CN114525841B - 一种管道清淤机器人及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于管道清理技术领域，具体涉及一种管道清淤机器人及装置，管道清淤机器人包括车架、行走机构、粉碎机构；粉碎机构包括：粉碎电机、与粉碎电机的输出轴同轴连接的主动锥齿轮、与主动锥齿轮啮合的侧向锥齿轮、正对主动锥齿轮且与侧向锥齿轮前侧的前向锥齿轮、与前向锥齿轮同轴连接的垂直粉碎辊以及与侧向锥齿轮同轴连接的水平粉碎辊。本发明通过一个粉碎电机同时带动垂直粉碎辊和水平粉碎辊转动，对污泥进行切削搅动，对管道内部的塑料、树枝等纤维状垃圾打散，对块状淤泥进行打散，能够将堆积在管道内的石块和树枝等大型障碍物进行破碎清理、清淤效果好。

Description

一种管道清淤机器人及装置

技术领域

本发明属于管道清理技术领域，具体涉及一种管道清淤机器人及装置。

背景技术

河道消黑除臭和提质增效已成为各城市水务部门的重点工程,清淤是消除内源污染、恢复水动力的重要方式。一般来看，明渠清淤所能够采用的工程机械较多，且清淤过程较为简单。但是，暗涵限制因素多,清理难度大。传统的暗涵清淤主要在截流上游配备大功率输送泵，在在检查井前后截流,且一般截流围井间距小于100m,当进水越过围井后,排到下游河道,起到旁通作用,并且通过水泵排出截流围井内的水,工作人员才可下井作业。如果围井里有排水管道汇入,在清淤作业的同时,还需要持续抽水,保证进水量小于排水量。一般采用机械加人工的方式把淤泥输送到检查井口,然后通过吸污车或抓斗车清出箱涵。暗涵内的淤积物经过长年累积,持续发酵,铲挖之后会散发出有毒气体,下井工人需要配备外接气源的呼吸面罩,穿防护服,且需要持续强制通风。此外,人工清淤受到天气影响较大,一般需要避开雨季,因此在南方城市能够施工的时间非常有限。综上所述,在暗涵清淤工程中,人工清淤的难度较大,效率低,容易造成二次污染且存在一定的安全隐患,很难满足安全文明施工的要求,在引入清淤机器人之后,这些问题便可迎刃而解。

目前，管道清淤采用的常规方式是高压清洗车+吸污车方式，该种方式相对成熟，该种方式的工作原理是通过高压水将管道中的淤泥冲起，然后污水流入到检查井中，通过吸污车将泥水混合物吸出管道。但如果管道内淤积严重，则可能清淤效率较低，同时管道内有砂子或较大的沉积物时，是很难处理的。因此，需要研发一款专用清淤机器人设备。

首先，清淤机器人可以在复杂的管道环境中作业，如管道的通过性，并且应当考虑清淤机器人行走时的防滑问题；其次，在管道中经常会遇到管道椭圆或有大型障碍物的情况，要考虑其越障能力，因此清淤机器人应该在具备一定防滑能力的基础上，具有一定的越障能力；清淤机器人应该能够为操作人员实时的反馈管道内的情况，以供操作人员根据管道内的情况做出判断；由于管道一般具有一定长度，为保证管道内部完全除淤，还应该保证移动机器人附带清淤泵，以提高清淤效率；另外，有时管道内部会有支管或树根等异物穿入，要考虑设备的清障功能，对于一些纤维状的杂物，需要保证其完全打散；最后，管道内可能会有泥沙、石块或者大型障碍物，设备无法逾越的，要考虑设备能够把其清理出管道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的管道内的泥沙、石块等障碍物影响清淤机器人工作的缺陷，提供一种能够将堆积在管道内的石块和树枝等大型障碍物进行破碎清理、清淤效果好的的管道清淤机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种管道清淤机器人，其特征在于：包括车架、安装在所述车架上的行走机构、位于所述车架前端的粉碎机构；所述粉碎机构包括：粉碎电机、与粉碎电机的输出轴同轴连接的主动锥齿轮、与所述主动锥齿轮啮合的侧向锥齿轮、正对所述主动锥齿轮且与侧向锥齿轮啮合的前向锥齿轮、与所述前向锥齿轮同轴连接的垂直粉碎辊以及与所述侧向锥齿轮同轴连接的水平粉碎辊。

进一步地，所述侧向锥齿轮为两个，两侧向锥齿轮对称啮合在所述主动锥齿轮的左右两侧；所述水平粉碎辊为两个，分别位于所述垂直粉碎辊的左右两侧；所述垂直粉碎辊和水平粉碎辊的转轴相互垂直。

