CN114658094A - 一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置及方法，所述装置包括装置本体、底座、供电模块、控制器、行进机构、识别定位机构、工况检测机构、清理机构、收集机构；行进机构与管道内壁相接触并在控制器的控制下沿管道内壁行进；识别定位机构设置在装置本体前端，用于识别定位垃圾各时刻所在位置，以判定垃圾是否为顽固垃圾，和/或用于识别垃圾高度与长度范围，以判定垃圾是否满足粉碎条件；清理机构，用于根据工况，采用与工况相应的清理方式对管道内垃圾进行清理。本发明可以识别垃圾清理工况，在垃圾清理工况确定后，采用超声波清理与粉碎清理相结合的方式，定点识别垃圾固定位置，清理效率高、目的性强。

Description

一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置及方法

技术领域

本发明涉及管道垃圾清理技术领域，尤其是涉及一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置及方法。

背景技术

随着我国的城市化进程加快推进，与城市化建设相关的产业也必将继续高速发展。雨污水管道为排放污水的管道，无论是小区、街道、工厂均需要排污管道来进行污水排放，因此，雨污水管道是人们日常生活、工业制造中必不可少的一部分。由于污水管道长期与污水接触，管道内壁难免会残留下来污渍，一些有腐蚀性的污渍长期停留在管道内壁上，会使管道使用寿命大大下降。因此，污水管道在使用时需要清理装置进行管壁清洁。对雨污水管道垃圾定点高效地清理，不仅可以保证城市排水有序、畅通，同时可减少污水冒溢、雨水井盖顶托现象，对防治水污染、美化环境、保证交通安全也有重要意义。

目前国内的城市下水道清理方式主要是两种：一是人工，这种方式效率低，且管道内工作环境差，对作业者生命安全构成威胁；二是引进大型清污车辆，这种方式清污成本高，中小城市难以负担，且机动性差，对分布密集的中小型管道难以有效应对。这两种清理方式有两个共同的特点：对具体工况考虑不周，在实际清理过程中没有考虑垃圾的识别与定位，清理效率有待提高，装置在管道内清理垃圾的目的性不是十分明确。

申请号为CN201911207857.X的中国发明专利公开了一种污水管道清理用机器人，该装置采用蜗轮蜗杆驱动的方式进行自动向前行走，包括驱动箱，所述驱动箱的一侧内壁设置有驱动电机，且驱动电机的输出轴设置有涡轮，所述驱动箱的一侧外壁设置有行走箱，且行走箱为人字形结构，行走箱的内壁设置有三根环形分布的换向杆，所述换向杆的外壁设置有蜗杆，且蜗杆与涡轮向啮合，所述行走箱的外壁设置有环形分布的三个液压杆，且液压杆的伸缩端均设置有轮壳，所述轮壳的相对一侧内壁均设置有第一通孔。但是该装置存在以下不足：

1、该装置对管道进行清理的方式仅为清扫电机带动清扫箱转动，继而带动清扫刷转动的方式来对污水管道的内壁进行清理。但是，在进行管道垃圾清理过程中，垃圾的体积有大有小，垃圾的重量也有大有小，该装置没有考虑到垃圾体积大小的问题。若管道内有重量较大或体积较大的垃圾时，清扫刷的端部并不具备粉碎垃圾的作用，仅依靠该装置中的清扫刷是无法将垃圾进行有效清理的，使得该装置仅能够对管道内壁进行清洁、刷洗，而无法有效地清理块状垃圾。

2、该装置在对管道清理过程中，因该装置无法对垃圾进行有效粉碎或收集，管道内垃圾或淤泥极易在清扫箱处堆积，垃圾或淤泥堆积的量较多后，会对该装置产生较大的阻力，导致该装置在管道内的移动受阻，大大降低对管道的清理效率。

3、若管道内出现附着在管道内壁上的顽固垃圾时，仅依靠清扫刷进行刷扫的方式无法将顽固垃圾进行清除的，导致该装置无法对附着式垃圾进行清理，清理效率低下。

4、该装置没有考虑到实际多种工况下进行垃圾清理，适用范围具有较大局限性。

5、该装置在管道内的清理过程缺乏目的性，未考虑到定点清理的方式，清理效率比较低。

发明内容

本发明提出一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置及方法，以解决背景技术中的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置，包括：

装置本体，设置在管道内；

底座，设置在装置本体的底端；

供电模块，设置在底座的内部，用于为装置整体提供电能；

控制器，设置在底座的内部，用于控制装置整体运行；

行进机构，设置在装置本体的中部，与管道内壁相接触并在控制器的控制下沿管道内壁行进；

识别定位机构，设置在装置本体前端，识别定位机构的输出端连接于控制器的输入端；所述识别定位机构用于识别定位垃圾各时刻所在位置，以判定垃圾是否为顽固垃圾；和/或所述识别定位机构用于识别垃圾高度与长度范围，以判定垃圾是否满足粉碎条件；

