CN117696557A - 一种清理机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及设备清洁技术领域，具体涉及一种清理机器人，清理机器人包括两个以上活动单元，至少一个活动单元上设有清理装置，任意相邻两活动单元之间通过活动连接结构相连接，任意相邻两活动单元之间还设有伸缩结构，该清理机器人还包括用于带动伸缩结构进行伸缩的伸缩驱动装置，伸缩结构用于在伸缩时带动相邻两活动单元相对转动以改变相邻两活动单元之间的夹角，实现相邻两活动单元之间的夹角的主动调整，在清理机器人对结构物表面进行清理时，可以主动适应结构物表面的形状变化，不需要依赖于结构物表面对清理机器人进行约束和引导，也能适应对弯曲表面的清理，有利于提高通用性。

Description

一种清理机器人

技术领域

本发明涉及设备清洁技术领域，具体涉及一种清理机器人。

背景技术

轮船浸水区、风电桩基、竖井、隧洞、管道等水下结构物长时间处于水中时，其表面往往会附着泥浆、污渍、藻类、锈迹等附着物，影响结构物的使用寿命。目前有用于对结构物表面进行清理的清理机器人，如申请公布号为CN116475183A的中国发明专利申请中公开的一种管道清理机器人，其包括相互独立的和尾部舱段，头部舱段与尾部舱段之间通过柔性关节连接件相连，头部舱段和尾部舱段之间的角度可以根据管道的形状进行改变，头部舱段和尾部舱段的外周上均布有多个行走机构，各行走机构均包括张紧轮，各张紧轮支撑在管道内壁上，使机器人可以在管道内壁上行走，头部舱段的前侧面安装有清理装置，清理装置用于对管道内壁进行清理，柔性关节连接件包括依次相连的至少两个转向关节，转向关节具有球铰结构，利用转向关节可以使头部舱段与尾部舱段根据管道形状调整夹角。其中，头部舱段、尾部舱段分别为活动单元，相邻两活动单元通过柔性关节连接件活动连接，柔性关节连接件构成活动连接结构。

上述这种清理机器人可以适应于管道内表面的清理，对于管道的弯曲段，受管道的约束和引导，清理机器人的各活动单元可以被动调整夹角以适应管道形状变化，而对于有些结构物的弯曲外表面，由于外部缺少约束，在没有外力的情况下，相邻两活动单元之间的夹角不可控，进而容易出现不能贴附到结构物外表面的情况，影响清理效果，使用场合受限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种清理机器人，以解决目前的清理机器人的各活动单元之间夹角的调整需结构物表面进行约束引导而导致使用场合受限、通用性较低的问题。

本发明的清理机器人的技术方案是：

一种清理机器人，包括两个以上活动单元，至少一个活动单元上设有清理装置，任意相邻两活动单元之间通过活动连接结构相连接，任意相邻两活动单元之间还设有伸缩结构，该清理机器人还包括用于带动伸缩结构进行伸缩的伸缩驱动装置，伸缩结构用于在伸缩时带动相邻两活动单元相对转动以改变相邻两活动单元之间的夹角。

进一步地，伸缩结构为柔性伸缩管，伸缩驱动装置为液压发生装置，液压发生装置用于将液压油输送至柔性伸缩管以通过调整柔性伸缩管内的液压油体积来控制柔性伸缩管的伸缩量。

进一步地，相邻两柔性伸缩管通过控制阀相连接，控制阀用于使相邻两柔性伸缩管连通、断开。

进一步地，该清理机器人还包括用于使清理机器人移动的行进装置，行进装置构成一个活动单元，液压发生装置设置在行进装置上。

进一步地，该清理机器人包括干路以及连接在干路上的支路，干路包括至少两个活动单元，支路包括至少一个活动单元，干路上的活动单元和支路上的活动单元分别对应有液压发生装置。

