CN114247712A - 用于清洗管道的清洗机器人 - Google Patents
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Abstract
用于清洗管道的清洗机器人，包括：行走机构，所述行走机构包括机器人上方的上行走机构和机器人底部的下行走机构，实现机器人的前进后退；喷气机构，所述喷气机构安装于清洗机器人前侧，所述喷气机构包括多个喷气管，喷气管构成不完整的圆环，实现可折叠；水清洗机构，用于喷水清洗管道，所述水清洗机构与喷气机构共用水气管道，并通过水气管道上的切换阀进行切换；擦拭部件，所述擦拭部件位于机器人的左右侧面以及底部，用于对清洗后的管道内壁进行擦拭或涂油；功能支撑机构，所述功能支撑机构包括：升降部分、左右伸展部分，所述升降部分与上行走机构连接，推动其上下运动；所述左右伸展部分与擦拭部件连接，用于推动其伸缩，体积小、收纳方便。
Description
技术领域
本发明涉及管道清洗设备领域，尤其涉及用于管道的清洗自动化设备。
背景技术
管道在制造、储运、安装及使用过程中会形成铁锈、焊渣和为防腐涂覆在管道上的油质防锈剂，尘土、砂子、水泥、保温材料等杂质，上述的轧皮、铁锈、焊渣、防锈剂和泥沙等各种杂质严重影响管道的正常使用，因此对管道进行清洗，使管道内恢复材质本身表面。
发明内容
本专利申请提供了用于清洗管道的清洗机器人，结合了冲洗、喷气干燥、擦拭防锈油等动作，可折叠、方便收藏和运输，可全自动、半自动完成工作流程，为了实现上述目的，采用以下技术方案：包括：行走机构，所述行走机构包括机器人上方的上行走机构和机器人底部的下行走机构，实现机器人的前进后退；喷气机构，所述喷气机构安装于清洗机器人前侧，所述喷气机构包括多个喷气管，喷气管构成不完整的圆环，实现可折叠；水清洗机构，用于喷水清洗管道，所述水清洗机构与喷气机构共用水气管道，并通过水气管道上的切换阀进行切换；擦拭部件，所述擦拭部件位于机器人的左右侧面以及底部，用于对清洗后的管道内壁进行擦拭或涂油；功能支撑机构，所述功能支撑机构包括：升降部分、左右伸展部分，所述升降部分与上行走机构连接，推动其上下运动；所述左右伸展部分与擦拭部件连接，用于推动其伸缩。
优选的，所述下行走机构包括：导向轮组、电机、减速机、履带、两块下行走机构安装板，电机与减速机连接，减速机通过齿带连接主动轮，主动轮通过履带与从动轮联动；主动轮与从动轮安装于下行走安装板之间；所述两块下行走安装板竖直安装在机器人底部，每块下行走安装板的前后侧分别设置一组导向轮组。
优选的，所述喷气机构，包括多段弧形的喷气管，多段弧形喷气管构成不封闭的圆环，且部分弧形喷气管连接在Y型软管的两个端口，且通过Y型软管实现可折叠，并通过Y型软管与转接头的出口连接；未与Y型软管连接的喷气管则直接与转接头连接；多个转接头连接在分支管路上，分支管路连接于切换阀的两个出口，切换阀的入口则连接水气管道。
优选的，机器人前侧部分设置有水清洗机构，该清洗机构包括出水喷头，上述转接头一个出口接Y型软管或喷气管，另一个出口与该出水喷头连接。
优选的，功能支撑机构中，所述升降部分包括：升降电机、支撑杆，所述支撑杆采用弯臂结构，支撑杆顶端连接上行走机构，支撑杆弯折处连接升降电机轴，支撑杆的底端轴连接支撑台。
优选的，支撑杆顶端距离弯折处的长度大于底端距离弯折处的长度，且支撑台与上行走机构之间还轴连接有牵引钢丝。
