CN110976449A - 一种自适应管径的管道清污机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管道清洗设备领域，更具体地，涉及一种自适应管径的管道清污机器人，包括机器人主体、安装于机器人主体上的电控组件、清污组件、驱动清污组件运动的驱动组件和运动组件；运动组件包括运动电机、与运动电机连接的旋转架和安装于旋转架上的滚轮；运动电机安装于机器人主体的一端；旋转架设置有若干可伸缩的支杆，且支杆向远离驱动电机的方向倾斜；滚轮转动安装于支杆的末端，且滚轮的轴线与机器人主体的前进方向平行。本发明不但可以用于不同管道内径的污垢清理，同时通过运动组件的螺旋式的转动，既能够产生推动力，也能够通过滚轮在管道内壁上行走，使得本发明中的管道清污机器人能够通行在有液体或者没有液体的管道中。
Description
技术领域
本发明涉及管道清洗设备领域，更具体地，涉及一种自适应管径的管道清污机器人。
背景技术
管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。通常，流体经鼓风机、压缩机、泵和锅炉等增压后，从管道的高压处流向低压处，也可利用流体自身的压力或重力输送。管道的用途很广泛，主要用在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。
但是随着管道的长时间使用，管道内壁会积累污垢，影响管道的正常使用。现有的管道内壁清理方式为将用于管道清污的机器人放入管道中，操作者操作机器人对管道进行清污。申请号为CN201811282874.5的专利申请文件中公开了一种方便定位型管道清污机器人，该管道清污机器人能够适应不同的管道内径，对不同尺寸的管道进行清理，但是该管道清污机器人通过螺旋扇叶的螺旋推力实现清污机器人在管道内移动，这种移动方式只能够用于管道中存在液体的情况，当管道中没有液体，该管道清污机器人无法运动前进。同时该专利中的清污组件采用的是通过连杆进行伸展收缩的刮板，该结构的连杆直接与电机连接，传动平稳性较差，在刮板与管道的摩擦力就较大的情况下，晃动的连杆会增加该摩擦力，导致行驶行驶速度慢。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中管道清污机器人无法在没有液体的管道中前进的问题，提供一种自适应管径的管道清污机器人，能够适应不同的管道内径，能够在有液体的管道中前进，也能够在无液体的管道中前进。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种自适应管径的管道清污机器人，包括机器人主体、安装于所述机器人主体上的电控组件、清污组件、驱动所述清污组件运动的驱动组件和运动组件；所述运动组件包括运动电机、与所述运动电机连接的旋转架和安装于所述旋转架上的滚轮；所述运动电机安装于所述机器人主体的一端；所述旋转架设置有若干可伸缩的支杆，且所述支杆向远离所述驱动电机的方向倾斜；所述滚轮转动安装于所述支杆的末端，且所述滚轮的轴线与所述机器人主体的前进方向平行。
将机器人主体放入管道内，旋转架上的支杆收缩至滚轮与管道的内壁抵接。运动电机驱动旋转架运动，旋转架带动滚轮沿着管道内壁做周向的运动，由于支杆倾斜设置，因此旋转架在旋转的时候能够产生向前运动的推力，同时沿着管道内壁周向运动的滚轮也产生一个向前运动的作用力，使得机器人主体在有液体或没有液体的管道环境均能正常行驶。
优选的，所述机器人主体的内部通过两个隔板划分为三个沿直线分布的腔室，依次分别为第一腔室、第二腔室和第三腔室；所述电控组件设置于所述第一腔室，所述驱动组件设置于所述第二腔室，所述运动电机设置于所述第三腔室并延伸至所述机器人主体外与所述旋转架连接。机器人主体划分为三个腔体，将不同的工作组件分开放置，避免工作组件互相之间产生影响，如电机的振动等，影响机器人主体的稳定性。
