CN115138650B - 一种管道机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种管道机器人，属于管道机器人领域；包括机体，所述机体上设有移动机构及清洗机构，移动机构包括多个驱动轮，机体上还设有用于机体在不同内径管道中移动的变径组件，变径组件包括可拆卸变径组件以及自适应变径组件，机体上还设有用于多个驱动轮同步转向的偏转组件，偏转组件包括用于驱动轮转动的舵机，清洗机构包括安装在机体端部的毛刷，且机体端部还安装有带动毛刷转动的旋转组件，以及用于调整多个毛刷偏转角度的调节组件。本发明结构合理，通过变径组件与偏转组件配合使用，大大提高了管道机器人的作业范围，还提高了管道机器人在不同内径管道内作业时的稳定性，优化了对管道内壁的清洗效果。

Description

一种管道机器人
技术领域
本发明涉及管道机器人领域，特别是指一种管道机器人。
背景技术
管道清洗机器人是在传统管道清洗方法，如通沟机清洗法、水利清洗法等成本高，污染大，效果差的方法的基础上提出的一种高效、灵活、清洗效果好的清洗策略。在管道安全日益重要的今天，管道机器人的重要性与发展前景也与日俱增。
目前管道机器人的发展进度缓慢，虽然技术路线多样，有三向立体机器人、管道猪、蠕动型机器人等，但大多都只能满足在特定管道内实现最基础的运动与最简单的需求。
目前市面上的管道机器人变径机构普遍较为简单，大多数管道猪与蠕动机器人甚至没有变径机构，这意味着它们只能面对单一管径的管道，极大地限制了可适用范围与通过性。而即使是带有一定变径机构的三相立体机器人，变径范围也非常有限。此外，目前的管道机器人清洗功能也非常有限。大多只有一种清洗方式，而且清洗方式简陋，无法很好的完成管道内的清洗任务。对于污垢较多，需要强力清洗的管道其清洗力度不够，对于污垢较少，但管面脆弱的管道，其清洗力度过大，易损伤管道，得不偿失。另一方面，单次运动距离也是目前管道清洗机器人的一个巨大的痛点问题。据不完全统计，我国下水道管道间距普遍为200m左右，而对于大多数管道机器人而言，在市政管道中的有效清洗距离只有20m左右，而即使在环境较好的管道中，也只有50m左右的清洁距离。
为此，本申请公开了一种管道机器人来满足长距离不同管径的管道内壁清理需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种管道机器人以解决现有技术中，针对长距离不同管径的管道内壁清理困难等系列问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种管道机器人，包括机体，所述机体上设有移动机构及清洗机构，所述移动机构用于驱动所述机体在管道内移动，并包括与管道内壁紧密接触的多个驱动轮，所述机体上还设有用于所述机体在不同内径管道中移动的变径组件，所述变径组件包括可拆卸变径组件以及自适应变径组件，所述可拆卸变径组件包括安装在所述机体上的多个双头螺柱，所述自适应变径组件包括安装在所述机体上的多组交叉臂，所述机体上还设有用于多个所述驱动轮同步转向的偏转组件，所述偏转组件包括用于驱动所述驱动轮转动的舵机；所述清洗机构包括安装在所述机体端部的多个毛刷，且所述机体的端部还安装有用于带动多个所述毛刷同步转动的旋转组件，以及用于调整多个所述毛刷偏转角度的调节组件。
优选地，所述机体的截面呈正六边形，所述机体的三侧均开设有两个安装槽，多个所述安装槽的上方均设有升降台，多个所述安装槽与对应的所述升降台内均固定安装有位置相对应的固定杆与水平导杆，同一组内的两个所述交叉臂之间转动安装有同一个转轴，且多组所述交叉臂分别位于对应的所述安装槽与所述升降台之间；同一组内的其中一个所述交叉臂的顶端与另一个所述交叉臂的底端分别转动套设在对应的所述固定杆上，且其中一个所述交叉臂的底端与另一个所述交叉臂的顶端分别通过对应的滑块滑动套设在相应的所述水平导杆上。
优选地，多个所述水平导杆上均套设有水平弹簧，多个所述水平弹簧的两端分别抵接在对应的所述交叉臂的一端，与对应的所述安装槽内壁或对应的所述升降台内壁上。
