CN114798617B - 一种管道清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道清洁机器人，包括支撑机构、移动清洁机构和驱动机构。支撑机构包括机体、前端盖和后端盖，机体内设置有第一支撑架、第二支撑架和第三支撑架。移动清洁机构包括位于机体头部和尾部的刷子。驱动机构包括动力腔、推块、推杆、永磁铁、复位弹簧、电磁铁、橡胶套、第一橡胶块、第二橡胶块、第一导线、第二导线、电源和控制板。动力腔的后侧安装有电源和控制板，控制板通过第一导线与电磁铁相连接，控制板通过控制电路周期性的通断来控制电磁铁的运动。动力腔的前侧安装有永磁铁，永磁铁和电磁铁之间设有复位弹簧。本发明的管道清洁机器人结构简单，成本低廉，操作方便，能适应不同内径的管道，清洁管道内壁效率高。

Description

一种管道清洁机器人

技术领域

本发明属于管道清洁设备技术领域，具体地涉及一种管道清洁机器人。

背景技术

管道因其自身独特的特点，广泛应用于多行业、多领域。在某些特殊场合，对管道内壁的要求高，管道内壁需要保持一定的清洁度，不能出现灰尘及异物，但是管道由于长期使用都不可避免的会发生内壁附着各种污染物，对生产生活产生巨大的影响，因此，需要定期对管道内壁进行清洁，管道清洁机器人应运而生。

但是，现有的管道清洁机器人存有结构复杂，清除效率低的不足，且不能在变径的管道内作业，一定程度上影响清除效果，因此需要设计一种能解决上述问题的管道清洁机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管道清洁机器人，该管道清洁机器人结构简单，成本低廉，操作方便，作业效率高，用于清洁管道内部，能适应不同内径的管道，有效地清洁管道内壁。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种管道清洁机器人，包括：支撑机构、移动清洁机构和驱动机构。

所述支撑机构包括机体、第一支撑架、第二支撑架、第三支撑架、前端盖和后端盖。所述机体是本管道清洁机器人各机构的装配基础，呈圆筒状，内部为空心结构，头部和尾部相通，由塑料制成，所述机体上安装有十个紧固件，所述紧固件在所述机体侧面呈对称分布，两侧各有五个。所述机体头部安装有前端盖，所述前端盖通过所述紧固件连接在所述机体上，所述前端盖可以保护机体内部机构，避免被管道中的碎屑及杂物所干扰，所述机体尾部安装有后端盖，所述后端盖通过所述紧固件连接在所述机体上。所述机体内部设置有第一支撑架、第二支撑架和第三支撑架，所述第一支撑架靠近第二支撑架的一侧安装有橡胶垫，所述橡胶垫采用柔性橡胶材料，减震性能好，所述第一支撑架、所述第二支撑架和所述第三支撑架依次分布在所述机体内部，并且通过所述紧固件连接在所述机体上。

所述移动清洁机构为位于机器人头部和尾部的刷子，本管道清洁机器人将清洁机构和移动机构一体化，采用所述移动清洁机构，简化了该机器人的整体结构。所述刷子的前侧安装有顶盖，所述顶盖由塑料制成，呈半球状，减轻了机器人的重量，并且在运动过程中可以保持机器人笔直，所述刷子的中心部分焊接有一个螺母，并且通过所述螺母连接在前端盖上。

所述驱动机构包括动力腔、推块、推杆、永磁铁、复位弹簧、电磁铁、橡胶套、第一橡胶块、第二橡胶块、第一导线、第二导线、电源和控制板。所述动力腔呈圆筒状，内部为空心结构，固定在第二支撑架和第三支撑架之间，所述动力腔内部的后侧安装有电源，用以给电路供电，所述电源通过第二导线与控制板相连接，所述控制板具有周期性，通过控制电路的通断来控制电磁铁的运动。所述控制板通过第一导线与所述电磁铁相连接，所述第一导线具有足够的长度，可以保证驱动机构的正常运作。所述电磁铁安装在动力腔内部，其外侧设置有橡胶套，并且通过所述橡胶套在所述动力腔内部来回滑动，所述电磁铁后侧紧贴着设置有第二橡胶块，所述第二橡胶块紧贴着安装在所述动力腔内部。所述推杆位于电磁铁的前侧，并且一端紧紧固定在所述电磁铁的中心，另一端穿过永磁铁和第二支撑架与推块相连接，所述推块位于所述第二支撑架的前侧，所述永磁铁紧紧固定在所述第二支撑架和第一橡胶块之间，所述第一橡胶块紧贴着安装在所述动力腔内部。所述推杆的外侧设置有复位弹簧，所述复位弹簧一端与所述电磁铁相连接，另一端与所述永磁铁相连接。所述复位弹簧采用合金钢材料，弹性强，具有足够的弹性变形能力，能承受较大的载荷，从而保证驱动机构的正常运作。