优选的，功能支撑机构中，所述左右伸展部分包括：支撑滑道，所述支撑滑道连接在清洗机器人侧面；驱动机构，位于清洗机器人内部，与支撑滑道联动连接，用于驱动支撑滑道的旋转；梨形块，所述梨形块位于支撑滑道内部，梨形块与驱动机构联动连接，实现旋转；推拉块，所述推拉块位于支撑滑道内部，且设置于梨形块侧面，且推拉块远离梨形块的一侧连接推拉弹簧；推杆，位于支撑滑道内，推杆连接在推拉弹簧的另一侧，推杆远离推拉弹簧的一端端部能穿过支撑滑道。
优选的，所述驱动机构采用二级齿轮副传动，一级齿轮副包括两个同轴的小齿轮和大齿轮；二级齿轮副包括与小齿轮轴啮合的二级大齿轮、与小齿轮部分啮合的梨形二级齿轮，所述二级大齿轮通过齿轮轴与支撑滑道联动连接，用于驱动支撑滑道伸展、收缩；所述梨形二级齿轮通过齿轮轴与梨形块联动连接，用于推动梨形块的旋转。
优选的，擦拭部件采用滚轮，分别位于机器人的左右侧面和下方，左右侧面的连接于推杆穿过支撑滑道的一端；下方的则位于下行走机构前侧的两个导向轮组之间。优选的，包括前端避让模块，机器人前端安装霍尔传感器或接近开关，防止出现与管道的碰撞。
优选的，包括视频监控，实时采集管道内现况。
优选的，包括远程控制端，通过485总线实现与霍尔传感器、视频监控模块以及机器人的数据传输。
本发明的有益效果：利用行走机构在管道内进行前进、后退以及停止；并能利用水气管道进行水或气的输送，并利用喷气机构、喷水机构进行管道内的清理，且喷气机构采用非完整的圆环，便于折叠；利用擦拭部件进行管壁的擦拭、涂油，在行走、擦拭的过程中，支撑机构向上顶起上行走机构、左右伸展撑起擦拭部件，且不工作时能及时缩回，便于收纳，且弯折结构的支撑杆节省了动力损耗；还结合了限位开关、接近开关、视频监控等，与远程端通信，便于实时监控清洗状况。
附图说明
图1为本专利申请处于收纳状态时的部分结构示意图；
图2为本专利申请处于工作状态时的结构示意图；
图3为本专利申请关于行走机构中下行走机构的局部结构示意图；
图4为本专利申请关于喷气机构的局部结构示意图；
图5为本专利申请关于功能支撑机构中升降部分的结构示意图，该部分结合了上行走机构；
图6为本专利申请关于功能支撑机构部分的左右伸展部分的局部结构示意图；
图7为图6中左右伸展部分驱动机构的结构示意图；
图中，1、电机；2、减速机；3、齿带；4、主动轮；5、履带；6、从动轮；7、下行走机构安装板；8、导向轮组；9、卡板；10、导向轮连接板；11、连接板；12、连接轴；13、挂耳；14、支撑杆；15、滚轮；16、升降电机；17、支撑台；18、牵引钢丝；19、水气管道；20、切换阀；21、转接头；22、分支管路；23、Y型软管；24、喷气管；25、支撑滑道，26、上盖板，27、擦拭部件，28、梨形块，29、推拉块，30、推拉弹簧，31、推杆，32、缓冲弹簧，33、小齿轮，34、大齿轮，35、二级大齿轮，36、梨形二级齿轮，37、挡条，38、限位开关。
具体实施方式
图1、图2所示的清洗机器人为两种不同的状态，该机器人结合了冲洗、喷气干燥、擦拭防锈油等动作，可折叠、方便收藏和运输，可全自动、半自动完成工作流程。
该机器人包括：图3所示的行走机构，所述行走机构包括机器人上方的上行走机构和机器人底部的下行走机构，实现机器人的前进后退；其中，所述下行走机构包括：导向轮组8、电机1、减速机2、履带5、两块下行走机构安装板7，机器人底部设置有水平的两块连接板11，每块连接板11内设置有连接轴12，连接轴12的两端头分别连接两块下行走机构安装板7，从而实现下行走机构安装板7与机器人的连接，进一步的说是两块下行走安装板7竖直安装在机器人底部；且连接板11的两侧还设置有挂耳13，挂耳13端部垂直穿过下行走机构安装板7，且挂耳13端部安装限位销钉，防止下行走机构安装板7脱落。