优选地，多个所述升降台的顶端均通过螺栓固定安装有底座，多个所述底座上均安装有固定座，多个所述双头螺柱的一端分别螺纹套接在对应的所述固定座内，且多个所述双头螺柱的另一端均螺纹套接有垂直套筒，所述垂直套筒的另一端转动安装有旋转座，多个所述舵机及所述驱动轮分别安装在对应的所述旋转座上。
优选地，多个所述驱动轮分别通过对应的转动轴转动安装在对应的所述旋转座上，且对应的所述舵机的输出端与相应的转动轴的一端相连接，且所述驱动轮的外径大于所述舵机的外径。
优选地，多个所述垂直套筒的一端内还均固定安装有偏转电机，多个所述偏转电机的输出端固定连接在对应的所述旋转座上。
优选地，多个所述双头螺柱与所述垂直套筒的外壁上均开设有多个分布均匀的防滑槽。
优选地，所述机体的一端开设有环形槽，所述环形槽内转动安装有六边形固定块，所述六边形固定块的一端延伸至所述机体的一侧外并在外壁上固定安装有多个分布均匀的延长座，多个所述延长座上间接连接有用于转动安装多个所述毛刷的清理座。
优选地，所述旋转组件包括用于带动所述六边形固定块转动的旋转电机，所述机体的一端内还开设有电机槽，所述旋转电机固定安装在所述电机槽内，且所述六边形固定块位于所述机体内的一端还固定安装有内齿圈，所述旋转电机的输出端固定套接有与所述内齿圈相啮合的内啮合齿轮。
优选地，所述调节组件包括螺纹套接在多个所述延长座内的螺纹套筒，多个所述螺纹套筒的另一端均滑动套设有滑杆，多个所述滑杆的外壁上均固定连接有多个分布均匀的矩形条，多个所述矩形条分别滑动卡设在对应的所述螺纹套筒内，且多个所述清理座分别安装在对应的所述滑杆的另一端上；多个所述螺纹套筒及所述滑杆上均固定套接有固定盘，且多个所述滑杆上还均套设有垂直弹簧，多个所述垂直弹簧的两端分别抵接在对应的所述固定盘上；所述机体内开设有流水腔体，并与所述六边形固定块及多个所述滑杆、所述清理座和所述毛刷相连通。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，通过更换不同长度的双头螺柱，在大范围上调整管道机器人的整体外径，并在将管道机器人放置进需要作业的管道内后，在多组交叉臂的转动作用下，使得多个水平弹簧处于蓄力压紧状态，从而使得多个驱动轮能够与管道内壁紧密贴合，相较于现有技术，不但大大提高了管道机器人的作业范围，还提高了管道机器人在不同内径管道内作业时的稳定性。
上述方案中，管道机器人通过其端部设置的摄像头识别管道内部状况，并在管道内行走遇到弯道时，机器人可以先分别控制多个偏转电机与舵机独立运转，周向旋转后将自身仪态调整到对应角度，然后根据此仪态的位置确定两条腿的转向半径，之后根据转向半径计算出每条腿转向所需要的理论速度，进一步控制偏转电机与舵机独立运转，即控制每条腿的行走速度以及轮子的转向角度进行差速行驶实现转向，除此之外，通过控制偏转电机调整机器人旋转的角度，还有助于规避一些管道中无法通过自适应变径跨越的位置，进而保证了管道机器人在长距离管道内的顺利前进。
上述方案中，对管道内壁进行清理时，清洗水通过机体内的流水腔体进入六边形固定块及多个滑杆、清理座内，随即进入对应的毛刷内，在毛刷表面形成水膜，通过螺纹套筒与滑杆的导向作用，以及垂直弹簧的弹力作用，使得毛刷能够始终与管道内壁保持接触，并根据管道厚度，转动螺纹套筒的偏转角度，在螺纹套筒的自锁作用以及矩形条的限位作用下，使得毛刷以最佳角度与管道内壁相接触，既能保证清洗效果，又能避免对薄壁管道造成较大的支撑力影响，优化对管道内壁的清洗效果。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明俯视结构示意图；
图3为本发明机体剖开立体结构示意图；
图4为本发明图3中部分放大结构示意图；
图5为本发明机体端部剖开立体结构示意图；
图6为本发明变径组件立体结构示意图；
图7为本发明变径组件部分侧视结构示意图；
图8为本发明部分垂直套筒剖开立体结构示意图；
图9为本发明毛刷在管道内运动分析原理示意图。
[附图标记]
