CN117259361A - 一种城市地下排污管自动清理机器人及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种城市地下排污管自动清理机器人及方法，该机器人包括行走机构和清理终端；所述行走机构包括车身以及两组对称设置在车身上的伸缩转向行走机构，每组伸缩转向行走机构包括两个对称设置的伸缩转向行走机构；所述伸缩转向行走机构包括至少两个行走轮、用于驱动行走轮进行转动的行走驱动机构、用于驱动行走轮进行伸缩的伸缩驱动机构以及用于调节行走轮的朝向的换向驱动机构；在工作状态下，四个伸缩转向行走机构的行走轮分别压在管道内腔壁的不同部位且构成一个矩形形状；同组的伸缩转向行走机构的行走轮同时进行伸缩。本发明能够调节自身在管道中的位置，可以轻松绕过障碍物，有利于顺利完成清理工作。

Description

一种城市地下排污管自动清理机器人及方法

技术领域

本发明涉及管道清理装置及方法，具体涉及一种城市地下排污管自动清理机器人及方法。

背景技术

排污管道是重要的城市基础工程设施之一，其主要服务对象是居民生活用水、工业企业废水和雨污水等，主要服务目的是高效、迅速、便捷、安全的收集并输送各类污水到污水统一处理排放池，因此研究排污管道的建设及养护具有重要意义。

随着科技的发展，逐渐诞生出一些排污管道清理机器人，现有的排污管道清理机器人主要包括行走机构和搭载在行走机构上的清理终端，该清理终端一般设有多角度调节机构，以便对不同位置进行清理，但是仍存在以下的不足：

由于多角度调节机构只是调节清理终端的清理头的位置，而不能调节行走机构的位置，当管道中存在一些体积较大的障碍物时，会挡住行走机构的行进，从而对清理工作造成影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种城市地下排污管自动清理机器人，该清理机器人能够调节自身在管道中的位置，可以轻松绕过障碍物，有利于顺利完成清理工作。

本发明的另一个目的在于提供一种城市地下排污管自动清理方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种城市地下排污管自动清理机器人，包括行走机构和设置在行走机构上的清理终端；

所述行走机构包括车身以及两组对称设置在车身上的伸缩转向行走机构，每组伸缩转向行走机构包括两个对称设置的伸缩转向行走机构；所述伸缩转向行走机构包括至少两个行走轮、用于驱动行走轮进行转动的行走驱动机构、用于驱动行走轮进行伸缩的伸缩驱动机构以及用于调节行走轮的朝向的换向驱动机构；在工作状态下，四个伸缩转向行走机构的行走轮分别压在管道内腔壁的不同部位且构成一个矩形形状；同组的伸缩转向行走机构的行走轮同时进行伸缩；

所述清理终端设置在行走机构的车身上，该清理终端包括清理头、用于驱动清理头进行旋转切割的旋转驱动机构和用于调节清理头的位置的多角度调节机构。

上述城市地下排污管自动清理机器人的工作原理为：

工作时，将机器人放进待清理的管道中；通过伸缩驱动机构驱动行走轮往外伸出，直至四个伸缩转向行走机构的行走轮分别压在管道内腔壁的不同部位上；通过行走驱动机构驱动行走轮沿着管道往前移动，清理终端位于前方；在行走过程中，当有障碍物挡住行走轮时，通过换向驱动机构驱动行走轮进行转向，使得行走轮的轴线平行于管道的轴线；通过行走驱动机构驱动行走轮沿着管道的内壁圆周移动，直至行走轮摆脱障碍物的影响；通过换向驱动机构驱动行走轮切换回沿着管道往前移动的朝向，再往前移动；

当前方有需要清理的异物(例如严重结垢、树根穿插、水泥结块、密封件脱落等)时，在靠近异物后，根据异物相对于管道的位置，通过距离异物较远的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮进行伸展，同时通过距离异物较近的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮回缩，使得清理终端往异物的位置靠近，直至异物在多角度调节机构的调节范围内；例如，当异物位于管道的内腔的上部，可通过位于下方的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮伸出，同时通过位于上方的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮回缩，从而实现车身的抬升，使得清理头往上靠近异物。通过旋转驱动机构驱动清理头对异物进行旋转切割，同时多角度调节机构调节清理头的位置和姿态，使得清理头保持贴近异物，以便顺利完成清理工作。

进一步，若异物位于两组伸缩转向行走机构之间时，通过换向驱动机构驱动行走轮进行转向，使得行走轮的轴线平行于管道的轴线；通过行走驱动机构驱动行走轮沿着管道的内壁圆周移动，使得其中一组行走轮移动至异物同一个方位中，再通过上述方式调节清理终端靠近异物。