工况检测机构，用于对管道内压力值进行检测，并将检测到的管道压力值反馈至控制器，通过控制器对管道内的工况进行判断；

清理机构，用于根据工况，采用与工况相应的清理方式对管道内垃圾进行清理；

收集机构，用于对管道内垃圾进行收取；

和/或粉碎机构，用于根据识别定位机构识别信息对垃圾进行粉碎，粉碎机构的受控端连接于控制器的输出端。

进一步优化技术方案，所述清理机构包括：

收集罩，设置在装置本体的前端，能够对管道内垃圾进行收取；

若干清洗剂喷头，分别间隔设置在收集罩的前端；

清洗剂喷射系统，设置在收集罩的内部，并与各清洗剂喷头相连通，清洗剂喷射系统的受控端连接于控制器的输出端；

若干超声振荡器，分别间隔设置在收集罩的前端，用于发出超声波，通过超声波振荡的方式实现对垃圾的清理，超声振荡器的受控端连接于控制器的输出端；

和/或搅拌刷清理机构，设置在装置本体上并在控制器的控制下对管道进行清扫，搅拌刷清理机构的受控端连接于控制器的输出端。

进一步优化技术方案，所述收集机构包括：

垃圾收集箱，设置在装置本体内部，并与收集罩之间相连通；所述垃圾收集箱上设置有能够开合的垃圾出口。

进一步优化技术方案，所述工况检测机构包括：

若干第一压力传感器，分别对称设置在装置本体上两侧，用于检测管道内压力状况，第一压力传感器的输出端连接于控制器的输入端。

进一步优化技术方案，所述识别定位机构包括：

若干超声波收发器，分别间隔设置在收集罩的前端，超声波收发器的输出端连接于控制器的输入端；

若干红外线检测仪，分别间隔设置在收集罩的前端，用于通过红外线探测的方式来对垃圾位移进行检测，以判定出垃圾是否为顽固垃圾，红外线检测仪的输出端连接于控制器的输入端；

和/或若干第二压力传感器，分别间隔设置在收集罩的前端，第二压力传感器的输出端连接于控制器的输入端；所述第二压力传感器与垃圾相接触后将测得压力值反馈至控制器，由控制器生成H-P图像，进而识别垃圾高度与长度范围，判定垃圾是否满足粉碎条件。

一种适用于多工况管道垃圾定点清理方法，所述方法基于所述的一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置进行，包括以下步骤：

S1、通过工况检测机构输出的压力值判断管道垃圾所处的工况；

S2、得知垃圾清理工况后，对管道内垃圾进行定位，装置本体沿着管道移动至定位垃圾处；

S3、对垃圾形态进行识别；

判断垃圾是否为顽固垃圾；和/或判断垃圾是否需要粉碎；

S4、若垃圾为顽固垃圾，则喷射清洗剂并结合超声波震荡作用对垃圾进行分解，进入步骤S6；若垃圾为普通垃圾，则直接进入步骤S6；

S5、若垃圾需要粉碎，则通过粉碎机构对垃圾进行粉碎，进入步骤S6；若垃圾不需要粉碎，则直接进入步骤S6；

S6、根据管道垃圾所处的工况，采用不同的方式对管道内垃圾进行清理。

进一步优化技术方案，所述步骤S1具体包括以下步骤：

将装置本体一侧的三组第一压力传感器检测到的压力值带入以下公式：

式中，A₁、B₁、C₁分别为管道上壁三处第一压力传感器测得的压力值，P₁为管道上壁三处第一压力传感器所测压力值的平均值；

将装置本体另一侧的三组第一压力传感器检测到的压力值带入以下公式：

式中，A₂、B₂、C₂分别为管道下壁三处第一压力传感器测得的压力值，P₂为管道下壁三处第一压力传感器所测压力值的平均值；

当P₁＝0且P₂＝0，则管道垃圾清理为工况1：无水；

当P₁≠0且P₂≠0，则管道垃圾工况为工况2；有水有压；

当P₁＝0而P₂≠0则管道垃圾工况为工况3；有水无压。

进一步优化技术方案，所述步骤S6中，对管道垃圾工况进行判断后，采用以下步骤对垃圾进行清理：

在无水工况下，垃圾通过移动过程中的收集罩进行收集，接着垃圾进入垃圾收集箱，随同装置本体移动带出；

在有水有压工况下，垃圾清理后都随管道内水流流出；

有水无压工况下，属于紧贴管壁垃圾以及水流可携带垃圾均随水流流出，不属于紧贴管壁垃圾以及水流可携带垃圾同样被收集罩收集，接着垃圾进入垃圾收集箱，随同装置本体移动带出。

进一步优化技术方案，判断垃圾是否为顽固垃圾的步骤为：

对于无水工况，红外线探测垃圾在管道内壁上，即可判定该垃圾是顽固垃圾；

对于有水工况，通过红外线对垃圾位移进行探测，如果垃圾随水流没有相对位移，即可判定该垃圾是顽固垃圾。

进一步优化技术方案，判断垃圾是否需要粉碎的步骤为：

将识别部分检测到的压力值绘制H-P线，将实测压力线与理论压力线配线，找出配线图中非线性段垃圾最高点与最低点，即为垃圾范围；

计算垃圾最大高度，再根据垃圾最大高度与2/3管道直径相比，判断是否需要进行垃圾粉碎；

若垃圾最大高度>2/3管道直径，需要对垃圾进行粉碎处理；若垃圾最大高度<2/3管道直径，不需要对垃圾进行粉碎处理。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

