CN212801914U - 一种箱涵清淤机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种箱涵清淤机器人，包括机器人主机框架和设置在机器人主机框架上的淤积状态检测组件、清淤作业组件和清淤控制组件，清淤控制组件包括控制机器人作业的控制组件和电连接控制组件的用于驱动机器人执行作业动作的动力组件，控制组件与上位机通讯连接，控制组件根据淤积状态检测组件检测到的管道淤积情况生成控制信号，并通过动力组件驱动清淤作业组件执行相应的清淤动作。本实用新型通过旋转搅笼装置将沉积的淤泥打散为泥水混合物后排出到管道外，保证了对大管径排水管的清淤效果。而且本实用新型的作业过程受控于地面操控人员，自动化作业程度较高，机器人可自动在水下工作，降低了传统的清淤方法需要人工下井的作业安全风险。

Description

一种箱涵清淤机器人

技术领域

本实用新型涉及管道疏通技术领域，具体涉及一种箱涵清淤机器人。

背景技术

每年汛期，由于排水管网污泥淤积影响排水畅通，每当暴雨来袭，许多城市会出现路面积水，严重的甚至会引发交通中断，极大影响市民的日常出行。

目前国内外普遍采用的排水管网清淤方法有高压水射流清淤法、绞车清淤法、水冲刷清淤法、通沟机清淤法、清淤球以及拦蓄冲洗门等，这些方法都有各自的缺点和不足，最主要的是这些清淤方法都是为小管径排水管道清淤而设计的，都不太适用于比如箱涵这种大管径 (管径≥0.8m)的排水管道的清淤。具体而言，高压水射流清淤法的设备运行成本较高，难以在国内广泛推广应用。绞车清淤法适用的管道管径范围相较于高压水射流清淤法更广，但该法首先需要人工下井进行穿管操作，井下恶劣的工作环境给工人带来了极大不便，而且存在作业安全隐患。水冲刷清淤法要求管道本身必须有一定的污水流量，淤积物不能过度(通常不能超过20％的堵塞度)且不能有像石头砖块这样的大块障碍物，适用范围大为受限。通沟机清淤法要求管壁光滑、规则且淤积物不能太多，通常该法多用于疏通核能以及工业部门的金属排污管道，在城市大管径排水管道中难以得到应用。清淤球主要用于预防性的清淤工作，当排水管道具有一定的淤积程度后该法就无法应用。拦蓄冲洗门在国内外的应用较少，其对于大管径排水管道的实际清淤效果尚不明确。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种箱涵清淤机器人，该机器人通过旋转搅笼装置将沉积的淤泥打散为泥水混合物，保证了对大管径排水管的清淤效果，而且本实用新型可实现与地面通讯设备的通讯连接，整个清淤过程实现了远程自动化控制，地上人员可远程操控本实用新型提供的箱涵清淤机器人执行相应的作业动作，解决了部分传统的清淤方法需要人工参与下井作业的安全风险。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

提供一种箱涵清淤机器人，包括机器人主机框架和设置在所述机器人主机框架上的淤积状态检测组件、清淤作业组件和清淤控制组件，所述清淤控制组件包括控制机器人作业的控制组件和电连接所述控制组件的用于驱动机器人执行作业动作的动力组件，所述控制组件与上位机通讯连接，所述淤积状态检测组件电连接所述控制组件，将检测到的箱涵淤积状态信息通过所述控制组件发送到所述上位机显示；

所述清淤作业组件包括旋转搅笼装置、渣浆泵和平行升降机；所述动力组件包括液压马达和液压缸，所述旋转搅笼装置受所述液压马达驱动，用于将沉积淤泥打散为泥水混合物；所述渣浆泵将所述泥水混合物通过软管排出沉积管道；所述平行升降机连接所述旋转搅笼装置，所述平行升降机受液压缸驱动以实现对所述旋转搅笼装置的平行升降；

