工業管道探測及清理機器人的製作方法

2023-09-24 04:55:15

專利名稱：工業管道探測及清理機器人的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及機器人，具體涉及一種工業管道探測及清理機器人。
背景技術：
我國有各種通風管道、氣管道、石油管道、下水道、自來水管道等，工業管道在國計民生中發揮著重要作用，管道一旦出現故障，不僅會造成巨大的經濟損失，其故障的排除也相對比較困難。因此管道的定期清理與檢測對企業來說非常重要。管道機器人在我國還處於初級發展階段，管道的維護、監測及除塵等項目相對比較落後，國內現有產品多是對上個世紀七十年代末進口設備的改進，由於其設計背景的客觀原因還是造成了很多不適合現今使用的問題。也有部分公司直接進口國外管道清理機器人進行清理、檢測，但進口機器人價格昂貴，一般企業難以承受，而且清理效果也不理想。如深圳市德昌電機集團有限公司的JECR-E600型管道機器人，在管道清理與檢測過程中，清理機構採用單清理臂、旋轉刷頭、驅動電機組成。清理臂雖然可實現上下調節，360°旋轉， 但要逐點清理管壁各部位，無法完成一次性清理；同時，清理臂臂長有限，對於變管徑管道清理，很難達到滿意的效果；旋轉刷頭轉速很高，然而機器人整體穩定性不佳，容易出現甩尾等現象。

實用新型內容(一 )要解決的技術問題本實用新型的目的是為了解決上述技術問題，提供一種工業管道探測及清理機器人。( 二 )技術方案本實用新型解決其技術問題採用以下的技術方案包括機械系統和控制系統，機械系統設有移動小車和裝在該小車上的清理作業裝置。在移動小車的尾部裝有檢測裝置和定位導向裝置，檢測裝置為攝像頭，定位導向裝置是一種能夠使小車平行前進的裝置。清理作業裝置主要包括清理臂、清理臂舉升機構、清理臂張合機構和清理刷機構四部分，其中， 清理臂舉升機構裝在移動小車的前部；清理臂張合機構裝在第二工作檯上；清理刷機構裝在清洗臂的前端，該機構設有四個小刷和與之配套的壓力傳感器，在該傳感器同步檢測和反饋調節作用下，每個小刷始終與管道的內壁緊密接觸。(三)有益效果本實用新型與現有技術相比，具有以下突出的主要效果1、設計出可變管徑清理機構，由連杆、絲槓螺母機構構成可變範圍清掃的傘狀張合機構，能滿足不同直徑管道的清掃。2、設計出清理臂舉升機構，由絲槓螺母機構構成，實現清理臂的定心。3、傘狀張合機構的四個刷頭傳感器實時檢測刷頭工作情況，自動反饋調節，使刷頭始終與管壁緊密貼合，實現傘狀張合機構旋轉一周既可對相應管壁所有部位一次性清理。4、定位導向裝置的定位導向杆裝有應力傳感器，實時反饋信號，操作者實時調節， 使定位導向杆時刻保持與管道的一定範圍的接觸，保證機器人在清掃過程中始終與管道保持平行，完成高效，高質的清掃工作。5、採用更換刷頭式設計，可以滿足管道不同汙垢的清掃。同時集管道疏通、清掃、 檢測於一體。總之，本實用新型能夠較好地解決現有技術存在的問題，具有有效工作面積大、能清掃多種汙染物、適應變化管徑的清掃、無甩尾現象、價格低廉等優勢，運用先進技術可進行多種圓形管道複雜環境下的管道作業，及時疏通、清掃與檢測，避免故障發生，同時也能大大延長管道壽命。