优选的，所述清污组件包括空心结构转动部和安装于所述转动部外表面的清污机构；所述转动部的内壁设置有内齿轮圈，所述机器人主体的外表面设置有与所述内齿轮圈配合的安装槽，所述安装槽设置有连通至所述第二腔室的开口；所述驱动组件包括装有齿轮的转动轴和驱动所述转动轴转动的清污电机，所述齿轮的轮齿伸出所述开口并与所述内齿轮圈啮合。转动部的内齿轮圈装入安装槽内，伸出开口与内齿轮圈啮合的齿轮与内齿轮圈构成了行星轮结构，清污电机驱动齿轮转动的时候，内齿轮圈在齿轮的传动下，开始周向的转动，从而使得清污机构清理管道内壁的污垢。清污电机通过齿轮传动实现清污组件的转动，清污组件的运动更加平稳。
优选的，所述驱动组件设置有至少两个，并沿所述第二腔室均匀分布；所述清污电机均安装于隔板上，所述转动轴与另一个隔板转动连接。驱动组件设置有多个，能够产生更大更平稳的扭矩，使得清污组件的转动更加平稳，并且遇到顽固污垢的时候，不会被污垢阻挡，能够顺利转动。
优选的，所述第二腔室设置有若干隔离板，并将所述驱动组件分别隔离在不同的空间。驱动组件之间放置在不同的空间，避免清污电机启动的时候，产生的振动互相影响。
优选的，所述清污机构包括若干个均通过电动伸缩杆与所述转动部外表面连接清污曲面板、设置于所述清污曲面板上的金属刮板和尼龙刷毛，所述尼龙刷毛的高度较所述金属刮板的高度高。通过控制电动伸缩杆推动清污曲面板向外运动，直至尼龙刷毛与管道内壁贴合。清污曲面板的均匀安装于转动部的外表面，且清污曲面板的圆心均位于转动部的方向，使得清污曲面板与管道内壁更加贴合。通过金属刮板刮去较厚的污垢，再通过尼龙刷毛刷去较薄的污垢，同时避免金属刮板损坏管道的内部表面。
优选的，所述机器人主体远离所述运动组件的一端设置有透明罩体，所述透明罩体内设置有摄像头和照明装置。摄像头让操作员时刻观察管道前方的环境，而照明装置辅助操作人员通过摄像头更好的观察周围环境。
优选的，所述机器人主体的远离所述运动组件一端的外表面设置有若干个辅助运动机构；所述辅助运动机构包括通过弹性件与所述机器人主体表面连接的带有滑轮的摆动杆，所述滑轮的轴线与所述机器人主体的前进方向垂直。弹性件可以推动摆动杆靠近或远离机器人主体，使得滑轮能够紧贴管道内壁并沿着管道内壁进行轴向滚动，当机器人主体前进的时候，处于后端的运动组件推动机器人，而位于前端的辅助运动机构能够稳定机器人主体，避免机器人主体前端晃动。
优选的，所述机器人主体通过铰接座与所述摆动杆的一端连接，所述滑轮设置于所述摆动杆的另一端；所述弹性件推动所述摆动杆绕着铰接座转动。摆动杆的中间有一个圆柱体，一个双钩弹簧一端钩住圆柱体，另一端连接机器人主体，使得摆动杆能够通过转动来适应不同的管道内径，且转动和行走的时候更加稳定。
与现有技术相比，本发明有益效果是：本发明不但可以用于不同管道内径的污垢清理，同时通过运动组件的螺旋式的转动，既能够产生推动力，也能够通过滚轮在管道内壁上行走，使得本发明中的管道清污机器人能够通行在有液体或者没有液体的管道中。
附图说明
图1是本发明的一种自适应管径的管道清污机器人的结构示意图；
图2是本发明的一种自适应管径的管道清污机器人的内部结构示意图；
图3是本发明的清污组件的结构示意图；
图4是本发明的机器人主体的结构示意图；
图5是图3的A位置的局部放大图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例1
如图1-2所示为一种自适应管径的管道清污机器人的实施例，包括机器人主体1、安装于机器人主体1上的电控组件、清污组件2、驱动清污组件2运动的驱动组件3和运动组件4；运动组件4包括运动电机401、与运动电机401连接的旋转架402和安装于旋转架402上的滚轮403；运动电机401安装于机器人主体1的一端；旋转架402设置有若干可伸缩的支杆404，且支杆404向远离驱动电机的方向倾斜；滚轮403转动安装于支杆404的末端，且滚轮403的轴线与机器人主体1的前进方向平行。
本实施例的工作原理：将机器人主体放入管道内，旋转架402上的支杆404收缩至滚轮403与管道的内壁抵接。运动电机401驱动旋转架402运动，旋转架402带动滚轮403沿着管道内壁做周向的运动，由于支杆404倾斜设置，因此旋转架402在旋转的时候能够产生向前运动的推力，同时沿着管道内壁周向运动的滚轮403也产生一个向前运动的作用力，使得机器人主体在有液体或没有液体的管道环境均能正常行驶。