1、机体；2、安装槽；3、交叉臂；4、固定杆；5、水平导杆；6、滑块；7、升降台；8、水平弹簧；9、底座；10、固定座；11、双头螺柱；12、垂直套筒；13、防滑槽；14、偏转电机；15、旋转座；16、舵机；17、驱动轮；18、环形槽；19、六边形固定块；20、电机槽；21、旋转电机；22、内齿圈；23、延长座；24、螺纹套筒；25、滑杆；26、矩形条；27、固定盘；28、垂直弹簧；29、清理座；30、毛刷。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1和图2所示的，本发明的实施例提供一种管道机器人，包括机体1，机体1上设有移动机构及清洗机构，移动机构用于驱动机体1在管道内移动，并包括与管道内壁紧密接触的多个驱动轮17，机体1上还设有用于机体1在不同内径管道中移动的变径组件，变径组件包括可拆卸变径组件以及自适应变径组件，可拆卸变径组件包括安装在机体1上的多个双头螺柱11，自适应变径组件包括安装在机体1上的多组交叉臂3，机体1上还设有用于多个驱动轮17同步转向的偏转组件，偏转组件包括用于驱动轮17转动的舵机16，清洗机构包括安装在机体1端部的多个毛刷30，且机体1的端部还安装有用于带动多个毛刷30同步转动的旋转组件，以及用于调整多个毛刷30偏转角度的调节组件，当管道机器人需要在不同内径的管道内行走时，通过更换不同长度的双头螺柱11，实现长距离的变径操作，并通过多组交叉臂3，实现驱动轮17在管道内机器人整体小范围的自适应变径，从而提高了整个管道机器人的整体变径范围，能够适应更大范围的管道使用，此外，通过偏转组件，更改多个驱动轮17在管道内的偏转角度，有助于规避一些管道中无法通过自适应变径跨越的机构，进而保证管道机器人在长距离管道内的顺利前进，同时，通过自适应变径的方式与斜向清洁刷配合使用，使得毛刷30在管道内的壁面上有一初始预压力，可以起到很好的清洗作用，既能保证清洗效果，又能避免对薄壁管道造成较大的撑力影响，优化对管道内壁的清洗效果。
如图1-3，图5-7所示，机体1的截面呈正六边形，机体1的三侧均开设有两个安装槽2，多个安装槽2的上方均设有升降台7，多个安装槽2与对应的升降台7内均固定安装有位置相对应的固定杆4与水平导杆5，同一组内的两个交叉臂3之间转动安装有同一个转轴，且多组交叉臂3分别位于对应的安装槽2与升降台7之间，同一组内的其中一个交叉臂3的顶端与另一个交叉臂3的底端分别转动套设在对应的固定杆4上，且其中一个交叉臂3的底端与另一个交叉臂3的顶端分别通过对应的滑块6滑动套设在相应的水平导杆5上，多个水平导杆5上均套设有水平弹簧8，多个水平弹簧8的两端分别抵接在对应的交叉臂3的一端，与对应的安装槽2内壁或对应的升降台7内壁上，多个升降台7的顶端均通过螺栓固定安装有底座9，多个底座9上均安装有固定座10，多个双头螺柱11的一端分别螺纹套接在对应的固定座10内，且多个双头螺柱11的另一端均螺纹套接有垂直套筒12，垂直套筒12的另一端转动安装有旋转座15，多个舵机16及驱动轮17分别安装在对应的旋转座15上，当管道机器人需要作业的市政管道内径变化范围大时，通过更换不同长度的双头螺柱11，在大范围上调整管道机器人的整体外径，并在将管道机器人放置进需要作业的管道内后，在多组交叉臂3的转动作用下，使得多个水平弹簧8处于蓄力压紧状态，从而使得多个驱动轮17能够与管道内壁紧密贴合，相较于现有技术，不但大大提高了管道机器人的作业范围，还提高了管道机器人在不同内径管道内作业时的稳定性。
如图7、图8所示，多个驱动轮17分别通过对应的转动轴转动安装在对应的旋转座15上，且对应的舵机16的输出端与相应的转动轴的一端相连接，且驱动轮17的外径大于舵机16的外径，多个垂直套筒12的一端内还均固定安装有偏转电机14，多个偏转电机14的输出端固定连接在对应的旋转座15上，管道机器人通过其端部设置的摄像头识别管道内部状况，并在管道内行走遇到弯道时，机器人可以先分别控制多个偏转电机14与舵机16独立运转，周向旋转后将自身仪态调整到对应角度，然后根据此仪态的位置确定两条腿的转向半径，之后根据转向半径计算出每条腿转向所需要的理论速度，进一步控制偏转电机14与舵机16独立运转，即控制每条腿的行走速度以及轮子的转向角度进行差速行驶实现转向，除此之外，通过控制偏转电机14调整机器人旋转的角度，还有助于规避一些管道中无法通过自适应变径跨越的位置，进而保证了管道机器人在长距离管道内的顺利前进。
