CN201161381Y - 多功能管道清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能管道清洁机器人，目的在于提供一种高清扫效率的机器人。它包括车体、多自由度的控制臂、多自由度的多功能臂和远程调控装置。车体的两侧有车轮。车体后部有电缆接口，所有控制信号、视频信号、通讯信号和电源供应通过该接口与远程调控装置相连。车体后部也装有气源接口，外部气源可以通过管路与该接口相连。多功能臂的转盘和上臂均装有摄像头和照明灯。远程调控装置包括功率放大器、微处理器、液晶显示器以及电源装置。本实用新型可以用于对管道进行清扫、实现对管道的均匀清扫，也用于攀越台阶或障碍物，其清扫空间大、清扫效率高、操作简便而直观、进去一次就有可能完成对所有管壁的清扫，从而大大节省清扫所用的时间。

Description

多功能管道清洁机器人

技术领域

本实用新型涉及一种管道清洁机器人，主要用于对管道进行清洗，属于机器人技术领域。

背景技术

由于管道尺寸的限制以及管道内有害物质、病菌和霉菌对人体健康的危害，对管道的清洗工作需要依靠清洁机器人来进行。目前市场上的机器人大多为单臂机器人，机械臂只能上下移动，清扫空间有限，机器人需要进出多次才能完成对管道的清扫。如果需要对管道的四壁进行清洗时需要频繁移动车体，清扫效率不高，而且车体频繁移动时电缆容易磨损并可能被车体缠住。另外单臂机器人对某些死角很难进行清扫，并且遇到障碍物或台阶时可能无法越过。

发明内容

本实用新型的目的在于：为了解决上述现有技术存在的问题，提供了一种高清扫效率的多功能管道清洁机器人。

本实用新型通过以下方案实现：它包括车体、控制臂、多功能臂和远程调控装置四大部分。车体的两侧有车轮。用于控制多功能臂转动方位的控制臂由底座、转盘位置传感器、转盘、支撑架、多个依次活动式关节连接的支臂、多个关节位置传感器、操作员控制手柄和毛刷或喷嘴方位指示头组成。转盘设置于底座上并可绕底座转动，所有关节位置传感器分别设置于支臂关节处，以便输出两相邻支臂间的相对转角，关节位置传感器输出信号及转盘位置传感器的输出信号均送至远程调控装置，转盘位置传感器设置于底座上，用于测量转盘和底座之间的相对转角，与支撑架连接的支臂可绕支撑架转动，关节位置传感器用于测量此支臂和支撑架之间的相对转角，最末(外)端支臂活动连接有方位指示头；

用于管道清扫、攀越障碍的多功能臂装在车体上，由底座、转盘、转盘电机、转盘位置传感器、支座、齿轮箱、多个依次活动式关节连接的支臂、多个位置传感器及与支臂数目相同的电机、毛刷或喷嘴、毛刷驱动电机组成。转盘设置于底座上并可绕底座转动，转盘位置传感器设置于底座上用于测量转盘和底座之间的相对转角，与支座连接的支臂可绕支座转动，其关节位置传感器用于测量此支臂和支座之间的相对转角，最末(外)端支臂活动通过铰接与毛刷轴相联；所有关节位置传感器及电机分别设置于支臂关节处及支臂上，以便控制各个支臂的转动并输出两相邻支臂间的相对转角；毛刷驱动电机通过齿轮箱驱动毛刷绕其中心轴转动；

远程调控装置包括功率放大器、微处理器、液晶显示器以及电源装置，所有控制信号、视频信号、通讯信号和电源供应都通过该接口与远程调控装置4相连，远程调控装置接收来自控制臂和多功能臂的各个关节的位置传感器的信号，微处理器根据这些信号通过PID或其它控制算法形成相应指令，该指令通过功率放大器驱动多功能臂的各个电机，以使多功能臂移动到由方位指示头所指定的方位。车体的运动速度、毛刷的转速、照明灯的亮度也通过远程调控装置进行控制。对中弹簧通过上臂与毛刷相连。

本实用新型所述控制臂的支臂数目可以为一个或多个。图1所示的控制臂支臂包括下臂、上臂，关节位置传感器包括分别设置于下臂、上臂上的下臂位置传感器、上臂位置传感器，下臂可以绕支撑架转动，下臂位置传感器用于测量下臂和支撑架之间的相对转角；上臂可以绕下臂转动，上臂位置传感器用于测量上臂和下臂之间的相对转角；多功能臂的支臂数目亦为一个或多个，图1所示的多功能臂支臂包括下臂、上臂，位置传感器包括分别设置于下臂、上臂上的下臂位置传感器、上臂位置传感器，电机包括两个电机，分别通过齿轮箱驱动下臂绕支座转动、上臂绕下臂转动。本实用新型所述控制臂的支臂数目和多功能臂的支臂数目可以相同，也可以不同。

