CN117283588A - 一种开合系统及隧道清理机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了开合系统及隧道清理机器人，涉及隧道清理设备技术领域；开合系统包括主机架，主机架上搭载有上装机构和翻转机构；上装机构呈圆形，其包括两个沿弦边铰接的半圆支架，半圆支架的底部与主机架铰接；翻转机构包括第一伸缩杆和推杆，第一伸缩杆和推杆的一端与主机架铰接、另一端与半圆支架铰接；第一伸缩杆通过收缩驱动两半圆支架向下翻折、以使得其弦边贴近主机架，同时推杆驱动两半圆支架向内叠合；第一伸缩杆通过伸长驱动两半圆支架向上翻折，同时推杆驱动两半圆支架向外展开，以使得上装机构垂直主机架。机器人包括搭载有开合系统。通过设置开合系统，使得机器人的整体体积能够缩放，从而便于穿过尺寸较小的检修口、进入隧道内部。

Description

一种开合系统及隧道清理机器人

技术领域

本发明主要涉及隧道清理设备技术领域，尤其涉及一种开合系统及隧道清理机器人。

背景技术

滨海核电站多通过修建冷源取水隧道引入近海海水作为核电站的冷却用水，随着海水从冷源取水隧道引入电站，隧道壁面由于时间的积累会附着大量的贝类、藤壶等海生物，从而导致隧道过流面积减小、降低隧道的输水能力，导致水头损失。因此，需对附着于冷源取水隧道壁面的海生物进行清理。

现有技术中适用于冷源取水隧道的清理设备为了能够沿周向对隧道内壁进行全面清理，其整机尺寸通常与隧道内径基本相同且无法通过开合改变体积（如发明名称为一种核电站引水隧洞海生物清理机器人、申请号为202010206492.5的中国专利），但现有冷源取水隧道供清理设备进出的检修口的尺寸通常小于隧道内径，故现有清理设备难以顺利通过。因此，需要一种开合系统用以折叠和展开清理设备，以及一种装载有该开合系统的隧道清理机器人。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种开合系统及隧道清理机器人。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种开合系统，包括主机架，所述主机架上搭载有上装机构和翻转机构；所述上装机构呈圆形，其包括两个沿弦边铰接的半圆支架，所述半圆支架的底部与主机架铰接；所述翻转机构包括第一伸缩杆和推杆，所述第一伸缩杆和所述推杆的一端与主机架铰接、另一端与半圆支架铰接；所述第一伸缩杆通过收缩驱动两半圆支架向下翻折、以使得其弦边贴近主机架，同时推杆驱动两半圆支架向内叠合；所述第一伸缩杆通过伸长驱动两半圆支架向上翻折，同时推杆驱动两半圆支架向外展开，以使得上装机构垂直主机架。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述翻转机构包括一根第一伸缩杆和两根推杆，所述第一伸缩杆位于开合系统的中心平面，两根所述推杆对称设置在第一伸缩杆的两侧；所述推杆与主机架、所述推杆与半圆支架间均设置成球铰。

然后，本发明公开了一种隧道清理机器人，所述机器人包括搭载有上述开合系统的行走机构，以及安设在主机架上，且分别与上装机构、翻转机构和行走机构相连的、用于为三者提供动力的主驱动机构。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述上装机构还包括沿其周向布设的若干用于剥离海生物的刮刀，所述刮刀与隧道壁面贴合。

所述上装机构还包括连杆组件和第二伸缩杆；所述刮刀经连杆组件与半圆支架相连；所述第二伸缩杆一端与半圆支架铰接、另一端与连杆组件铰接；在第二伸缩杆的驱动作用下，所述刮刀沿上装机构的周向往复运动。

所述刮刀与连杆组件弹性连接，以使所述刮刀能够沿上装机构的径向伸缩移动。

所述行走机构包括一对分列于主机架两侧的履带行走单元，所述履带行走单元包括行走支架，所述行走支架两端各设一滚轮，所述滚轮外套装有履带链；所述行走支架与主机架铰接，通过翻转使得履带链贴合隧道壁面。

所述行走机构还包括第三伸缩杆，所述第三伸缩杆的一端与主机架铰接、另一端与行走支架铰接；所述第三伸缩杆通过伸缩驱动履带行走单元翻转。

所述上装机构、所述翻转机构和所述行走机构均设置成液压驱动；所述主驱动机构设置成液压站，其分别与上装机构、翻转机构和行走机构相连。

所述机器人还包括蓄能机构，所述蓄能机构一端与主驱动机构相连、另一端分别与上装机构、翻转机构和行走机构中的至少一项相连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

