一种自适应管道疏通机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种自适应管道疏通机器人，采用后置驱动方式，八支搭载弹簧的导轨构成运动臂，在遇到管道壁面凹凸不平时可自动调节臂长，确保稳定和适应性；巧妙利用管道的径向约束作用，实现不同管径下的转弯移动功能，清除管道堵塞物，具有自平衡和驱动功能。机器人搭载了集成电路控制板和手机移动端App，操作简单、易于控制。机器人可以搭载各种功能模块，实现功能综合化。

An adaptive pipeline dredging robot

【技术实现步骤摘要】
一种自适应管道疏通机器人
本专利技术涉及管道机器人
，具体地说是涉及一种自适应管道疏通机器人。
技术介绍
日常生活中管道经常发生堵塞，给生活带来不便。目前针对管道堵塞的问题，国外设计了多款疏通机器人，如加拿大NUKTUN公司的双履带式管内机器人，该机器人履带采用刚性支撑结构，履带的夹角可以调节，以适应不同管道直径，但在行走过程中刚性支撑的履带夹角固定，无法改变；又如德国2000年研制的多关节蠕虫式管道机器人系统MAKRO，该管道机器人可轻松跨越障碍物和拐弯，但无法适应管径的变化。而国内管道机器人主要集中在工业探测领域，例如上海大学研制的“细小工业管道机器人移动探测集成系统”，哈尔滨工业大学研发的“X射线实时检测管道机器人”，而对于管道疏通仍旧依靠大量的人力解决，机器人应用尚无涉及。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服了现有技术中的不足，提供一种可自动随管径变化作业并在管道内实现自主转弯移动功能的自适应管道疏通机器人。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案实现：一种自适应管道疏通机器人，包括主轴，主轴的两端连接有主轴连接件，每端均有四个主轴连接件，四个主轴连接件呈十字形连接在主轴上，每个主轴连接件上均具有用于枢接导轨的枢接头；主轴的前端面上开设有用于连接旋转钻头的安装孔，旋转钻头转动连接在前端面上，旋转钻头上连接驱动电机，靠近前端面的四个主轴连接件上分别枢接有一个导轨，每个导轨上转动连接有一个从动轮，机器人位于管道中时，四个从动轮分别位于管道的上、下、左、右侧，且均沿管道内壁滚动；远离前端面的四个主轴连接件上分别枢接有一个导轨，位于主轴上、下侧的导轨上各自转动连接一个主动轮，每个主动轮上连接一个驱动电机，位于主轴左、右侧的导轨上各自转动连接有一个从动轮，机器人位于管道中时，位于主轴后端的两个从动轮和两个主动轮分别位于管道的上、下、左、右侧，且均沿管道内壁滚动。优选地，主轴与主轴连接件为一体连接，均为3D打印件。优选地，为了设计可适应不同管径、满足管壁内部凹凸不平的情况，设计可伸缩的运动臂，导轨包括轮轴连接部、滑动杆和主轴连接部，主轴连接部的一端具有用于枢接在主轴连接件上的枢接口，主轴连接部内开设有用于连接滑动杆的滑槽，轮轴连接部上开设有用于枢接主动轮和从动轮轮轴的连接孔，轮轴连接部和主轴连接部通过滑动杆连接，滑动杆一端与轮轴连接部固连，另一端滑动连接在主轴连接部内的滑槽中，且这一端固连有一个弹簧。优选地，为了在满足机器人疏通功能的基础上，机器人可以搭载各种功能模块，主轴中部开孔，孔中3D打印有螺纹，用于连接模块搭载结构；模块搭载结构包括一个门字形连接架，连接架顶端具有一对立板，主轴位于立板之间，立板上开设有螺纹孔，在立板和主轴的螺纹孔中拧设螺钉，将连接架连接在主轴上，连接架的底端连接有一个连接板，连接板靠近主轴的一侧安装电池，连接板远离主轴的一侧安装集成电路控制板。进一步地，集成电路控制板包括电机驱动板与通信模块，通信模块的型号为esp8266芯片，其中电机驱动板接通电池电源，控制电机转动；通信模块搭载WiFi连接模块，通过手机移动端App实时操作和控制。主轴、主轴连接件、主动轮、主动轮轮轴、从动轮、从动轮轮轴以及电机驱动板、通信模块、电池构成机器人的运动功能区，主轴前端预留的安装孔、主轴上连接的连接架、连接板构成机器人的应用功能区。主轴前端可搭载旋转钻头，用于清除管道内堵塞物。旋转钻头包括旋转轴、圆形板、小电机、4个刀片安装槽和4块刀片。旋转钻头通过旋转轴固定在机器人的主轴上，驱动钻转钻头旋转的电机的定子安装在旋转轴上，圆形板直接连接小电机的转子，圆形板上留有刀片安装槽，刀片装在槽内。当旋转电机启动，旋转钻头转动时，带动圆形板及安装在板上的刀片转动，从而在管道机器人前进的同时，实现割裂并清除堵塞物的功能。可以在连接板上搭载摄像机，可用于管道内部结构探测，障碍物清除，信号采集和电缆线穿管等，还可以搭载线路记忆模块，除冰模块等。本专利技术的工作原理：当机器人在遇到不同管道直径的直管时，利用弹簧导轨，机器人可自动改变臂长，同时在动力支持下开展工作。当机器人从管径大的直管进入管径小的直管时，两侧轮子受到管壁约束，挤压导轨内的弹簧使轮子适应管径，同时电机持续工作主动轮带动从动轮通过两管过渡段，之后持续在管径小的管道内前进。当机器人从管径小的直管进入管径大的直管时，导轨内的弹簧由压缩状态伸长使轮子适应管径，同时电机持续工作主动轮带动从动轮通过两管过渡段，之后持续在管径大的管道内前进。在遇到弯道时，导轨内侧弹簧受到压缩，内外两侧主动轮形成速度差，确保通过机器人顺利通过弯道，完成转弯过程。机器人依照控制信号工作，运动过程中利用前端旋转钻头切割堵塞物，堵塞物受机器人动力推动被排出管道内，实现疏通功能。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术机器人采用后置驱动方式，八支搭载弹簧的导轨构成运动臂，在遇到管道壁面凹凸不平时可自动调节臂长，确保稳定和适应性；巧妙利用管道的径向约束作用，实现不同管径下的转弯移动功能，清除管道堵塞物，具有自平衡和驱动功能。机器人搭载了集成电路控制板和手机移动端App，操作简单、易于控制。机器人可以搭载各种功能模块，实现功能综合化。本专利技术体积精小，灵活便捷，利用率高，有较强的商业推广价值，应用前景广大。同时，本产品减少了管道清淤人工作业的投入，对节水减排有一定的贡献，符合现代化发展的需要。附图说明图1是机器人整体结构示意图，其中a是一个视角的立体结构，b是另一个视角的立体结构。图2为主轴结构示意图。图3为主、从转轮结构示意图。图4为旋转钻头结构示意图。图5为模块搭载结构连接在主轴上的示意图，其中5a为一个视角的立体结构，5b为另一个视角的立体结构。图6为集成电路控制板与电池的安装示意图。图7为机器人安装集成电路控制板与电池的整体结构示意图。图8为导轨与转轮连接轴示意图。图9为电机驱动板原理图。图10为网络控制板原理图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：如图1a、1b、2所示，一种自适应管道疏通机器人，包括主轴1，主轴的两端一体连接有主轴连接件2，每端均有四个主轴连接件，四个主轴连接件呈十字形连接在主轴上，每个主轴连接件上均具有用于枢接导轨4的枢接头；主轴的前端面上开设有用于连接旋转钻头7的安装孔，旋转钻头转动连接在前端面上，旋转钻头上连接驱动电机，靠近前端面的四个主轴连接件上分别枢接有一个导轨，每个导轨上转动连接有一个从动轮6，机器人位于管道中时，四个从动轮分别位于管道的上、下、左、右侧，且均沿管道内壁滚动；远离前端面的四个主轴连接件上分别枢接有一个导轨，位于主轴上、下侧的导轨上各自转动连接一个主动轮3，每个主动轮上连接一个驱动电机，位于主轴左、右侧的导轨上各自转动连接有一个从动轮，机器人位于管道中时，位于主轴后端的两个从动轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应管道疏通机器人，其特征是:包括主轴，主轴的两端连接有主轴连接件，每端均有四个主轴连接件，四个主轴连接件呈十字形连接在主轴上，每个主轴连接件上均具有用于枢接导轨的枢接头；主轴的前端面上开设有用于连接旋转钻头的安装孔，旋转钻头转动连接在前端面上，旋转钻头上连接驱动电机，靠近前端面的四个主轴连接件上分别枢接有一个导轨，每个导轨上转动连接有一个从动轮，机器人位于管道中时，四个从动轮分别位于管道的上、下、左、右侧，且均沿管道内壁滚动；/n远离前端面的四个主轴连接件上分别枢接有一个导轨，位于主轴上、下侧的导轨上各自转动连接一个主动轮，每个主动轮上连接一个驱动电机，位于主轴左、右侧的导轨上各自转动连接有一个从动轮，机器人位于管道中时，位于主轴后端的两个从动轮和两个主动轮分别位于管道的上、下、左、右侧，且均沿管道内壁滚动。/n