作为优选，规定顶盖所在一侧为机器人的头部，另一侧为机器人的尾部。

作为优选，所述管道清洁机器人头部的顶盖、机体、第一支撑架、第二支撑架、第三支撑架、前端盖和后端盖由塑料制成。

作为优选，所述机体依此分别和前端盖、第一支撑架、第二支撑架、第三支撑架和后端盖之间各安装有两个紧固件，共十个。

作为优选，所述清洁机构和移动机构通过螺母分别连接在前端盖和后端盖上。

作为优选，所述管道清洁机器人利用刷子进行移动。

作为优选，所述管道清洁机器人的头部和尾部可通过螺母安装不同尺寸的刷子。

作为优选，所述橡胶垫、第一橡胶块和第二橡胶块均采用柔性橡胶材料。

作为优选，所述驱动机构中电磁铁和永磁铁呈圆盘状，且电磁铁和永磁铁的轴线与推杆和推块的轴线在同一条直线上。

作为优选，所述第一支撑架和永磁铁中心分别开通有圆孔，所述推杆分别穿过两个圆孔。

作为优选，所述永磁铁和电磁铁之间安装有复位弹簧，且复位弹簧环绕设置在推杆外侧。

作为优选，所述复位弹簧采用合金钢材料，弹性强，具有很高的抗疲劳性能，保证了弹簧具有足够的弹性变形能力并能承受较大的载荷。

作为优选，所述驱动机构采用了具有周期性的控制板来作为电磁铁电路通断的控制器。

所述管道清洁机器人工作模式如下：

步骤一、将该管道清洁机器人放入待清洁管道中，其中，顶盖所在的一端朝向管道里面，另一端朝向管道外面。工作时，电源会进行通电，为整个电路供电，电源通过第二导线将电流传送至控制板，接着，控制板作为电磁铁电路通断的控制器，会打开电路将电流传送给电磁铁。

步骤二、电磁铁在通电后会具有磁性，此时，电磁铁和永磁铁之间会产生磁吸引力，在磁吸引力的作用下，电磁铁的位置发生改变，通过橡胶套在动力腔内部向着永磁铁的方向快速滑动。由于受到第一橡胶块的限制作用，整个过程中永磁铁的位置保持不变。在电磁铁进行移动的同时，与电磁铁相连接的推杆也随之进行移动，此时复位弹簧处于压缩状态，在推杆的作用下，推块会被推向第一支撑架上的橡胶垫，直到推块和橡胶垫相撞，此时，通过两者的碰撞产生了机器人运动所需的能量，在冲击力的作用下机器人向前移动，进行清洁作业。

步骤三、在机器人完成第一次移动清洁作业后，控制板会断开电路，从而导致电磁铁也发生断电，进而失去磁性。此时，处于压缩状态的复位弹簧将发挥作用，电磁铁会在复位弹簧的弹力作用下被推回初始位置。当电磁铁回到初始位置时，控制板会接收到信号重新打开电路开关，将电传送给电磁铁，从而进行下一次机器人的运动，持续作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明结构简单，体积较小，重量较轻，只使用了一部电源和控制板作为动力源。

2、本发明机器人使用刷子进行移动，同时利用刷子清洁管道内壁，避免了采用轮子导致管道内打滑现象的发生。

3、本发明机器人可以通过安装不同尺寸的刷子，来适应不同内径的管道，应用范围广。

4、本发明中驱动机构内部的推杆外侧设置有复位弹簧，在断开动力时，可以使推杆、推块和电磁铁进行自动复位，提高了清洁作业效率。

5、本发明采用具有周期性的控制板来作为电磁铁通断的控制器，在机器人完成一次移动和清洁任务后，控制板会断开电源和电磁铁之间的电路，此时通过复位弹簧将电磁铁推回初始位置，高效节能，降低了机器人的运行成本。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中机器人运动原理的初始运动状态示意图；