两半圆支架的弦边贴靠并形成铰接，使得两半圆支架能够向外展开形成圆形结构，亦可向内收拢形成半圆形结构。同时，两半圆支架的底部均与主机架的前部铰接，使得两半圆支架能够向后向下翻折贴近主机架，亦可向前向上翻折与主机架呈垂直状态。通过以上设置，当需要穿过尺寸较小的检修口时，上装机构可以通过翻折使得两半圆支架的弦边与主机架贴合，同时两半圆支架贴合呈半圆形状，此时为叠合状态，能够有效缩小整体体积。而当穿过检修口、到达隧道内后，上装机构又可以通过逆向翻折使得两半圆支架展开形成圆形结构，同时竖立至与主机架垂直，此时为展开状态，该状态下的上装机构边缘与隧道内壁靠近或贴合，以便进行清理。可见，通过设置开合系统，使得机器人的整体体积能够缩放，从而便于穿过尺寸较小的检修口、进入隧道内部。

附图说明

图1是机器人的结构示意图（展开状态）；

图2是机器人的结构示意图（半展开半叠合状态）；

图3是机器人的结构示意图（叠合状态）；

图4是机器人的侧视示意图；

图5是机器人的仰视示意图。

图中各标号表示：1、主机架；2、上装机构；21、半圆支架；22、刮刀；23、连杆组件；24、第二伸缩杆；3、翻转机构；31、第一伸缩杆；32、推杆；4、行走机构；41、履带行走单元；411、行走支架；412、滚轮；413、履带链；42、第三伸缩杆；5、主驱动机构；6、蓄能机构；61、第一蓄能器；62、第二蓄能器；63、第三蓄能器；7、压力补偿器；8、液压电控站。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例

如图1至图5所示，本实施例的开合系统，包括主机架1，主机架1上搭载有上装机构2和翻转机构3；上装机构2呈圆形，其包括两个沿弦边铰接的半圆支架21，半圆支架21的底部与主机架1铰接；翻转机构3包括第一伸缩杆31和推杆32，第一伸缩杆31和推杆32的一端与主机架1铰接、另一端与半圆支架21铰接；第一伸缩杆31通过收缩驱动两半圆支架21向下翻折、以使得其弦边贴近主机架1，同时推杆32驱动两半圆支架21向内叠合；第一伸缩杆31通过伸长驱动两半圆支架21向上翻折，同时推杆32驱动两半圆支架21向外展开，以使得上装机构2垂直主机架1。半圆支架21设置成半圆形的框架结构，两半圆支架21沿左右两侧排布、均位于主机架1的上方。两半圆支架21的弦边贴靠并形成铰接，使得两半圆支架21能够向外展开形成圆形结构，亦可向内收拢形成半圆形结构。同时，两半圆支架21的底部均与主机架1的前部铰接，使得两半圆支架21能够向后向下翻折贴近主机架1，亦可向前向上翻折与主机架1呈垂直状态。通过以上设置，当需要穿过尺寸较小的检修口时，上装机构2可以通过翻折使得两半圆支架21的弦边与主机架1贴合，同时两半圆支架21贴合呈半圆形状，此时为叠合状态，能够有效缩小整体体积。而当穿过检修口、到达隧道内后，上装机构2又可以通过逆向翻折使得两半圆支架21展开形成圆形结构，同时竖立至与主机架1垂直，此时为展开状态，该状态下的上装机构2边缘与隧道内壁靠近或贴合，以便进行清理。为了实现翻转动作，主机架1与上装机构2件还设置有翻转机构3。具体地，翻转机构3包括一根第一伸缩杆31和两根推杆32，第一伸缩杆31位于开合系统的中心平面，两根推杆32对称设置在第一伸缩杆31的两侧；推杆32与主机架1、推杆32与半圆支架21间均设置成球铰。更具体地，在展开状态下，第一伸缩杆31的下端铰接在主机架1的中前部，其上端铰接在上装机构2的上部、同时拉连两个半圆支架21；位于左侧的推杆32底端铰接在主机架1的左前部，其上端向前向上向左倾斜、铰接在位于左侧的半圆支架21的中部；位于右侧的推杆32的底端铰接在主机架1的右前部，其上端向前向上向右倾斜、铰接在位于右侧的半圆支架21的中部。当开合系统由展开状态向叠合状态变形时，第一伸缩杆31逐渐缩短，在其拉拽作用下上装机构2逐渐向后向下倾倒；同步地，位于左侧的推杆32对位于左侧的半圆支架21中部产生向上的推力，从而驱使其向内翻折；对应的，位于右侧的推杆32驱使位于右侧的半圆支架21也向内翻折。