电机1与减速机2位于两块下行走机构安装板11之间，且电机1与减速机2连接，减速机2通过齿带3连接主动轮4，主动轮4通过履带5与从动轮6联动，减速电机通过齿带3传动带动行走履带5，实现清洗机器人的行走。
主动轮4与从动轮6安装于下行走安装板7之间，从动轮6中心轴处设置一轴向连接轴12，连接轴12的两侧穿过下行走机构安装板7后固定于卡板9内；主动轮4通过连接轴12连接在两块下行走机构安装板7上，主动轮4一侧设置有齿轮轴，主动轮4的齿轮轴与减速机2的齿轮轴之间通过齿带3联动；主动轮4的齿轮轴与减速机2的齿轮轴设置于下行走机构安装板7的外侧面，且齿带3也设置于下行走机构安装板7的外侧面。
每块下行走安装板7的前后侧分别设置一组导向轮组8，每组导向轮组8设置有两个导向轮，两个导向轮轴连在导向轮连接板10的两端，且导向轮连接板10的中间位置设置连接轴，通过连接轴轴连于下行走机构安装板7下方，用于清洗机器人通过台阶或其他障碍物。
图4所示，喷气机构，所述喷气机构安装于清洗机器人前侧，用于清洗后的喷气干燥，所述喷气机构，包括多段弧形的喷气管24，多段弧形喷气管24构成不封闭的圆环，且部分弧形喷气管24连接在Y型软管23的两个端口，且通过Y型软管23实现可折叠，Y型软管23的第三个接口与Y型转接头21的其中一个出口连接；未与Y型软管23连接的喷气管24则直接与其他转接头21的其中一个出口连接；采用水气管道19引入水或气至机器人内，水气管道19接切换阀20的入口，切换阀20的两个出口则接分支管路22，分支管路22接Y型转接头21的入口。
水清洗机构，用于喷水清洗管道，由前端盖冲洗、管壁四周冲洗及管道底部回冲机构组成，所述水清洗机构与喷气机构共用水气管道19，并通过水气管道19上的切换阀20进行切换；机器人前侧部分用于前端盖冲洗，机器人前侧部分的水清洗机构设置有水清洗机构，该清洗机构包括出水喷头，上述转接头21一个出口接Y型软管23或喷气管24，另一个出口与该出水喷头连接，图中所示，水气管道19接两组切换阀20，共引出4路分支管路22，4路分支管路22通过转接头21则引出4路通气、4路通水。
擦拭部件，所述擦拭部件27位于机器人的左右侧面以及底部，用于对清洗后的管道内壁进行擦拭，擦拭部件采用滚轮，分别位于机器人的左右侧面和下方；涂油机构采用与擦拭部件共同的支撑机构，采用电机控制注油泵(或填料泵)实现定量出油，并通过涂油模块滚动实现导轨涂油。
功能支撑机构，所述功能支撑机构包括：图5所示的升降部分、图6所示的左右伸展部分，所述升降部分与上行走机构连接，推动其上下运动；所述升降部分包括：升降电机16、支撑杆14，所述支撑杆14采用弯臂结构，支撑杆14顶端连接上行走机构，支撑杆14弯折处连接升降电机16轴，支撑杆14的底端轴连接支撑台17，支撑杆14顶端距离弯折处的长度大于底端距离弯折处的长度，且支撑台17与上行走机构之间还轴连接有牵引钢丝18，采用弯折的支撑杆，减少了动力消耗。