本发明的一个优选方案，其中，所述行走轮转动连接在行走架上；

所述行走驱动机构包括行走驱动电机，该行走驱动电机的输出轴与其中一个行走轮连接。

本发明的一个优选方案，其中，所述伸缩驱动机构包括伸缩驱动电机和伸缩传动组件；所述伸缩传动组件包括平行四连杆结构，所述平行四连杆结构的连架杆构成行走架，该平行四连杆结构的机架杆固定在车身上；所述行走轮转动连接在行走架上；所述伸缩驱动电机的输出轴与平行四连杆结构的其中一个连杆连接。通过上述结构，在伸缩驱动电机的驱动下，可以平行地实现行走轮的伸缩移动。

进一步，所述伸缩传动组件还包括齿轮传动结构，所述伸缩驱动电机的输出轴通过所述齿轮传动结构与平行四连杆结构的其中一个连杆连接；所述齿轮传动结构包括伸缩传动齿轮和传动轴；所述伸缩传动齿轮设有两个且分别与伸缩驱动电机的输出轴和传动轴连接；所述传动轴的两端分别通过万向节结构与同一组的伸缩驱动机构的两个平行四连杆结构的连杆连接。通过上述结构，同一组的伸缩驱动机构可以共用一个伸缩驱动电机，同步进行伸缩驱动，有利于简化结构和降低制造成本。

本发明的一个优选方案，其中，所述换向驱动机构包括换向摆臂、换向驱动电机和换向传动组件；

所述换向摆臂的一端与行走轮转动连接，该换向摆臂的另一端与行走架转动连接；

所述换向传动组件包括齿轮组件和同步带组件，所述齿轮组件包括两个相互啮合的换向传动齿轮；所述同步带组件设有两组，每组同步带组件均包括同步带和两个带轮，所述同步带绕在两个带轮之间；其中一组同步带组件的两个带轮分别与其中一个行走轮和其中一个换向传动齿轮连接，另一组同步带组件的两个带轮分别与另一个行走轮和另一个换向传动齿轮连接；

所述换向驱动电机固定设置在行走架上，该换向驱动电机的输出轴与其中一个换向传动齿轮连接。通过上述结构，在换向驱动电机的驱动下，可以同时驱动两个行走轮进行转动换向。

本发明的一个优选方案，其中，所述旋转驱动机构包括旋转驱动电机，该旋转驱动电机的壳体固定设置在多角度调节机构上，该旋转驱动电机的输出轴与所述清理头连接。

本发明的一个优选方案，其中，所述多角度调节机构包括第一调节机构和第二调节机构，所述第一调节机构的调节平面与第二调节机构的调节平面垂直；所述第一调节机构的调节平面与旋转驱动机构的驱动平面垂直。

进一步，所述第一调节机构包括第一调节座和第一调节驱动电机；所述旋转驱动机构设置在所述第一调节座上；所述第一调节驱动电机设置在所述第一调节座上，该第一调节驱动电机的输出轴与所述第二调节机构连接。

进一步，所述第二调节机构包括第二调节驱动电机和第二调节传动组件；所述第二调节传动组件包括两个相互啮合的第二调节传动齿轮，两个第二调节传动齿轮分别与第二调节驱动电机的输出轴和第一调节机构连接。

本发明的一个优选方案，其中，还包括视觉领航模块，该视觉领航模块包括相机，该相机设置在行走机构的车身上。

一种城市地下排污管自动清理方法，包括以下步骤：

将机器人放进待清理的管道中；

通过伸缩驱动机构驱动行走轮往外伸出，直至四个伸缩转向行走机构的行走轮分别压在管道内腔壁的不同部位上；通过行走驱动机构驱动行走轮沿着管道往前移动，清理终端位于前方；

在行走过程中，当有障碍物挡住行走轮时，通过换向驱动机构驱动行走轮进行转向，使得行走轮的轴线平行于管道的轴线；通过行走驱动机构驱动行走轮沿着管道的内壁圆周移动，直至行走轮摆脱障碍物的影响；通过换向驱动机构驱动行走轮切换回沿着管道往前移动的朝向，再往前移动；

当前方有需要清理的异物时，在靠近异物后，根据异物相对于管道的位置，通过距离异物较远的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮进行伸展，同时通过距离异物较近的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮回缩，使得清理终端往异物的位置靠近，直至异物在多角度调节机构的调节范围内；

