CN201644462U - 新型管道清淤机器人 - Google Patents

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孙林峰
樊文欣
赵俊生
原霞
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孙林峰
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Abstract

新型管道清淤机器人,主要用于中、大型管道内壁的清淤工作,它由供电部分、调速部分、导向体部分和清洗头装置四部分组成,供电部分连接调速部分,调速部分连接导向体部分,导向体部分与清洗头装置之间通过联轴器相连,其特征在于:供电部分包括涡轮、链传动装置、增速装置、蓄电装置、发电机及其散热通道,调速部分包括减速轮、挡板、连杆机构、步进电机和命令接收处理装置组成,导向体部分包括导向轮系统、电动机、减速装置、独立支撑轮、红外探测头,清洗头装置包括联轴器、锥齿轮组、带轴承的转动圆盘、可伸缩的支撑柱和平面球轴承。本实用新型将管道内流体的动能转化为电能,使机器人能随时为自身携带的蓄电池充电,实现无缆化和轻便化。

Description

新型管道清淤机器人
技术领域: [0001] 本实用新型源于机械设计及理论学科,就应用而言它属于管道机器人的应用研究 领域。具体涉及一种新型管道清淤机器人。
背景技术:
[0002] 管道清淤机器人发展至今,按其能源供给方式主要分为有缆机器人和无缆机器 人。目前,在实际管道的清理工作中使用的绝大部分是有缆机器人。实际应用中表明,当有 缆管道机器人行走到一定距离、特别是在转弯较多时,线缆与管壁的摩擦力会变得很大,甚 至达到机器人的牵引力所不能克服的程度,这就严重缩短了机器人的最大行程,其可靠性 也受到了严重影响。而对于当今设计出的各种无缆机器人,大多数其动力能源主要来自蓄 电池,但蓄电池所储存的能量毕竟有限,而且易受电池质量、充电工艺等因素的影响,因而 仍旧不能承担长距离的工作任务。
发明内容:
[0003] 为了克服现有的管道清淤机器人不能够实现能源自给、工作距离短等不足,本实 用新型提供一种新型管道清淤机器人。
[0004] 本实用新型的技术方案是:由供电部分、调速部分、导向体部分和清洗头装置四部 分组成。供电部分连接调速部分,调速部分连接导向体部分,导向体部分与清洗头装置之间 通过联轴器相连。
[0005] 供电部分包括涡轮、双排链传动装置、二级齿轮增速装置、蓄电装置、发电机及其 散热通道,涡轮与双排链传动装置中的下链轮安装在同一根轴上,上链轮与二级齿轮增速 装置的大齿轮同轴。齿轮增速装置的动力输出轴即作为发电机的动力输入轴。
[0006] 调速部分包括两个减速轮、吸盘、支撑轮、挡板、连杆机构、丝杠滑块、丝杠、步进电 机和命令接收处理装置,两个减速轮的中间位置设有吸盘,两个减速轮和吸盘以及步进电 机均与各自的与变压装置串联的PLC电流控制元件相连接。挡板通过连杆机构与丝杠滑块 相连,丝杠滑块安装在丝杠上,丝杠与步进电机相连。
[0007] 导向体部分包括导向轮系统、电动机、齿轮减速装置、独立支撑轮和红外探测头, 导向轮装置和电动机以及红外探测头均与各自的与变压装置串联的PLC电流控制元件相 连接。红外探测头的数据线路与调速部分上方的数据天线,即命令接收处理装置相连接。电 动机的动力输出轴与齿轮减速装置的小齿轮同轴。