本实用新型所述的毛刷的两端装有导轮，该导轮的中心装有轴承，导轮可以绕毛刷的中心轴自由转动。

本实用新型所述导轮的直径略小于毛刷的直径。

本实用新型设有对中弹簧，毛刷中心轴可以绕铰接中心轴转动，对中弹簧通过上臂与毛刷相连。

本实用新型所述多功能臂的最末(外)端支臂上装有摄像头和照明灯。

本实用新型所述车体上装有气源接口，后部装有电缆接口和气源接口，外部气源通过管路与气源接口相连，接口与气源接口之间通过气源开关以控制气源的输送。

本实用新型所述毛刷和喷嘴均为可拆卸式。

本实用新型所述的多功能臂可以用于对管道进行清扫、保护毛刷、实现对管道的均匀清扫，也用于攀越台阶或障碍物，其清扫空间大、清扫效率高、操作简便而直观、机器人进去一次就有可完成对所有管壁的清扫，从而大大节省清扫所用的时间。另外多功能臂上的喷嘴可以实现对管道死角的清扫并可以喷洒杀菌消毒剂。本实用新型控制臂的自由度数目也可以根据情况增减，结构简单、实用、成本低、清洁效果好。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

图2是本实用新型实施例车体和多功能臂的右视图。

图3是本实用新型实施例控制臂的右视图。

图4和图5示意如何用毛刷两端的导轮实现对管壁的均匀清扫。

图6和图7示意如何用毛刷两端的导轮帮助机器人攀越台阶或障碍物。

图8所示是拆掉毛刷并装有喷嘴的机器人；

图9所示是四自由度多功能管道清洁机器人。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例进行详细说明。

实施例1

本实施例为三自由度多功能管道清洁机器人，它包括车体1、控制臂2、多功能臂3和远程调控装置4四大部分。控制臂2及多功能臂3的支臂数为2。

在图2中，所述车体1的两侧有车轮，车体1上装有多功能臂3和气源接口27；车体后部装有电缆接口5，所有控制信号、视频信号、通讯信号和电源供应通过该接口与远程调控装置4相连。车体后部也装有气源接口6，外部气源可以通过管路与该接口相连。在图3中，所述的控制臂2用于控制多功能臂3上的毛刷22的方位，它由底座31、转盘位置传感器32、转盘33、支撑架34、下臂36、下臂位置传感器35、上臂39、上臂位置传感器37、操作员控制手柄38和毛刷和喷嘴方位指示头40组成；转盘33可以绕底座31转动，转盘位置传感器32用于测量转盘33和底座31之间的相对转角；下臂36可以绕支撑架34转动，下臂位置传感器35用于测量下臂36和支撑架34之间的相对转角；上臂39可以绕下臂36转动，上臂位置传感器37用于测量上臂39和下臂36之间的相对转角；所有位置传感器信号将传回远程调控装置4。操作员通过控制手柄38改变毛刷和喷嘴方位指示头40的方位，毛刷和喷嘴方位指示头40的方位决定了多功能臂3上毛刷22的方位。在图2中，所述的多功能臂3由底座9、转盘10、转盘电机8、转盘位置传感器7、支座11、齿轮箱13、下臂15、上臂19、位置传感器7、位置传感器17、电机14、电机16、齿轮箱13、齿轮箱18及毛刷22或喷嘴41、毛刷驱动电机21组成。转盘电机8用于驱动转盘10，位置传感器7用于测量转盘10和底座9之间的相对转角；电机14通过齿轮箱13驱动下臂15绕支座11转动，位置传感器12用于测量下臂15和支座11之间的相对转角；电机16通过齿轮箱18驱动上臂19绕下臂15转动，位置传感器17用于测量上臂19和下臂15之间的相对转角；毛刷22的中部与上臂19的顶端链接，毛刷22中心轴可以绕铰接中心轴转动；对中弹簧20通过上臂19与毛刷22相连。电机21通过齿轮箱24驱动毛刷22绕其中心轴转动。毛刷22的两端装有导轮23，该导轮23的中心装有轴承，导轮23可以绕毛刷22的中心轴自由转动。该导轮23的直径略小于毛刷22的直径；转盘10上也装有摄像头29和照明灯28，它们随转盘10一起转动。上臂19上还装有摄像头25和照明灯26。如图4所示，在对管壁进行清扫时，导轮23的作用是避免毛刷一端与管壁靠得太近而损坏毛刷和驱动电机21；如图5所示，导轮23的另一个作用是确保毛刷的各个部分与管壁均匀接触。如图6和图7所示，在需要攀越台阶或障碍物时，导轮23和多功能臂3协同工作以帮助机器人前进。这时导轮23的作用相当于车轮，并能保护毛刷不受到过度挤压。如图8所示，在拆掉毛刷后22，上臂19的顶端可以装设喷嘴41，该喷嘴通过管路42连接到接口27。接口27与气源接口6之间有气源开关43以控制气源的输送。如图1所示，远程调控装置4包括功率放大器、微处理器、液晶显示器30以及电源装置等。控制臂2装在远程调控装置4的面板上。控制臂2和多功能臂3组成一对主从随动伺服系统。远程调控装置4接收来自控制臂2和多功能臂3的各个关节的位置传感器的信号，微处理器根据这些信号进行计算并形成相应指令，该指令通过控制元件驱动多功能臂3的各个电机，从而使毛刷22移动到由毛刷和喷嘴方位指示头40所指定的方位。毛刷22的转速、照明灯26和28亮度的调节、车体1的前进、后退和转弯的速度、以及气源开关43的打开和关闭均由远程调控装置4进行控制。液晶显示器30用于显示由摄像头25和29传来的视频信号。

