CN209849478U - 管道清理机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种管道清理机器人，用于对家庭下水管道进行清理。本实用新型的管道清理机器人，通过前支撑组件与后支撑组件的间歇性式交替支撑与收缩，在推进组件的配合下实现轴向相对移动，从而使整个机构能够步进式行走，还采用斜楔式伸缩夹紧，夹紧更可靠，机械稳定性好，伸缩可调，能自适应不同内径的管道，而且结构简单，生产成本较低，可以很好地适用于家庭下水管道的清理。

Description

管道清理机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别地，涉及一种管道清理机器人。

背景技术

随着城镇人口急剧增多，产生的大量生活垃圾给管道排污带来巨大压力和挑战。城市及家庭下水管道的清理及疏通对城市的良性循环发展至关重要，而传统的人工清理方式，工作量大，作业环境恶劣，人身安全很难得到有效保障。现在联合清污车清理模式，针对大型管道效率高，效果好，但对分布更广、更易堵塞的小型管道而言，管道的维护则举步维艰，需耗费大量的人力物力，效率极低。

现在市面上管道清理机器人已有不少，但基本都是针对批量化大型管道，能应用于家庭下水管道的却寥寥无几，一是成本太高，不如人工解决，或疏通，或更换管道；二是工作环境恶劣，现有的管道机器人的行进稳定性较差；再者，下水管道错综复杂，种类及型号众多，给管道清理机器人的通用性带来很大的不便。

实用新型内容

本实用新型提供了一种管道清理机器人，以解决现有的管道清理机器人由于成本太高、行进稳定性较差和通用性差导致无法适用于家庭下水管道清理的技术问题。

根据本实用新型的一个方面，提供一种管道清理机器人，用于对小型下水管道进行清理，包括用于支撑在下水管道内壁上的前支撑组件和后支撑组件、用于带动前支撑组件和后支撑组件移动的推进组件、以及用于对下水管道进行清理的清理组件，所述前支撑组件和后支撑组件通过推进组件连接，所述清理组件安装在前支撑组件的前端面上；

所述前支撑组件包括伸缩组件、直线轴承、内导向筒、丝杆步进电机、丝杆螺母和斜楔块，所述丝杆步进电机安装在内导向筒上且其丝杆伸入内导向筒内与丝杆螺母相配合，所述斜楔块固定在丝杆螺母上，所述伸缩组件穿过直线轴承和内导向筒，所述直线轴承和内导向筒用于对伸缩组件进行导向，所述斜楔块周向上均匀布设有多个滑槽，伸缩组件与滑槽线接触。

进一步地，所述前支撑组件还包括前圆柱外壳和前圆锥外壳，所述前圆柱外壳和前圆锥外壳固定连接，所述前圆柱外壳周向均匀开设有通孔，所述直线轴承安装在该通孔中，所述伸缩组件部分位于前圆柱外壳内，所述伸缩组件的部分在该通孔位置处穿过直线轴承伸出前圆柱外壳外，所述内导向筒固定安装在前圆柱外壳的内壁上。

进一步地，所述前支撑组件还包括导向杆和垫片，所述斜楔块沿轴向偏心设有导向孔，所述导向杆穿过丝杆螺母和导向孔，且导向杆的一端安装在前圆柱外壳的内壁上并通过垫片进行限位，另一端固定在内导向筒上。

进一步地，所述前支撑组件还包括铜套，所述铜套固定在前圆柱外壳的中心孔处，且铜套的端面与垫片和前圆柱外壳的端面固定连接，铜套的内孔用于放置丝杆步进电机的丝杆末端。

进一步地，所述伸缩组件包括支撑杆、套筒、外压缩弹簧、内压缩弹簧、滚轮和销轴，所述支撑杆的上端置于直线轴承中并可上下滑动，所述支撑杆的下端置于套筒中并可上下移动，所述套筒穿过内导向筒并可上下移动，所述套筒的下端设置有安装孔，所述滚轮通过销轴穿过安装孔安装在套筒的下端，所述外压缩弹簧置于直线轴承和支撑杆之间，所述内压缩弹簧置于支撑杆的底部与套筒之间，所述滚轮与斜楔块上的滑槽线接触。

进一步地，所述推进组件包括步进电机、单十字万向节、传动丝杆和推进螺母，所述步进电机安装在后支撑组件的内壁上，所述单十字万向节一端与步进电机的输出轴连接，另一端与传动丝杆连接，所述推进螺母与传动丝杆螺纹配合，且推进螺母与前支撑组件固定连接。