所述左右伸展部分与擦拭部件27连接，用于推动其伸缩，图6所示，功能支撑机构中，支撑滑道25，所述支撑滑道25连接在清洗机器人侧面，驱动机构，位于清洗机器人内部，与支撑滑道25联动连接，用于驱动支撑滑道25的旋转，实现支撑滑道25的伸展、折叠；梨形块28，所述梨形块28位于支撑滑道25内部，梨形块28与驱动机构联动连接，实现旋转；推拉块29，所述推拉块29位于支撑滑道25内部，且设置于梨形块28侧面，且推拉块29远离梨形块28的一侧连接推拉弹簧30，梨形块28旋转过程中会带动推拉块29运动，具体为：梨形块28尖端靠近梨形块28时会将梨形块28向外推，梨形块28大头端靠近梨形块28时，推拉块29返回至待工作状态；推杆31，位于支撑滑道25内，推杆31连接在推拉弹簧30的另一侧，推杆31远离推拉弹簧30的一端端部能穿过支撑滑道25与擦拭部件27连接，推拉块29的运动会通过推拉弹簧30间接施加给推杆31，带动其前推或后退，更间接的带动擦拭部件27的前进或后退；所述支撑滑道25上设置有上盖板26，将梨形块28、推拉块29、推杆31压盖于支撑滑道25内部。
图7所示，一级齿轮副包括两个同轴的小齿轮33和大齿轮34；二级齿轮副包括与小齿轮33轴啮合的二级大齿轮35、与小齿轮33部分啮合的梨形二级齿轮36，所述二级大齿轮35通过齿轮轴与支撑滑道25联动连接，二级大齿轮35正反向旋转带动支撑滑道25的平面内的正反向旋转，推动用于驱动支撑滑道25伸展、收缩，如正向旋转时向机器人外部伸展的话，反向旋转就是向内折叠收缩；梨形二级齿轮36位于二级大齿轮35的下侧，梨形二级齿轮36的齿轮轴从二级大齿轮35的齿轮轴中心穿过后与梨形块28连接，用于推动梨形块28的旋转。
优选的，梨形二级齿轮36的齿轮轴一端连接在梨形二级齿轮36的大头端，另一端竖直连接在梨形块28的大头端的底部，且限位梨形块28与梨形块28之间有90°的角度差。
优选的，梨形二级齿轮36的侧面设置有挡条37，用于限制梨形二级齿轮36的旋转角度。
优选的，推拉块29呈T型结构，推拉块29的大头端靠近梨形块28一侧，支撑滑道25在内开设限位台阶，用于限定推拉块29的大头端行程。
优选的，推杆31呈T型结构，其大头端连接推拉弹簧30，支撑滑道25内部设置有又一限位台阶，用于限定推杆31的大头端的行程。
优选的，推杆31上还套设有缓冲弹簧32，所述缓冲弹簧32压缩于推杆31的大头端与又一限位台阶之间，减缓推杆31大头端与又一限位台阶的冲击力。
优选的，每个支撑滑道25的外侧面还设置有限位开关38，用于限制支撑滑道25的旋转角度；且采用一个电机驱动两个二级齿轮副传动机构，保证了两侧的平衡、同步，以及减少了部件的体积。
优选的，机器人的前端设置避让模块，在机器人前端安装霍尔传感器或接近开关，防止出现与管道的碰撞；且在机器人上安装视频监控，实时采集管道内现况，利用远程控制端，通过485总线实现与霍尔传感器、视频监控模块以及机器人的数据传输。
上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利请的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.用于清洗管道的清洗机器人，其特征在于：包括：行走机构，所述行走机构包括机器人上方的上行走机构和机器人底部的下行走机构，实现机器人的前进后退；喷气机构，所述喷气机构安装于清洗机器人前侧，所述喷气机构包括多个喷气管(24)，喷气管(24)构成不完整的圆环，实现可折叠；水清洗机构，用于喷水清洗管道，所述水清洗机构与喷气机构共用水气管道(19)，并通过水气管道(19)上的切换阀(20)进行切换；擦拭部件(27)，所述擦拭部件(27)位于机器人的左右侧面以及底部，用于对清洗后的管道内壁进行擦拭或涂油；功能支撑机构，所述功能支撑机构包括：升降部分、左右伸展部分，所述升降部分与上行走机构连接，推动其上下运动；所述左右伸展部分与擦拭部件(27)连接，用于推动其伸缩。