若异物位于两组伸缩转向行走机构之间时，通过换向驱动机构驱动行走轮进行转向，使得行走轮的轴线平行于管道的轴线；通过行走驱动机构驱动行走轮沿着管道的内壁圆周移动，使得其中一组行走轮移动至异物同一个方位中，再通过上述方式调节清理终端靠近异物；

通过旋转驱动机构驱动清理头对异物进行旋转切割，同时多角度调节机构调节清理头的位置和姿态，使得清理头保持贴近异物，以便顺利完成清理工作。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明的清理机器人通过设置四个伸缩转向行走机构，当有障碍物挡住行走轮时，通过换向驱动机构驱动行走轮进行转向，使得行走轮的轴线平行于管道的轴线，再驱动行走轮沿着管道的内壁圆周移动，可以绕过障碍物，有利于顺利完成清理工作。

2、通过设置四个伸缩转向行走机构，根据异物相对于管道的位置，通过距离异物较远的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮进行伸展，同时通过距离异物较近的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮回缩，使得清理终端的清理头往异物的位置靠近，直至异物在多角度调节机构的调节范围内，以便清理头清理异物。

附图说明

图1为本发明的城市地下排污管自动清理机器人的立体结构示意图。

图2为本发明的同一组的伸缩转向行走机构的立体结构示意图。

图3-5为本发明的城市地下排污管自动清理机器人的多个不同工作状态的侧视图，图5中的虚线表示管道中的异物。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

本实施例的城市地下排污管自动清理机器人，包括行走机构和设置在行走机构上的清理终端、视觉领航模块。

参见图1-2，本实施例的行走机构包括车身1以及两组对称设置在车身1上的伸缩转向行走机构，每组伸缩转向行走机构包括两个对称设置的伸缩转向行走机构；所述伸缩转向行走机构包括至少两个行走轮2、用于驱动行走轮2进行转动的行走驱动机构、用于驱动行走轮2进行伸缩的伸缩驱动机构以及用于调节行走轮2的朝向的换向驱动机构；在工作状态下，四个伸缩转向行走机构的行走轮2分别压在管道内腔壁的不同部位且构成一个矩形形状；同组的伸缩转向行走机构的行走轮2同时进行伸缩。

参见图1-2，所述行走轮2转动连接在行走架3上；所述行走驱动机构包括行走驱动电机4，该行走驱动电机4的输出轴与其中一个行走轮2连接。

参见图1-2，所述伸缩驱动机构包括伸缩驱动电机5和伸缩传动组件；所述伸缩传动组件包括平行四连杆结构，所述平行四连杆结构的连架杆构成行走架3，该平行四连杆结构的机架杆6固定在车身1上；所述行走轮2转动连接在行走架3上；所述伸缩驱动电机5的输出轴与平行四连杆结构的其中一个连杆7连接。通过上述结构，在伸缩驱动电机5的驱动下，可以平行地实现行走轮2的伸缩移动。

进一步，所述伸缩传动组件还包括齿轮传动结构，所述伸缩驱动电机5的输出轴通过所述齿轮传动结构与平行四连杆结构的其中一个连杆7连接；所述齿轮传动结构包括伸缩传动齿轮8和传动轴9；所述伸缩传动齿轮8设有两个且分别与伸缩驱动电机5的输出轴和传动轴9连接；所述传动轴9的两端分别通过万向节结构与同一组的伸缩驱动机构的两个平行四连杆结构的连杆7连接。通过上述结构，同一组的伸缩驱动机构可以共用一个伸缩驱动电机5，同步进行伸缩驱动，有利于简化结构和降低制造成本。

参见图1-2，所述换向驱动机构包括换向摆臂10、换向驱动电机11和换向传动组件；所述换向摆臂10的一端与行走轮2转动连接，该换向摆臂10的另一端与行走架3转动连接；所述换向传动组件包括齿轮组件和同步带组件，所述齿轮组件包括两个相互啮合的换向传动齿轮12；所述同步带组件设有两组，每组同步带组件均包括同步带13和两个带轮14，所述同步带13绕在两个带轮14之间；其中一组同步带组件的两个带轮14分别与其中一个行走轮2和其中一个换向传动齿轮12连接，另一组同步带组件的两个带轮14分别与另一个行走轮2和另一个换向传动齿轮12连接；所述换向驱动电机11固定设置在行走架3上，该换向驱动电机11的输出轴与其中一个换向传动齿轮12连接。通过上述结构，在换向驱动电机11的驱动下，可以同时驱动两个行走轮2进行转动换向。

参见图1-2，所述清理终端设置在行走机构的车身1上，该清理终端包括清理头15、用于驱动清理头15进行旋转切割的旋转驱动机构和用于调节清理头15的位置的多角度调节机构。