图3是本发明中机器人运动原理的第一运动阶段示意图；

图4是本发明中机器人运动原理的第二运动阶段示意图；

图5是本发明中机器人运动原理的第三运动阶段示意图；

图6是本发明中机器人可安装不同直径的刷子示意图。

图中：1、顶盖；2、刷子；3、螺母；4、前端盖；5、紧固件；6、第一支撑架；7、橡胶垫；8、机体；9、推块；10、第二支撑架；11、永磁铁；12、第一橡胶块；13、复位弹簧；14、动力腔；15、推杆；16、电磁铁；17、橡胶套；18、第二橡胶块；19、第一导线；20、第二导线；21、电源；22、控制板；23、第三支撑架；24、后端盖；25、管道。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如图1所示，一种管道清洁机器人，包括：支撑结构、移动清洁机构和驱动机构。其中：所述支撑机构包括机体8、第一支撑架6、第二支撑架10、第三支撑架23、前端盖4和后端盖24。所述机体8是本管道清洁机器人各机构的装配基础，呈圆筒状，内部为空心结构，头部和尾部相通，可由塑料制成。所述机体8上安装有十个紧固件5，所述紧固件5在所述机体8两侧呈对称分布，每侧各有五个。所述机体8头部安装有前端盖4，所述前端盖4通过所述紧固件5连接在所述机体8上，所述前端盖4可以保护机体8内部机构，避免被管道中的碎屑及杂物所干扰，所述机体8尾部安装有后端盖24，所述后端盖24通过所述紧固件5连接在所述机体8上。所述机体8内部设置有第一支撑架6、第二支撑架10和第三支撑架23，所述第一支撑架6靠近第二支撑架10的一侧安装有橡胶垫7，所述橡胶垫7采用柔性橡胶材料，减震性能好，所述第一支撑架6、所述第二支撑架10和所述第三支撑架23依次分布在所述机体8内部，并且通过所述紧固件5连接在所述机体8上。

如图1所示，所述移动清洁机构包括位于机器人头部和尾部的刷子2。本管道清洁机器人将清洁机构和移动机构一体化，采用所述移动清洁机构，简化了该机器人的整体结构。所述刷子2的前侧安装有顶盖1，所述顶盖1由塑料制成，呈半球状，减轻了机器人的重量，并且在运动过程中可以保持机器人笔直，所述刷子2的中心部分焊接有一个螺母3，并且通过所述螺母3连接在前端盖4上。

如图1所示，所述驱动机构包括推块9、永磁铁11、第一橡胶块12、复位弹簧13、动力腔14、推杆15、电磁铁16、橡胶套17、第二橡胶块18、第一导线19、第二导线20、电源21和控制板22。所述动力腔14呈圆筒状，内部为空心结构，固定在第二支撑架10和第三支撑架23之间，所述动力腔14内部的后侧安装有电源21，用以给电路供电，所述电源21通过第二导线20与控制板22相连接，所述控制板22具有周期性，通过控制电路的通断来控制电磁铁16的运动。所述控制板22通过第一导线19与所述电磁铁16相连接，所述第一导线19具有足够的长度，可以保证驱动机构的正常运作。所述电磁铁16安装在动力腔14内部，其外侧设置有橡胶套17，并且通过所述橡胶套17在所述动力腔14内部来回滑动，所述电磁铁16后侧紧贴着设置有第二橡胶块18，所述第二橡胶块18紧贴着安装在所述动力腔14内部。所述推杆15位于电磁铁16的前侧，并且一端紧紧固定在所述电磁铁16的中心，另一端穿过永磁铁11和第二支撑架10与推块9相连接，所述推块9位于所述第二支撑架10的前侧，所述永磁铁11紧紧固定在所述第二支撑架10和第一橡胶块12之间，所述第一橡胶块12紧贴着安装在所述动力腔14内部。所述推杆15的外侧设置有复位弹簧13，所述复位弹簧13一端与所述电磁铁16相连接，另一端与所述永磁铁11相连接。所述复位弹簧13采用合金钢材料，弹性强，具有足够的弹性变形能力，能承受较大的载荷，从而保证驱动机构的正常运作。