【技术特征摘要】
1.一种自适应管道疏通机器人，其特征是:包括主轴，主轴的两端连接有主轴连接件，每端均有四个主轴连接件，四个主轴连接件呈十字形连接在主轴上，每个主轴连接件上均具有用于枢接导轨的枢接头；主轴的前端面上开设有用于连接旋转钻头的安装孔，旋转钻头转动连接在前端面上，旋转钻头上连接驱动电机，靠近前端面的四个主轴连接件上分别枢接有一个导轨，每个导轨上转动连接有一个从动轮，机器人位于管道中时，四个从动轮分别位于管道的上、下、左、右侧，且均沿管道内壁滚动；
远离前端面的四个主轴连接件上分别枢接有一个导轨，位于主轴上、下侧的导轨上各自转动连接一个主动轮，每个主动轮上连接一个驱动电机，位于主轴左、右侧的导轨上各自转动连接有一个从动轮，机器人位于管道中时，位于主轴后端的两个从动轮和两个主动轮分别位于管道的上、下、左、右侧，且均沿管道内壁滚动。


2.根据权利要求1所述的一种自适应管道疏通机器人，其特征是:主轴与主轴连接件为一体连接，均为3D打印件。


3.根据权利要求1所述的一种自适应管道疏通机器人，其特征是:导轨包括轮轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：李柯雅，赵润泽，步佳李，黎冯成，娄保东，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32