所述箱涵清淤机器人还包括安装在所述机器人主机框架下部的行走组件。

作为本实用新型的一种优选方案，所述淤积状态检测组件包括浑水相机和声呐。

作为本实用新型的一种优选方案，所述淤积状态检测组件可伸缩地设置在所述机器人主机框架前部的第一位置处。

作为本实用新型的一种优选方案，所述旋转搅笼装置可拆卸地安装在所述机器人主机框架前部的第二位置处。

作为本实用新型的一种优选方案，所述旋转搅笼装置包括设于所述旋转搅笼装置前部的对称螺旋片，所述液压马达驱动所述对称螺旋片旋转以将沉积淤泥打散为泥水混合物。

作为本实用新型的一种优选方案，所述平行升降机包括第一升降机构和第二升降机构，所述第一升降机构或所述第二升降机构包括一固定件和一活动臂，所述固定件固定安装在所述旋转搅笼装置上，所述活动臂的一端与所述固定件螺纹连接，所述活动臂的另一端螺纹连接在所述机器人主机框架上的一立杆的底部位置处，所述液压缸的一端连接在所述立杆的顶部位置处，所述液压缸的另一端连接在所述活动臂上，所述液压缸带动所述活动臂作平行升降运动进而带动所述旋转搅笼装置作平行升降运动。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一升降机构和所述第二升降机构左右对称设置在所述旋转搅笼装置上，并通过所述液压缸设置在所述机器人主机框架的所述立杆上。

作为本实用新型的一种优选方案，所述清淤控制组件中的所述控制组件包括一PLC控制器和连接所述PLC控制器的通讯模块。

作为本实用新型的一种优选方案，所述通讯模块包括一通讯接口，通过一通讯电缆连接所述通讯接口和所述上位机，实现所述箱涵清淤机器人与所述上位机的通讯连接。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过旋转搅笼装置将沉积的淤泥打散为泥水混合物，保证了对大管径排水管的清淤效果；

2、本实用新型可实现与地面通讯设备的通讯连接，整个清淤过程实现了远程控制，地上人员可远程操控本实用新型提供的箱涵清淤机器人执行相应的作业动作，解决了部分传统的清淤方法需要人工参与下井作业的安全风险；

3、本实用新型可预先烧录机器人控制程序，机器人可根据实时检测的管道淤积情况对排水管道进行自动化清淤工作；

4、本实用新型通过渣浆泵抽取旋转搅笼装置打散的泥水混合物，可抽取高浓度泥浆，提高了作业效率；

5、本实用新型支持水下清淤作业，清淤过程不影响排水管的正常排水，减少了清淤工作对正常排水的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例所述的箱涵清淤机器人的结构示意图；

图2是控制所述箱涵清淤机器人作业的控制***的结构示意图；

图3是所述清淤控制组件中的所述控制组件的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，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。

本实用新型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；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1示出了本实用新型提供的箱涵(一种具有较大管径的排水管道)清淤机器人的结构示意图。图2示出了控制箱涵清淤机器人作业的控制***的结构示意图。请参照图1和图2，该箱涵清淤机器人包括机器人主机框架1和设置在所述机器人主机框架1上的淤积状态检测组件100、清淤作业组件200和清淤控制组件300，清淤控制组件300包括控制机器人作业的控制组件301和电连接该控制组件301的用于驱动机器人执行作业动作的动力组件302，控制组件301与上位机400通讯连接，淤积状态检测组件100通信连接控制组件301，淤积状态检测组件100将检测到的箱涵淤积状态信息发送给控制组件301，控制组件301将箱涵淤积状态信息发送给上位机400，上位机400通过一可视化界面向机器人操作人员显示机器人检测到的箱涵淤积状态，操作人员可通过上位机400向控制组件301预先烧录作业程序，控制组件301可根据接收到的箱涵淤积状态信息自动生成作业指令，然后将作业指令发送给相应的动力组件302，以驱动相应的清淤作业组件200执行相应的作业动作。操作人员也可直接通过上位机400向机器人远程发送控制指令，以控制机器人执行相应的清淤动作。

具体地，清淤作业组件200包括旋转搅笼装置201、渣浆泵202和平行升降机203。清淤控制组件300中的动力组件302包括液压马达3021和液压缸3022，旋转搅笼装置201受液压马达3021驱动，液压马达3021受控于清淤控制组件300中的控制组件301，液压马达3021根据控制组件301发送的旋转搅笼装置启停信号驱动旋转搅笼装置201工作或停止工作。旋转搅笼装置201用于将管路中的沉积淤泥打散为泥水混合物。如图1所示，旋转搅笼装置201包括摄于装置前部的对称螺旋片2011，多个螺旋片2011两两等间距设置在旋转轴2012上，本实用新型可以通过改变旋转轴2012的长度以适应大管径排水管的清淤需求。

渣浆泵202的作用是将泥水混合物通过软管排出沉积管道。由于机器人在清淤过程中是向前运动的，旋转搅笼装置201打散的泥水混合物主要向机器人前进的反方向运动，所以优选地，将渣浆泵202设置在旋转搅笼装置201的后方位置上，以更有效率地将泥水混合物从管道中排出。