图2、图3、图4和图5是机器人的运动原理图，该管道清洁机器人运动的主要原理依赖于惯性步进原理，该原理基于物体碰撞，通过碰撞产生动力来驱动机器人向前运动。其中：图2是机器人运动原理的初始运动状态示意图；图3是机器人运动原理的第一运动阶段示意图；图4是机器人运动原理的第二运动阶段示意图；图5是机器人运动原理的第三运动阶段示意图；图中的虚线代表机器人运动的初始位置。

具体的，机器人的运动包括三个阶段，第一阶段：在受到驱动力的作用下，电磁铁16通过推杆15推动推块9向前快速移动，直到碰到橡胶垫7，此时，机器人的运动状态由图2变为图3；第二阶段：推块9和橡胶垫7碰撞后会产生冲击力，推动机器人向前移动，此时机器人的运动状态如图4所示；第三阶段：机器人在进行移动时，控制板22会断开电磁铁16和电源21之间的电路，从而断开动力来源，在完成移动任务后，推块9、推杆15和电磁铁16会在复位弹簧13的作用下自动复位，此时，机器人的运动状态如图5所示。控制板22具有周期性，通过以特定频率重复这三个运动阶段，使机器人向前移动，进行清洁作业。

图6是本实施例提供的两种不同直径的刷子2，分别为直径d₁和直径d₂,通常，不同场合的管道25的内径会有所不同，刷子2需要紧贴管道内壁，有利于管道清洁机器人依靠刷子2在管道25内向前移动。可通过安装不同直径的刷子2来清洁相适应内径的管道25，以达到高效作业的效果。具体为：当刷子2的直径和管道25的内径不相匹配时，拧开刷子下方的螺母3，将刷子2从固定在机体8头部的前端盖4和固定在机体8尾部的后端盖24上卸下来，然后将合适直径的刷子2通过螺母3拧到密封机体8的前端盖4和后端盖24上，当刷子2的直径比管道25的内径长时，还可以通过切割刷毛的长度以改变刷子2的整体直径，来适应管道25的内径，从而可以顺利地进行清洁作业。

作为优选，如图1所示，所述机体8依此分别和前端盖4、第一支撑架6、第二支撑架10、第三支撑架23和后端盖24之间各安装有两个紧固件5，共十个。

作为优选，如图1所示，所述清洁机构和移动机构通过螺母3分别连接在前端盖4和后端盖24上。

作为优选，如图1所示，所述驱动机构中电磁铁16和永磁铁11呈圆盘状，且电磁铁16和永磁铁11的轴线与推杆15和推块9的轴线在同一条直线上。

作为优选，如图1所示，所述第一支撑架6和永磁铁11中心分别开通有圆孔，所述推杆15分别穿过两个圆孔。

作为优选，如图1所示，所述永磁铁11和电磁铁16之间安装有复位弹簧13，且复位弹簧13环绕设置在推杆15外侧。

作为优选，如图1所示，所述驱动机构采用了具有周期性的控制板22来作为电磁铁16电路通断的控制器。

该管道清洁机器人的工作模式具体如下：

步骤一、将该管道清洁机器人放入待清洁管道25中，其中，顶盖1所在的一端朝向管道25里面，另一端朝向管道25外面。工作时，电源21会进行通电，为整个电路供电，电源21通过第二导线20将电流传送至控制板22，接着，控制板22作为电磁铁16电路通断的控制器，会打开电路将电流传送给电磁铁16。

步骤二、电磁铁16在通电后会具有磁性，此时，电磁铁16和永磁铁11之间会产生磁吸引力，在磁吸引力的作用下，电磁铁16的位置发生改变，通过橡胶套17在动力腔14内部向着永磁铁11的方向快速滑动。由于受到第一橡胶块12的限制作用，整个过程中永磁铁11的位置保持不变。在电磁铁16进行移动的同时，与电磁铁16相连接的推杆15也随之进行移动，此时复位弹簧13处于压缩状态，在推杆15的作用下，推块9会被推向第一支撑架6上的橡胶垫7，直到推块9和橡胶垫7相撞，此时，通过两者的碰撞产生了机器人运动所需的能量，在冲击力的作用下机器人依靠刷子2在管道内向前移动，同时利用刷子2清洁管道25，完成清洁作业。

