钻头组件摆动。

所述钻头组件包括壳体27，所述壳体与两个转接杆固定，能够在转接杆的作用下绕转接杆的轴线摆动，所述壳体内安装有伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构包括第三电机28，所述第三电机的电机壳固定在壳体内部，所述第三电机的输出轴与伸缩丝杠29连接，能够带动伸缩丝杠的转动，所述伸缩丝杠螺纹连接有丝杠滑块30，所述丝杠滑块与固定在壳体内部的导轨31滑动连接，所述丝杠滑块上通过电机座32安装有钻头驱动件，所述钻头驱动件采用钻头电机33，所述钻头电机的输出轴通过钻头连接轴与钻头34连接，能够带动钻头转动，所述伸缩丝杠的轴线平行于旋转壳的轴线，第三电机能够带动伸缩丝杠转动，进而带动丝杠滑块、钻头电机和钻头沿伸缩丝杠的轴线方向运动，实现钻头的伸缩运动。

所述前壳的前端敞口处设置保护套35，所述钻头电机的输出轴通过保护套上的通孔穿过保护套，所述保护套用于防止管道内灰尘杂物进入前壳内部而造成前壳内部的元件工作障碍。

本实施例中，所述钻头连接轴上安装有切削力传感器36，所述切削力传感器采用轮辐式切削力传感器，安装在钻头连接轴上，切削力传感器的内壁粘贴设定数量的电阻应变片，钻头工作时使其所在的钻头连接轴对切削力传感器内壁产生不同方向的不同压力，电阻应变片随之变形，电阻值发生变化转换成电信号，进而检测钻头对堵塞物的切削力。

所述后壳的壳壁外侧面还安装有图像采集元件，所述图像采集元件采用摄像头37，能够采集电缆排管内的图像信息，所述后壳的壳壁外侧面还安装有机械臂38，所述机械臂采用现有机械臂即可，其具体结构在此不进行详细叙述，所述机械臂的末端安装有钻机39，通过机械臂能够对附着在电缆排管内管面的杂物进行清理。

本实施例中，摄像头、机械臂及各个电机均与控制器通过信号线连接，由控制器控制其工作，由于第二电机、第三电机、钻头电机存在着转动运动，不方便直接与控制器连接，因此，所述第一电机的输出轴套有滑环40，滑环与第二电机、第三电机及钻头电机的信号线连接，滑环与电刷接触，电刷通过信号线与控制器连接。所述控制器安装在后壳内部，可采用PLC控制器或单片机控制器。

本实施例的电缆排管疏通机器人的工作方法为：

电缆排管疏通机器人沿电缆排管行进，摄像头实时采集排管内的图像，当采集到堵塞物图像时，第一电机带动旋转壳转动，同时第二电机带动转盘转动，进而带动钻头组件摆动，在第一电机和第二电机的共同作用下，将钻头朝向堵塞物，第三电机及钻头电机工作，钻头做伸出运动并转动，对堵塞物进行破碎清理，行进的同时，机械臂运动，对电缆排管内管面的杂物进行清理。

所述电缆排管疏通机器人行进的具体方法为：

空心杯电机带动转动件转动，转动件带动丝杠沿其轴线方向向前运动，丝杠通过切口式连续体推动前壳向前行进，当行进设定距离后，空心杯电机带动转动件反向转动，丝杠向相反的方向运动，由于行走轮在单向轴承作用下只能单向转动，因此丝杠的运动带动后壳向前运动，采用相同的方法，整个机器人进行蠕动式前进，直至机器人从管道的出口端离开管道，完成了整个管道的疏通工作。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种电缆排管疏通机器人，其特征在于，包括前壳，前壳内安装有清理机构，前壳与切口式连续体的一端连接，切口式连续体的另一端与丝杠固定，丝杠螺纹连接转动件，转动件与位于后壳内部的转动驱动件连接，转动驱动件的壳体与外摆动壳转动连接，转动驱动件能够绕第一轴线转动，外摆动壳与后壳转动连接，外摆动壳能够绕与第一轴线垂直的第二轴线转动，前壳及后壳均设有能够单向转动的行走轮；

转动驱动件的壳体与内摆动壳固定连接，内摆动壳通过第一转轴与外摆动壳转动连接，外摆动壳通过第二转轴与后壳转动连接，第一转轴和第二转轴的轴线相互垂直；

所述转动驱动件采用空心杯电机，所述空心杯电机的壳体与内摆动壳固定；当空心杯电机带动转动件转动时，能够使得丝杠产生沿自身轴线方向的直线运动，丝杠的运动能够带动后壳的运动；

所述清理机构包括固定在前壳内部且与前壳同轴设置的姿态调节驱动件，姿态调节驱动件与旋转壳连接，能够带动旋转壳绕前壳轴线转动，所述旋转壳内设置有摆动驱动机构，所述摆动驱动机构与钻头组件连接，能够带动钻头组件摆动；

所述前壳和后壳之间设置有伸缩软管，所述切口式连续体位于伸缩软管内部；

所述摆动驱动机构包括固定在旋转壳内部的摆动驱动件，所述摆动驱动件与姿态调节驱动件同轴设置，摆动驱动件与转盘连接，转盘的偏心位置处转动连接有连杆，连杆端部设有滑套，滑套与摆动件滑动连接，摆动件与旋转壳转动连接，摆动件与钻头组件固定，能够带动钻头组件摆动；

所述摆动件采用U型杆，包括第一杆和一体式设置在第一杆两端的第二杆和第三杆，所述第一杆穿过滑套，并与滑套滑动连接，所述第二杆和第三杆的端部设置有转接杆，所述转接杆与第二杆、第三杆垂直，且转接杆的一端与旋转壳的侧部壳壁通过轴承转动连接，转接杆的另一端与钻头组件固定；

所述钻头组件包括壳体，所述壳体内设置有伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构的伸缩方向与后壳的轴线平行，所述伸缩驱动机构与钻头驱动件连接，钻头驱动件与钻头连接，能够带动钻头转动。

2.如权利要求1所述的一种电缆排管疏通机器人，其特征在于，所述前壳和后壳外周均套接固定有安装环，所述安装环上固定有支撑柱，支撑柱穿过轮轴，轮轴通过单向轴承转动连接有行走轮。

3.如权利要求2所述的一种电缆排管疏通机器人，其特征在于，所述支撑柱与轮轴滑动连接，轮轴能够沿支撑柱轴线方向运动，支撑柱上套有弹性件，弹性件一端与安装环接触，另一端与轮轴接触。

4.如权利要求1所述的一种电缆排管疏通机器人，其特征在于，所述钻头驱动件的输出轴上安装有切削力传感器，用于检测钻头的切削力。

5.如权利要求1所述的一种电缆排管疏通机器人，其特征在于，所述后壳上还安装有图像采集元件及机械臂，图像采集元件用于采集电缆排管内部图像，所述机械臂末端安装有钻机，用于清理排管管壁上附着的杂物。