如图8所示，多个双头螺柱11与垂直套筒12的外壁上均开设有多个分布均匀的防滑槽13，通过开设防滑槽13，避免转动双头螺柱11与垂直套筒12时发生意外滑动，从而确保安装时的稳定性。
如图1-图5及图9所示，机体1的一端开设有环形槽18，环形槽18内转动安装有六边形固定块19，六边形固定块19的一端延伸至机体1的一侧外并在外壁上固定安装有多个分布均匀的延长座23，多个延长座23上间接连接有用于转动安装多个毛刷30的清理座29，旋转组件包括用于带动六边形固定块19转动的旋转电机21，机体1的一端内还开设有电机槽20，旋转电机21固定安装在电机槽20内，且六边形固定块19位于机体1内的一端还固定安装有内齿圈22，旋转电机21的输出端固定套接有与内齿圈22相啮合的内啮合齿轮，调节组件包括螺纹套接在多个延长座23内的螺纹套筒24，多个螺纹套筒24的另一端均滑动套设有滑杆25，多个滑杆25的外壁上均固定连接有多个分布均匀的矩形条26，多个矩形条26分别滑动卡设在对应的螺纹套筒24内，且多个清理座29分别安装在对应的滑杆25的另一端上，多个螺纹套筒24及滑杆25上均固定套接有固定盘27，且多个滑杆25上还均套设有垂直弹簧28，多个垂直弹簧28的两端分别抵接在对应的固定盘27上，机体1内开设有流水腔体，并与六边形固定块19及多个滑杆25、清理座29和毛刷30相连通，对管道内壁进行清理时，清洗水通过机体1内的流水腔体进入六边形固定块19及多个滑杆25、清理座29内，随即进入对应的毛刷30内，在毛刷30表面形成水膜，同时，在垂直弹簧28的弹性作用以及螺纹套筒24的导向作用下，使得毛刷30起到清洗，压紧，润滑的作用，如图9所示可知：
V轴2+V刷2＝V合成2，(V刷2包括V刷1和V刷2，V合成包括V合成1和V合成2)其中，V轴是机器人沿管道轴线运动的速度；V刷是刷子相对机体的周向速度，其中V刷1与V刷2是刷子运动在两个特殊方向上时刷子的速度；V合成是刷子实际运动速度，V合成1与V合成2是两种特殊情况的实际速度；在清洗过程中，我们可以通过改变V轴与V刷的大小来控制刷子相对管道的实际运动方向V合成，V合成的方向分为三种情况：①当V合成为V合成1时，刷子相对管道纯滚动，此时摩檫力最小，清洁效果最差，对管道损伤最低；②当V合成为V合成2时，刷子相对管道纯摩擦，此时摩檫力最大，清洁效果最好，对管道的损伤最大；③当清洁刷工作在其他方向时，既有摩擦，又有滚动，两者比例通过V合成方向控制；
通过螺纹套筒24与滑杆25的导向作用，以及垂直弹簧28的弹力作用，使得毛刷30能够始终与管道内壁保持接触，并根据管道厚度，转动螺纹套筒24的偏转角度，在螺纹套筒24的自锁作用以及矩形条26的限位作用下，使得毛刷30以最佳角度与管道内壁相接触，既能保证清洗效果，又能避免对薄壁管道造成较大的撑力影响，优化对管道内壁的清洗效果。
本发明通过更换不同长度的双头螺柱11，在大范围上调整管道机器人的整体外径，并在将管道机器人放置进需要作业的管道内后，在多组交叉臂3的转动作用下，使得多个水平弹簧8处于蓄力压紧状态，从而使得多个驱动轮17能够与管道内壁紧密贴合，相较于现有技术，不但大大提高了管道机器人的作业范围，还提高了管道机器人在不同内径管道内作业时的稳定性。
管道机器人通过其端部设置的摄像头识别管道内部状况，并在管道内行走遇到弯道时，机器人可以先分别控制多个偏转电机14与舵机16独立运转，周向旋转后将自身仪态调整到对应角度，然后根据此仪态的位置确定两条腿的转向半径，之后根据转向半径计算出每条腿转向所需要的理论速度，进一步控制偏转电机14与舵机16独立运转，即控制每条腿的行走速度以及轮子的转向角度进行差速行驶实现转向，除此之外，通过控制偏转电机14调整机器人旋转的角度，还有助于规避一些管道中无法通过自适应变径跨越的位置，进而保证了管道机器人在长距离管道内的顺利前进。
对管道内壁进行清理时，清洗水通过机体1内的流水腔体进入六边形固定块19及多个滑杆25、清理座29内，随即进入对应的毛刷30内，在毛刷30表面形成水膜，通过螺纹套筒24与滑杆25的导向作用，以及垂直弹簧28的弹力作用，使得毛刷30能够始终与管道内壁保持接触，并根据管道厚度，转动螺纹套筒24的偏转角度，在螺纹套筒24的自锁作用以及矩形条26的限位作用下，使得毛刷30以最佳角度与管道内壁相接触，既能保证清洗效果，又能避免对薄壁管道造成较大的支撑力影响，优化对管道内壁的清洗效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种管道机器人，其特征在于，包括：
