CN220285007U - 解决复杂管道拥堵自适应全向机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型的解决复杂管道拥堵自适应全向机器人，属于机器人领域，包括安装座，所述安装座上固定有两个伸缩件，两个伸缩件的轴线重合，且两个伸缩件中心对称设置；两个伸缩件的伸缩轴上固定有下连接耳，下连接耳上通过偏转轴转动连接有上连接耳，偏转轴的轴线垂直于伸缩轴轴线，上连接耳上固定有用于驱动下连接耳绕偏转轴轴线转动的偏转电机；上连接耳上设有用于带动上连接耳转动的转向电机，转动电机的外壳上连有吸盘，转动电机的转轴与上连接耳连接；转向电机的转轴与偏转轴的轴线垂直，且转向电机的转轴轴线能与伸缩轴轴线重合；所述机器人还包括用于破坏堵塞物的钻头；吸盘上设有用于控制吸盘吸附的控制组件。本机器人能行走于复杂的管道。

Description

解决复杂管道拥堵自适应全向机器人

技术领域

本实用新型属于管道机器人领域，具体涉及解决复杂管道拥堵自适应全向机器人。

背景技术

城市及家庭下水管道的清理和疏通是一个庞大而复杂的工程,管道直径种类众多,走向四通八达,管道清理工作环境恶劣,大多数情况下人员不可进入、人手难以触及。因此,研发一种管道机器人来代替人工工作,提高工作效率的同时又可保障工人的人身安全和健康,在管道的清理、检测和维护方面具有广阔的应用前景。

申请公布号CN108275216A公开了一种爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构设计，他包括主体、肩胛转块、爬臂气压缸和真空吸盘。该独立多吸盘爬臂系统通过肩胛转块的转动，实现爬壁机器人的移动，由于肩胛转块只能在一定角度范围内转动，所以爬壁机器人只能在平面实现移动。对于复杂管道，特备是T形的管道，爬壁机器人不能实现90度拐角移动。

申请公布号CN112224299A公开了一种仿鲍鱼式吸盘爬壁机器人，其包括括前轮部分、后轮部分、用于连接前轮部分和后部分的机械臂部分，所述前轮部分和后轮部分均设置有仿鲍鱼式吸盘，机械臂部分包括通过从动关节连接的前机械臂和后机械臂，前机械臂与前轮部分、后机械臂与后轮部分均通过驱动关节和转向关节连接，前后机械臂之间的夹角在30°～150°之间。该爬壁机器人通过永磁体小车，采用磁吸的方式，吸附在被吸附物表面；再进行90度拐角移动；也可以通过吸盘吸附在被吸附物表面，再进行90度拐角移动，但是吸盘能吸附被吸附物，前提在于永磁体小车要吸附在被吸附物表面，让吸盘与被吸附物之间保持密封。综上，该机器人只能用于金属的管壁，必须得满足永磁体小车能吸附管道内壁这个前提。

因此，不难看出，现有技术中，没有能应用于非金属的管壁，且能全面移动的机器人。

实用新型内容

为了克服现有技术中的不足，本实用新型提出解决复杂管道拥堵自适应全向机器人，其为了解决如何在非金属管道内壁稳定地移动同时，能应对复杂的管道的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型的解决复杂管道拥堵自适应全向机器人，包括安装座，所述安装座上固定有两个伸缩件，两个伸缩件的轴线重合，且两个伸缩件中心对称设置；两个伸缩件的伸缩轴上固定有下连接耳，下连接耳上通过偏转轴转动连接有上连接耳，偏转轴的轴线垂直于伸缩轴轴线；安装座上固定有摄像头；上连接耳上固定有用于驱动下连接耳绕偏转轴轴线转动的偏转电机；上连接耳上设有用于带动上连接耳转动的转向电机，转动电机的外壳上连接有吸盘，转动电机的转轴与上连接耳连接；转向电机的转轴与偏转轴的轴线垂直，且转向电机的转轴轴线能与伸缩轴轴线重合；所述机器人还包括用于破坏堵塞物的钻头；吸盘上设有用于控制吸盘吸附的控制组件。

进一步地，所述伸缩件为电动伸缩杆或者气缸。

进一步地，所述转向电机的外壳上固定有设备框，设备框朝向吸盘的一侧表壁上固定有压力传感器，吸盘固定在压力传感器背向设备框的一侧表壁上。

可以判断吸盘与管道内壁产生的压力，从而宽泛地认为吸盘与管道内壁之间已经没有了空气，再通过气泵进行抽气，就可以将吸盘稳固地吸附在管道上。

进一步地，所述控制组件包括气道，吸盘与管道的接触端与气道的其中一端连通，气道的另一端设有三通管，三通管的其中一端与气道连通，三通管的另外两端管壁中分别固定有单向阀和电磁阀，三通管设置有单向阀的一端固定有用于将三通管中空气抽出的气泵。