[0008] 清洗头装置包括联轴器、锥齿轮组、带轴承的转动圆盘、丝杠、丝杠滑块、可伸缩的 支撑柱和平面球轴承,联轴器将清洗头的动力输入轴与导向体部分输出的动力输出轴相联 接,动力输入轴与锥齿轮组中的竖直方向的锥齿轮同轴,水平方向的两个锥齿轮与竖直方 向的锥齿轮相互啮合,丝杠与水平方向的锥齿轮同轴,丝杠滑块套在丝杠上,丝杠滑块与带 有弹簧的升降柱相连,升降柱与平面球轴承下表面相连,平面球轴承的上表面的周围与可 伸缩的支撑柱相连接,上表面与清洗头相连。[0009] 本实用新型的有益效果是:能够实时控制机器人的运动速度,降低了对蓄电池能 量的依赖,避免了由于机器人携带电缆所导致的工作距离短、运动不灵活等缺点,清洗头工 作效率高,结构简单,成本较低。
[0010] 本实用新型不仅能够实现无缆化和轻便化,而且能方便的实现能源的自给以使整 机的工作时间得以提升。 附图说明:
[0011] 图1是本实用新型实施例的结构图。
[0012] 图2是本实用新型实施例中供电部分的结构示意图(相对图1放大)。
[0013] 图3是本实用新型实施例中发电机机箱的结构示意图(相对图1放大)。
[0014] 图4是本实用新型实施例中调速部分的结构示意图(相对图1放大)。
[0015] 图5是图4中①部的放大图。
[0016] 图6是本实用新型实施例中的导向体部分的结构示意图(相对图1放大)。
[0017] 图7是本实用新型实施例中减速轮、导向轮、独立支撑轮的布局示意图(相对图1 缩小)。
[0018] 图8是本实用新型实施例中导向轮装置的机构原理图(相对图1放大)。
[0019] 图9是本实用新型实施例中清洗头装置的结构示意图(相对图1放大)。
[0020] 附图中主要标号说明
[0021] 1、涡轮 17、信号线路 33、正反转电动机
[0022] 2、双排链传动装置 18、支撑轮 34、塑料引流壳
[0023] 3、链轮 19、命令接收及处理装置35、软联接
[0024] 4、二级齿轮增速装置20、输电线路 36、导向轮装置
[0025] 5、输电线路 21、红外探测头数据天线37、独立支撑轮
[0026] 6、发电机箱 22、挡板 38、调速轮
[0027] 7、蓄电装置 23、连杆机构 39、永磁铁滑块
[0028] 8、涡轮轴壳 24、丝杠滑块 40、动力轴
[0029] 9、动力轴 25、丝杠 41、联轴器
[0030] 10、输电线路 26、步进电机 42、锥齿轮组
[0031] 11、散热通道 27、导向轮装置 43、转动圆盘
[0032] 12、发电机 28、软联接 44、丝杠
[0033] 13、减速轮 29、红外探测头 45、丝杠滑块
[0034] 14、轴瓦 30、齿轮减速装置 46、平面球轴承
[0035] 15、吸盘 31、动力轴 47、支撑柱
[0036] 16、输电线路 32、独立支撑轮
具体实施方式:
[0037] 本实用新型的具体实施方式由以下实施例详细给出。
[0038] 实施例:图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9所示,本实施例由供电部 分、调速部分、导向体部分和清洗头装置四部分组成。供电部分连接调速部分,调速部分连接导向体部分,导向体部分与清洗头装置之间通过联轴器相连。
[0039] 图2、图3所示,供电部分主要由涡轮1、双排链传动装置2、二级齿轮增速装置4、 蓄电装置7、发电机箱6及其散热通道11组成。涡轮1与双排链传动系统2中的下链轮安 装在同一根轴上,上链轮3与二级齿轮增速装置4的大齿轮同轴。齿轮增速装置4的动力 输出轴即作为发电机箱6的动力输入轴。