参见图1-2，所述旋转驱动机构包括旋转驱动电机16，该旋转驱动电机16的壳体固定设置在多角度调节机构上，该旋转驱动电机16的输出轴与所述清理头15连接。

参见图1-2，所述多角度调节机构包括第一调节机构和第二调节机构，所述第一调节机构的调节平面与第二调节机构的调节平面垂直；所述第一调节机构的调节平面与旋转驱动机构的驱动平面垂直。所述第一调节机构包括第一调节座17和第一调节驱动电机18；所述旋转驱动机构设置在所述第一调节座17上；所述第一调节驱动电机18设置在所述第一调节座17上，该第一调节驱动电机18的输出轴与所述第二调节机构连接。

进一步，所述第二调节机构包括第二调节驱动电机(图中未显示)和第二调节传动组件；所述第二调节传动组件包括两个相互啮合的第二调节传动齿轮19，两个第二调节传动齿轮19分别与第二调节驱动电机的输出轴和第一调节机构连接。

参见图1，所述视觉领航模块包括相机20，该相机20设置在行走机构的车身1上。具体地，本实施例的视觉领航模块的其他结构可参考现有技术。

参见图1-5，本实施例的城市地下排污管自动清理机器方法，包括以下步骤：

将机器人放进待清理的管道中。

通过伸缩驱动机构驱动行走轮2往外伸出，直至四个伸缩转向行走机构的行走轮2分别压在管道内腔壁的不同部位上；通过行走驱动机构驱动行走轮2沿着管道往前移动，如图3，清理终端位于前方。

在行走过程中，当有障碍物挡住行走轮2时，通过换向驱动机构驱动行走轮2进行转向，使得行走轮2的轴线平行于管道的轴线；通过行走驱动机构驱动行走轮2沿着管道的内壁圆周移动，如图4，直至行走轮2摆脱障碍物的影响；通过换向驱动机构驱动行走轮2切换回沿着管道往前移动的朝向，再往前移动。

当前方有需要清理的异物(例如严重结垢、树根穿插、水泥结块、密封件脱落等)时，在靠近异物后，根据异物相对于管道的位置，通过距离异物较远的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮2进行伸展，同时通过距离异物较近的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮2回缩，使得清理终端往异物的位置靠近，直至异物在多角度调节机构的调节范围内；例如，当异物位于管道的内腔的上部，可通过位于下方的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮2伸出，同时通过位于上方的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮2回缩，从而实现车身1的抬升，使得清理头15往上靠近异物，如图5。

进一步，若异物位于两组伸缩转向行走机构之间时，通过换向驱动机构驱动行走轮2进行转向，使得行走轮2的轴线平行于管道的轴线；通过行走驱动机构驱动行走轮2沿着管道的内壁圆周移动，使得其中一组行走轮2移动至异物同一个方位中，再通过上述方式调节清理终端靠近异物。

通过旋转驱动机构驱动清理头15对异物进行旋转切割，同时多角度调节机构调节清理头15的位置和姿态，使得清理头15保持贴近异物，以便顺利完成清理工作。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种城市地下排污管自动清理机器人，包括行走机构和设置在行走机构上的清理终端；其特征在于，

所述行走机构包括车身以及两组对称设置在车身上的伸缩转向行走机构，每组伸缩转向行走机构包括两个对称设置的伸缩转向行走机构；所述伸缩转向行走机构包括至少两个行走轮、用于驱动行走轮进行转动的行走驱动机构、用于驱动行走轮进行伸缩的伸缩驱动机构以及用于调节行走轮的朝向的换向驱动机构；在工作状态下，四个伸缩转向行走机构的行走轮分别压在管道内腔壁的不同部位且构成一个矩形形状；同组的伸缩转向行走机构的行走轮同时进行伸缩；

所述清理终端设置在行走机构的车身上，该清理终端包括清理头、用于驱动清理头进行旋转切割的旋转驱动机构和用于调节清理头的位置的多角度调节机构。

2.根据权利要求1所述的城市地下排污管自动清理机器人，其特征在于，所述行走轮转动连接在行走架上；

所述行走驱动机构包括行走驱动电机，该行走驱动电机的输出轴与其中一个行走轮连接。

3.根据权利要求1所述的城市地下排污管自动清理机器人，其特征在于，所述伸缩驱动机构包括伸缩驱动电机和伸缩传动组件；所述伸缩传动组件包括平行四连杆结构，所述平行四连杆结构的连架杆构成行走架，该平行四连杆结构的机架杆固定在车身上；所述行走轮转动连接在行走架上；所述伸缩驱动电机的输出轴与平行四连杆结构的其中一个连杆连接。