然后，本发明还公开了隧道清理机器人，如图1至图5所示，在其一实施例中，机器人包括搭载有上述开合系统的行走机构4，以及安设在主机架1上，且分别与上装机构2、翻转机构3和行走机构4相连的、用于为三者提供动力的主驱动机构5。通过在机器人上设置开合系统，当需要穿过尺寸较小的检修口时，上装机构2可以通过翻折使得两半圆支架21的弦边与主机架1贴合，同时两半圆支架21贴合呈半圆形状，此时为叠合状态，能够有效缩小整体体积。而当穿过检修口、到达隧道内后，上装机构2又可以通过逆向翻折使得两半圆支架21展开形成圆形结构，同时竖立至与主机架1垂直，此时为展开状态，该状态下的上装机构2边缘与隧道内壁靠近或贴合，以便进行清理。

本实施例中，上装机构2还包括沿其周向布设的若干用于剥离海生物的刮刀22，刮刀22与隧道壁面贴合。上装机构2还包括连杆组件23和第二伸缩杆24；刮刀22经连杆组件23与半圆支架21相连；第二伸缩杆24一端与半圆支架21铰接、另一端与连杆组件23铰接；在第二伸缩杆24的驱动作用下，刮刀22沿上装机构2的周向往复运动。刮刀22与连杆组件23弹性连接，以使刮刀22能够沿上装机构2的径向伸缩移动。刮刀22与隧道壁面贴合，一方面刮刀22能够在第二伸缩杆24的驱动下沿上装机构2的周向（即隧道的周向）往复运动，另一方面刮刀22在行走机构4的驱动下还能沿隧道的轴向进行移动，能够一边行进一边清理隧道壁面上的海生物。由于机器人的行进路线难以完全与隧道的轴向重合，即可能发生一定程度的偏移，这种偏移将导致一侧刮刀22与隧道壁面的压力增大，而其对侧刮刀22则与隧道壁面的压力减小。为了避免刮刀22过度挤压隧道避免造成损伤，将刮刀22与连杆组件23设置成弹性连接，当刮刀22挤压隧道壁面时，弹性件在压力作用下收缩，使得刮刀22在一定程度上沿上装机构2的径向收缩，从而能够降低刮刀22与隧道避免过度挤压造成损伤的概率。

本实施例中，行走机构4包括一对分列于主机架1两侧的履带行走单元41，履带行走单元41包括行走支架411，行走支架411两端各设一滚轮412，滚轮412外套装有履带链413；行走支架411与主机架1铰接，通过翻转使得履带链413贴合隧道壁面。行走机构4还包括第三伸缩杆42，第三伸缩杆42的一端与主机架1铰接、另一端与行走支架411铰接；第三伸缩杆42通过伸缩驱动履带行走单元41翻转。由于隧道断面多呈圆形，为了使得履带链413能够尽可能贴合隧道壁面，将行走支架411与主机架1设置成铰接形式，在压力作用下，履带行走单元41发生翻转，从而使得履带链413贴合壁面。不仅如此，还设置有一端与主机架1相连、另一端与行走支架411相连的第三伸缩杆42，通过伸缩杆42的伸长与缩短，能够主动驱动履带行走单元41翻转，从而增强机器人的主动控制能力。

本实施例中，上装机构2、翻转机构3和行走机构4均设置成液压驱动；主驱动机构5设置成液压站，其分别与上装机构2、翻转机构3和行走机构4相连。机器人多用于水下作业，通过将上装机构2、翻转机构3和行走机构4设置成液压驱动形式，能够减少电力设备，从而提升机器人在水下的安全性能。与之适配的，主驱动机构5设置成液压站。具体而言，液压站可以有多个，不同液压站与不同机构相连，用于为对应机构提供动力。

本实施例中，机器人还包括蓄能机构6，蓄能机构6一端与主驱动机构5相连、另一端分别与上装机构2、翻转机构3和行走机构4中的至少一项相连。通过设置蓄能机构6，能够在主驱动机构5失效时临时为上装机构2、翻转机构3和行走机构4提供动力，使之紧急变形至叠合状态，从而便于后续救援。具体地，蓄能机构6可以包括与第一伸缩杆31相连的第一蓄能器61、与第二伸缩杆24相连的第二蓄能器62，以及与第三伸缩杆42和履带行走单元41相连的第三蓄能器63；第一蓄能器61与第二蓄能器62均固定在半圆支架21上，第三蓄能器63固定在主机架1上。