进一步地，还包括位于所述水平粉碎辊外侧的推土斗，所述推土斗包括水平推土板和位于所述水平推土板两侧的弧形板。

进一步地，所述水平粉碎辊包括圆柱形本体和圆周阵列在所述圆柱形本体外周面上的多列锥形倒刺。

进一步地，所述垂直粉碎辊包括后宽前窄的圆锥形本体和圆周阵列在所述圆锥形本体外周面上的多列月牙形倒刺。

进一步地，所述粉碎电机安装在电机箱内，所述粉碎机构安装在电机箱上，所述车架的前端安装有电动推杆，所述电动推杆的伸缩端连接在所述电机箱上。

进一步地，还包括设置在车架顶端的摄像头。

进一步地，所述车架的前后端分别安装有前向探照灯和后向探照灯。

更进一步地，还包括吸污泵，所述吸污泵的吸污口设置在所述车架的下方，所述车架上设置有吸污泵支架，连接吸污泵出口的管道穿过吸污泵支架后连接至管道外。

本发明还公开了一种管道清淤装置，包括所述的管道清淤机器人和地面上方的工程车，所述工程车上设置有泥水分离器和电控柜，在管道清淤机器人工作状态下，吸污泵的出口通过管道连通至泥水分离器。

本发明的一种管道清淤机器人及装置的有益效果是：

1、本发明通过一个粉碎电机同时带动垂直粉碎辊和水平粉碎辊同时转动，对污泥进行切削搅动，同时对管道内部的塑料、树枝等纤维状垃圾打散，对块状淤泥进行打散，能够将堆积在管道内的石块和树枝等大型障碍物进行破碎清理、清淤效果好。

2、在粉碎机构的底部具有收集推动粉碎后淤泥的推土斗，可以根据工作管路中沉积淤泥的多少进行更换。

3、采用高清摄像头和高功率探照灯对周围环境进行监测，信号反馈给电控柜，通过人工操作电控柜控制机器人的位置和姿态。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例的管道清淤装置的结构图；

图2是本发明实施例的清淤机器人前视角立体图；

图3是本发明实施例的清淤机器人后视角立体图；

图4是本发明实施例的清淤机器人仰视图；

图5是本发明实施例的粉碎机构部分结构图。

图中:1、清淤机器人，2、工程车，3、泥水分离器，4、操作人员，5、电控柜，6、履带轮，7、俯仰转轴，8、摄像头，9、竖直转轴，10、电动推杆，11、前向探照灯，12、推土斗，121、水平推土板，122、弧形板，13、水平粉碎辊，131、圆柱形本体，132、锥形倒刺，14、垂直粉碎辊，141、圆锥形本体，142、月牙形倒刺，15、变速箱，16、后向探照灯，17、控制模块，18、吸污泵，19、吸污泵支架，20、防水步进电机，21、电机箱，22、升降托板，23、粉碎电机，24、主动锥齿轮，25、侧向锥齿轮，26、前向锥齿轮。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示的本发明的一种管道清淤装置，工程车2和管道清淤机器人1，工程车2上具有泥水分离器3和电控柜5，工程车2车厢的后端具有升降托板22，非工作状态下，管道清淤机器人1位于工程车2的车厢内，需要进入管道内进行清淤时，管道清淤机器人1通过升降托板22降落至地面，运动到管道内。

参见图2-图5，管道清淤机器人1包括车架、安装在车架上的行走机构、位于车架前端的粉碎机构、设置在车架顶端的摄像头8和吸污泵18。

行走机构采用防水步进电机20加行星减速器输出驱动力，行走部分为大摩擦系数履带轮6，通过采用履带式的行进方式增加与地面的摩擦力，保证在泥泞路上自由行走。

粉碎机构包括：粉碎电机23、与粉碎电机23的输出轴同轴连接的主动锥齿轮24、与主动锥齿轮24啮合的侧向锥齿轮25、正对主动锥齿轮24且与侧向锥齿轮25啮合的前向锥齿轮26、与前向锥齿轮26同轴连接的垂直粉碎辊14以及与侧向锥齿轮25同轴连接的水平粉碎辊13。其中侧向锥齿轮25、主动锥齿轮24和前向锥齿轮26均设置在变速箱15内，避免淤泥进入啮合的齿中，影响精度。

本实施例中，侧向锥齿轮25为两个，两侧向锥齿轮25对称啮合在主动锥齿轮24的左右两侧；水平粉碎辊13为两个，分别位于垂直粉碎辊14的左右两侧；垂直粉碎辊14和水平粉碎辊13的转轴相互垂直。参见图5，水平粉碎辊13包括圆柱形本体131和圆周阵列在圆柱形本体131外周面上的多列锥形倒刺132。垂直粉碎辊14包括后宽前窄的圆锥形本体141和圆周阵列在圆锥形本体141外周面上的多列月牙形倒刺142。一个粉碎电机23同时带动垂直粉碎辊14和水平粉碎辊13同时转动，对污泥进行切削搅动，同时对管道内部的塑料、树枝等纤维状垃圾打散，对块状淤泥进行打散。另外，锥形倒刺132和月牙形倒刺142能够辅助撕裂垃圾。