2.根据权利要求1所述的用于清洗管道的清洗机器人，其特征在于：所述下行走机构包括：导向轮组(8)、电机(1)、减速机(2)、履带(5)、两块下行走机构安装板(7)，电机(1)与减速机(2)连接，减速机(2)通过齿带(3)连接主动轮(4)，主动轮(4)通过履带(5)与从动轮(6)联动；主动轮(4)与从动轮(6)安装于下行走安装板之间；所述两块下行走安装板竖直安装在机器人底部，每块下行走安装板的前后侧分别设置一组导向轮组(8)。
3.根据权利要求1所述的用于清洗管道的清洗机器人，其特征在于：所述喷气机构，包括多段弧形的喷气管(24)，多段弧形喷气管(24)构成不封闭的圆环，且部分弧形喷气管(24)连接在Y型软管(23)的两个端口，且通过Y型软管(23)实现可折叠，并通过Y型软管(23)与转接头(21)的出口连接；未与Y型软管(23)连接的喷气管(24)则直接与转接头(21)连接；多个转接头(21)连接在分支管路(22)上，分支管路(22)连接于切换阀(20)的两个出口，切换阀(20)的入口则连接水气管道(19)。
4.根据权利要求3所述的用于清洗管道的清洗机器人，其特征在于：机器人前侧部分设置有水清洗机构，该清洗机构包括出水喷头，上述转接头(21)一个出口接Y型软管(23)或喷气管(24)，另一个出口与该出水喷头连接。
5.根据权利要求2所述的用于清洗管道的清洗机器人，其特征在于：功能支撑机构中，所述升降部分包括：升降电机(16)、支撑杆(14)，所述支撑杆(14)采用弯臂结构，支撑杆(14)顶端连接上行走机构，支撑杆(14)弯折处连接升降电机(16)轴，支撑杆(14)的底端轴连接支撑台(17)。
6.根据权利要求5所述的用于清洗管道的清洗机器人，其特征在于：支撑杆(14)顶端距离弯折处的长度大于底端距离弯折处的长度，且支撑台(17)与上行走机构之间还轴连接有牵引钢丝(18)。
7.根据权利要求5所述的用于清洗管道的清洗机器人，其特征在于：功能支撑机构中，所述左右伸展部分包括：支撑滑道(25)，所述支撑滑道(25)连接在清洗机器人侧面；驱动机构，位于清洗机器人内部，与支撑滑道(25)联动连接，用于驱动支撑滑道(25)的旋转；梨形块(28)，所述梨形块(28)位于支撑滑道(25)内部，梨形块(28)与驱动机构联动连接，实现旋转；推拉块(29)，所述推拉块(29)位于支撑滑道(25)内部，且设置于梨形块(28)侧面，且推拉块(29)远离梨形块(28)的一侧连接推拉弹簧(30)；推杆(31)，位于支撑滑道(25)内，推杆(31)连接在推拉弹簧(30)的另一侧，推杆(31)远离推拉弹簧(30)的一端端部能穿过支撑滑道(25)。
8.根据权利要求7所述的用于清洗管道的清洗机器人，其特征在于：所述驱动机构采用二级齿轮副传动，一级齿轮副包括两个同轴的小齿轮(33)和大齿轮(34)；二级齿轮副包括与小齿轮(33)轴啮合的二级大齿轮(35)、与小齿轮(33)部分啮合的梨形二级齿轮(36)，所述二级大齿轮(35)通过齿轮轴与支撑滑道(25)联动连接，用于驱动支撑滑道(25)伸展、收缩；所述梨形二级齿轮(36)通过齿轮轴与梨形块(28)联动连接，用于推动梨形块(28)的旋转。
9.根据权利要求7所述的用于清洗管道的清洗机器人，其特征在于：擦拭部件(27)采用滚轮(15)，分别位于机器人的左右侧面和下方，左右侧面的连接于推杆(31)穿过支撑滑道(25)的一端；下方的则位于下行走机构前侧的两个导向轮组(8)之间。
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