CN202277991U - 工业管道探测及清理机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种工业管道探测及清理机器人，包括机械系统和控制系统，机械系统设有移动小车和装在该小车上的清洗作业装置；在移动小车的尾部装有检测和定位导向装置，检测装置为摄像头(1)，定位导向装置是一种能够使小车平行前进的装置；清洗作业装置包括清洗臂(15)、装在移动小车前部的清洗臂举升机构、装在第二工作台(14)上的清洗臂张合机构和装在清洗臂前端的清洗刷机构，清洗刷机构设有四个小刷(23)和压力传感器(22)，在该传感器同步检测和反馈调节作用下，每个小刷始终与管道的内壁紧密接触。本实用新型有效工作面积大、能清扫多种污染物、无甩尾现象、价格低廉，适应多种圆形管道包括变化管径的清扫作业，同时能够延长管道寿命。

Description

工业管道探测及清理机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人，具体涉及一种工业管道探测及清理机器人。

背景技术

我国有各种通风管道、气管道、石油管道、下水道、自来水管道等，工业管道在国计民生中发挥着重要作用，管道一旦出现故障，不仅会造成巨大的经济损失，其故障的排除也相对比较困难。因此管道的定期清理与检测对企业来说非常重要。

管道机器人在我国还处于初级发展阶段，管道的维护、监测及除尘等项目相对比较落后，国内现有产品多是对上个世纪七十年代末进口设备的改进，由于其设计背景的客观原因还是造成了很多不适合现今使用的问题。也有部分公司直接进口国外管道清理机器人进行清理、检测，但进口机器人价格昂贵，一般企业难以承受，而且清理效果也不理想。如深圳市德昌电机集团有限公司的JECR-E600型管道机器人，在管道清理与检测过程中，清理机构采用单清理臂、旋转刷头、驱动电机组成。清理臂虽然可实现上下调节，360°旋转，但要逐点清理管壁各部位，无法完成一次性清理；同时，清理臂臂长有限，对于变管径管道清理，很难达到满意的效果；旋转刷头转速很高，然而机器人整体稳定性不佳，容易出现甩尾等现象。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工业管道探测及清理机器人。

(二)技术方案

本实用新型解决其技术问题采用以下的技术方案：包括机械系统和控制系统，机械系统设有移动小车和装在该小车上的清理作业装置。在移动小车的尾部装有检测装置和定位导向装置，检测装置为摄像头，定位导向装置是一种能够使小车平行前进的装置。清理作业装置主要包括清理臂、清理臂举升机构、清理臂张合机构和清理刷机构四部分，其中，清理臂举升机构装在移动小车的前部；清理臂张合机构装在第二工作台上；清理刷机构装在清洗臂的前端，该机构设有四个小刷和与之配套的压力传感器，在该传感器同步检测和反馈调节作用下，每个小刷始终与管道的内壁紧密接触。

(三)有益效果

本实用新型与现有技术相比，具有以下突出的主要效果：

1、设计出可变管径清理机构，由连杆、丝杠螺母机构构成可变范围清扫的伞状张合机构，能满足不同直径管道的清扫。

2、设计出清理臂举升机构，由丝杠螺母机构构成，实现清理臂的定心。

3、伞状张合机构的四个刷头传感器实时检测刷头工作情况，自动反馈调节，使刷头始终与管壁紧密贴合，实现伞状张合机构旋转一周既可对相应管壁所有部位一次性清理。

4、定位导向装置的定位导向杆装有应力传感器，实时反馈信号，操作者实时调节，使定位导向杆时刻保持与管道的一定范围的接触，保证机器人在清扫过程中始终与管道保持平行，完成高效，高质的清扫工作。

5、采用更换刷头式设计，可以满足管道不同污垢的清扫。同时集管道疏通、清扫、检测于一体。

总之，本实用新型能够较好地解决现有技术存在的问题，具有有效工作面积大、能清扫多种污染物、适应变化管径的清扫、无甩尾现象、价格低廉等优势，运用先进技术可进行多种圆形管道复杂环境下的管道作业，及时疏通、清扫与检测，避免故障发生，同时也能大大延长管道寿命。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的左视图。

图4是本实用新型清理作业装置结构主视图。

图5是本实用新型定位导向装置的结构主视图。

图中：1、摄像头；2、铰接座；3、第一连杆；4、定位导向杆；5、第一螺母；6、第一丝杠；7、车载控制模块；8、第一直流电机；9、第一齿轮；10、第二齿轮；11、第一工作台；12、连接轴；13、第三齿轮；14、第二工作台；15、清理臂；16、第二直流电机；17、第四齿轮；18、第五齿轮；19、第二丝杠；20、第二螺母；21、第二连杆；22、压力传感器；23、小刷；24、第六齿轮；25、第三直流电机；26、第三丝杠；27、第三螺母；28、第七齿轮；29、第八齿轮；30、第四直流电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型是用于中央空调管道清理和检测的机器人，如图1至图5所示：主要由机械系统和控制系统两大部分组成，结构简单、维护方便、故障率低。