圖1是本實用新型的結構示意圖。圖2是圖1的俯視圖。圖3是圖1的左視圖。圖4是本實用新型清理作業裝置結構主視圖。圖5是本實用新型定位導向裝置的結構主視圖。圖中1、攝像頭；2、鉸接座；3、第一連杆；4、定位導向杆；5、第一螺母；6、第一絲槓；7、車載控制模塊；8、第一直流電機；9、第一齒輪；10、第二齒輪；11、第一工作檯；12、連接軸；13、第三齒輪；14、第二工作檯；15、清理臂；16、第二直流電機；17、第四齒輪；18、第五齒輪；19、第二絲槓；20、第二螺母；21、第二連杆；22、壓力傳感器；23、小刷；24、第六齒輪；25、第三直流電機；26、第三絲槓；27、第三螺母；28、第七齒輪；29、第八齒輪；30、第四直流電機。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的範圍。本實用新型是用於中央空調管道清理和檢測的機器人，如圖1至圖5所示主要由機械系統和控制系統兩大部分組成，結構簡單、維護方便、故障率低。1、機械系統該機械系統由移動小車，裝在移動小車上的清理作業裝置，位於移動小車尾部的定位導向裝置，以及位於移動小車尾部的檢測裝置組成。移動小車為履帶式小車，它是執行中央空調清理任務的移動載體和任務搭載平臺。清理作業裝置該裝置是整個清理機器人實施清理作業的具體機構，它主要包括清理臂15、清理臂舉升機構、清理臂張合機構和清理刷機構四部分。清理臂張合機構和清理臂舉升機構將決定清理機器人的作業能力，清理刷機構將決定風管清理的效率和質量。 清洗臂舉升機構裝在移動小車的前部，該機構包括第一直流電機8，第一齒輪9，第二齒輪 10，第一工作檯11，第三絲槓沈，第三螺母27。清理臂張合機構裝在第二工作檯14上，該機構包括第二工作檯14，第二直流電機16，第四齒輪17，第五齒輪18，第二絲槓19，第二螺母20，第二連杆21。清理刷機構裝在清理臂15的前端，該機構設有四個小刷23和與之配套的壓力傳感器22，在該傳感器同步檢測和反饋調節作用下，每個小刷始終與管道的內壁緊密接觸。上述清理作業裝置，其各部件的連接關係如圖4所示第一直流電機8的電機軸與第一齒輪9固定相連，第一齒輪9與第二齒輪10嚙合，第二齒輪10固定裝在第三絲槓沈的上端，第三絲槓沈的下端垂直安裝在移動小車的表面上，第三絲槓沈與第三螺母27是帶動的絲槓螺母機構。第一工作檯11的左側面裝有兩個第三螺母27，第一工作檯11的右側面通過連接軸12與第三齒輪13相連，清理臂15與第二螺母20通過第二連杆21相連，清理臂15的尾部與第二工作檯14鉸接相連。第二直流電機16的電機軸與第四齒輪17固定相連，第四齒輪17與第五齒輪18嚙合，第五齒輪18固定安裝在第二絲槓19的左端，第二絲槓19與第二螺母20是帶動的絲槓螺母機構，第二絲槓19右端安裝在第二工作檯14上， 第三直流電機25的電機軸與第六齒輪M固定相連，第六齒輪M與第三齒輪13嚙合，第三齒輪13與第二工作檯14固定相連，壓力傳感器22和小刷23與清理臂15相連。上述清理作業裝置，其工作過程是清理臂15的最前端裝有小刷23和壓力傳感器 22，在清掃過程中通過四個小刷上的傳感器來同步檢測同步反饋調節，控制第一直流電機8 帶動第一齒輪9的旋轉，而第一齒輪9與第二齒輪10嚙合，並且第二齒輪10與第三絲槓沈相連，這樣就能實現第三絲槓沈的旋轉，則第三螺母27就與第三絲槓沈之間實現垂直方向的相對運動，從而帶動第一工作檯11垂直方向的移動，就能保證四個清理臂15的中心在管道中心。同時第二直流電動機16帶動第四齒輪17的旋轉，就能實現第二絲槓19的旋轉， 則第二絲槓19與第二螺母20實現水平方向的相對運動，為清理臂15的展開和收縮提供動力，保證清理臂15最前端的小刷23始終與管壁緊密接觸。