[0040] 图4、图5所示,调速部分主要由两个减速轮13、吸盘15、支撑轮18、挡板22、连杆 机构23、丝杠滑块24、丝杠25、步进电机26和命令接收处理装置19组成。两个减速轮13 的中间部分安装有吸盘15,两个减速轮13和吸盘15以及步进电机26均与各自的与变压装 置串联的PLC电流控制元件相连接。挡板22通过连杆机构23与丝杠滑块24相连,丝杠滑 块24安装在丝杠25上,丝杠25与步进电机26相联。
[0041] 图6、图7、图8所示,导向体部分主要由导向轮装置27、电动机、齿轮减速装置30、 独立支撑轮32和红外探测头组成。导向轮装置27和电动机以及红外探测头均与各自的与 变压装置串联的PLC电流控制元件相连接。红外探测头的数据线路与调速部分上方的数据 天线(即命令接收处理装置19)相连接。电动机的动力输出轴31与齿轮减速装置30的小 齿轮同轴。
[0042] 图9所示,清洗头装置由联轴器41、锥齿轮组42、带轴承的转动圆盘43、丝杠44、 丝杠滑块45、可伸缩的支撑柱47和平面球轴承46组成。联轴器41将清洗头的动力输入轴 与导向体部分输出的动力输出轴相联接,动力输入轴与锥齿轮组42中的竖直方向的锥齿 轮同轴,水平方向的两个锥齿轮与竖直方向的锥齿轮相互啮合,丝杠44与水平方向的锥齿 轮同轴,丝杠滑块45套在丝杠44上,丝杠滑块45与带有弹簧的升降柱相连,升降柱与平面 球轴承46下表面相连,平面球轴承46的上表面的周围与可伸缩的支撑柱47相连接,上表 面与清洗头相连。
[0043] 本实施例是这样工作的:管道内应存在流体流动,流体的深度以管径的一半为佳。 流动的流体带动涡轮1转动,涡轮经过滚柱式齿形链铰链的双排链传动装置2,带动位于管 道中的链轮3转动,通过二级齿轮增速装置4,带动发电机12进行发电,从而为蓄电装置7 进行充电,以供机器人中各电子元件进行工作。
[0044] 在上述链传动装置和二级齿轮增速装置中,如有必要,可适当调节传动比以达到 最佳转速;为了能使流体顺利通过涡轮而不致产生涡流干扰工作,涡轮轴壳8则需采用上 大下小的倒锥形外壳以达到良好的流线性。
[0045] 在图3中,由于发电机在工作时会发出大量的热,如果热量不能及时排出,则不仅 电机本身的工作效率会受到影响,机器人机体内的大量电子元件在高温环境下也可能会受 到损坏,所以发电机可以布置在内部敷满石棉的机箱中以达到隔热的效果,热量进入散热 口随排热管道11送到机器人体外。
[0046] 在图4中,当需要前进时,步进电机26正转,带动丝杠25转动,从而使丝杠滑块24向前运动,再通过连杆机构23放下挡板22,使流体推进机器人整体运动。其中,根据需要 的运动速度不同,可以调节挡板22的落下程度,即调节挡板与流体的有效截面积来控制速 度。若机器人某部分出现故障,则可将挡板完全放下,在高压流体的作用下快速运动实现出管。
[0047] 图5中,当机器人需要停车作业时,减速轮13顶部的PLC元件组控制下方的电磁铁组通电,推动减速轮支柱内的附有永磁铁的滑块向下移动,进而使轴瓦14放下进行刹 车,在轮滑动摩擦作用下促使设备静止,此时,根据同样道理,使吸盘15放下,并升高吸盘 柱使机器人脱离管道面,这时则保证了机器人的静止,此时前方清洗头开始工作。随着工作 的进行,后方涡轮继续转动,为蓄电装置充电,以备使用。这时清洗下来的淤泥也会随着流 体一起流走,而不会滞留在原处以阻塞机器人将来的运动。
[0048] 在机器人机体上方有一支撑轮18,使机器人在管道上壁得到充分的压紧支撑。