本实施例的有益效果：本发明不但可以用于不同管道内径的污垢清理，同时通过运动组件的螺旋式的转动，既能够产生推动力，也能够通过滚轮在管道内壁上行走，使得本发明中的管道清污机器人能够通行在有液体或者没有液体的管道中。
实施例2
如图1-5所示为一种自适应管径的管道清污机器人的另一实施例，本实施例与实施例1的区别在于对管道清污机器人除运动组件以外的结构进一步的限定。
如图2所示的，机器人主体1的内部通过两个隔板101划分为三个沿直线分布的腔室，依次分别为第一腔室102、第二腔室103和第三腔室104；电控组件设置于第一腔室102，驱动组件3设置于第二腔室103，运动电机401设置于第三腔室104并延伸至机器人主体1外与旋转架402连接。机器人主体1划分为三个腔体，将不同的工作组件分开放置，避免工作组件互相之间产生影响，如电机的振动等，影响机器人主体1的稳定性。其中，电控组件包括用于供电的蓄电池和主控板，而控制方式作为现有技术，此处不作详细说明。
如图3所示，清污组件2包括空心结构转动部201和安装于转动部201外表面的清污机构；转动部201的内壁设置有内齿轮圈202。
如图2和4所示，机器人主体1的外表面设置有与内齿轮圈202配合的安装槽105，安装槽105设置有连通至第二腔室103的开口；驱动组件3包括装有齿轮301的转动轴302和驱动转动轴302转动的清污电机303。在本实施例中，驱动组件3设置有三个，并沿第二腔室103均匀分布；清污电机303均安装于隔板101上，转动轴302与另一个隔板101转动连接。第二腔室103设置有三个隔离板304，并将驱动组件3分别隔离在不同的空间。驱动组件3设置有多个，能够产生更大更平稳的扭矩，使得清污组件2的转动更加平稳，并且遇到顽固污垢的时候，不会被污垢阻挡，能够顺利转动。驱动组件3之间放置在不同的空间，避免清污电机303启动的时候，产生的振动互相影响。
齿轮301的轮齿伸出所述开口并与内齿轮圈202啮合。转动部201的内齿轮圈202装入安装槽105内，伸出开口与内齿轮圈202啮合的齿轮301与内齿轮圈202构成了行星轮结构，清污电机303驱动齿轮301转动的时候，内齿轮圈202在齿轮301的传动下，开始周向的转动，从而使得清污机构清理管道内壁的污垢。
在本实施例中，为了增强清污效果，一次运动中对管道内壁进行两次的洗刷，清污组件2设置有两个，安装槽105设置有两个，齿轮301设置有两组。
具体的，如图3和5所示，清污机构包括三个均通过电动伸缩杆203与转动部201外表面连接清污曲面板204、设置于清污曲面板204上的金属刮板205和尼龙刷毛206，尼龙刷毛206的高度较金属刮板205高。通过控制电动伸缩杆203推动清污曲面板向外运动，直至尼龙刷毛与管道内壁贴合。清污曲面板204的均匀安装于转动部201的外表面，且清污曲面板204的圆心均位于转动部201的方向，使得清污曲面板204与管道内壁更加贴合。通过金属刮板205刮去较厚的污垢，再通过尼龙刷毛206刷去较薄的污垢，同时避免金属刮板205损坏管道的内部表面。
在本实施例中，机器人主体1远离运动组件4的一端设置有透明罩体5，透明罩体5内设置有摄像头501和照明装置502，照明装置为LED灯。摄像头501让操作员时刻观察管道前方的环境，而照明装置502辅助操作人员通过摄像头501更好的观察周围环境。
在本实施例中，机器人主体1的远离运动组件4一端的外表面设置有三个沿圆周均匀分布的辅助运动机构6；辅助运动机构6包括通过弹性件601与机器人主体1表面连接的带有滑轮602的摆动杆603，滑轮602的轴线与机器人主体1的前进方向垂直。弹性件601可以推动摆动杆603靠近或远离机器人主体1，使得滑轮602能够紧贴管道内壁并沿着管道内壁进行轴向滚动，当机器人主体1前进的时候，处于后端的运动组件4推动机器人，而位于前端的辅助运动机构6能够稳定机器人主体1，避免机器人主体1前端晃动。
具体的的，机器人主体1通过铰接座106与摆动杆603的一端连接，滑轮602设置于摆动杆603的另一端；弹性件601推动摆动杆603绕着铰接座106转动。摆动杆603的中间有一个圆柱体，弹性件601为双钩弹簧，一端钩住圆柱体，另一端连接机器人主体1，使得摆动杆603能够通过转动来适应不同的管道内径，且转动和行走的时候更加稳定。