利用单向阀和电磁阀，可以自动控制单个吸附组件与管道内壁之间失去吸附能力，从而自由地实现机器人沿管道行走。

进一步地，所述安装座上固定有第二电动伸缩杆，第二电动伸缩杆的伸缩轴上固定有破壁电机，钻头固定在破壁电机的转轴上。

利用第二电动伸缩杆，使钻头能够伸长，从而能准确地到达管道的堵塞处，并利用钻头破坏堵塞处的堵塞物。

有益效果：

本机器人设置了偏转电机和转向电机，使整个机器人能向管道的各个方向移动，不仅仅只能行走于直管道，还能行走于T字形等复杂管道。设置了吸盘、气泵和单向阀，能给吸盘稳固地吸附管道内壁提供一定地保证，可以应用于非金属管壁。

附图说明

图1是本机器人整体的结构示意图；

图2是上端第一电动伸缩杆与上端吸附组件的结构示意图；

图3是吸盘的结构示意图。

1、安装座；2、第一电动伸缩杆；3、吸附组件；4、第二电动伸缩杆；5、破壁电机；6、钻头；7、第一连接板；8、下连接耳；9、偏转轴；10、上连接耳；11、第二连接板；12、转向电机；13、设备框；14、压力传感器；15、吸盘；16、气道；17、三通管；18、电磁阀；19、单向阀；20、气泵；22、偏转电机。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

见图1，解决复杂管道拥堵自适应全向机器人，包括安装座1，安装座1上固定有两个第一电动伸缩杆2，其他实施例中，也可以用气缸代替第一电动伸缩杆2。两个第一电动伸缩杆2的外壳均固定在安装座1上，两个第一电动伸缩杆2的轴线重合，且两个第一电动伸缩杆2中心对称设置。两个第一电动伸缩杆2伸长时，两个第一电动伸缩杆2的伸缩轴向远离安装座1的方向移动。

两个第一电动伸缩杆2远离安装座1的端部设有吸附组件3，吸附组件3设置在第一电动伸缩杆2的伸缩轴上。

见图3，吸附组件3包括第一连接板7，第一连接板7固定在第一电动伸缩杆2的伸缩轴上。第一连接板7背向第一电动伸缩杆2的伸缩轴一侧表壁上固定连接有下连接耳8。下连接耳8上固定有偏转轴9，偏转轴9的轴线垂直于纸面，而且偏转轴9的轴线垂直于第一电动伸缩杆2的轴线。偏转轴9上套设有上连接耳10，下连接耳8以及第一电动伸缩杆2能绕偏转轴9的轴线相对于上连接耳10转动。

上连接耳10上设有偏转电机22，偏转电机22的外壳固定在上连接耳10上，偏转电机22的转轴与偏转轴9同轴固定连接，偏转电机22的转轴相对转动地设置在上连接耳10上，偏转电机22的转轴驱动前述下连接耳8以及第一电动伸缩杆2绕转轴的轴线转动。

见图3，上连接耳10上固定连接有第二连接板11；第二连接板11上设有转向电机12，转向电机12的转轴固定连接在第二连接板11上，转向电机12的转轴轴线垂直于偏转轴9的轴线，而且，初始状态时，转向电机12的转轴与第一电动伸缩杆2的轴线重合。

转向电机12上设有设备框13，设备框13与转向电机12的外壳固定连接，转向电机12的转轴穿过设备框13，转向电机12的转轴相对转动地设置在设备框13上。设备框13远离第二连接板11的一侧固定有压力传感器14，压力传感器14远离设备框13的一侧固定有吸盘15，吸盘15和设备框13共同用于挤压压力传感器14。

见图3，吸盘15上设有气道16，气道16的一端延伸至吸盘15用于吸附物体的表壁位置，气道16的另一端贯穿吸盘15，吸盘15的底端固定连接有三通管17。三通管17的其中一端（图3中左端）管道固定在吸盘15外壁上，且三通管17该端管道与气道16连通；三通管17的另外两端管壁分别固定有电磁阀18和单向阀19，电磁阀18初始状态为关闭状态；设置有单向阀19的管道末端固定有气泵20，用于抽出三通管17中的气体，图3中箭头为排气方向。气泵为直流小型抽气泵，包括但不限于使用RUI5101PM的抽气泵。

本机器人还包括第二电动伸缩杆4，第二电动伸缩杆4的外壳固定在安装座1上，第二电动伸缩杆4的轴线垂直于第一电动伸缩杆2的轴线，第二电动伸缩杆4的伸缩轴能向远离安装座1的方向移动。

第二电动伸缩杆4的伸缩轴上设有破壁电机5，破壁电机5的外壳与第二电动伸缩杆4的伸缩轴固定连接，第二电动伸缩杆214的轴线与破壁电机5的转轴轴线重合，破壁电机5的转轴上固定有钻头6，钻头6的轴线与破壁电机5的转轴轴线重合。本实施例中的转向电机12和偏转电机22均有自锁功能，停转后转轴不会在外力的作用下转动。