[0049] 在图6中,控制机器人的行走方向功能的是导向体部分。导向体部分与之前面的 调速部分为软联接28,以方便转向。在导向体前部有用来保证导向体整体的稳定性的独立 支撑轮32,该轮为万向轮,使得转向更加灵活。由于其导致在结构上有向下延伸的部分,为 了避免不必要的冲击,增强整机的流线性,故加装了外形圆滑的可拆卸的弧形塑料引流壳 34。
[0050] 在导向体的机体外部安装有红外探测头29,主要负责探测 前方的路况,以便操作 者在机器人遇到岔口时能够及时调整运动姿态。
[0051] 在导向体的机体内部安装有正反转电动机33,通过齿轮减速装置30来实现前方 清洗部分的整体转动以及清洗头的自转。
[0052] 在图9中,由导向体部分传来的动力轴40通过联轴器41接入清洗头装置中的锥 齿轮组42,这不仅可实现转动方向由竖直变为水平,而且可以视情况调节清洗头的转速,上 下对称布置的锥齿轮经过附有轴承的转动圆盘43,联接到丝杠44转动,再由联接清洗头部 分的丝杠滑块45实现清洗头的上下伸缩。而在外侧,有两根可伸缩的支撑柱47,一端固定 在圆盘上,另一端与一平面球轴承46之上的清洗头相联,从而实现清洗头的自转。
[0053] 图8所示,当机构需要右转时,左方P8发出指令使电磁铁通电,由于同性相斥推动 永磁铁滑块39向前运动,而此时右方P9发出相反指令,使电磁铁吸附永磁铁滑块向后运 动,则可完成导向轮的右转,转弯动作完成后,P8、P9各发出相反指令,使得永磁铁滑块复 位。
[0054] 注:图5中,B1、B2、B3、B4分别为各模块的变压器,P1、P2、P3、P4分别为各模块的 PLC控制元件,PLC型号均为西门子PLC CPU 221,变压器型号均为J2426。
[0055] 注:图6中,B5、B6、B7分别为各模块的变压器,P5、P6、P7分别为各模块的PLC控 制元件,PLC型号均为西门子PLC CPU 221,变压器型号均为J2426。

Claims (1)

  1. 一种新型管道清淤机器人,由供电部分、调速部分、导向体部分和清洗头装置四部分组成,供电部分连接调速部分,调速部分连接导向体部分,导向体部分与清洗头装置之间通过联轴器相连,其特征在于:供电部分包括涡轮、双排链传动装置、二级齿轮增速装置、蓄电装置、发电机及其散热通道,涡轮与双排链传动装置中的下链轮安装在同一根轴上,上链轮与二级齿轮增速装置的大齿轮同轴,齿轮增速装置的动力输出轴即作为发电机的动力输入轴;调速部分包括减速轮、吸盘、支撑轮、挡板、连杆机构、丝杠滑块、丝杠、步进电机、命令接收处理装置,两个减速轮的中间部分安装有吸盘,两个减速轮和吸盘以及步进电机均与各自的与变压装置串联的PLC电流控制元件相连接,挡板通过连杆机构与丝杠滑块相连,丝杠滑块安装在丝杠上,丝杠与步进电机相连;导向体部分包括导向轮系统、电动机、齿轮减速装置、独立支撑轮和红外探测头,导向轮装置和电动机以及红外探测头均与各自的与变压装置串联的PLC电流控制元件相连接,红外探测头的数据线路与调速部分上方的数据天线相连接,电动机的动力输出轴与齿轮减速装置的小齿轮同轴;清洗头装置包括联轴器、锥齿轮组、带轴承的转动圆盘、丝杠、丝杠滑块、可伸缩的支撑柱和平面球轴承组成的,联轴器将清洗头的动力输入轴与导向体部分输出的动力输出轴相联接,动力输入轴与锥齿轮组中的竖直方向的锥齿轮同轴,水平方向的两个锥齿轮与竖直方向的锥齿轮相互啮合,丝杠与水平方向的锥齿轮同轴,丝杠滑块套在丝杠上,丝杠滑块与带有弹簧的升降柱相连,升降柱与平面球轴承下表面相连,平面球轴承的上表面的周围与可伸缩的支撑柱相连接,上表面与清洗头相连。
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