1、本发明可以识别垃圾清理工况。通过装置测得的压力值带入公式计算，判定当前垃圾清理装置的所处工况是无水、有水+无压、有水+有压中哪一种工况，并根据不同工况进行对应的垃圾清理模式。

2、本发明在垃圾清理工况确定后，采用超声波清理与粉碎清理相结合的方式，定点识别垃圾固定位置，清理效率高、目的性强。利用超声波直接定位到管道内垃圾，接着装置会加速前进到垃圾处，节省了时间，到达垃圾处；红外线检测仪发出红外线，精准识别垃圾是否为紧贴管壁的顽固垃圾；如果判定垃圾为顽固垃圾，装置的超声波与清洗剂共同对垃圾进行清理；否则，垃圾会通过收集罩内的漏斗状缩口进入垃圾收集箱，垃圾随装置一起带出，实现对管道垃圾进行清理的目的。

3、本发明可以根据配线图找出垃圾与装置的第一接触点与最后接触点对垃圾体积进行判别，识别垃圾高度是否超过2/3管道直径，若超过需要进行垃圾粉碎；否则不需要垃圾粉碎，可以通过搅拌刷清理管壁扰动管道内水流，将沉积在管道底壁的垃圾以及体积不大的垃圾顺水流携带流出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中一种适用于多工况管道垃圾定点清理方法的流程图；

图2是本发明实施例1中一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置的结构示意图；

图3是本发明实施例1中一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置的俯视图；

图4是本发明实施例2中一种适用于多工况管道垃圾定点清理方法的流程图；

图5是本发明实施例2中一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置的结构示意图；

图6是本发明实施例2中理论压力线的示意图；

图7是本发明实施例2中实测压力线的示意图；

图8是本发明实施例2中配线法的示意图；

图9是本发明实施例2中对垃圾最大高度进行计算时的示意图。

其中：1-清洗剂喷头，2-超声波收发器，3-红外线检测仪，4-收集罩，5-漏斗状缩口，6-垃圾收集箱，7-转向轴壳体，8-小滑轮，9-伸缩式装置固定吸附脚，11-主轴外壳，12-电机，13-电机外壳，14-底座，15-开关按钮，16-管道，a1、b1、c1、a2、b2、c2-第一压力传感器，17、第二压力传感器。

具体实施方式

下面将结合具体实施方案对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，但是本领域技术人员应当理解，下文所述的实施方案仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方案，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例公开了一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置，结合图1至图3所示，包括装置本体、底座14、供电模块、控制器、行进机构、识别定位机构、工况检测机构、清理机构、收集机构。

装置本体设置在管道内。底座14设置在装置本体的底端。

供电模块设置在底座14的内部，用于为装置整体提供电能，供电模块为电池组供电模块。底座14上设有开关按钮15，按下开关按钮使得装置整体能够通过供电模块进行供电，再次按下开关按钮供电模块不再对装置整体进行供电。

控制器设置在底座14的内部，用于控制装置整体运行。本发明中的控制器为单片机或可编程PLC控制器。

行进机构设置在装置本体的中部，与管道内壁相接触并在控制器的控制下沿管道内壁行进，行进机构的受控端连接于控制器的输出端。

本发明中的行进机构包括电机12、主轴、蜗轮蜗杆传动组件、转向轴、转向结构、小滑轮8。

电机12通过电池组进行供电，电机12的外侧设置有电机外壳13，电机12的输出轴端与主轴相连接，主轴的外侧设置有主轴外壳11，主轴外壳11与垃圾收集箱6互不连通。

本发明主轴与转向轴之间通过蜗轮蜗杆传动组件传动连接，通过蜗轮蜗杆传动组件实现转动方向的改变，其中蜗轮键连接于主轴上，蜗杆与转向轴同轴设置且蜗杆与蜗轮相配装。转向轴外侧设置有转向轴壳体7。

转向结构包括分别设置在转向轴的两端的两个第一锥齿轮，两个第一锥齿轮分别啮合设置一个第二锥齿轮，两个第二锥齿轮分别通过一滑轮转轴设置在壳体上，两个滑轮转轴上分别键连接一小滑轮8，转向轴转动时能够带动两个小滑轮8转动，进而实现在管道内移动的目的。

识别定位机构设置在装置本体前端，识别定位机构的输出端连接于控制器的输入端。本实施例中的识别定位机构用于识别定位垃圾各时刻所在位置，以判定垃圾是否为顽固垃圾。

本实施例中的识别定位机构包括若干超声波收发器2。若干超声波收发器2分别间隔设置在收集罩4的前端，超声波收发器2的输出端连接于控制器的输入端，超声波收发器2能够向垃圾发出超声波并接收垃圾反射回来的超声波，通过发射接收超声波所需时长来判断垃圾所在位置。