平行升降机203连接旋转搅笼装置201，平行升降机203的作用是控制旋转搅笼装置201 上下平行升降，以增加旋转搅笼装置201的作业范围，提高本实用新型的清淤效果。平行升降机203受液压缸3022驱动，液压缸3022受控于控制组件301，控制组件301根据预设的作业程序，并基于实时检测的箱涵淤积状态信息控制液压缸3022驱动旋转搅笼装置301的升降。当然，操作员也可以通过远程向机器人发送旋转搅笼装置升降指令，远程操控旋转搅笼装置201的升降。

本实用新型提供的箱涵清淤机器人还包括安装在机器人主机框架1下部的行走组件500。行走组件500包括履带501，履带501可提高机器人在水下淤泥环境中的行走能力。

淤积状态检测组件100包括浑水相机1001和声呐1002。浑水相机1001为在浑浊的水下环境中还具有清晰拍摄能力的摄像头。现有的具有水下高清拍摄能力的摄像头有许多，所以关于浑水相机1001的具体品牌、型号在此不做说明。声呐1002可检测淤泥的深度(厚度)，控制组件301可根据声呐1002检测到的淤泥厚度控制液压马达3021的转速进而控制旋转搅笼装置201上的螺旋片2011的转速，以提高机器人的清淤能力。

为了提高淤积状态检测组件100对管道淤积情况的检测能力，优选地，淤积状态检测组件100为可伸缩结构，淤积状态检测组件100可伸缩的设置在伸缩支架(图中未示出)上。更优选地，淤积状态检测组件100设置在机器人主机框架1前部的第一位置处(旋转搅笼装置的上方位置处)。

为了适应不同的管道淤泥环境，提高机器人的清淤能力，优选地，旋转搅笼装置201为可拆卸结构。操作人员可根据不同的管道环境和淤泥沉积情况，选用合适的旋转搅笼装置安装在机器人主机框架1上前部的第二位置处(淤积状态检测组件100的下方位置处)。

以下对平行升降机203的结构进行具体阐述：

请参照图1，平行升降机203包括第一升降机构和第二升降机构，第一升降机构或第二升降机构包括一固定件2031和一活动臂2032，固定件2031固定安装在旋转搅笼装置201上，活动臂2032的一端与固定件2031螺纹连接，活动臂2032的另一端螺纹连接在机器人主机框架1上的一立杆11的底部位置处，液压缸3022的一端连接在立杆11的顶部位置处，液压缸 3022的另一端连接在活动臂2032上，液压缸3022带动活动臂2032作平行升降运动进而带动旋转搅笼装置201作平行升降运动，以改变机器人的清淤高度。

为了确保机器人的重心平稳，第一升降机构和第二升降机构优选左右对称设置在旋转搅笼装置201上，并通过液压缸3022设置在机器人主机框架1的立杆11上。

图3示出了清淤控制组件300中的控制组件301的结构示意图。请参照图3，清淤控制组件300中的控制组件301至少包括一PLC控制器3011和连接该PLC控制器3011的通讯模块3012。由于现有的可应用于本实用新型提供的箱涵清淤机器人的PLC控制器有许多，所以关于PLC控制器的具体品牌、型号在此不做说明。

为了提高上位机400与机器人即使通讯的稳定性，本实用新型通过有线连接方式实现与上位机400的通讯连接。具体地，控制组件301中的通讯模块3012包括一通讯接口3013(比如RJ45通讯接口)，通过一通讯电缆连接该通讯接口3013和上位机400，实现箱涵清淤机器人与上位机400的通讯连接。当然，为了减少布线麻烦，通讯模块3012还可以使用无线通讯模块比如ZigBee通讯模块、Wifi通讯模块、3G/4G通讯模块等实现与上位机400的无线通讯连接。

上述技术方案中，清淤控制组件300中的控制组件301设置在一密封舱2中，密封舱2 设置在机器人主机框架1上。

图2示出了控制箱涵清淤机器人作业的控制***的结构示意图。以下结合图2对本实用新型提供的箱涵清淤机器人的作业过程进行简要阐述：

机器人和上位机建立通讯连接后，将机器人放置在需要清淤的排水管道中。然后操作人员远程控制机器人对作业现场的管道淤积状态进行实时检测，机器人将检测到的管道淤积状态信息发送到上位机显示。操作人员根据界面显示的淤积情况向机器人发布作业指令，控制机器人执行相应的清淤动作。比如在管道淤积情况比较严重时，向清淤控制组件中的控制组件发送提高液压马达转速的指令，控制组件根据接收到的加速指令控制液压马达提高转速，进而驱动旋转搅笼装置提高转速，以增强机器人的清淤能力，提升清淤效果。当淤积状态检测组件检测到管道内部的淤泥厚度较深时，操作人员向机器人下达升降旋转搅笼装置的指令，控制组件在接收到升降旋转搅笼装置的指令后控制液压缸动作，液压缸驱动旋转搅笼装置执行升降动作，进而增强机器人的清淤能力。