步骤三、在机器人完成第一次移动清洁作业后，控制板22会断开电路，从而导致电磁铁16也发生断电，进而失去磁性。此时，处于压缩状态的复位弹簧13将发挥作用，电磁铁16会在复位弹簧13的弹力作用下被推回初始位置。当电磁铁16回到初始位置时，控制板22会接收到信号重新打开电路开关，将电传送给电磁铁16，从而进行下一次机器人的运动，持续作业。

以上是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不应局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此本发明的保护范围应以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种管道清洁机器人，包括支撑机构、移动清洁机构和驱动机构；其特征在于：

所述支撑机构包括机体、第一支撑架、第二支撑架、第三支撑架、前端盖和后端盖，所述第一支撑架、第二支撑架、第三支撑架依次设置在机体内部；所述前端盖和后端盖分别连接在机体头部和尾部；

所述移动清洁机构包括位于机器人头部和尾部的刷子；

所述驱动机构包括动力腔、推块、推杆、永磁铁、复位弹簧、电磁铁、橡胶套、第一橡胶块、第二橡胶块、第一导线、电源和控制板；所述控制板通过第一导线与电磁铁相连接；所述动力腔内部的前侧安装有永磁铁，永磁铁和电磁铁之间设有复位弹簧；

所述动力腔呈圆筒状，内部为空心结构，固定在第二支撑架和第三支撑架之间；

所述动力腔内部的后侧安装有电源与控制板，所述控制板通过第一导线与电磁铁相连接；

所述电磁铁安装在动力腔中部，通过动力腔内部安装的第二橡胶块，设定电磁铁的初始位置；

所述电磁铁外侧通过橡胶套在动力腔内部来回滑动；

所述推块位于第二支撑架的前侧；所述永磁铁固定在第二支撑架和第一橡胶块之间，第一橡胶块紧贴着安装在动力腔内部；

所述推杆位于电磁铁的前侧，一端固定安装在所述电磁铁的中心，另一端穿过所述永磁铁和第二支撑架与推块相连接。

2.根据权利要求1所述的一种管道清洁机器人，其特征在于：

所述第一支撑架、第二支撑架、第三支撑架、前端盖和后端盖通过紧固件固定在所述机体上；所述紧固件在机体两侧呈对称分布，两侧各有五个；

所述第一支撑架靠近第二支撑架的一侧安装有橡胶垫，橡胶垫采用柔性橡胶材料。

3.根据权利要求1所述的一种管道清洁机器人，其特征在于：

所述机器人头部的刷子前侧安装有顶盖，呈半球状，通过螺母连接在所述前端盖上。

4.根据权利要求1所述的一种管道清洁机器人，其特征在于：

所述第二支撑架和永磁铁中心分别开通有圆孔。

5.根据权利要求1所述的一种管道清洁机器人，其特征在于：

所述电磁铁和永磁铁呈圆盘状，且电磁铁和永磁铁的轴线与推杆、推块的轴线在同一条直线上。

6.根据权利要求1所述的一种管道清洁机器人，其特征在于：

所述复位弹簧设置在推杆的外侧。

7.根据权利要求3所述的一种管道清洁机器人，其特征在于：

所述移动清洁机构适应多种不同直径的刷子，通过所述螺母来安装或拆卸。

8.根据权利要求1所述的一种管道清洁机器人，其特征在于：

该机器人的驱动方式为：

步骤一、电源通电，所述控制板作为电磁铁电路通断的控制器，打开电路将电流传送给电磁铁；

步骤二、电磁铁和永磁铁之间会产生磁吸引力，在磁吸引力的作用下，电磁铁的位置发生改变，推动所述推块朝着橡胶垫的方向移动，直到推块和橡胶垫相撞；在冲击力的作用下，机器人依靠刷子在管道内向前移动，同时利用刷子清洁管道内壁，完成清洁作业；

步骤三、控制板断开电路，导致电磁铁发生断电，进而失去磁性；此时，处于压缩状态的复位弹簧发挥作用，电磁铁在复位弹簧的弹力作用下被推回初始位置。

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