为了对垃圾种类进行识别，本实施例中的识别定位机构还包括红外线检测仪3，红外线检测仪3设置有若干个，分别间隔设置在收集罩4的前端，红外线检测仪3的输出端连接于控制器的输入端。通过红外线检测仪3对垃圾种类进行识别，并能够将测量信息反馈至控制器，通过控制器来判定该垃圾是否为紧贴管壁的顽固垃圾。

对于顽固垃圾的定义分为两种：

对于无水工况，红外线探测垃圾在管道内壁上，即可判定该垃圾是顽固垃圾。

对于有水工况，通过红外线对垃圾位移进行探测，如果垃圾随水流没有相对位移，即可判定该垃圾是顽固垃圾。具体原理为：红外线在t时刻测得装置本体与垃圾距离为X₁，t+1时刻测得装置本体与垃圾距离为X₃，t+1时刻装置本体前进距离为X₂；若X₃＝X₁-X₂，表明垃圾在装置本体前进过程中垃圾没有随水流发生位移，判定该垃圾为顽固垃圾；若X₃>X₁-X₂，表明垃圾在装置本体前进过程中垃圾随水流发生位移，判定该垃圾为普通垃圾。

工况检测机构用于对管道内压力值进行检测，并将检测到的管道压力值反馈至控制器，通过控制器对管道内的工况进行判断。

工况检测机构包括第一压力传感器，第一压力传感器设置有若干个，分别对称设置在装置本体上两侧，用于检测管道内压力状况，第一压力传感器的输出端连接于控制器的输入端。

本实施例中第一压力传感器共设置有六组，装置本体的两侧各设置有三组。

清理机构，用于根据工况，采用与工况相应的清理方式对管道内垃圾进行清理。清理机构包括收集罩4、清洗剂喷头1、清洗剂喷射系统和超声振荡器。

收集罩4设置在装置本体的前端，能够对管道内垃圾进行收取。

清洗剂喷头1设置有若干个，分别间隔设置在收集罩4的前端。清洗剂喷射系统设置在收集罩4的内部，并与各清洗剂喷头1相连通，清洗剂喷射系统的受控端连接于控制器的输出端。本实施例中的收集罩4的内腔设置为中空状，清洗剂喷射系统设置在收集罩4的内腔中，且收集罩4的内腔中充满清洗剂。

超声振荡器设置有若干个，且分别间隔设置在收集罩4的前端，用于发出超声波，通过超声波振荡的方式实现对垃圾的清理，超声振荡器的受控端连接于控制器的输出端。

收集机构，用于对管道内垃圾进行收取。收集机构包括垃圾收集箱6。垃圾收集箱6设置在装置本体内部，并与收集罩4之间通过若干漏斗状缩口5相连通。垃圾收集箱6上设置有能够开合的垃圾出口，当装置完成对垃圾的收集后可打开垃圾出口将垃圾排出。

本实施例还包括定位机构，在装置本体移动至特定位置时，可通过定位机构定位至管道内，以便于进行对垃圾进行定点清理。定位机构包括伸缩式装置固定吸附脚9，装置本体的两端分别对称设置有若干组伸缩式装置固定吸附脚9，每组伸缩式装置固定吸附脚9均包括微型液压推杆及吸附盘，微型液压推杆的受控端连接于控制器的输出端。其中吸附盘上开设有若干排气孔，便于在压动吸附盘时，将吸附盘内部的水流或气体排出，更好地吸附于管道内壁上。当装置本体移动至垃圾所在位置时，微型液压推杆伸长，进而使得吸附盘定位至管道内壁上。

本实施例还公开了一种适用于多工况管道垃圾定点清理方法，该方法基于一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置进行，包括以下步骤：

S1、通过工况检测机构输出的压力值判断管道垃圾所处的工况。

步骤S1具体包括以下步骤：

将装置本体一侧的三组第一压力传感器检测到的压力值带入以下公式：

式中，A₁、B₁、C₁分别为管道上壁三处第一压力传感器测得的压力值，P₁为管道上壁三处第一压力传感器所测压力值的平均值；

将装置本体另一侧的三组第一压力传感器检测到的压力值带入以下公式：

式中，A₂、B₂、C₂分别为管道下壁三处第一压力传感器测得的压力值，P₂为管道下壁三处第一压力传感器所测压力值的平均值。

由于在实际中，不同工况所测得压力值是不同的，所以可以反知清理垃圾的工况是无水、有水有压、无水无压中哪一种，进而执行不同的清理程序，判断依据如下：

当P₁＝0且P₂＝0，则管道垃圾清理为工况1：无水；

当P₁≠0且P₂≠0，则管道垃圾工况为工况2；有水有压；

当P₁＝0而P₂≠0则管道垃圾工况为工况3；有水无压。具体是由于在装置两侧各有三组压力传感器，带入公式得装置本体与管道上壁处为压力计算值P₁，装置本体与管道上壁处为压力计算值P₂，如果P₁＝0而P₂≠0，说明管道内的水未能将管道充满，即整个管道内有水但是是无压的。