进一步地，该清理机器人包括干路以及连接在干路上的支路，干路包括至少两个活动单元，支路包括至少一个活动单元。

进一步地，支路在干路的各活动单元排布方向上设有两个以上。

进一步地，干路的两侧均设有支路。

进一步地，活动连接结构为铰接结构。

进一步地，清理装置包括刷头以及用于驱动刷头旋转的刷头驱动装置。

有益效果：本发明在现有技术中的清理机器人的基础上进行改进，通过在任意相邻两活动单元之间设置伸缩结构，并配合伸缩驱动装置带动伸缩结构进行主动伸缩，伸缩结构伸缩时可以带动相邻两活动单元相对转动，进而改变相邻两活动单元之间的夹角，这样实现相邻两活动单元之间的夹角的主动调整，在清理机器人对结构物表面进行清理时，可以主动适应结构物表面的形状变化，不需要依赖于结构物表面对清理机器人进行约束和引导，也能适应对弯曲表面的清理，有利于提高通用性。

附图说明

图1为本发明的实施例的清理机器人的结构示意图；

图2为本发明的实施例的清理机器人在一种结构物表面上工作时的示意图；

图3为本发明的实施例的清理机器人在另一种结构物表面上工作时的示意图；

图4为图1中的干路作业单元的结构示意图。

图中：100、结构物表面；1、三通电磁阀；2、行进装置；3、相机；4、前视声呐；5、电池水密舱；6、控制水密舱；7、支撑轮；8、矢量推进器；9、液压发生装置；10、干路作业单元；11、支路作业单元；12、铰接轴；13、柔性伸缩管；14、两通电磁阀；15、电机；16、刷头；17、堵头。

具体实施方式

本发明的清理机器人通过在任意相邻两活动单元之间设置伸缩结构，并配合伸缩驱动装置带动伸缩结构进行主动伸缩，伸缩结构伸缩时可以带动相邻两活动单元相对转动，进而改变相邻两活动单元之间的夹角，这样实现相邻两活动单元之间的夹角的主动调整，在清理机器人对结构物表面进行清理时，可以主动适应结构物表面的形状变化，不需要依赖于结构物表面对清理机器人进行约束和引导，也能适应对弯曲表面的清理，有利于提高通用性。

以下结合本发明的清理机器人的实施例进行具体说明：

如图1-4所示，清理机器人包括行进装置2以及若干个作业单元，行进装置2和作业单元均构成活动单元，各作业单元分为干路作业单元10和支路作业单元11，干路作业单元10依次连接并与行进装置2连接以构成干路，干路的最前方的干路作业单元10与行进装置2相连接，干路的每个干路作业单元10均连接有支路，且每个干路作业单元10的左右两侧均连接有支路，每个支路均包括若干个依次连接的支路作业单元11，支路的最靠近干路的支路作业单元11与相邻的干路作业单元10相连接。本实施例中，干路的干路作业单元10有四个，如图1中的干路作业单元10所在的点划线框中所示，每个支路的支路作业单元11有两个，如图1中的支路作业单元11所在的点划线框中所示。各作业单元上均设有清理装置，清理装置包括刷头16以及用于驱动刷头16旋转的刷头驱动装置，刷头驱动装置为电机15。通过行进装置2带动各作业单元行进以实现清理机器人在结构物表面100边行走边清理结构物表面100附着物。

各作业单元均包括壳体，壳体大体呈方形，清理装置安装在壳体底部。其中干路作业单元10的壳体的前后两侧、左右两侧分别设有连接结构，干路作业单元10的壳体的前后两侧其中一侧连接结构为铰接耳、另一侧连接结构为铰接座，铰接座具有供铰接耳伸入的铰接槽以通过铰接轴12使铰接耳铰接在铰接座上，各干路作业单元10通过铰接耳、铰接座配合铰接轴12进行铰接，最靠近行进装置2的干路作业单元10与行进装置2也通过铰接耳、铰接座配合铰接轴12进行铰接。干路作业单元10的壳体的左右两侧其中一侧连接结构为铰接耳、另一侧连接结构为铰接座，用于实现两侧支路的连接。支路作业单元11的壳体的左右两侧也分别设有连接结构，且支路作业单元11的壳体的左右两侧其中一侧连接结构为铰接耳、另一侧连接结构为铰接座，各支路作业单元11通过铰接耳、铰接座配合铰接轴12进行铰接，各支路的最靠近的干路作业单元10的支路作业单元11与相邻的干路作业单元10也通过铰接耳、铰接座配合铰接轴12进行铰接。铰接耳、铰接座配合铰接轴12形成铰接结构，铰接结构构成活动连接结构，以使任意相邻两活动单元之间通过活动连接结构相连接，任意相邻两活动单元可以绕铰接轴12进行相对转动，以改变相邻两活动单元之间的夹角，适应结构物表面100形状。