进一步地，所述清理组件包括外壳、直流电机、皮带轮、圆形皮带、刷盘轮毂和清扫毛刷，所述外壳固定安装在前支撑组件上，所述直流电机固定安装在前支撑组件上且其输出轴伸入外壳内与皮带轮连接，所述刷盘轮毂安装在外壳上，所述刷盘轮毂与皮带轮通过圆形皮带传动，所述清扫毛刷呈环形固定在刷盘轮毂的外围。

进一步地，所述清理组件还包括轴承端盖和轴承，所述刷盘轮毂靠近前支撑组件的一端延伸出一段中空轴，所述轴承的内圈与刷盘轮毂上的中空轴过盈配合，外圈与轴承端盖过盈配合，所述轴承端盖安装在外壳上。

进一步地，所述清理组件还包括用于实时成像的摄像头组件，所述摄像头组件位于中空轴内并伸出中空轴。

进一步地，所述清理组件还包括用于对下水管道喷水的水管喷头组件，所述水管喷头组件位于中空轴内并伸出中空轴。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的管道清理机器人，通过前支撑组件与后支撑组件的间歇性式交替支撑与收缩，在推进组件的配合下实现轴向相对移动，从而使整个机构能够步进式行走，还采用斜楔式伸缩夹紧，夹紧更可靠，机械稳定性好，伸缩可调，能自适应不同内径的管道，而且结构简单，生产成本较低，可以很好地适用于家庭下水管道的清理。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的管道清理机器人的结构示意图。

图2是本实用新型优选实施例的图1中的前支撑组件的剖面示意图。

图3是本实用新型优选实施例的图2中的伸缩组件的结构示意图。

图4是本实用新型优选实施例的图1中的推进组件的结构示意图。

图5是本实用新型优选实施例的图1中的清理组件在第一视角下的结构示意图。

图6是本实用新型优选实施例的图1中的清理组件在第二视角下的结构示意图。

附图标记说明：

1、前支撑组件；11、前圆柱外壳；12、前圆锥外壳；13、伸缩组件；14、直线轴承；15、内导向筒；16、丝杆步进电机；17、丝杆螺母；18、斜楔块；181、滑槽；19、导向杆；110、垫片；111、铜套；131、支撑杆；132、套筒；133、外压缩弹簧；134、内压缩弹簧；135、滚轮；136、销轴；137、橡胶套；2、推进组件；21、步进电机；22、单十字万向节；23、传动丝杆；24、推进螺母；3、后支撑组件；32、后圆锥外壳；4、清理组件；41、外壳；42、直流电机；43、皮带轮；44、圆形皮带；45、轴承端盖；46、轴承；47、刷盘轮毂；48、清扫毛刷；49、摄像头组件；410、水管喷头组件。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本实用新型的优选实施例提供一种管道清理机器人，用于对家庭下水管道等小型管道进行清理，所述管道清理机器人包括用于支撑在下水管道内壁上的前支撑组件1和后支撑组件3、用于带动前支撑组件1和后支撑组件3前后移动的推进组件2和用于对下水管道进行清理的清理组件4，所述前支撑组件1和后支撑组件3通过推进组件2连接，所述清理组件4安装在前支撑组件1的前端面上。

如图2所示，所述前支撑组件1包括前圆柱外壳11、前圆锥外壳12、伸缩组件13、直线轴承14、内导向筒15、丝杆步进电机16、丝杆螺母17、斜楔块18、导向杆19、垫片110、铜套111，其中，前圆锥外壳12的前端边缘嵌入前圆柱外壳11的后端内，两者再在圆周方向上通过均匀布置的四颗螺栓连接，另外，前圆柱外壳11和前圆锥外壳12上均留有水管及线路通道所需的孔路。所述前圆柱外壳11周向均匀开设有通孔，所述直线轴承14即安装在前圆柱外壳11上的通孔中，所述伸缩组件13部分位于前圆柱外壳11内，所述伸缩组件13的部分在通孔位置处穿过直线轴承14伸出前圆柱外壳11外，所述直线轴承14起到对伸缩组件13进行导向的作用。具体地，所述直线轴承14通过螺栓连接分别设置在前圆柱外壳11的上、下、左、右四个方位上，上、下、左、右四个方位也对应设置有一个伸缩组件13，当然可以理解，所述伸缩组件13的设置数量也可以是6,8,10等，只需满足伸缩组件13在前圆柱外壳11上均匀分布即可，伸缩组件13的设置数量在此不做限定。