根据以上判断条件确定此时装置处于三种垃圾清理工况中的哪一种。

S2、得知垃圾清理工况后，对管道内垃圾进行定位，装置本体沿着管道移动至定位垃圾处。

判定垃圾清理工况后，考虑到超声波是一种机械波，对多种工况都适用，本装置装置通过超声波对垃圾进行定位，节约了非必要的时间，提高了工作效率。

定位后控制器驱动行进机构加速行驶到垃圾处，控制器控制各伸缩式装置固定吸附脚9伸长，通过各固定吸附脚9将装置本体固定在垃圾位置处。

S3、对垃圾形态进行识别，具体地本实施例中是通过红外线对垃圾位移距离进行测量，判断垃圾是否为顽固垃圾。

判断垃圾是否为顽固垃圾的步骤为：

对于无水工况，红外线探测垃圾在管道内壁上，即可判定该垃圾是顽固垃圾。

对于有水工况，通过红外线对垃圾位移进行探测，如果垃圾随水流没有相对位移，即可判定该垃圾是顽固垃圾。具体原理为：红外线在t时刻测得装置本体与垃圾距离为X₁，t+1时刻测得装置本体与垃圾距离为X₃，t+1时刻装置本体前进距离为X₂；若X₃＝X₁-X₂，表明垃圾在装置本体前进过程中垃圾没有随水流发生位移，判定该垃圾为顽固垃圾；若X₃>X₁-X₂，表明垃圾在装置本体前进过程中垃圾随水流发生位移，判定该垃圾为普通垃圾。

S4、若垃圾为紧贴管道壁的顽固垃圾，则向管道内喷射清洗剂，并结合超声波震荡作用对垃圾进行分解、清洗，进入步骤S5；若垃圾为普通垃圾，则直接进入步骤S5；

S5、根据管道垃圾所处的工况，采用不同的方式对管道内垃圾进行清理。

步骤S5中，对管道垃圾工况进行判断后，采用以下步骤对垃圾进行清理：

在无水工况下，垃圾通过移动过程中的收集罩4进行收集，收集罩4上的抓柄将垃圾收入其内部，接着垃圾通过漏斗状收缩口进入垃圾收集箱，随同装置本体一起带出。

在有水有压工况下，垃圾清理后都随管道内水流流出。

有水无压工况下，属于紧贴管壁垃圾以及水流可携带垃圾均随水流流出，不属于紧贴管壁垃圾以及水流可携带垃圾同样被收入收集罩4，接着垃圾通过漏斗状收缩口进入垃圾收集箱，随同装置本体一起带出。

实施例2

本实施例公开了一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置，结合图4至图9所示，包括装置本体、底座14、供电模块、控制器、行进机构、识别定位机构、工况检测机构、清理机构、收集机构、粉碎机构。

装置本体设置在管道内。底座14设置在装置本体的底端。

供电模块设置在底座14的内部，用于为装置整体提供电能，供电模块为电池组供电模块。底座14上设有开关按钮15，按下开关按钮使得装置整体能够通过供电模块进行供电，再次按下开关按钮供电模块不再对装置整体进行供电。

控制器设置在底座14的内部，用于控制装置整体运行。本发明中的控制器为单片机或可编程PLC控制器。

行进机构设置在装置本体的中部，与管道内壁相接触并在控制器的控制下沿管道内壁行进，行进机构的受控端连接于控制器的输出端。

本发明中的行进机构包括电机12、主轴、蜗轮蜗杆传动组件、转向轴、转向结构、小滑轮8。

电机12通过电池组进行供电，电机12的外侧设置有电机外壳13，电机12的输出轴端与主轴相连接，主轴的外侧设置有主轴外壳11，主轴外壳11与垃圾收集箱6互不连通。

本发明主轴与转向轴之间通过蜗轮蜗杆传动组件传动连接，通过蜗轮蜗杆传动组件实现转动方向的改变，其中蜗轮键连接于主轴上，蜗杆与转向轴同轴设置且蜗杆与蜗轮相配装。转向轴外侧设置有转向轴壳体。

转向结构包括分别设置在转向轴的两端的两个第一锥齿轮，两个第一锥齿轮分别啮合设置一个第二锥齿轮，两个第二锥齿轮分别通过一滑轮转轴设置在壳体上，两个滑轮转轴上分别键连接一小滑轮8，转向轴转动时能够带动两个小滑轮8转动，进而实现在管道内移动的目的。

识别定位机构设置在装置本体前端，识别定位机构的输出端连接于控制器的输入端。本实施例中的识别定位机构用于识别垃圾高度与长度范围，以判定垃圾是否满足粉碎条件。

本实施例中的识别定位机构包括第二压力传感器17，第二压力传感器17设置有若干个，分别间隔设置在收集罩4的前端，第二压力传感器的输出端连接于控制器的输入端。第二压力传感器与垃圾相接触后将测得压力值反馈至控制器，由控制器生成H-P图像，进而识别垃圾高度与长度范围，判定垃圾是否满足粉碎条件。