各干路作业单元10结构相同，各支路作业单元11结构相同，便于根据需要实现不同数量作业单元的组合。各干路作业单元10的排布方向垂直于各支路作业单元11的排布方向，干路上的活动单元转动时的转动轴线垂直于支路上的活动单元转动时的转动轴线，每个干路作业单元10的两侧均连接有支路作业单元11，有利于扩大清理机器人的清理面积，且有利于行走稳定。

为了更好地适应不同形状的结构物表面100，任意相邻两活动单元之间还设有伸缩结构，伸缩结构为柔性伸缩管13，行进装置2上设有液压发生装置9，液压发生装置9构成用于带动伸缩结构进行伸缩的伸缩驱动装置，液压发生装置9用于将液压油输送至柔性伸缩管13以通过调整柔性伸缩管13内的液压油体积来控制柔性伸缩管13的伸缩量，柔性伸缩管13可以在伸缩时带动相邻两活动单元相对转动，通过控制柔性伸缩管13的伸缩量来控制相邻两活动单元的之间的夹角，实现各活动单元的相对位置适应弯曲的结构物表面100，保证各作业单元的刷头16能够良好贴在结构物表面100。

任意相邻两柔性伸缩管13通过控制阀相连接，控制阀固定在作业单元上，其中，各干路作业单元10的壳体上设有两通电磁阀14，两通电磁阀14固定在干路作业单元10的壳体的上侧面中心部位，干路作业单元10上的两通电磁阀14用于实现干路上的各柔性伸缩管13的连接。各干路作业单元10的壳体上于两通电磁阀14的两侧还分别设有三通电磁阀1。各支路作业单元11的壳体的上侧面中心部位设有两通电磁阀14，支路作业单元11上的两通电磁阀14用于实现支路上的各柔性伸缩管13的连接。两通电磁阀14和三通电磁阀1均为控制阀。干路上的活动单元和支路上的活动单元分别对应有独立的液压发生装置9，位于干路两侧的支路分别对应有一个液压发生装置9，利用不同液压发生装置9分别控制对应部分作业单元上的柔性伸缩管13。

本实施例中的液压发生装置9有三个，中间一个液压发生装置9通过柔性伸缩管13连接与行进装置2相邻的干路作业单元10上的两通电磁阀14，各干路作业单元10上的两通电磁阀14之间分别连接柔性伸缩管13以形成一条中间液压油路。左侧一个液压发生装置9通过柔性伸缩管13连接与行进装置2相邻的干路作业单元10上的左侧三通电磁阀1，各干路作业单元10上的位于左侧的三通电磁阀1之间分别连接柔性伸缩管13，各干路作业单元10上的位于左侧的三通电磁阀1分别与左侧支路的相邻支路作业单元11上的两通电磁阀14通过柔性伸缩管13相连接，各支路作业单元11上的两通电磁阀14之间分别连接柔性伸缩管13。左侧一个液压发生装置9与各干路作业单元10上的位于左侧的三通电磁阀1通过柔性伸缩管13串联形成一条左侧主液压油路，干路作业单元10上的位于左侧的三通电磁阀1以及对应的支路作业单元11上的两通电磁阀14通过柔性伸缩管13相连形成左侧分支液压油路，各干路作业单元10对应的左侧分支液压油路通过各三通电磁阀1并联在左侧主液压油路上。与左侧同理，右侧一个液压发生装置9、各干路作业单元10上的位于右侧的三通电磁阀1以及各支路作业单元11上的两通电磁阀14通过柔性伸缩管13进行连接。各液压发生装置9分别控制相应油路上的柔性伸缩管13的伸缩量。各两通电磁阀14、三通电磁阀1的没有连接柔性伸缩管13的接口均通过堵头17进行封堵，当需要增加干路作业单元10或支路作业单元11时，把堵头17换成柔性伸缩管13即可。