1、机械系统：

该机械系统由移动小车，装在移动小车上的清理作业装置，位于移动小车尾部的定位导向装置，以及位于移动小车尾部的检测装置组成。

移动小车为履带式小车，它是执行中央空调清理任务的移动载体和任务搭载平台。

清理作业装置：该装置是整个清理机器人实施清理作业的具体机构，它主要包括清理臂15、清理臂举升机构、清理臂张合机构和清理刷机构四部分。清理臂张合机构和清理臂举升机构将决定清理机器人的作业能力，清理刷机构将决定风管清理的效率和质量。清洗臂举升机构装在移动小车的前部，该机构包括：第一直流电机8，第一齿轮9，第二齿轮10，第一工作台11，第三丝杠26，第三螺母27。清理臂张合机构装在第二工作台14上，该机构包括：第二工作台14，第二直流电机16，第四齿轮17，第五齿轮18，第二丝杠19，第二螺母20，第二连杆21。清理刷机构装在清理臂15的前端，该机构设有四个小刷23和与之配套的压力传感器22，在该传感器同步检测和反馈调节作用下，每个小刷始终与管道的内壁紧密接触。

上述清理作业装置，其各部件的连接关系如图4所示：第一直流电机8的电机轴与第一齿轮9固定相连，第一齿轮9与第二齿轮10啮合，第二齿轮10固定装在第三丝杠26的上端，第三丝杠26的下端垂直安装在移动小车的表面上，第三丝杠26与第三螺母27是带动的丝杠螺母机构。第一工作台11的左侧面装有两个第三螺母27，第一工作台11的右侧面通过连接轴12与第三齿轮13相连，清理臂15与第二螺母20通过第二连杆21相连，清理臂15的尾部与第二工作台14铰接相连。第二直流电机16的电机轴与第四齿轮17固定相连，第四齿轮17与第五齿轮18啮合，第五齿轮18固定安装在第二丝杠19的左端，第二丝杠19与第二螺母20是带动的丝杠螺母机构，第二丝杠19右端安装在第二工作台14上，第三直流电机25的电机轴与第六齿轮24固定相连，第六齿轮24与第三齿轮13啮合，第三齿轮13与第二工作台14固定相连，压力传感器22和小刷23与清理臂15相连。

上述清理作业装置，其工作过程是：清理臂15的最前端装有小刷23和压力传感器22，在清扫过程中通过四个小刷上的传感器来同步检测同步反馈调节，控制第一直流电机8带动第一齿轮9的旋转，而第一齿轮9与第二齿轮10啮合，并且第二齿轮10与第三丝杠26相连，这样就能实现第三丝杠26的旋转，则第三螺母27就与第三丝杠26之间实现垂直方向的相对运动，从而带动第一工作台11垂直方向的移动，就能保证四个清理臂15的中心在管道中心。同时第二直流电动机16带动第四齿轮17的旋转，就能实现第二丝杠19的旋转，则第二丝杠19与第二螺母20实现水平方向的相对运动，为清理臂15的展开和收缩提供动力，保证清理臂15最前端的小刷23始终与管壁紧密接触。第三直流电机25带动第六齿轮24的旋转，第六齿轮24与第三齿轮13啮合，这样就能实现第三齿轮13的旋转，第二工作台14第三齿轮13固定相连，且清理臂15与第二工作台14相连，最终实现清理臂15的旋转。

定位导向装置：该装置能够使移动小车平行前进，保证清扫的工作中的稳定性。该装置由定位导向杆4和使该导向杆实现伸缩运动的驱动机构组成，在机器人工作时，定位导向杆同步张开到与管道内壁紧密接触。驱动机构包括铰接座2，第一连杆3，第一螺母5、第一丝杠6、第七齿轮28、第八齿轮29和第四直流电机30。

上述定位导向装置，其各部件的连接关系如图5所示：铰接座2固定安装在小车表面上，定位导向杆4的头部(距其尾部约40mm处)通过第一连杆3与铰接座2铰接相连，定位导向杆4的尾部与第一螺母5外壳铰接相连。第一螺母5与第一丝杠6组成丝杠螺母副。第一丝杠6的两端为连接轴，其中左端连接轴与铰接座2相连，右端连接轴与第七齿轮28固定相连。第七齿轮28与第八齿轮29啮合，第八齿轮29与第四直流电机30的电机轴固定相连。

上述定位导向装置，其工作过程是：在本机器人的清扫工程中，控制单元能够根据管径的变化，控制第四直流电动机30，从而带动第八齿轮29，第八齿轮29与第七齿轮28啮合，并且第七齿轮28与第一丝杠6固定相连，这样就能实现第一丝杠6的旋转。第一螺母5与第一丝杠6是丝杠螺母机构，它利用丝杠与螺母的相对运动将旋转运动变为直线运动，该传动将第一丝杠6的旋转运动转化为第一螺母5的直线运动，从而实现了定位导向杆的伸缩运动。