第三直流電機25帶動第六齒輪 24的旋轉，第六齒輪M與第三齒輪13嚙合，這樣就能實現第三齒輪13的旋轉，第二工作檯 14第三齒輪13固定相連，且清理臂15與第二工作檯14相連，最終實現清理臂15的旋轉。定位導向裝置該裝置能夠使移動小車平行前進，保證清掃的工作中的穩定性。該裝置由定位導向杆4和使該導向杆實現伸縮運動的驅動機構組成，在機器人工作時，定位導向杆同步張開到與管道內壁緊密接觸。驅動機構包括鉸接座2，第一連杆3，第一螺母5、 第一絲槓6、第七齒輪觀、第八齒輪四和第四直流電機30。上述定位導向裝置，其各部件的連接關係如圖5所示鉸接座2固定安裝在小車表面上，定位導向杆4的頭部(距其尾部約40mm處)通過第一連杆3與鉸接座2鉸接相連， 定位導向杆4的尾部與第一螺母5外殼鉸接相連。第一螺母5與第一絲槓6組成絲槓螺母副。第一絲槓6的兩端為連接軸，其中左端連接軸與鉸接座2相連，右端連接軸與第七齒輪 28固定相連。第七齒輪28與第八齒輪四嚙合，第八齒輪四與第四直流電機30的電機軸固定相連。上述定位導向裝置，其工作過程是在本機器人的清掃工程中，控制單元能夠根據管徑的變化，控制第四直流電動機30，從而帶動第八齒輪四，第八齒輪四與第七齒輪觀嚙合，並且第七齒輪觀與第一絲槓6固定相連，這樣就能實現第一絲槓6的旋轉。第一螺母 5與第一絲槓6是絲槓螺母機構，它利用絲槓與螺母的相對運動將旋轉運動變為直線運動， 該傳動將第一絲槓6的旋轉運動轉化為第一螺母5的直線運動，從而實現了定位導向杆的伸縮運動。檢測裝置為攝像頭1，其可以採用USB-CCTV或其它型號的攝像頭，其作用是可以在本機器人工作及行進中對管道進行檢測及探傷。2、控制系統主要是對本機器人的工作過程進行自動控制。該系統包括ATmega64單片機，外圍電路和直流電動機。所述外圍電路，設有壓力傳感器22，其輸出的模擬信號經放大和A/D轉換後送入單片機的輸入端；設有驅動上述四個直流電動機工作的電流放大電路，該電路與單片機輸出端相連。本實用新型總的工作過程是在清掃過程中，通過清理臂15上的四個壓力傳感器 22來同步檢測同步反饋，控制系統根據檢測的信號來調節清理臂舉升機構，清理臂15在清理臂舉升機構的作用下實現垂直方向的運動，從而保證四個清理臂15的中心在管道中心。 同時控制系統調節清理臂張合機構，清理臂15在清理臂張合機構的作用下實現展開或者收縮的運動，保證四個小刷23始終與管道內壁緊密接觸，實現了自動變徑360度清掃。在本機器人清掃的過程中，控制系統還要時刻根據管徑的變化控制定位導向裝置，使定位導向杆4時刻保持與管道內壁的一定範圍的接觸，保證機器人在清掃過程中始終與管道保持平行，完成高效和高質量的清掃工作。同時，在清掃過程中，攝像頭1會同步檢測管道內的清掃情況，並實時傳輸到控制系統的顯示屏上。以上所述僅為本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種工業管道探測及清理機器人，包括機械系統和控制系統，所述機械系統設有移動小車和裝在該小車上的清洗作業裝置，其特徵在於在所述小車的尾部裝有檢測裝置和定位導向裝置，其中所述檢測裝置為攝像頭(1)； 所述定位導向裝置是一種能夠使小車平行前進的裝置；所述清洗作業裝置該裝置主要包括清洗臂(15)、清洗臂舉升機構、清洗臂張合機構和清洗刷機構四部分，其中，所述清洗臂舉升機構裝在所述移動小車的前部；所述清洗臂張合機構裝在第二工作檯(14)上；所述清洗刷機構裝在所述清洗臂(15)的前端，該機構設有四個小刷和與之配套的壓力傳感器(22)，在該傳感器同步檢測和反饋調節作用下，每個所述小刷始終與管道的內壁緊密接觸；所述清洗臂舉升機構由第一直流電機(8)、第一工作檯(11)、第三絲槓06)和第三螺母(XT)組成的絲槓螺母副、第一齒輪(9)、第二齒輪10)及第三齒輪(1 