柔性伸缩可采用不锈钢波纹管，这种波纹管在市面上有成熟产品，可以将压力量转换为位移量，工作时在内部压力的作用下可以沿着管子的方向伸长，产生与压力成一定关系的位移。

本实施例中的清理机器人用于对水下结构物表面100进行清理作业，行进装置2可以拖带清理机器人向前运动，行进装置2上集成了相机3、前视声呐4、电池水密舱5、控制水密舱6、支撑轮7、矢量推进器8、液压发生装置9。相机3和前视声呐4为水下清洗作业机器人的探测感知系统，用于感知清理机器人前方的环境状态，其中相机3集成了补光灯功能，当水下光照不足时进行补光，前视声呐4用于当水质较差、不适合利用视觉方式进行感知的工况，相机3和前视声呐4相互配合，融合声学和光学两种环境感知的优点，保证各场景的普适性。电池水密舱5为清理机器人的供电系统，内部集成了高密度电池，控制水密舱6为清理机器人的控制系统，内部有控制计算机，集成了环境感知、路径规划等算法，控制各种设备组件正常运行。支撑轮7位于矢量推进器8的涵道入口侧，避免涵道入口被水下结构物表面100完全阻挡，还能防止行进装置2与结构物表面100产生滑动摩擦。矢量推进器8安装在行进装置2尾部，其螺旋桨和导流罩可以调整推进方向，矢量推进器8的涵道入口开设在行进装置2下方，矢量推进器8工作时将带动水流在涵道入口处产生吸力，并将水向尾部排出，使行进装置2牢牢吸附在待清理的结构物表面100上。

在对管道内壁进行清理作业时，如图2所示，可根据管道内径调整支路作业单元11的数量，根据管道长度调整干路作业单元10的数量。将清理机器人入水，控制水密舱6内的控制系统工作，电池水密舱5向清理机器人供电，使行进装置2的矢量推进器8调整推进方向，下潜航行直至支撑轮7与水下结构物表面100接触，使行进装置2吸附在水下结构物表面100。相机3和前视声呐4探测水下结构物的形状，并将信息传输给控制水密舱6的控制计算机，液压发生装置9将其内部的液压油输送至各段的柔性伸缩管13中。在干路上，首先从最远离对应液压发生装置9的柔性伸缩管13开始调整，调整柔性伸缩管13中液压油的体积和压力，然后关闭该段柔性伸缩管13两端的干路作业单元10上方的两通电磁阀14，使该段柔性伸缩管13的长度和弯曲程度保持恒定，随后按照同样的方式调整下一段柔性伸缩管13的长度和弯曲程度，直至所有干路作业单元10绕铰接轴12旋转至各自的预期角度，从而使所有的干路作业单元10均与管道内壁紧密贴合；在支路上，液压油首先通过三通电磁阀1从干路传输至支路，支路作业单元11姿态的调节方式与干路作业单元10相同，也是从最远离对应液压发生装置9的柔性伸缩管13开始调整，每调整一个柔性伸缩管13就关闭其两端的控制阀，直至所有支路作业单元11绕铰接轴12旋转至各自的预期角度，从而使所有的支路作业单元11均与管道内壁紧密贴合。控制水密舱6内的控制系统启动干路作业单元10和支路作业单元11上的电机15，电机15带动刷头16工作。

在对结构物的有起伏的表面进行清理时，如图3所示，其各作业单元的调整方式与上述对管道内壁进行清理作业时的方式一致。使每一段的柔性伸缩管13发生相应程度的弯曲，从而使整条干路、整条支路形成不同的多关节姿态。