进一步地，机器人还可以设置与主驱动机构5相连的压力补偿器7和液压电控站8。由于机器人在水下作业时，水压对主驱动机构5特别是油箱会产生压力作用，从而导致液压站内的液压发生变化，通过设置压力补偿器7，能够对油箱的压力进行补偿，以确保机器人在水下的安全运行。液压电控站8与外部控制系统相连，其接收外部信号后向主驱动机构5传输控制指令，从而操控上装机构2、翻转机构3和行走机构4对应动作。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种开合系统，其特征在于：包括主机架（1），所述主机架（1）上搭载有上装机构（2）和翻转机构（3）；所述上装机构（2）呈圆形，其包括两个沿弦边铰接的半圆支架（21），所述半圆支架（21）的底部与主机架（1）铰接；所述翻转机构（3）包括第一伸缩杆（31）和推杆（32），所述第一伸缩杆（31）和所述推杆（32）的一端与主机架（1）铰接、另一端与半圆支架（21）铰接；所述第一伸缩杆（31）通过收缩驱动两半圆支架（21）向下翻折、以使得其弦边贴近主机架（1），同时推杆（32）驱动两半圆支架（21）向内叠合；所述第一伸缩杆（31）通过伸长驱动两半圆支架（21）向上翻折，同时推杆（32）驱动两半圆支架（21）向外展开，以使得上装机构（2）垂直主机架（1）。

2.根据权利要求1所述的开合系统，其特征在于：所述翻转机构（3）包括一根第一伸缩杆（31）和两根推杆（32），所述第一伸缩杆（31）位于开合系统的中心平面，两根所述推杆（32）对称设置在第一伸缩杆（31）的两侧；所述推杆（32）与主机架（1）、所述推杆（32）与半圆支架（21）间均设置成球铰。

3.一种隧道清理机器人，其特征在于：包括搭载有权利要求1或2所述开合系统的行走机构（4），以及安设在主机架（1）上，且分别与上装机构（2）、翻转机构（3）和行走机构（4）相连的、用于为三者提供动力的主驱动机构（5）。

4.根据权利要求3所述的隧道清理机器人，其特征在于：所述上装机构（2）还包括沿其周向布设的若干用于剥离海生物的刮刀（22），所述刮刀（22）与隧道壁面贴合。

5.根据权利要求4所述的隧道清理机器人，其特征在于：所述上装机构（2）还包括连杆组件（23）和第二伸缩杆（24）；所述刮刀（22）经连杆组件（23）与半圆支架（21）相连；所述第二伸缩杆（24）一端与半圆支架（21）铰接、另一端与连杆组件（23）铰接；在第二伸缩杆（24）的驱动作用下，所述刮刀（22）沿上装机构（2）的周向往复运动。

6.根据权利要求5所述的隧道清理机器人，其特征在于：所述刮刀（22）与连杆组件（23）弹性连接，以使所述刮刀（22）能够沿上装机构（2）的径向伸缩移动。

7.根据权利要求3所述的隧道清理机器人，其特征在于：所述行走机构（4）包括一对分列于主机架（1）两侧的履带行走单元（41），所述履带行走单元（41）包括行走支架（411），所述行走支架（411）两端各设一滚轮（412），所述滚轮（412）外套装有履带链（413）；所述行走支架（411）与主机架（1）铰接，通过翻转使得履带链（413）贴合隧道壁面。

8.根据权利要求7所述的隧道清理机器人，其特征在于：所述行走机构（4）还包括第三伸缩杆（42），所述第三伸缩杆（42）的一端与主机架（1）铰接、另一端与行走支架（411）铰接；所述第三伸缩杆（42）通过伸缩驱动履带行走单元（41）翻转。

9.根据权利要求3所述的隧道清理机器人，其特征在于：所述上装机构（2）、所述翻转机构（3）和所述行走机构（4）均设置成液压驱动；所述主驱动机构（5）设置成液压站，其分别与上装机构（2）、翻转机构（3）和行走机构（4）相连。

10.根据权利要求3所述的隧道清理机器人，其特征在于：所述机器人还包括蓄能机构（6），所述蓄能机构（6）一端与主驱动机构（5）相连、另一端分别与上装机构（2）、翻转机构（3）和行走机构（4）中的至少一项相连。