CN108266594B - 管道机器人自动巡检清淤装置及清淤方法 - Google Patents

管道机器人自动巡检清淤装置及清淤方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管道机器人自动巡检清淤装置，包括清淤单元、视频单元和巡检驱动单元，清淤单元设置在巡检驱动单元前端，视频单元固定在清淤单元内，视频单元与巡检驱动单元同轴设置；刮淤刀组和退淤刀组连接在中空盘架上；中空盘架连接在巡检驱动单元上，并可以绕巡检驱动单元的轴心自由旋转；换位驱动器固定在巡检驱动单元上，同步带轮固定在中空盘架上，同步带设置在换位驱动器与同步带轮之间；上述通过摄像头的视觉检测，以及步进电机带动刮淤刀组和退淤刀组的协调配合作用，实现一个步进电机对刮淤刀组和退淤刀组的位置控制，提高管道清理效率和管道清理的精准性；集巡检、刮淤与退淤功能于一体，提高对管道环境的针对性和适应性。

Description

管道机器人自动巡检清淤装置及清淤方法
技术领域
本发明涉及管道清淤机器人技术领域，尤其是一种基于刮退淤一体联动协调作用的管道机器人自动巡检清淤装置及清淤方法，能在水平管道内实现检测和清淤功能。
背景技术
在清管作业过程中，管道机器人在清理管道时，大多采用遍历式清淤方式，清淤针对性和目标性不强，管壁上清理下的泥垢在水流不足的情况下，不能被及时带走，容易造成二次沉积和堵塞。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种管道机器人自动巡检清淤装置及防护方法，通过摄像头的视觉检测，以及步进电机带动刮淤刀组和退淤刀组的协调配合作用，实现一个步进电机对刮淤刀组和退淤刀组的位置控制，提高管道清理效率和管道清理的精准性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种管道机器人自动巡检清淤装置，包括清淤单元、视频单元和巡检驱动单元，所述清淤单元设置在巡检驱动单元前端，视频单元固定在清淤单元内，视频单元与巡检驱动单元同轴设置；所述清淤单元包括刮淤刀组、中空盘架、退淤刀组和刮於驱动组件；刮淤刀组和退淤刀组连接在中空盘架上；中空盘架连接在巡检驱动单元上，并可以绕巡检驱动单元的轴心自由旋转；刮於驱动组件包括换位驱动器、同步带和同步带轮，换位驱动器固定在巡检驱动单元上，同步带轮固定在中空盘架上，同步带设置在换位驱动器与同步带轮之间。
所述中空盘架为双层筒体结构，包括内筒体和外筒体；内筒体的长度是外筒体长度的1.5～1.6倍。
所述退淤刀组与刮淤刀组在巡检驱动单元的轴线方向上的距离为退淤刀组厚度的0.1～0.3倍。
所述退淤刀组包括单向变形板，该单向变形板只能向后翻折。
所述视频单元包括防护罩、清洗喷头和防水摄像机；所述防水摄像机设置在中空盘架内，防护罩固定在防水摄像机的前端，清洗喷头固定在防护罩的外侧。
所述巡检驱动单元包括伸缩支撑架、驱动轮组和驱动电机；所述驱动电机固定在伸缩支撑架内，驱动轮组对称设置在伸缩支撑架外侧。
一种管道机器人自动巡检清淤方法，包括以下步骤：a．将管道机器人放入待巡检管道中，通过视频单元确定管道内淤积物的形貌特征； b.驱动机器人向淤积物方向移动，同时启动换位驱动器带动刮淤刀组往复运动将管道内的淤积物刮落； c.判断淤积物的刮落量，决定是否将管道机器人退出； d.如决定将管道机器人退出，首先通过换位驱动器将退淤刀组调整至刮落淤积物位置，驱动管道机器人后退；否则继续进行刮削操作； e. 重复步骤a至步骤d至管道中的淤积物清理干净。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：通过摄像头的视觉检测，以及步进电机带动刮淤刀组和退淤刀组的协调配合作用，实现一个步进电机对刮淤刀组和退淤刀组的位置控制，提高管道清理效率和管道清理的精准性；集巡检、刮淤与退淤功能于一体，提高对管道环境的针对性和适应性。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：图1是本发明的结构示意图； 图2是本发明的结构示意图（分解图）； 图3是本发明的退淤工作示意图； 图4是本发明的清淤退淤工作流程简图； 图5 是本发明旋切示意图（单向转动削泥）； 图6 是本发明摆切示意图（向下压泥动作）； 图7 巡检清淤管道机器人***图。
其中：1、清淤单元；1-1、刮淤刀组；1-2、中空盘架；1-3、退淤刀组； 2、视觉单元；2-1、防护罩；2-2、清洗喷头；2-3、防水摄像机；3、巡检驱动单元； 3-1、同步带；3-2、换位驱动器；3-3、伸缩支撑架；3-4、驱动轮组。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1至图7所示的管道机器人自动巡检清淤装置，首先，由人工将装有传感器、防水摄像机2-3的管道机器人置入管道，然后传感器、防水摄像机2-3检测管内淤积物形貌大小和距离，驱动机器人向淤积物方向移动，然后由步进电机3-2带动刮淤刀组1-1转动将淤泥刮掉，然后控制刀片以摆切方式将淤泥压至管道的中下侧部位，同时保证淤泥高度不超过管道中心。
由于管道截面方向上退淤刀组1-3的投影面积远大于刮淤刀组1-1，所以先将退淤刀组1-3转动至上位，此时刮淤刀组1-1在下位，机器人前进一定距离（称为轴向刮削距离），使刮淤刀组1-1沿管道轴向先行切入目标淤泥前侧，在将退淤刀组1-3以旋切的方式克服淤泥阻力转动至下位（清淤刮板由于采用薄壁结构，因而旋转切入阻力小，且能够彻底切入淤泥），此时刮淤刀组1-1在上位且处于目标淤泥前方，然后机器人后退将一定量的淤泥带出。
旋切或摆切过程中无轴向进给，轴向进给过程中无旋切或摆切，由于淤泥自然堆积作用或摆切压制作用而堆积在管道中下方，且进给过程中退淤刀组1-3升至上位，所以退淤刀组1-3在轴向推进过程中不受淤泥阻力作用。以此循环往复，通过机器人多次轴向往复运动就可将淤泥带出。
通过摄像头2-3的视觉检测，以及换位驱动器3-2带动刮淤刀组1-1和退淤刀组1-3的协调配合作用，实现一个换位驱动器3-2对刮淤刀组1-1和退淤刀组1-3的位置控制，从而实现对换位驱动器3-2利用的高效性和管道清理的精准性。
管道机器人自动巡检清淤装置，包括清淤单元1、视频单元2和巡检驱动单元3，清淤单元1设置在巡检驱动单元3前端，视频单元2固定在清淤单元1内，视频单元2与巡检驱动单元3同轴设置。
清淤单元1包括刮淤刀组1-1、中空盘架1-2、退淤刀组1-3和刮於驱动组件。
刮淤刀组1-1和退淤刀组1-3连接在中空盘架1上；中空盘架1-2连接在巡检驱动单元3上，并可以绕巡检驱动单元3的轴心自由旋转。
刮於驱动组件包括换位驱动器3-2、同步带3-1和同步带轮，换位驱动器3-2固定在巡检驱动单元3上，同步带轮固定在中空盘架1-2上，同步带3-1设置在换位驱动器3-2与同步带轮之间。
换位驱动器3-2可以采用步进电机形式。
中空盘架1-2为双层筒体结构，包括内筒体和外筒体；内筒体的长度是外筒体长度的1.5～1.6倍。
退淤刀组1-3与刮淤刀组1-1在巡检驱动单元3的轴线方向上的距离为退淤刀组1-3厚度的0.1～0.3倍。
退淤刀组1-3包括单向变形板，该单向变形板只能向后翻折。
视频单元2包括防护罩2-1、清洗喷头2-2和防水摄像机2-3；防水摄像机2-3设置在中空盘架内1-2，防护罩2-1固定在防水摄像机2-3的前端，清洗喷头2-2固定在在防护罩2-1的外侧。
巡检驱动单元3包括伸缩支撑架3-3、驱动轮组3-4和驱动电机；驱动电机固定在伸缩支撑3-3架内，驱动轮组3-4对称设置在伸缩支撑架3-3外侧。
一种管道机器人自动巡检清淤方法，包括以下步骤：a．将管道机器人放入待巡检管道中，通过视频单元2确定管道内淤积物的形貌特征； b.驱动机器人向淤积物方向移动，同时启动换位驱动器3-2带动刮淤刀组1-1往复运动将管道内的淤积物刮落； c.判断淤积物的刮落量，决定是否将管道机器人退出； d.如决定将管道机器人退出，首先通过换位驱动器3-2将退淤刀组1-3调整至刮落淤积物位置，驱动管道机器人后退；否则继续进行刮削操作； e. 重复步骤a至步骤d至管道中的淤积物清理干净。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (4)