所述内导向筒15通过螺钉固定安装在前圆柱外壳11的内壁上，所述内导向筒15的周向均匀布设有通孔，内导向筒15上的通孔位置与前圆柱外壳11上的通孔位置一一对应，所述伸缩组件13的部分穿过内导向筒15上的通孔，所述内导向筒15也起到对伸缩组件13进行导向的作用。所述内导向筒15为轴心阶梯型柱状中空结构，所述斜楔块18位于内导向筒15内部，所述丝杆步进电机16通过螺钉固定安装在内导向筒15靠近后支撑组件3的端面上，且丝杆步进电机16的丝杆穿过内导向筒15内部，所述丝杆螺母17位于内导向筒15内部并与丝杆配合以将丝杆的转动转化为轴向移动。所述斜楔块18固定安装在丝杆螺母17上，具体通过过盈配合的方式，所述斜楔块18在丝杆螺母17的带动下轴向移动。所述斜楔块18沿轴向偏心处设有导向孔(图未示)，所述导向杆19为一圆形直杆，所述导向杆19横向穿过丝杆螺母17和斜楔块18上的导向孔，且导向杆19的一端固定在前圆柱外壳11的内壁上并通过垫片110进行限位，另一端固定在内导向筒15上且端面与丝杆步进电机16接触，防止出现轴向窜动的情况。所述铜套111固定在前圆柱外壳11的中心孔处，所述铜套111的端面与垫片110和前圆柱外壳11的端面固定连接，且铜套111的内孔用于放置丝杆步进电机16的丝杆末端，从而起到支承兼润滑的作用。所述斜楔块18与伸缩组件13相接触，当斜楔块18在丝杆螺母17的带动下前后移动时，所述伸缩组件13在内导向筒15上的通孔和前圆柱外壳11上的通孔的导向作用下上下伸缩，从而抵靠在下水管道内壁上形成稳固支撑。

如图3所示，所述伸缩组件13包括支撑杆131、套筒132、外压缩弹簧133、内压缩弹簧134、滚轮135、销轴136和橡胶套137，四组伸缩组件13圆周均布于内导向筒15的导向孔中。所述支撑杆131的上端为空心圆管并置于直线轴承14内并可上下滑动，支撑杆131的下端焊接2mm厚度的圆形薄片并置于套筒132内并可上下运动。套筒132为空心筒状，套筒132可在内导向筒15的导向下上下往复运动，套筒132的下端设置有配合滚轮135的安装孔，所述滚轮135通过销轴136穿过安装孔安装在套筒132的下端。所述外压缩弹簧133置于直线轴承14与支撑杆131之间，具体地，所述外压缩弹簧133一端顶靠在圆形薄片上，另一端顶靠在直线轴承14的下端面上，用于提供支撑杆131回程所需的动力；所述内压缩弹簧134置于支撑杆131的底部与套筒132之间，避免支撑杆131的底部与套筒132刚性接触。所述斜楔块18上沿圆周方向均布有四个滑槽181，所述滚轮135与斜楔块18上的滑槽181线接触，变滑动为滚动，减小了滚轮135与斜楔块18之间摩擦。所述橡胶套137为圆球形，所述橡胶套137一端开口并套设在支撑杆131上端。

可以理解，所述后支撑组件3的结构与前支撑组件1的结构一致，故在此不再赘述。

如图4所示，所述推进组件2包括步进电机21、单十字万向节22、传动丝杆23和推进螺母24，所述步进电机21安装在后支撑组件3的后圆锥外壳32的内壁上，所述单十字万向节22一端与步进电机21的输出轴连接，另一端与传动丝杆23连接，所述单十字万向节22起到传动和转向的作用，所述推进螺母24与传动丝杆23螺纹配合，且推进螺母24与前支撑组件1的前圆锥外壳12固定连接。

如图5和图6所示，所述清理组件4包括外壳41、直流电机42、皮带轮43、圆形皮带44、轴承端盖45、轴承46、刷盘轮毂47、清扫毛刷48、摄像头组件49和水管喷头组件410，所述外壳41固定连接在前圆柱外壳11的前端面上，所述直流电机42固定安装在前圆柱外壳11的内壁面上，且其输出轴穿过前圆柱外壳11的前端面伸入外壳41内与皮带轮43连接，具体地，所述皮带轮43为单槽皮带轮，通过螺丝紧固在直流电机42的输出轴末端，其位置可以灵活调节。所述刷盘轮毂47安装在外壳41上，所述刷盘轮毂47靠近前支撑组件1的一端延伸出一段中空轴，中空轴的轴向方向上开设有凹槽，所述圆形皮带44位于皮带轮43和中空轴上的凹槽中，即刷盘轮毂47和皮带轮43通过圆形皮带44进行传动。所述轴承端盖45安装在外壳41上，所述轴承46的外圈与轴承端盖45过盈配合，内圈与刷盘轮毂47上的中空轴过盈配合。所述清扫毛刷48环形缠绕在刷盘轮毂47的外围并粘贴固定。所述摄像头组件49和水管喷头组件410位于刷盘轮毂47的中空轴内并伸出中空轴，实现实时成像和对下水管道进行冲刷。直流电机42旋转，通过皮带轮43及圆形皮带44传动带动刷盘轮毂47旋转，刷盘轮毂47周围的清扫毛刷48在高速旋转下洗刷管壁，然后通过外部控制，水管喷头组件410冲刷摄像头组件49周围的污水，摄像头组件49实时成像，将图片或视频传送至人工操作端；当管道堵塞时，高压水管持续喷水，湿润堵塞物，再通过清扫毛刷48清扫。可以理解，所述轴承46为塑料轴承。