各作业单元的刷头16上还设有压力传感器，压力传感器可以感知作业单元与结构物表面100的压力，通过压力传感器的反馈进行调节控制。相应作业单元上的控制电路采用柔性线，可以随作业单元的转动进行弯曲。

该清理机器人利用两通电磁阀14和三通电磁阀1调节不同干路作业单元10和支路作业单元11之间柔性伸缩管13中液压油的体积和压力，使不同的柔性伸缩管13具有不同的伸缩长度和弯曲状态，进而改变干路作业单元10和支路作业单元11之间的连接角度，从而实现清理机器人干路和支路的多关节弯曲功能，有利于使清理机器人适应水下结构物表面100不同的直径、弧度、坡度、形状等参数，在轮船浸水区、风电桩基、竖井、隧洞、管道等多种水下场景下均可适用，始终使刷头16与结构物表面100紧密贴合，提升清理机器人的通用性。

利用多个干路作业单元10和支路作业单元11相互组合实现清理机器人的清理功能，根据待清理壁面的尺寸和形状，通过改变干路作业单元10和支路作业单元11的数量，当待清理表面的面积较大时，通过增加干路作业单元10和支路作业单元11的数量，可以使多个刷头16同时工作，有利于提高水下清洗作业效率。

其他实施方式中，也可以仅设置一个干路作业单元和一个支路作业单元，这样干路有两个活动单元，支路仅设置一个且该支路仅设置一个活动单元。

其他实施方式中，也可以不设支路，各活动单元依次串接。

其他实施方式中，也可以仅设置两个活动单元，一个活动单元为行进装置，另一个活动单元为具有清理装置的作业单元。

其他实施方式中，伸缩结构也可以是液压缸，通过液压缸控制相邻两活动单元之间夹角，为便于活动单元转动，液压缸可以与活动单元铰接。

其他实施方式中，也可以对每个柔性伸缩管均配置液压发生装置。

其他实施方式中，支路也可以仅设置一个。

其他实施方式中，活动连接结构也可以采用球铰结构。

最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种清理机器人，包括两个以上活动单元，至少一个活动单元上设有清理装置，任意相邻两活动单元之间通过活动连接结构相连接，其特征是，任意相邻两活动单元之间还设有伸缩结构，该清理机器人还包括用于带动伸缩结构进行伸缩的伸缩驱动装置，伸缩结构用于在伸缩时带动相邻两活动单元相对转动以改变相邻两活动单元之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的清理机器人，其特征是，伸缩结构为柔性伸缩管，伸缩驱动装置为液压发生装置，液压发生装置用于将液压油输送至柔性伸缩管以通过调整柔性伸缩管内的液压油体积来控制柔性伸缩管的伸缩量。

3.根据权利要求2所述的清理机器人，其特征是，相邻两柔性伸缩管通过控制阀相连接，控制阀用于使相邻两柔性伸缩管连通、断开。

4.根据权利要求2或3所述的清理机器人，其特征是，该清理机器人还包括用于使清理机器人移动的行进装置，行进装置构成一个活动单元，液压发生装置设置在行进装置上。

5.根据权利要求2或3所述的清理机器人，其特征是，该清理机器人包括干路以及连接在干路上的支路，干路包括至少两个活动单元，支路包括至少一个活动单元，干路上的活动单元和支路上的活动单元分别对应有液压发生装置。

6.根据权利要求1或2或3所述的清理机器人，其特征是，该清理机器人包括干路以及连接在干路上的支路，干路包括至少两个活动单元，支路包括至少一个活动单元。

7.根据权利要求6所述的清理机器人，其特征是，支路在干路的各活动单元排布方向上设有两个以上。

8.根据权利要求6所述的清理机器人，其特征是，干路的两侧均设有支路。

9.根据权利要求1或2或3所述的清理机器人，其特征是，活动连接结构为铰接结构。

10.根据权利要求1或2或3所述的清理机器人，其特征是，清理装置包括刷头以及用于驱动刷头旋转的刷头驱动装置。