工况检测机构用于对管道内压力值进行检测，并将检测到的管道压力值反馈至控制器，通过控制器对管道内的工况进行判断。

工况检测机构包括第一压力传感器，第一压力传感器设置有若干个，分别对称设置在装置本体上两侧，用于检测管道内压力状况，第一压力传感器的输出端连接于控制器的输入端。

本实施例中第一压力传感器共设置有六组，装置本体的两侧各设置有三组。

清理机构，用于根据工况，采用与工况相应的清理方式对管道内垃圾进行清理。清理机构包括收集罩4、清洗剂喷头1、清洗剂喷射系统和超声振荡器。

收集罩4设置在装置本体的前端，能够对管道内垃圾进行收取。

清洗剂喷头1设置有若干个，分别间隔设置在收集罩4的前端。清洗剂喷射系统设置在收集罩4的内部，并与各清洗剂喷头1相连通，清洗剂喷射系统的受控端连接于控制器的输出端。本实施例中的收集罩4的内腔设置为中空状，清洗剂喷射系统设置在收集罩4的内腔中，且收集罩4的内腔中充满清洗剂。

超声振荡器设置有若干个，且分别间隔设置在收集罩4的前端，用于发出超声波，通过超声波振荡的方式实现对垃圾的清理，超声振荡器的受控端连接于控制器的输出端。

本实施例清理机构还可包含搅拌刷清理机构，搅拌刷清理机构设置在装置本体上，并在控制器的控制下对管道进行清扫，搅拌刷清理机构的受控端连接于控制器的输出端。本实施例中的搅拌刷清理机构可直接设置在行进机构的主轴上，包括连接设置在主轴上的若干搅拌辊和清扫刷。

收集机构，用于对管道内垃圾进行收取。收集机构包括垃圾收集箱6。垃圾收集箱6设置在装置本体内部，并与收集罩4之间通过若干漏斗状缩口5相连通。通过搅拌刷清理管壁扰动管道内水流将沉积在管道底壁的垃圾以及体积不大的垃圾顺水流携带流出。垃圾收集箱6上设置有能够开合的垃圾出口，当装置完成对垃圾的收集后可打开垃圾出口将垃圾排出。

本实施例还包括粉碎机构，用于根据识别定位机构识别信息对垃圾进行粉碎，粉碎机构的受控端连接于控制器的输出端。粉碎机构包括设置在收集罩4内的若干粉碎刀片以及与粉碎刀片相连接的粉碎轴，粉碎轴伸入至主轴壳体内部，并连接设置有粉碎电机，粉碎电机与主轴之间通过隔板相隔开。

本实施例还包括定位机构，在装置本体移动至特定位置时，可通过定位机构定位至管道内，以便于进行对垃圾进行定点清理。定位机构包括伸缩式装置固定吸附脚9，装置本体的两端分别对称设置有若干组伸缩式装置固定吸附脚9，每组伸缩式装置固定吸附脚9均包括微型液压推杆及吸附盘，微型液压推杆的受控端连接于控制器的输出端。其中吸附盘上开设有若干排气孔，便于在压动吸附盘时，将吸附盘内部的水流或气体排出，更好地吸附于管道内壁上。当装置本体移动至垃圾所在位置时，微型液压推杆伸长，进而使得吸附盘定位至管道内壁上。

本实施例还公开了一种适用于多工况管道垃圾定点清理方法，该方法基于一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置进行，包括以下步骤：

S1、通过工况检测机构输出的压力值判断管道垃圾所处的工况。

步骤S1具体包括以下步骤：

将装置本体一侧的三组第一压力传感器检测到的压力值带入以下公式：

式中，A₁、B₁、C₁分别为管道上壁三处第一压力传感器测得的压力值，P₁为管道上壁三处第一压力传感器所测压力值的平均值；

将装置本体另一侧的三组第一压力传感器检测到的压力值带入以下公式：

式中，A₂、B₂、C₂分别为管道下壁三处第一压力传感器测得的压力值，P₂为管道下壁三处第一压力传感器所测压力值的平均值。

由于在实际中，不同工况所测得压力值是不同的，所以可以反知清理垃圾的工况是无水、有水有压、无水无压中哪一种，进而执行不同的清理程序，判断依据如下：

当P₁＝0且P₂＝0，则管道垃圾清理为工况1：无水；

当P₁≠0且P₂≠0，则管道垃圾工况为工况2；有水有压；

当P₁＝0而P₂≠0则管道垃圾工况为工况3；有水无压。具体是由于在装置两侧各有三组压力传感器，带入公式得装置本体与管道上壁处为压力计算值P₁，装置本体与管道上壁处为压力计算值P₂，如果P₁＝0而P₂≠0，说明管道内的水未能将管道充满，即整个管道内有水但是是无压的。

根据以上判断条件确定此时装置处于三种垃圾清理工况中的哪一种。

S2、得知垃圾清理工况后，对管道内垃圾进行定位，装置本体沿着管道移动至定位垃圾处。

定位后控制器驱动行进机构加速行驶到垃圾处，控制器控制各伸缩式装置固定吸附脚9伸长，通过各伸缩式装置固定吸附脚9将装置本体固定在垃圾位置处。

S3、工况确定后，对于有水有压、有水无压工况，对垃圾形态进行识别，具体地本实施例中是通过第二压力传感器对垃圾长度与宽度进行识别，判断垃圾是否为判断垃圾是否需要粉碎。