安装座1上固定有摄像头，摄像头通过无线的方式将拍摄的图像传输给控制器，控制器再通过无线的方式将控制信号发送给机器人的单片机，机器人的单片机控制第一电动伸缩杆2、破壁电机、第二电动伸缩杆4、偏转电机22和转向电机12作出相应地动作。

本机器人的使用过程

首先两个第一电动伸缩杆2均处于伸长状态（如图1状态），两个吸盘15一上一下分别抵接在管道内壁上后，压力传感器14感受吸盘15对管道的压力达到阈值时（约30N），两个第一电动伸缩杆2停止伸长。由于两个吸盘15符合力的平衡条件，所以两个压力传感器14的数值是一样的。吸盘15用于通过形变与管道内壁之间避免产生间隙。

然后，两个气泵20分别通过单向阀19抽取三通管17中的气体，由于三通管17与气道16连通，所以吸盘15与管道内壁之间也会形成负压，两个吸附组件3通过吸盘15均吸附在管道的内壁上。

以图1中状态为初始状态，以整个机器人向左方移动举例，首先，下端吸附组件3的电磁阀18打开，管道中的气体进入到三通管17和气道16中，下端的吸盘15不再是负压状态，下端的吸盘15能松开管道内壁。接着，下端的第一电动伸缩杆2缩短，下端的吸盘15不再抵触管道内壁。

沿垂直于纸面方向看，上端的偏转电机22使上端的第一电动伸缩杆2轴线，顺时针转动约15度，即两个第一电动伸缩杆2、安装座1和下端的吸附组件均顺时针转动约15度；然后，下端的第一电动伸缩杆2重新伸长，下端的吸盘15重新抵触在管道内壁上，注意，此时虽然下端的吸盘15与管道内壁是斜着接触的，但是不影响吸盘15与管道内壁挤压变形，按照上述方法，下端的气泵重新抽气，下端吸盘15重新吸紧在管道内壁上。

接着，上端吸附组件3的电磁阀18打开，上端吸盘15不再吸附管道内壁，并且上端第一电动伸缩杆2缩短。然后，下端的第一电动伸缩杆2轴线逆时针转动15度，此时第一电动伸缩杆2的轴线重新回到竖直状态。然后上端的第一电动伸缩杆2重新伸长，上端吸盘15重新吸附在管道内壁上，至此又成为了图1中的状态。按照上述步骤反复进行，就可以向左移动；往右则相反，不再赘述。

以图1中状态为初始状态，以整个机器人向前方（垂直于纸面往外的方向）移动举例，先下端吸附组件3的电磁阀18打开，然后下端的第一电动伸缩杆2缩短；上端的转向电机12转动90度（其他方向，则度数为其他值，具体地数值由操作者控制），然后下端的第一电动伸缩杆2重新伸长，下端的吸盘15吸附在管道内壁上。此时，第一电动伸缩杆2的轴线任然竖直，整个机器人在管道中转动了90度。然后再按照前述向左移动的方式，向前移动，不再赘述；向后移动则相反，不再赘述。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.解决复杂管道拥堵自适应全向机器人，其特征在于，包括安装座，所述安装座上固定有两个伸缩件，两个伸缩件的轴线重合，且两个伸缩件中心对称设置；两个伸缩件的伸缩轴上固定有下连接耳，下连接耳上通过偏转轴转动连接有上连接耳，偏转轴的轴线垂直于伸缩轴轴线，上连接耳上固定有用于驱动下连接耳绕偏转轴轴线转动的偏转电机；安装座上固定有摄像头；

上连接耳上设有用于带动上连接耳转动的转向电机，转向电机的外壳上连接有吸盘，具体地，所述转向电机的外壳上固定有设备框，设备框朝向吸盘的一侧表壁上固定有压力传感器，吸盘固定在压力传感器背向设备框的一侧表壁上；转向电机的转轴与上连接耳连接；转向电机的转轴与偏转轴的轴线垂直，且转向电机的转轴轴线能与伸缩轴轴线重合；所述机器人还包括用于破坏堵塞物的钻头；吸盘上设有用于控制吸盘吸附的控制组件。

2.根据权利要求1所述的解决复杂管道拥堵自适应全向机器人，其特征在于，所述伸缩件为电动伸缩杆或者气缸。

3.根据权利要求1所述的解决复杂管道拥堵自适应全向机器人，其特征在于，所述控制组件包括气道，吸盘与管道的接触端与气道的其中一端连通，气道的另一端设有三通管，三通管的其中一端与气道连通，三通管的另外两端管壁中分别固定有单向阀和电磁阀，三通管设置有单向阀的一端固定有用于将三通管中空气抽出的气泵。

4.根据权利要求1所述的解决复杂管道拥堵自适应全向机器人，其特征在于，所述安装座上固定有第二电动伸缩杆，第二电动伸缩杆的伸缩轴上固定有破壁电机，钻头固定在破壁电机的转轴上。