旋转搅笼装置进行清淤作业的同时，控制组件控制渣浆泵工作，渣浆泵将旋转搅笼装置打散的泥水混合物泵到地面上，以实现对排水管的清淤。

为了提高机器人工作的自动化水平，可以将上述人为控制机器人的过程和控制方法编写为相应的控制程序，并将控制程序烧录到控制组件的PLC控制器中。淤积状态检测组件将检测到的淤积状态信息发送给PLC控制器，PLC控制器根据接收的淤积状态信息，并基于预设的控制程序分析管道堵塞情况，然后自动控制机器人执行相应的清淤作业动作，以实现对排水管道的自动化清淤。

综上，本实用新型通过旋转搅笼装置将沉积的淤泥打散为泥水混合物，保证了对大管径排水管的清淤效果，而且本实用新型可实现与地面通讯设备的通讯连接，整个清淤过程实现了远程自动化控制，地上人员可远程操控本实用新型提供的箱涵清淤机器人执行相应的清淤作业动作，解决了部分传统的清淤方法需要人工参与下井作业的安全风险。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本实用新型做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本实用新型的精神，都应在本实用新型的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (9)

1.一种箱涵清淤机器人，其特征在于，包括机器人主机框架和设置在所述机器人主机框架上的淤积状态检测组件、清淤作业组件和清淤控制组件，所述清淤控制组件包括控制机器人作业的控制组件和电连接所述控制组件的用于驱动机器人执行作业动作的动力组件，所述控制组件与上位机通讯连接，所述淤积状态检测组件电连接所述控制组件，将检测到的箱涵淤积状态信息通过所述控制组件发送到所述上位机显示；

所述清淤作业组件包括旋转搅笼装置、渣浆泵和平行升降机；所述动力组件包括液压马达和液压缸，所述旋转搅笼装置受所述液压马达驱动，用于将沉积淤泥打散为泥水混合物；所述渣浆泵将所述泥水混合物通过软管排出沉积管道；所述平行升降机连接所述旋转搅笼装置，所述平行升降机受液压缸驱动以实现对所述旋转搅笼装置的平行升降；

所述箱涵清淤机器人还包括安装在所述机器人主机框架下部的行走组件。

2.如权利要求1所述的箱涵清淤机器人，其特征在于，所述淤积状态检测组件包括浑水相机和声呐。

3.如权利要求1所述的箱涵清淤机器人，其特征在于，所述淤积状态检测组件可伸缩地设置在所述机器人主机框架前部的第一位置处。

4.如权利要求1所述的箱涵清淤机器人，其特征在于，所述旋转搅笼装置可拆卸地安装在所述机器人主机框架前部的第二位置处。

5.如权利要求1所述的箱涵清淤机器人，其特征在于，所述旋转搅笼装置包括设于所述旋转搅笼装置前部的对称螺旋片，所述液压马达驱动所述对称螺旋片旋转以将沉积淤泥打散为泥水混合物。

6.如权利要求1所述的箱涵清淤机器人，其特征在于，所述平行升降机包括第一升降机构和第二升降机构，所述第一升降机构或所述第二升降机构包括一固定件和一活动臂，所述固定件固定安装在所述旋转搅笼装置上，所述活动臂的一端与所述固定件螺纹连接，所述活动臂的另一端螺纹连接在所述机器人主机框架上的一立杆的底部位置处，所述液压缸的一端连接在所述立杆的顶部位置处，所述液压缸的另一端连接在所述活动臂上，所述液压缸带动所述活动臂作平行升降运动进而带动所述旋转搅笼装置作平行升降运动。

7.如权利要求6所述的箱涵清淤机器人，其特征在于，所述第一升降机构和所述第二升降机构左右对称设置在所述旋转搅笼装置上，并通过所述液压缸设置在所述机器人主机框架的所述立杆上。

8.如权利要求1所述的箱涵清淤机器人，其特征在于，所述清淤控制组件中的所述控制组件包括一PLC控制器和连接所述PLC控制器的通讯模块。

9.如权利要求8所述的箱涵清淤机器人，其特征在于，所述通讯模块包括一通讯接口，通过一通讯电缆连接所述通讯接口和所述上位机，实现所述箱涵清淤机器人与所述上位机的通讯连接。

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