本实用新型的管道清理机器人，当丝杆步进电机16正向旋转时，丝杆螺母17在导向杆19的导向下沿轴向直线运动，固定安装在丝杆螺母17上的斜楔块18也一起轴向直线运动，在滚轮135、套筒132及内压缩弹簧134的作用下，伸缩组件13在直线轴承14的导向下向外伸出，丝杆螺母17继续运动，支撑杆131及橡胶套137开始接触下水管道内壁，进而压缩外压缩弹簧133，避免撑破管壁，橡胶套137与管壁柔性接触，也可增大接触面积，受力均匀，至此，前支撑组件1的四个伸缩组件13顶紧下水管道内壁。当丝杆步进电机16反转时，斜楔块18在丝杆螺母17带动下反向轴向直线运动，四个伸缩组件13在外压缩弹簧133作用力下收缩，进而脱离与管壁的接触，四个伸缩组件13进入收缩状态。

另外，位于中部的步进电机21正向旋转，由单十字万向节22带动传动丝杆23旋转，推进螺母24在前圆锥外壳12的固定作用下相对传动丝杆23沿轴向向前运动，从而实现前支撑组件1和后支撑组件3间的相对移动。当步进电机21反向旋转时，则前支撑组件1向后移动。管道清理机器人在下水管道内行进时，前支撑组件1收缩，后支撑组件3撑开，中部的步进电机21正向旋转，丝杆螺母17带动前支撑组件1向前移动一段距离；然后再前支撑组件1撑开，后支撑组件3收缩，步进电机21反向旋转，此时丝杆螺母17是不动的，在作用力与反作用力下，步进电机21会被向前拉扯，从而带动后支撑组件3向前移动一段距离；重复以上动作，循环往复，管道清理机器人向前步进式运动。

本实用新型的管道清理机器人，通过前支撑组件1与后支撑组件3的间歇性式交替支撑与收缩，在推进组件2的配合下实现轴向相对移动，从而使整个机构能够步进式行走，同时由直流电机42带动刷盘轮毂47同步高速旋转，水管喷头冲刷污水，摄像头实时成像，四大组件的密切配合实现整个机器沿管道正反双向的步进式行走以及管道清理作业。另外，本实用新型的管道清理机器人还具有以下优点：

(1)斜楔式四杆伸缩夹紧，夹紧更可靠，机械稳定性好；

(2)弹簧式伸缩，避免刚性受力，撑破管壁；伸缩可调，能自适应不同内径的管道；

(3)推进部分采用丝杆与丝杆螺母双线程推动，可前进与后退双向运动；

(4)前后部分万向节连接，可弯道转向，顺利通过水平管道、竖直管道、水平弯管和竖直弯管，包括90°和45°弯管；

(5)自带旋转轮清扫装置，实时成像，高压水管喷洗，集管道疏通与清理于一体，效率更高。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管道清理机器人，用于对小型下水管道进行清理，其特征在于，

包括用于支撑在下水管道内壁上的前支撑组件(1)和后支撑组件(3)、用于带动前支撑组件(1)和后支撑组件(3)移动的推进组件(2)、以及用于对下水管道进行清理的清理组件(4)，所述前支撑组件(1)和后支撑组件(3)通过推进组件(2)连接，所述清理组件(4)安装在前支撑组件(1)的前端面上；

所述前支撑组件(1)包括伸缩组件(13)、直线轴承(14)、内导向筒(15)、丝杆步进电机(16)、丝杆螺母(17)和斜楔块(18)，所述丝杆步进电机(16)安装在内导向筒(15)上且其丝杆伸入内导向筒(15)内与丝杆螺母(17)相配合，所述斜楔块(18)固定在丝杆螺母(17)上，所述伸缩组件(13)穿过直线轴承(14)和内导向筒(15)，所述直线轴承(14)和内导向筒(15)用于对伸缩组件(13)进行导向，所述斜楔块(18)周向上均匀布设有多个滑槽(181)，伸缩组件(13)与滑槽(181)线接触。