判断垃圾是否需要粉碎的步骤为：

S30、将识别部分检测到的压力值绘制H-P线，将实测压力线与理论压力线配线，从图像中找出实测压力线与理论压力线第一次不重合点与最后一次不重合点，两点范围内为垃圾存在处。

该步骤具体包括以下步骤：

在有水有压、有水无压工况：在装置前进过程中若无垃圾时，压力线呈线性，若当清理装置靠近垃圾时，压力曲线会由出现非线性曲线段，根据下列能能量方程：

其中：z₁代表单位重量液体的位能，

为i、j过水断面上单位重量液体所具有的平均压能，

为i、j过水断面上单位重量液体所具有的平均动能，h_wi-j为从i-j过水断面上水头损失。

由压力传感器测得数据绘图，将理论压力值与实际压力值代入下列公式计算：

其中：Q_t，u，Q_t，e分别为u时刻和e时刻的P-H坐标点上的压力值，

为平均测得压力值，效率范围α从-∞到1。本质上，α越接近1，实际线与理论线重合程度越好。

S31、由于垃圾体积过大不仅会影响排水速度，还会给增加前进阻力，降低装置前进速度，增加垃圾清理时间，因此，需要将垃圾最大高度与管道直径比较。通过公式算得垃圾最大高度，再根据垃圾最大高度与2/3管道直径相比，判断是否需要进行垃圾粉碎。

若垃圾最大高度>2/3管道直径，需要对垃圾进行粉碎处理；若垃圾最大高度<2/3管道直径，不需要对垃圾进行粉碎处理。

结合图9所示，其中，a1为垃圾第一次与垃圾清理装置接触点，n1为垃圾第一次与垃圾清理装置接触点，x_n1-x_a1为垃圾长度，代入公式h_max＝max[(h_b1-h_b2)，(h_c1-h_c2)(h_d1-h_d)(h_e1-h_e2).........]计算垃圾最大高度h_max。

若

垃圾进行粉碎处理；

若

不需要进行垃圾处理。

S4、若垃圾需要粉碎，则通过粉碎机构对垃圾进行粉碎，进入步骤S5；若垃圾不需要粉碎，则直接进入步骤S5；

S5、根据管道垃圾所处的工况，采用不同的方式对管道内垃圾进行清理。

步骤S5中，对管道垃圾工况进行判断后，采用以下步骤对垃圾进行清理：

在无水工况下，垃圾通过移动过程中的收集罩4进行收集，收集罩4上的抓柄将垃圾收入其内部，接着垃圾通过漏斗状收缩口进入垃圾收集箱，随同装置本体一起带出。

在有水有压工况下，垃圾清理后都随管道内水流流出。

有水无压工况下，属于紧贴管壁垃圾以及水流可携带垃圾均随水流流出，不属于紧贴管壁垃圾以及水流可携带垃圾同样被收入收集罩4，接着垃圾通过漏斗状收缩口进入垃圾收集箱，随同装置本体一起带出。

在上述垃圾所处的工况中，通过搅拌刷清理管壁，扰动管道内水流将沉积在管道底壁的垃圾以及体积不大的垃圾顺水流携带流出。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置，其特征在于，包括：

装置本体，设置在管道内；

底座(14)，设置在装置本体的底端；

供电模块，设置在底座(14)的内部，用于为装置整体提供电能；

控制器，设置在底座(14)的内部，用于控制装置整体运行；

行进机构，设置在装置本体的中部，与管道内壁相接触并在控制器的控制下沿管道内壁行进；

识别定位机构，设置在装置本体前端，识别定位机构的输出端连接于控制器的输入端；所述识别定位机构用于识别定位各时刻垃圾所在位置，以判定垃圾是否为顽固垃圾；和/或所述识别定位机构用于识别垃圾高度与长度范围，以判定垃圾是否满足粉碎条件；

工况检测机构，用于对管道内压力值进行检测，并将检测到的管道压力值反馈至控制器，通过控制器对管道内的工况进行判断；

清理机构，用于根据工况，采用与工况相应的清理方式对管道内垃圾进行清理；

收集机构，用于对管道内垃圾进行收取；

和/或粉碎机构，用于根据识别定位机构识别信息对垃圾进行粉碎，粉碎机构的受控端连接于控制器的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置，其特征在于，所述清理机构包括：

收集罩(4)，设置在装置本体的前端，能够对管道内垃圾进行收取；

若干清洗剂喷头(1)，分别间隔设置在收集罩(4)的前端；

清洗剂喷射系统，设置在收集罩(4)的内部，并与各清洗剂喷头(1)相连通，清洗剂喷射系统的受控端连接于控制器的输出端；

若干超声振荡器，分别间隔设置在收集罩(4)的前端，用于发出超声波，通过超声波振荡的方式实现对垃圾的清理，超声振荡器的受控端连接于控制器的输出端；

和/或搅拌刷清理机构，设置在装置本体上并在控制器的控制下对管道进行清扫，搅拌刷清理机构的受控端连接于控制器的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置，其特征在于，所述收集机构包括：