其余特征与工作原理与实施例1一致。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自适应管径的管道清污机器人，包括机器人主体(1)、安装于所述机器人主体(1)上的电控组件、清污组件(2)、驱动所述清污组件(2)运动的驱动组件(3)和运动组件(4)，其特征在于，所述运动组件(4)包括运动电机(401)、与所述运动电机(401)连接的旋转架(402)和安装于所述旋转架(402)上的滚轮(403)；所述运动电机(401)安装于所述机器人主体(1)的一端；所述旋转架(402)设置有若干可伸缩的支杆(401)，且所述支杆(401)向远离所述驱动电机(401)的方向倾斜；所述滚轮(403)转动安装于所述支杆(404)的末端，且所述滚轮(403)的轴线与所述机器人主体(1)的前进方向平行。
2.根据权利要求1所述的一种自适应管径的管道清污机器人，其特征在于，所述机器人主体(1)的内部通过两个隔板(101)划分为三个沿直线分布的腔室，依次分别为第一腔室(102)、第二腔室(103)和第三腔室(104)；所述电控组件设置于所述第一腔室(102)，所述驱动组件(3)设置于所述第二腔室(103)，所述运动电机(401)设置于所述第三腔室(104)并延伸至所述机器人主体(1)外与所述旋转架(402)连接。
3.根据权利要求2所述的一种自适应管径的管道清污机器人，其特征在于，所述清污组件(2)包括空心结构转动部(201)和安装于所述转动部(201)外表面的清污机构；所述转动部(201)的内壁设置有内齿轮圈(202)，所述机器人主体(1)的外表面设置有与所述内齿轮圈(202)配合的安装槽(105)，所述安装槽(105)设置有连通至所述第二腔室(103)的开口；所述驱动组件(3)包括装有齿轮(301)的转动轴(302)和驱动所述转动轴(302)转动的清污电机(303)，所述齿轮(301)的轮齿伸出所述开口并与所述内齿轮圈(202)啮合。
4.根据权利要求4所述的一种自适应管径的管道清污机器人，其特征在于，所述驱动组件(3)设置有至少两个，并沿所述第二腔室(103)均匀分布；所述清污电机(303)均安装于其中一个隔板上，所述转动轴(302)与另一个隔板转动连接。
5.根据权利要求4所述的一种自适应管径的管道清污机器人，其特征在于，所述第二腔室(103)设置有将所述驱动组件(3)分别隔离在不同的空间若干隔离板(304)。
6.根据权利要求3所述的一种自适应管径的管道清污机器人，其特征在于，所述清污机构(2)包括若干个均通过电动伸缩杆(203)与所述转动部(201)外表面连接清污曲面板(204)、设置于所述清污曲面板(204)上的金属刮板(205)和尼龙刷毛(206)。
7.根据权利要求6所述的一种自适应管径的管道清污机器人，其特征在于，所述尼龙刷毛(206)的高度较所述金属刮板(205)的高度高。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种自适应管径的管道清污机器人，其特征在于，所述机器人主体(1)远离所述运动组件(4)的一端设置有透明罩体(5)，所述透明罩体(5)内设置有摄像头(501)和照明装置(502)。
9.根据权利要求1-7任一所述的一种自适应管径的管道清污机器人，其特征在于，所述机器人主体(1)远离所述运动组件(4)一端的外表面设置有若干个辅助运动机构(6)；所述辅助运动机构(6)包括通过弹性件(601)与所述机器人主体(1)表面连接的带有滑轮(602)的摆动杆(603)，所述滑轮(602)的轴线与所述机器人主体(1)的前进方向互相垂直。
10.根据权利要求9所述的一种自适应管径的管道清污机器人，其特征在于，所述机器人主体(1)通过铰接座(106)与所述摆动杆(603)的一端连接，所述滑轮(602)设置于所述摆动杆(603)的另一端；所述弹性件(601)推动所述摆动杆(603)绕着铰接座(601)转动。
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