CN106436887A - 一种多模块自动对接的管道清淤机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模块自动对接的管道清淤机器人，包括：清淤模块机器人用于沿管道进行清淤作业，助动模块机器人用于与清淤模块机器人对接增强清淤模块机器人的驱动力；拖动模块机器人及收缆装置用于将清淤模块机器人和助动模块机器人拖出管道，通过模块对接器与模块对接座实现清淤模块机器人、助动模块机器人及拖动模块机器人之间的自动对接；模块对接座中，通过伺服电机驱动共轭凸轮的转动，并通过共轭凸轮的协同作用控制两个卡爪前端的开合，实现模块对接器与模块对接座的自动对接。本发明结构简单、稳定可靠、灵活机动且成本较低，能够增强机器人的驱动力或拖拽严重故障的机器人，提高清淤机器人对复杂管道环境的适应能力。

Description

一种多模块自动对接的管道清淤机器人

技术领域

本发明涉及管道清淤机器人技术领域，具体涉及一种能够实现多模块之间自动对接和组合重构的管道清淤机器人。

背景技术

近年来，国内外对管道清淤的自动化和智能化作业需求不断增长。目前，国内的清淤方式主要是依赖人工完成，工作环境复杂恶劣，劳动强度大，且危险程度高。同时，在管道机器人清淤的过程中，一旦遇到故障或者难以清除的淤积物导致行进阻力增大时，存在驱动力不足或卡死现象。

因此，针对机器人出现驱动不足或者卡死等故障情况，本领域技术人员致力于开发一种稳定可靠、结构简单且多模块自动对接的管道清淤机器人，能够增强机器人的驱动力或拖拽无法解除故障的机器人，从而提高清淤机器人应对复杂管道环境的机动能力，为智能清淤的实现提供基础。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多模块自动对接的管道清淤机器人，具有结构简单、稳定可靠、成本较低、可重构性等特点，能够增强机器人的驱动力或拖拽严重故障的机器人，提高清淤机器人对复杂管道环境的适应能力。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多模块自动对接的管道清淤机器人，包括清淤模块机器人、助动模块机器人、拖动模块机器人及收缆装置；

其中，清淤模块机器人的前端设置有清淤刀盘，用于沿管道移动的同时进行清淤作业；助动模块机器人用于与清淤模块机器人对接增强清淤模块机器人沿管道移动的驱动力，拖动模块机器人及收缆装置用于将位于管道内的清淤模块机器人和助动模块机器人拖出；清淤模块机器人、助动模块机器人及拖动模块机器人的后端中心处均设置有模块对接座，助动模块机器人及拖动模块机器人的前端中心处均设置有模块对接器，通过模块对接器与模块对接座实现清淤模块机器人、助动模块机器人及拖动模块机器人之间的自动对接；收缆装置设置于地面上，且拖动模块机器人后端的模块对接座通过缆绳与收缆装置相连。其中，助动模块机器人及拖动模块机器人属于辅助模块机器人，可以根据需要增配相应模块机器人并实现多模块之间的自动对接。

优选的，所述模块对接座包括横向设置的圆筒及定位杆，且沿圆筒的直径方向定位杆竖直设置于圆筒内；

所述模块对接器包括反馈组件、扣合组件及旋动组件，且所述反馈组件包括安装板、接触板、环片及两个尺寸相同的轴肩螺钉；两个轴肩螺钉依次穿过安装板及环片的两端，且安装板与环片之间的轴肩螺钉上均套设有压簧；接触板固接于两个轴肩螺钉的顶端，且接触板与环片之间的轴肩螺钉上均套设有与轴肩螺钉相适配的轴套；

所述扣合组件包括安装块及两个相适配的卡爪，安装块穿过环片中部并通过两个支撑柱固定在安装板前端；两个卡爪相对铰接于安装块前端两侧，接触板中部设置有可供两个卡爪穿过的开口，前端扣合的两个卡爪之间留有夹持定位杆的中空部分；

所述旋动组件包括一对共轭凸轮、转盘、伺服电机及两个固定轴，伺服电机固定于安装板后端；转盘套接于伺服电机的输出轴上，且与伺服电机的输出轴同步转动；所述共轭凸轮通过两侧的固定轴固定于转盘前端而与转盘同步转动，通过共轭凸轮的转动控制两个卡爪的前端扣合或打开；

所述安装板前端设置有接触开关，用于检测接触板及环片受到挤压时的后移程度，也就是判断模块对接器与模块对接座的靠近程度的，并将信号反馈给伺服电机，从而实现模块对接器与模块对接座的自动对接。