在粉碎机构的底部具有收集推动粉碎后淤泥的推土斗12，推土斗12位于水平粉碎辊13外侧的推土斗12，推土斗12包括水平推土板121和位于水平推土板121两侧的弧形板122。可以根据工作管路中沉积淤泥的多少以及管道的直径大小更换不同大小的推土斗12，推土斗12的宽度与履带的宽度一致，弧形板122的结构与管道内壁一致，保证对淤泥的充分铲除。

粉碎电机23安装在电机箱21内，粉碎机构安装在电机箱21上，车架的前端安装有电动推杆10，电动推杆10的伸缩端连接在电机箱21上。通过电动推杆10的伸缩调节粉碎机构的角度和高度。

本实施例的摄像头8采用高清水下摄像头8，摄像头8安装在俯仰转轴7和竖直转轴9上，能够沿竖直轴360度转动，能够实现俯仰拍摄，实施监控管道内环境发送给电控柜5，人工实施检测机器人在水下的位置和姿态。

前向探照灯11和后向探照灯16采用潜水强光探照灯，辅助摄像头8拍摄清晰的图像。

管道清淤机器人还包括吸污泵18，采用下潜式吸污泵18，吸污泵18的吸污口设置在车架的下方。吸污口处加装切割刀片装置，在吸污口进一步对垃圾进行撕裂式处理，具有无堵塞、防缠绕、耐腐蚀等特点。车架上设置有吸污泵支架19，连接吸污泵18出口的管道穿过吸污泵支架19后连接至管道外的泥水分离器3。

车架上还具有控制模块17，操作人员通过电控柜发送命令给控制模块17，控制模块17控制摄像头图像的采集、行走机构的运动以及粉碎机构的粉碎动作等。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种管道清淤机器人，其特征在于：包括车架、安装在所述车架上的行走机构、位于所述车架前端的粉碎机构；所述粉碎机构包括：粉碎电机（23）、与粉碎电机（23）的输出轴同轴连接的主动锥齿轮（24）、与所述主动锥齿轮（24）啮合的侧向锥齿轮（25）、正对所述主动锥齿轮（24）且与侧向锥齿轮（25）啮合的前向锥齿轮（26）、与所述前向锥齿轮（26）同轴连接的垂直粉碎辊（14）以及与所述侧向锥齿轮（25）同轴连接的水平粉碎辊（13）；所述水平粉碎辊（13）包括圆柱形本体（131）和圆周阵列在所述圆柱形本体（131）外周面上的多列锥形倒刺（132）；所述垂直粉碎辊（14）包括后宽前窄的圆锥形本体（141）和圆周阵列在所述圆锥形本体（141）外周面上的多列月牙形倒刺（142）；清淤机器人还包括吸污泵（18），所述吸污泵（18）的吸污口设置在所述车架的下方，所述车架上设置有吸污泵支架（19），连接吸污泵（18）出口的管道穿过吸污泵支架（19）后连接至管道外；吸污口处加装切割刀片装置。

2.根据权利要求1所述的一种管道清淤机器人，其特征在于：所述侧向锥齿轮（25）为两个，两侧向锥齿轮（25）对称啮合在所述主动锥齿轮（24）的左右两侧；所述水平粉碎辊（13）为两个，分别位于所述垂直粉碎辊（14）的左右两侧；所述垂直粉碎辊（14）和水平粉碎辊（13）的转轴相互垂直。

3.根据权利要求1所述的一种管道清淤机器人，其特征在于：还包括位于所述水平粉碎辊（13）外侧的推土斗（12），所述推土斗（12）包括水平推土板（121）和位于所述水平推土板（121）两侧的弧形板（122）。

4.根据权利要求1所述的一种管道清淤机器人，其特征在于：所述粉碎电机（23）安装在电机箱（21）内，所述粉碎机构安装在电机箱（21）上，所述车架的前端安装有电动推杆（10），所述电动推杆（10）的伸缩端连接在所述电机箱（21）上。

5.根据权利要求1所述的一种管道清淤机器人，其特征在于：还包括设置在车架顶端的摄像头（8）。

6.根据权利要求5所述的一种管道清淤机器人，其特征在于：所述车架的前后端分别安装有前向探照灯（11）和后向探照灯（16）。

7.一种管道清淤装置，其特征在于：包括权利要求6所述的管道清淤机器人和地面上方的工程车（2），所述工程车（2）上设置有泥水分离器（3）和电控柜（5），在管道清淤机器人工作状态下，吸污泵（18）的出口通过管道连通至泥水分离器（3）。