2.如权利要求1所述的管道清理机器人，其特征在于，

所述前支撑组件(1)还包括前圆柱外壳(11)和前圆锥外壳(12)，所述前圆柱外壳(11)和前圆锥外壳(12)固定连接，所述前圆柱外壳(11)周向均匀开设有通孔，所述直线轴承(14)安装在该通孔中，所述伸缩组件(13)部分位于前圆柱外壳(11)内，所述伸缩组件(13)的部分在该通孔位置处穿过直线轴承(14)伸出前圆柱外壳(11)外，所述内导向筒(15)固定安装在前圆柱外壳(11)的内壁上。

3.如权利要求2所述的管道清理机器人，其特征在于，

所述前支撑组件(1)还包括导向杆(19)和垫片(110)，所述斜楔块(18)沿轴向偏心设有导向孔，所述导向杆(19)穿过丝杆螺母(17)和导向孔，且导向杆(19)的一端安装在前圆柱外壳(11)的内壁上并通过垫片(110)进行限位，另一端固定在内导向筒(15)上。

4.如权利要求3所述的管道清理机器人，其特征在于，

所述前支撑组件(1)还包括铜套(111)，所述铜套(111)固定在前圆柱外壳(11)的中心孔处，且铜套(111)的端面与垫片(110)和前圆柱外壳(11)的端面固定连接，铜套(111)的内孔用于放置丝杆步进电机(16)的丝杆末端。

5.如权利要求1所述的管道清理机器人，其特征在于，

所述伸缩组件(13)包括支撑杆(131)、套筒(132)、外压缩弹簧(133)、内压缩弹簧(134)、滚轮(135)和销轴(136)，所述支撑杆(131)的上端置于直线轴承(14)中并可上下滑动，所述支撑杆(131)的下端置于套筒(132)中并可上下移动，所述套筒(132)穿过内导向筒(15)并可上下移动，所述套筒(132)的下端设置有安装孔，所述滚轮(135)通过销轴(136)穿过安装孔安装在套筒(132)的下端，所述外压缩弹簧(133)置于直线轴承(14)和支撑杆(131)之间，所述内压缩弹簧(134)置于支撑杆(131)的底部与套筒(132)之间，所述滚轮(135)与斜楔块(18)上的滑槽(181)线接触。

6.如权利要求1所述的管道清理机器人，其特征在于，

所述推进组件(2)包括步进电机(21)、单十字万向节(22)、传动丝杆(23)和推进螺母(24)，所述步进电机(21)安装在后支撑组件(3)的内壁上，所述单十字万向节(22)一端与步进电机(21)的输出轴连接，另一端与传动丝杆(23)连接，所述推进螺母(24)与传动丝杆(23)螺纹配合，且推进螺母(24)与前支撑组件(1)固定连接。

7.如权利要求1所述的管道清理机器人，其特征在于，

所述清理组件(4)包括外壳(41)、直流电机(42)、皮带轮(43)、圆形皮带(44)、刷盘轮毂(47)和清扫毛刷(48)，所述外壳(41)固定安装在前支撑组件(1)上，所述直流电机(42)固定安装在前支撑组件(1)上且其输出轴伸入外壳(41)内与皮带轮(43)连接，所述刷盘轮毂(47)安装在外壳(41)上，所述刷盘轮毂(47)与皮带轮(43)通过圆形皮带(44)传动，所述清扫毛刷(48)呈环形固定在刷盘轮毂(47)的外围。

8.如权利要求7所述的管道清理机器人，其特征在于，

所述清理组件(4)还包括轴承端盖(45)和轴承(46)，所述刷盘轮毂(47)靠近前支撑组件(1)的一端延伸出一段中空轴，所述轴承(46)的内圈与刷盘轮毂(47)上的中空轴过盈配合，外圈与轴承端盖(45)过盈配合，所述轴承端盖(45)安装在外壳(41)上。

9.如权利要求8所述的管道清理机器人，其特征在于，

所述清理组件(4)还包括用于实时成像的摄像头组件(49)，所述摄像头组件(49)位于中空轴内并伸出中空轴。

10.如权利要求8所述的管道清理机器人，其特征在于，

所述清理组件(4)还包括用于对下水管道喷水的水管喷头组件(410)，所述水管喷头组件(410)位于中空轴内并伸出中空轴。