优选的，所述共轭凸轮包括第一凸轮和第二凸轮，第一凸轮和第二凸轮分别设置于安装块的前、后两侧；第一凸轮和第二凸轮的形状大小完全相同，且两者反向平行安装。通过第一凸轮和第二凸轮的协同作用实现两个卡爪前端开合状态的改变。

优选的，所述助动模块机器人的数量为一个或多个，能够根据需要增配助动模块机器人，从而增强机器人的驱动力。

优选的，所述清淤模块机器人上设置有位移传感器及红外摄像头。

优选的，所述清淤模块机器人、助动模块机器人及拖动模块机器上均设置有远程遥控设备，且均通过履带机构实现管道内的移动。

优选的，为了便于拖出模块机器人，所述缆绳通过设置于管道内拐角及开口处的多个定滑轮导向。

有益效果：本发明提供的一种多模块自动对接的管道清淤机器人，相对于现有技术，具有以下优点：1、结构简单、稳定可靠、灵活机动且成本较低；2、能够根据需要增配相应模块并实现多模块之间的自动对接，从而增强机器人的驱动力或拖拽无法解除故障的机器人，增强了机器人在管道内的可重构性，提高了清淤机器人应对复杂管道环境的机动能力，从而实现管道的灵活可靠清淤。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中模块对接器与模块对接座的结构示意图；

图3为本发明实施例中模块对接器的结构示意图；

图4为本发明实施例中模块对接器各组件的拆分结构图；

图5为本发明实施例中反馈组件的结构示意图；

图6为本发明实施例中扣合组件的结构示意图；

图7为本发明实施例中旋动组件的结构示意图；

图8为本发明实施例中共轭凸轮的结构图；

图9a～图9b为本发明实施例中共轭凸轮控制卡爪前端打开的结构图；

图10a～图10b为本发明实施例中共轭凸轮控制卡爪前端扣合的结构图；

图11a～图11d为本发明实施例中模块对接器与模块对接座的自动对接原理图；

图12为本发明实施例的清淤流程图；

图中包括：1、模块对接器，11、反馈组件，12、扣合组件，13、旋动组件，11-1、轴肩螺钉，11-2、安装板，11-3、压簧，11-4、环片，11-5、接触板，11-6、轴套，12-1、卡爪，12-2、安装块，12-3、支撑柱，13-1、第一凸轮，13-2、第二凸轮，13-3、转盘，13-4、伺服电机，13-5、固定轴，13-6、接触开关；

2、模块对接座，2-1、定位杆，2-2、圆筒，2-3、法兰盘，3、清淤模块机器人，3-1、清淤刀盘，4、助动模块机器人，5、拖动模块机器人，6、收缆装置，7、缆绳。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种多模块自动对接的管道清淤机器人，包括清淤模块机器人3、助动模块机器人4、拖动模块机器人5及收缆装置6；

其中，清淤模块机器人3的前端设置有清淤刀盘3-1，用于沿管道移动的同时进行清淤作业；助动模块机器人4用于与清淤模块机器人3对接增强清淤模块机器人3沿管道移动的驱动力，拖动模块机器人5及收缆装置6用于将位于管道内的清淤模块机器人3和助动模块机器人4拖出；清淤模块机器人3、助动模块机器人4及拖动模块机器人5的后端中心处均设置有模块对接座2，助动模块机器人4及拖动模块机器人5的前端中心处均设置有模块对接器1，通过模块对接器1与模块对接座2实现清淤模块机器人3、助动模块机器人4及拖动模块机器人5之间的自动对接；收缆装置6设置于地面上，拖动模块机器人5后端的模块对接座2通过缆绳7及定滑轮与收缆装置6相连，且缆绳7通过设置于管道内拐角及开口处的多个定滑轮导向。

如图2所示，所述模块对接座2包括横向设置的圆筒2-2及定位杆2-1，且沿圆筒2-2的直径方向定位杆2-1竖直设置于圆筒2-2内。

如图3、4、5所示，所述模块对接器1包括反馈组件11、扣合组件12及旋动组件13，且所述反馈组件11包括安装板11-2、接触板11-5、环片11-4及两个尺寸相同的轴肩螺钉11-1；两个轴肩螺钉11-1依次穿过安装板11-2及环片11-4的两端，且安装板11-2与环片11-4之间的轴肩螺钉11-1上均套设有压簧11-3；接触板11-5固接于两个轴肩螺钉11-1的顶端，且接触板11-5与环片11-4之间的轴肩螺钉11-1上均套设有与轴肩螺钉11-1相适配的轴套11-6；