4.根据权利要求3所述的城市地下排污管自动清理机器人，其特征在于，所述伸缩传动组件还包括齿轮传动结构，所述伸缩驱动电机的输出轴通过所述齿轮传动结构与平行四连杆结构的其中一个连杆连接；所述齿轮传动结构包括伸缩传动齿轮和传动轴；所述伸缩传动齿轮设有两个且分别与伸缩驱动电机的输出轴和传动轴连接；所述传动轴的两端分别通过万向节结构与同一组的伸缩驱动机构的两个平行四连杆结构的连杆连接。

5.根据权利要求1所述的城市地下排污管自动清理机器人，其特征在于，所述换向驱动机构包括换向摆臂、换向驱动电机和换向传动组件；

所述换向摆臂的一端与行走轮转动连接，该换向摆臂的另一端与行走架转动连接；

所述换向传动组件包括齿轮组件和同步带组件，所述齿轮组件包括两个相互啮合的换向传动齿轮；所述同步带组件设有两组，每组同步带组件均包括同步带和两个带轮，所述同步带绕在两个带轮之间；其中一组同步带组件的两个带轮分别与其中一个行走轮和其中一个换向传动齿轮连接，另一组同步带组件的两个带轮分别与另一个行走轮和另一个换向传动齿轮连接；

所述换向驱动电机固定设置在行走架上，该换向驱动电机的输出轴与其中一个换向传动齿轮连接。

6.根据权利要求1所述的城市地下排污管自动清理机器人，其特征在于，所述旋转驱动机构包括旋转驱动电机，该旋转驱动电机的壳体固定设置在多角度调节机构上，该旋转驱动电机的输出轴与所述清理头连接。

7.根据权利要求1所述的城市地下排污管自动清理机器人，其特征在于，所述多角度调节机构包括第一调节机构和第二调节机构，所述第一调节机构的调节平面与第二调节机构的调节平面垂直；所述第一调节机构的调节平面与旋转驱动机构的驱动平面垂直。

8.根据权利要求7所述的城市地下排污管自动清理机器人，其特征在于，所述第一调节机构包括第一调节座和第一调节驱动电机；所述旋转驱动机构设置在所述第一调节座上；所述第一调节驱动电机设置在所述第一调节座上，该第一调节驱动电机的输出轴与所述第二调节机构连接；

所述第二调节机构包括第二调节驱动电机和第二调节传动组件；所述第二调节传动组件包括两个相互啮合的第二调节传动齿轮，两个第二调节传动齿轮分别与第二调节驱动电机的输出轴和第一调节机构连接。

9.根据权利要求1所述的城市地下排污管自动清理机器人，其特征在于，还包括视觉领航模块，该视觉领航模块包括相机，该相机设置在行走机构的车身上。

10.一种应用于权利要求1-9任一项所述的城市地下排污管自动清理机器人的城市地下排污管自动清理方法，其特征在于，包括以下步骤：

将机器人放进待清理的管道中；

通过伸缩驱动机构驱动行走轮往外伸出，直至四个伸缩转向行走机构的行走轮分别压在管道内腔壁的不同部位上；通过行走驱动机构驱动行走轮沿着管道往前移动，清理终端位于前方；

在行走过程中，当有障碍物挡住行走轮时，通过换向驱动机构驱动行走轮进行转向，使得行走轮的轴线平行于管道的轴线；通过行走驱动机构驱动行走轮沿着管道的内壁圆周移动，直至行走轮摆脱障碍物的影响；通过换向驱动机构驱动行走轮切换回沿着管道往前移动的朝向，再往前移动；

当前方有需要清理的异物时，在靠近异物后，根据异物相对于管道的位置，通过距离异物较远的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮进行伸展，同时通过距离异物较近的伸缩驱动机构驱动对应的行走轮回缩，使得清理终端往异物的位置靠近，直至异物在多角度调节机构的调节范围内；

若异物位于两组伸缩转向行走机构之间时，通过换向驱动机构驱动行走轮进行转向，使得行走轮的轴线平行于管道的轴线；通过行走驱动机构驱动行走轮沿着管道的内壁圆周移动，使得其中一组行走轮移动至异物同一个方位中，再通过上述方式调节清理终端靠近异物；

通过旋转驱动机构驱动清理头对异物进行旋转切割，同时多角度调节机构调节清理头的位置和姿态，使得清理头保持贴近异物，以便顺利完成清理工作。