Claims (7)

1、一种多功能管道清洁机器人，其特征在于：包括车体(1)、控制臂(2)、多功能臂(3)和远程调控装置(4)，控制臂(2)与多功能臂(3)组成一个主从随动伺服装置；

车体(1)两侧均安装有车轮；

用于控制多功能臂(3)转动方位的控制臂(2)由底座(31)、转盘位置传感器(32)、转盘(33)、支撑架(34)、多个依次活动式关节连接的支臂、多个关节位置传感器、操作员控制手柄(38)和毛刷或喷嘴方位指示头(40)组成；转盘(33)设置于底座(31)上并可绕底座(31)转动；所有关节位置传感器分别设置于支臂关节处，以便输出两相邻支臂间的相对转角；关节位置传感器输出信号及转盘位置传感器(32)的输出信号均送至程调控装置(4)；转盘位置传感器(32)设置于底座(31)上，用于测量转盘(33)和底座(31)之间的相对转角，与支撑架(34)连接的支臂可绕支撑架(34)转动，关节位置传感器用于测量此支臂和支撑架(34)之间的相对转角，最末端支臂活动连接有毛刷或喷嘴方位指示头(40)；

用于管道清扫、攀越障碍的多功能臂(3)装在车体(1)上，由底座(9)、转盘(10)、转盘电机(8)、转盘位置传感器(7)、支座(11)、齿轮箱(13)、多个依次活动式关节连接的支臂、多个位置传感器及与支臂数目相同的电机、毛刷22或喷嘴(41)、毛刷驱动电机(21)组成；转盘(10)设置于底座(9)上并可绕底座(9)转动；转盘位置传感器(7)设置于底座(9)上用于测量转盘(10)和底座(9)之间的相对转角；与支座(11)连接的支臂可绕支座(11)转动，其关节位置传感器用于测量此支臂和支座(11)之间的相对转角，最末端支臂通过铰接与毛刷轴相联；所有关节位置传感器及电机分别设置于支臂关节处及支臂上，以便控制支臂多自由度转动并输出两相邻支臂间的相对转角，毛刷驱动电机(21)通过齿轮箱(24)驱动毛刷(22)绕其中心轴转动；

远程调控装置(4)包括功率放大器、微处理器、液晶显示器(30)、以及电源装置，所有控制信号、视频信号、通讯信号和电源供应都通过该接口与远程调控装置(4)相连，远程调控装置(4)接收来自控制臂(2)和多功能臂(3)的各个关节的位置传感器的信号，微处理器根据这些信号通过PID或其它控制算法形成相应指令，该指令通过功率放大器驱动多功能臂(3)的各个电机，从而使该臂末端移动到由方位指示头(40)所指定的方位；对中弹簧(20)通过上臂(19)与毛刷(22)相连。

2、根据权利要求1所述的多功能管道清洁机器人，其特征在于：控制臂(2)的支臂数目为2，包括下臂(36)、上臂(39)，关节位置传感器包括分别设置于下臂(36)、上臂(39)上的下臂位置传感器(35)、上臂位置传感器(37)，下臂(36)可以绕支撑架(34)转动，下臂位置传感器(35)用于测量下臂(36)和支撑架(34)之间的相对转角；上臂(39)可以绕下臂(36)转动，上臂位置传感器(37)用于测量上臂(39)和下臂(36)之间的相对转角；多功能臂(3)的支臂数目为2，包括下臂(15)、上臂(19)，关节位置传感器包括分别设置于下臂(15)、上臂(19)上的下臂位置传感器(12)和上臂位置传感器(17)，电机包括电机(14、16)，分别通过齿轮箱(13、18)驱动下臂(15)绕支座(11)转动、上臂(19)绕下臂(15)转动。

3、根据权利要求1或2所述的多功能管道清洁机器人，其特征在于：毛刷(22)的两端装有导轮(23)，该导轮(23)的中心装有轴承，导轮(23)可以绕毛刷(22)的中心轴自由转动。

4、根据权利要求3所述的多功能管道清洁机器人，其特征在于：导轮(23)的直径略小于毛刷(22)的直径。

5、根据权利要求1或2所述的多功能管道清洁机器人，其特征在于：设有对中弹簧(20)，毛刷(22)中心轴可以绕铰接中心轴转动，对中弹簧(20)通过上臂(19)与毛刷(22)的轴相连。

6、根据权利要求1或2所述的多功能管道清洁机器人，其特征在于：多功能臂(3)的最末端支臂上装有摄像头(25)和照明灯(26)。

7、根据权利要求1或2所述的多功能管道清洁机器人，其特征在于：车体(1)上装有气源接口(27)，后部装有电缆接口(5)和气源接口(6)，外部气源通过管路与气源接口(6)相连，接口(27)与气源接口(6)之间通过气源开关(43)以控制气源的输送。

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