如图6所示，所述扣合组件12包括安装块12-2及两个相适配的卡爪12-1，安装块12-2穿过环片11-4中部并通过两个支撑柱12-3固定在安装板11-2前端；两个卡爪12-1相对铰接于安装块12-2前端两侧，接触板11-5中部设置有可供两个卡爪12-1穿过的开口，前端扣合的两个卡爪12-1之间留有夹持定位杆2-1的中空部分；

如图7所示，所述旋动组件13包括一对共轭凸轮、转盘13-3、伺服电机13-4及两个固定轴13-5，伺服电机13-4固定于安装板11-2后端；转盘13-3套接于伺服电机13-4的输出轴上，且与伺服电机13-4的输出轴同步转动；所述共轭凸轮通过两侧的固定轴13-5固定于转盘13-3前端而与转盘13-3同步转动，通过共轭凸轮的转动控制两个卡爪12-1的前端扣合或打开；

所述安装板11-2前端设置有接触开关13-6，用于检测接触板11-5及环片11-4受到挤压时的后移程度并将信号反馈给伺服电机13-4，从而实现模块对接器1与模块对接座2的自动对接。

如图9a、9b、10a、10b所示，所述共轭凸轮包括第一凸轮13-1和第二凸轮13-2，第一凸轮13-1和第二凸轮13-2分别设置于安装块12-2的前、后两侧；第一凸轮13-1和第二凸轮13-2的形状大小完全相同，且两者反向平行安装，通过第一凸轮13-1和第二凸轮13-2的协同作用实现两个卡爪12-1前端开合状态的改变。

如图8所示，所述第一凸轮13-1和第二凸轮13-2整体由矩形切削而成，其中一对对角切削为弧形，另一对对角处设置有供固定轴13-5穿过的通孔，且其中部设置有供伺服电机13-4输出轴穿过的通孔；图中d1尺寸小于d2，极径R(凸轮边缘上的点到中心的距离)从A点顺时针旋转90度到B点时，尺寸R是随转角呈线性递增的。

本实施例中，所述助动模块机器人4的数量为一个或多个，所述清淤模块机器人3上设置有位移传感器及红外摄像头；所述清淤模块机器人3、助动模块机器人4及拖动模块机器上均设置有远程遥控设备，且均通过履带机构实现管道内的移动；所述模块对接座2通过圆筒2-2底部的法兰盘2-3固定在模块机器人的后端，所述模块对接器1通过伺服电机13-4固定在模块机器人的前端。

本发明的具体实施方式如下：

如图12所示，使用时装有清淤刀盘3-1的清淤模块机器人3先进入管道，根据位移传感器及红外摄像头反馈的信息远程遥控清淤模块机器人3沿管道行走的同时进行清淤作业；当故障检测模块检测到清淤模块机器人3在管道内出现驱动力不足时，根据需要控制一个或多个助动模块机器人4进入管道与清淤模块机器人3自动对接，以增强机器人沿管道移动的驱动能力；当故障检测模块检测到机器人因损坏或其他严重故障而不能正常移动时，控制拖动模块机器人5进入管道与前面的模块机器人进行自动对接，对接后启动预先布置在地面上的收缆装置6将所有模块机器人拖出检修。所述助动模块及拖动模块仅仅是作为多模块自动对接机器人的常用辅助模块，当然也可以根据工况需要增加其他功能模块进行灵活组合，实现可重构模块化的管道综合清淤。

如图11所示，模块对接器1与模块对接座2的自动对接过程为：首先，如图11a、11b所示，模块对接器1随对接的模块机器人向前移动靠近被对接的模块机器人后端的模块对接座2，直至接触板11-5与圆筒2-2的外端面接触并相互挤压，此时接触板11-5及环片11-4开始压缩弹簧向后移动，从而使环片11-4与接触开关13-6的距离不断减小；

如图11c、11d所示，当环片11-4进入接触开关13-6的检测范围时，对接的模块机器人停止向前移动，此时两个夹爪12-1保持打开状态进入到圆筒2-2内定位杆2-1两侧；同时，伺服电机13-4收到信号后驱动共轭凸轮顺时针旋转90度，由于共轭凸轮的协同作用，使两个夹爪12-1的前端由打开状态变为扣合状态，故将定位杆2-1夹持在两个夹爪12-1之间的中空部分内，从而完成本次对接。本发明所有功能模块机器人之间的对接过程都可以上述方式进行。

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

Claims (7)