垃圾收集箱(6)，设置在装置本体内部，并与收集罩(4)之间相连通；所述垃圾收集箱(6)上设置有能够开合的垃圾出口。

4.根据权利要求1所述的一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置，其特征在于，所述工况检测机构包括：

若干第一压力传感器，分别对称设置在装置本体上两侧，用于检测管道内压力状况，第一压力传感器的输出端连接于控制器的输入端。

5.根据权利要求2所述的一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置，其特征在于，所述识别定位机构包括：

若干超声波收发器(2)，分别间隔设置在收集罩(4)的前端，超声波收发器(2)的输出端连接于控制器的输入端；

若干红外线检测仪(3)，分别间隔设置在收集罩(4)的前端，用于通过红外线探测的方式来对垃圾位移进行检测，以判定出垃圾是否为顽固垃圾，红外线检测仪(3)的输出端连接于控制器的输入端；

和/或若干第二压力传感器，分别间隔设置在收集罩(4)的前端，第二压力传感器的输出端连接于控制器的输入端；所述第二压力传感器与垃圾相接触后将测得压力值反馈至控制器，由控制器生成H-P图像，进而识别垃圾高度与长度范围，判定垃圾是否满足粉碎条件。

6.一种适用于多工况管道垃圾定点清理方法，其特征在于，所述方法基于如权利要求1至5任意一项所述的一种适用于多工况管道垃圾定点清理装置进行，包括以下步骤：

S1、通过工况检测机构输出的压力值判断管道垃圾所处的工况；

S2、得知垃圾清理工况后，对管道内垃圾进行定位，装置本体沿着管道移动至定位垃圾处；

S3、对垃圾形态进行识别；

判断垃圾是否为顽固垃圾；和/或判断垃圾是否需要粉碎；

S4、若垃圾为顽固垃圾，则喷射清洗剂并结合超声波震荡作用对垃圾进行分解，进入步骤S6；若垃圾为普通垃圾，则直接进入步骤S6；

S5、若垃圾需要粉碎，则通过粉碎机构对垃圾进行粉碎，进入步骤S6；若垃圾不需要粉碎，则直接进入步骤S6；

S6、根据管道垃圾所处的工况，采用不同的方式对管道内垃圾进行清理。

7.根据权利要求6所述的一种适用于多工况管道垃圾定点清理方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：

将装置本体一侧的三组第一压力传感器检测到的压力值带入以下公式：

式中，A₁、B₁、C₁分别为管道上壁三处第一压力传感器测得的压力值，P₁为管道上壁三处第一压力传感器所测压力值的平均值；

将装置本体另一侧的三组第一压力传感器检测到的压力值带入以下公式：

式中，A₂、B₂、C₂分别为管道下壁三处第一压力传感器测得的压力值，P₂为管道下壁三处第一压力传感器所测压力值的平均值；

当P₁＝0且P₂＝0，则管道垃圾清理为工况1：无水；

当P₁≠0且P₂≠0，则管道垃圾工况为工况2；有水有压；

当P₁＝0而P₂≠0则管道垃圾工况为工况3；有水无压。

8.根据权利要求7所述的一种适用于多工况管道垃圾定点清理方法，其特征在于，所述步骤S6中，对管道垃圾工况进行判断后，采用以下步骤对垃圾进行清理：

在无水工况下，垃圾通过移动过程中的收集罩(4)进行收集，接着垃圾进入垃圾收集箱，随同装置本体移动带出；

在有水有压工况下，垃圾清理后都随管道内水流流出；

有水无压工况下，属于紧贴管壁垃圾以及水流可携带垃圾均随水流流出，不属于紧贴管壁垃圾以及水流可携带垃圾被收集罩(4)收集，接着垃圾进入垃圾收集箱，随同装置本体移动带出。

9.根据权利要求7所述的一种适用于多工况管道垃圾定点清理方法，其特征在于，判断垃圾是否为顽固垃圾的步骤为：

对于无水工况，红外线探测垃圾在管道内壁上，即可判定该垃圾是顽固垃圾；

对于有水工况，通过红外线对垃圾位移进行探测，如果垃圾随水流没有相对位移，即可判定该垃圾是顽固垃圾。

10.根据权利要求6所述的一种适用于多工况管道垃圾定点清理方法，其特征在于，判断垃圾是否需要粉碎的步骤为：

将识别部分检测到的压力值绘制H-P线，将实测压力线与理论压力线配线，找出配线图中非线性段垃圾最高点与最低点，即为垃圾范围；

计算垃圾最大高度，再根据垃圾最大高度与2/3管道直径相比，判断是否需要进行垃圾粉碎；

若垃圾最大高度>2/3管道直径，需要对垃圾进行粉碎处理；若垃圾最大高度<2/3管道直径，不需要对垃圾进行粉碎处理。

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