1.管道机器人自动巡检清淤装置，其特征在于：包括清淤单元、视频单元和巡检驱动单元，所述清淤单元设置在巡检驱动单元前端，视频单元固定在清淤单元内，视频单元与巡检驱动单元同轴设置；
所述清淤单元包括刮淤刀组、中空盘架、退淤刀组和刮於驱动组件；刮淤刀组和退淤刀组连接在中空盘架上；中空盘架连接在巡检驱动单元上，并可以绕巡检驱动单元的轴心自由旋转；刮於驱动组件包括换位驱动器、同步带和同步带轮，换位驱动器固定在巡检驱动单元上，同步带轮固定在中空盘架上，同步带设置在换位驱动器与同步带轮之间；
所述中空盘架为双层筒体结构，包括内筒体和外筒体，所述内筒体的长度是外筒体长度的1.5～1.6倍；
所述退淤刀组与刮淤刀组在巡检驱动单元的轴线方向上的距离为退淤刀组厚度的0.1～0.3倍；
所述退淤刀组包括单向变形板，该单向变形板只能向后翻折。
2.根据权利要求1所述的管道机器人自动巡检清淤装置，其特征在于：所述视频单元包括防护罩、清洗喷头和防水摄像机；所述防水摄像机设置在中空盘架内，防护罩固定在防水摄像机的前端，清洗喷头固定在防护罩的外侧。
3.根据权利要求1所述的管道机器人自动巡检清淤装置，其特征在于：所述巡检驱动单元包括伸缩支撑架、驱动轮组和驱动电机；所述驱动电机固定在伸缩支撑架内，驱动轮组对称设置在伸缩支撑架外侧。
4.根据权利要求1所述的管道机器人自动巡检清淤装置的清淤方法，其特征在于，包括以下步骤：
a．将管道机器人放入待巡检管道中，通过视频单元确定管道内淤积物的形貌特征；
b.驱动机器人向淤积物方向移动，同时启动换位驱动器带动刮淤刀组往复运动将管道内的淤积物刮落；
c.判断淤积物的刮落量，决定是否将管道机器人退出；
d.如决定将管道机器人退出，首先通过换位驱动器将退淤刀组调整至刮落淤积物位置，驱动管道机器人后退；否则继续进行刮削操作；
e. 重复步骤a至步骤d至管道中的淤积物清理干净。
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