1.一种多模块自动对接的管道清淤机器人，其特征在于，包括清淤模块机器人(3)、助动模块机器人(4)、拖动模块机器人(5)及收缆装置(6)；

其中，清淤模块机器人(3)的前端设置有清淤刀盘(3-1)，用于沿管道移动的同时进行清淤作业；助动模块机器人(4)用于与清淤模块机器人(3)对接增强清淤模块机器人(3)沿管道移动的驱动力，拖动模块机器人(5)及收缆装置(6)用于将位于管道内的清淤模块机器人(3)和助动模块机器人(4)拖出；清淤模块机器人(3)、助动模块机器人(4)及拖动模块机器人(5)的后端中心处均设置有模块对接座(2)，助动模块机器人(4)及拖动模块机器人(5)的前端中心处均设置有模块对接器(1)，通过模块对接器(1)与模块对接座(2)实现清淤模块机器人(3)、助动模块机器人(4)及拖动模块机器人(5)之间的自动对接；收缆装置(6)设置于地面上，且拖动模块机器人(5)后端的模块对接座(2)通过缆绳(7)与收缆装置(6)相连。

2.根据权利要求1所述的一种多模块自动对接的管道清淤机器人，其特征在于，所述模块对接座(2)包括横向设置的圆筒(2-2)及定位杆(2-1)，且沿圆筒(2-2)的径向定位杆(2-1)竖直设置于圆筒(2-2)内；

所述模块对接器(1)包括反馈组件(11)、扣合组件(12)及旋动组件(13)，且所述反馈组件(11)包括安装板(11-2)、接触板(11-5)、环片(11-4)及两个尺寸相同的轴肩螺钉(11-1)；两个轴肩螺钉(11-1)依次穿过安装板(11-2)及环片(11-4)的两端，且安装板(11-2)与环片(11-4)之间的轴肩螺钉(11-1)上均套设有压簧(11-3)；接触板(11-5)固接于两个轴肩螺钉(11-1)的顶端，且接触板(11-5)与环片(11-4)之间的轴肩螺钉(11-1)上均套设有与轴肩螺钉(11-1)相适配的轴套(11-6)；

所述扣合组件(12)包括安装块(12-2)及两个相适配的卡爪(12-1)，安装块(12-2)穿过环片(11-4)中部并通过两个支撑柱(12-3)固定在安装板(11-2)前端；两个卡爪(12-1)相对铰接于安装块(12-2)前端两侧，接触板(11-5)中部设置有可供两个卡爪(12-1)穿过的开口，前端扣合的两个卡爪(12-1)之间留有夹持定位杆(2-1)的中空部分；

所述旋动组件(13)包括一对共轭凸轮、转盘(13-3)、伺服电机(13-4)及两个固定轴(13-5)，伺服电机(13-4)固定于安装板(11-2)后端；转盘(13-3)套接于伺服电机(13-4)的输出轴上，且与伺服电机(13-4)的输出轴同步转动；所述共轭凸轮通过两侧的固定轴(13-5)固定于转盘(13-3)前端而与转盘(13-3)同步转动，通过共轭凸轮的转动控制两个卡爪(12-1)的前端扣合或打开；

所述安装板(11-2)前端设置有接触开关(13-6)，用于检测接触板(11-5)及环片(11-4)受到挤压时的后移程度并将信号反馈给伺服电机(13-4)，实现模块对接器(1)与模块对接座(2)的自动对接。

3.根据权利要求2所述的一种多模块自动对接的管道清淤机器人，其特征在于，所述共轭凸轮包括第一凸轮(13-1)和第二凸轮(13-2)，第一凸轮(13-1)和第二凸轮(13-2)分别设置于安装块(12-2)的前、后两侧；第一凸轮(13-1)和第二凸轮(13-2)的形状大小完全相同，且两者反向平行安装。

4.根据权利要求1所述的一种多模块自动对接的管道清淤机器人，其特征在于，所述助动模块机器人(4)的数量为一个或多个。

5.根据权利要求1所述的一种多模块自动对接的管道清淤机器人，其特征在于，所述清淤模块机器人(3)上设置有位移传感器及红外摄像头。

6.根据权利要求1所述的一种多模块自动对接的管道清淤机器人，其特征在于，所述清淤模块机器人(3)、助动模块机器人(4)及拖动模块机器上均设置有远程遥控设备，且均通过履带机构实现管道内的移动。

7.根据权利要求1所述的一种多模块自动对接的管道清淤机器人，其特征在于，所述缆绳(7)通过设置于管道内拐角及开口处的多个定滑轮导向。