检测装置：为摄像头1，其可以采用USB-CCTV或其它型号的摄像头，其作用是可以在本机器人工作及行进中对管道进行检测及探伤。

2、控制系统：

主要是对本机器人的工作过程进行自动控制。该系统包括ATmega64单片机，外围电路和直流电动机。所述外围电路，设有压力传感器22，其输出的模拟信号经放大和A/D转换后送入单片机的输入端；设有驱动上述四个直流电动机工作的电流放大电路，该电路与单片机输出端相连。

本实用新型总的工作过程是：在清扫过程中，通过清理臂15上的四个压力传感器22来同步检测同步反馈，控制系统根据检测的信号来调节清理臂举升机构，清理臂15在清理臂举升机构的作用下实现垂直方向的运动，从而保证四个清理臂15的中心在管道中心。同时控制系统调节清理臂张合机构，清理臂15在清理臂张合机构的作用下实现展开或者收缩的运动，保证四个小刷23始终与管道内壁紧密接触，实现了自动变径360度清扫。在本机器人清扫的过程中，控制系统还要时刻根据管径的变化控制定位导向装置，使定位导向杆4时刻保持与管道内壁的一定范围的接触，保证机器人在清扫过程中始终与管道保持平行，完成高效和高质量的清扫工作。同时，在清扫过程中，摄像头1会同步检测管道内的清扫情况，并实时传输到控制系统的显示屏上。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种工业管道探测及清理机器人，包括机械系统和控制系统，所述机械系统设有移动小车和装在该小车上的清洗作业装置，其特征在于：

在所述小车的尾部装有检测装置和定位导向装置，其中：所述检测装置为摄像头(1)；所述定位导向装置是一种能够使小车平行前进的装置；

所述清洗作业装置：该装置主要包括清洗臂(15)、清洗臂举升机构、清洗臂张合机构和清洗刷机构四部分，其中，所述清洗臂举升机构装在所述移动小车的前部；所述清洗臂张合机构装在第二工作台(14)上；所述清洗刷机构装在所述清洗臂(15)的前端，该机构设有四个小刷(23)和与之配套的压力传感器(22)，在该传感器同步检测和反馈调节作用下，每个所述小刷始终与管道的内壁紧密接触；

所述清洗臂举升机构由第一直流电机(8)、第一工作台(11)、第三丝杠(26)和第三螺母(27)组成的丝杠螺母副、第一齿轮(9)、第二齿轮10)及第三齿轮(13)组成，其中：所述第一直流电机(8)与所述第一齿轮(9)相连，所述第一齿轮(9)与所述第二齿轮(10)啮合，所述第二齿轮(10)与所述第三丝杠(26)相连，所述第一工作台(11)与所述第三螺母(27)相连，所述第一工作台(11)与所述第三齿轮(13)通过轴(12)相连；

所述清洗臂张合机构由第二直流电机(16)、所述第二工作台(14)、第二丝杠(19)和第二螺母(20)组成的丝杠螺母副、第四齿轮(17)及第五齿轮(18)组成，其中：所述第二直流电机(16)与所述第四齿轮(17)相连，所述第四齿轮(17)与所述第五齿轮(18)啮合，所述第五齿轮(18)与所述第二丝杠(19)相连，所述第二丝杠(19)与所述第二螺母(20)是带动所述清洗臂(15)张合的丝杠螺母副；

所述的控制系统设有控制平台输入模块、显示模块和电机驱动模块，各模块通过数据线与单片机相连。

2.根据权利要求1所述的工业管道探测及清理机器人，其特征在于：所述定位导向装置由定位导向杆(4)和使该导向杆实现伸缩运动的驱动机构组成，其中：

在机器人工作时，所述定位导向杆(4)同步张开到与管道内壁紧密接触；所述定位导向杆(4)通过所述第一连杆(3)与铰接座(2)铰接相连，所述铰接座(2)固定安装在小车表面上；

驱动机构的组成及各部件的连接关系是：第一螺母(5)和第一丝杠(6)组成丝杠螺母副，所述第一螺母(5)与所述的定位导向杆(4)的尾部铰接相连，所述第一丝杠(6)与第七齿轮(28)相连，所述第七齿轮(28)与第八齿轮(29)啮合，所述第八齿轮(29)与第四直流电机(30)相连。

3.根据权利要求1所述的工业管道探测及清理机器人，其特征在于：所述的小刷(23)由刷头和刷柄组成，所述刷柄的上端安装所述刷头，所述刷柄的下端通过螺钉安装在所述清洗臂(15)的前端上；所述的刷头由尼龙、不锈钢或铜制成，呈弧形、球形或滚筒形状；所述的小刷(23)，其上升或下降是靠所述第三丝杠(26)和所述第三螺母(27)组成的丝杠螺母副传动，所述第三丝杠(26)竖直固定，而所述第三螺母(27)与所述第一工作台(11)相连，通过所述第一直流电机(8)带动丝杠的传动，就能使工作台的上下移动，进而实现所述清洗臂(15)的定心。

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