机体，所述机体的截面呈正六边形，所述机体上设有移动机构及清洗机构，所述移动机构用于驱动所述机体在管道内移动，并包括与管道内壁紧密接触的多个驱动轮；
所述机体上还设有用于所述机体在不同内径管道中移动的变径组件，所述变径组件包括可拆卸变径组件以及自适应变径组件，所述可拆卸变径组件包括安装在所述机体上的多个双头螺柱，所述自适应变径组件包括安装在所述机体上的多组交叉臂，所述机体上还设有用于多个所述驱动轮同步转向的偏转组件，所述偏转组件包括用于驱动所述驱动轮转动的舵机；
所述清洗机构包括安装在所述机体端部的多个毛刷，且所述机体的端部还安装有用于带动多个所述毛刷同步转动的旋转组件，以及用于调整多个所述毛刷偏转角度的调节组件；
所述机体的一端开设有环形槽，所述环形槽内转动安装有六边形固定块，所述旋转组件包括用于带动所述六边形固定块转动的旋转电机，所述六边形固定块的一端延伸至所述机体的一侧外并在外壁上固定安装有多个分布均匀的延长座，多个所述延长座上间接连接有用于转动安装多个所述毛刷的清理座；
所述调节组件包括螺纹套接在多个所述延长座内的螺纹套筒，多个所述螺纹套筒的另一端均滑动套设有滑杆，多个所述滑杆的外壁上均固定连接有多个分布均匀的矩形条，多个所述矩形条分别滑动卡设在对应的所述螺纹套筒内，且多个所述清理座分别安装在对应的所述滑杆的另一端上；
多个所述螺纹套筒及所述滑杆上均固定套接有固定盘，且多个所述滑杆上还均套设有垂直弹簧，多个所述垂直弹簧的两端分别抵接在对应的所述固定盘上；
所述机体内开设有流水腔体，并与所述六边形固定块及多个所述滑杆、所述清理座和所述毛刷相连通。
2.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述机体的三侧均开设有两个安装槽，多个所述安装槽的上方均设有升降台，多个所述安装槽与对应的所述升降台内均固定安装有位置相对应的固定杆与水平导杆，同一组内的两个所述交叉臂之间转动安装有同一个转轴，且多组所述交叉臂分别位于对应的所述安装槽与所述升降台之间；
同一组内的其中一个所述交叉臂的顶端与另一个所述交叉臂的底端分别转动套设在对应的所述固定杆上，且其中一个所述交叉臂的底端与另一个所述交叉臂的顶端分别通过对应的滑块滑动套设在相应的所述水平导杆上。
3.根据权利要求2所述的管道机器人，其特征在于，多个所述水平导杆上均套设有水平弹簧，多个所述水平弹簧的两端分别抵接在对应的所述交叉臂的一端，与对应的所述安装槽内壁或对应的所述升降台内壁上。
4.根据权利要求3所述的管道机器人，其特征在于，多个所述升降台的顶端均通过螺栓固定安装有底座，多个所述底座上均安装有固定座，多个所述双头螺柱的一端分别螺纹套接在对应的所述固定座内，且多个所述双头螺柱的另一端均螺纹套接有垂直套筒，所述垂直套筒的另一端转动安装有旋转座，多个所述舵机及所述驱动轮分别安装在对应的所述旋转座上。
5.根据权利要求4所述的管道机器人，其特征在于，多个所述驱动轮分别通过对应的转动轴转动安装在对应的所述旋转座上，且对应的所述舵机的输出端与相应的转动轴的一端相连接，且所述驱动轮的外径大于所述舵机的外径。
6.根据权利要求4所述的管道机器人，其特征在于，多个所述垂直套筒的一端内还均固定安装有偏转电机，多个所述偏转电机的输出端固定连接在对应的所述旋转座上。
7.根据权利要求4所述的管道机器人，其特征在于，多个所述双头螺柱与所述垂直套筒的外壁上均开设有多个分布均匀的防滑槽。
8.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述机体的一端内还开设有电机槽，所述旋转电机固定安装在所述电机槽内，且所述六边形固定块位于所述机体内的一端还固定安装有内齿圈，所述旋转电机的输出端固定套接有与所述内齿圈相啮合的内啮合齿轮。
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