組成，其中所述第一直流電機(8)與所述第一齒輪(9)相連，所述第一齒輪(9)與所述第二齒輪(10)嚙合， 所述第二齒輪(10)與所述第三絲槓06)相連，所述第一工作檯(11)與所述第三螺母(XT) 相連，所述第一工作檯(11)與所述第三齒輪(1 通過軸(1 相連；所述清洗臂張合機構由第二直流電機(16)、所述第二工作檯(14)、第二絲槓(19)和第二螺母OO)組成的絲槓螺母副、第四齒輪(17)及第五齒輪(18)組成，其中所述第二直流電機(16)與所述第四齒輪(17)相連，所述第四齒輪(17)與所述第五齒輪(18)嚙合，所述第五齒輪(18)與所述第二絲槓(19)相連，所述第二絲槓(19)與所述第二螺母OO)是帶動所述清洗臂(1 張合的絲槓螺母副；所述的控制系統設有控制平臺輸入模塊、顯示模塊和電機驅動模塊，各模塊通過數據線與單片機相連。
2.根據權利要求1所述的工業管道探測及清理機器人，其特徵在於所述定位導向裝置由定位導向杆(4)和使該導向杆實現伸縮運動的驅動機構組成，其中在機器人工作時，所述定位導向杆同步張開到與管道內壁緊密接觸；所述定位導向杆(4)通過所述第一連杆C3)與鉸接座( 鉸接相連，所述鉸接座O)固定安裝在小車表面上；驅動機構的組成及各部件的連接關係是第一螺母( 和第一絲槓(6)組成絲槓螺母副，所述第一螺母( 與所述的定位導向杆(4)的尾部鉸接相連，所述第一絲槓(6)與第七齒輪08)相連，所述第七齒輪08)與第八齒輪09)嚙合，所述第八齒輪09)與第四直流電機(30)相連。
3.根據權利要求1所述的工業管道探測及清理機器人，其特徵在於所述的小刷03) 由刷頭和刷柄組成，所述刷柄的上端安裝所述刷頭，所述刷柄的下端通過螺釘安裝在所述清洗臂(1 的前端上；所述的刷頭由尼龍、不鏽鋼或銅製成，呈弧形、球形或滾筒形狀；所述的小刷(23)，其上升或下降是靠所述第三絲槓06)和所述第三螺母(XT)組成的絲槓螺母副傳動，所述第三絲槓06)豎直固定，而所述第三螺母(XT)與所述第一工作檯(11)相連，通過所述第一直流電機(8)帶動絲槓的傳動，就能使工作檯的上下移動，進而實現所述清洗臂(15)的定心。
專利摘要本實用新型是一種工業管道探測及清理機器人，包括機械系統和控制系統，機械系統設有移動小車和裝在該小車上的清洗作業裝置；在移動小車的尾部裝有檢測和定位導向裝置，檢測裝置為攝像頭(1)，定位導向裝置是一種能夠使小車平行前進的裝置；清洗作業裝置包括清洗臂(15)、裝在移動小車前部的清洗臂舉升機構、裝在第二工作檯(14)上的清洗臂張合機構和裝在清洗臂前端的清洗刷機構，清洗刷機構設有四個小刷(23)和壓力傳感器(22)，在該傳感器同步檢測和反饋調節作用下，每個小刷始終與管道的內壁緊密接觸。本實用新型有效工作面積大、能清掃多種汙染物、無甩尾現象、價格低廉，適應多種圓形管道包括變化管徑的清掃作業，同時能夠延長管道壽命。
文檔編號B08B13/00GK202277991SQ20112041367
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者張衛珠 申請人:寧波力匠機械製造有限公司