一种用于城市管道的水下清淤作业机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种用于城市管道的水下清淤作业机器人，包括：作业单元和车体单元；作业单元包括：绞刀、铲斗、铲刀、上侧喷泵、左侧喷泵、右侧喷泵和气泵，绞刀位于铲斗内部，铲刀安装于铲斗底部前端，绞刀、铲刀、铲斗作为一体安装于车体单元上，上侧喷泵、左侧喷泵和右侧喷泵分别安装于车体单元上侧、左侧和右侧，气泵安装于车体单元底部；所述车体单元包括：声纳、摄像头与照明设备、运动组件和控制器，所述运动组件位于车体下方，控制器与声纳和运动组件通信；摄像头与照明设备使得机器人在可视化环境下工作；控制器，用于控制运动组件使车体单元底盘高度高于障碍物高度，控制运动组件的运动速度。本发明专利技术避免水资源浪费、安全性高。安全性高。安全性高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于城市管道的水下清淤作业机器人


[0001]本专利技术属于城市管道清淤领域，更具体地，涉及一种用于城市管道的水下清淤作业机器人。

技术介绍

[0002]管道清淤是将管道进行疏通，清理管道里面的淤泥，保持长期畅通，以防止城市发生内涝。管道消淤工作已成为排水部门一项不可忽视的重要工作。在排水管道中排入大量杂物和基建工地水泥砂发生沉淀、淤积就会造成管道堵塞。不进行管道清淤、疏通就会造成污水滥流，污染环境，给人民生活带来麻烦。
[0003]现有的清淤设备主要分为高压水射流法和绞车清淤法。
[0004]高压水射流法是较为广泛应用的清淤方式之一，通过使用一台高压射水车装备，有大型水罐、高压水泵、机动卷管器、射水喷头等；通常在操作时有汽车引擎驱动高压泵，将水加压后送入射水喷嘴，其向后的喷射产生的反作用力使射水喷头和胶管一起向反方向前进，也同时清洗管壁；当喷头到达下游检查井时，机动绞车将软管收回，射水喷头继续喷射水流将残余的沉淀物冲到下游的检查井，由吸泥车将其吸走。缺点是耗费的时间长，高压水射流中混杂的沉积物颗粒对管壁的影响不可忽略，且这种方法会造成水资源的大量浪费。
[0005]绞车清淤法一般是先用竹片穿过需要清通的管道，然后利用管道两端的检查井上的绞车往复绞动钢丝绳，使淤积物被清通工具推入下游检查井中，绞车有机动、手动、电动等，清通工具也有很多种，根据管径大小和用户需要选用。缺点是从一个井口向另一个井口送竹片需人工下井完成，且井下很恶劣的工作环境给工作带来极大不便，比较容易引发安全事故。
[0006]由此可见，现有技术存在造成水资源浪费、局限性大、安全系数低的技术问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于城市管道的水下清淤作业机器人，由此解决现有技术存在造成水资源浪费、局限性大、安全系数低的技术问题。
[0008]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于城市管道的水下清淤作业机器人，包括：作业单元和车体单元；
[0009]所述作业单元包括：绞刀、铲斗、铲刀、上侧喷泵、左侧喷泵、右侧喷泵和气泵，所述绞刀位于铲斗内部，铲刀安装于铲斗底部前端，绞刀、铲刀、铲斗作为一体安装于车体单元上，上侧喷泵、左侧喷泵和右侧喷泵分别安装于车体单元上侧、左侧和右侧，气泵安装于车体单元底部，气泵用于在城市管道中水深度小于预设值(0.1倍管道直径
‑
0.2倍管道直径)时，采用气喷的方式代替水喷的方式进行清污工作；
[0010]所述车体单元包括：声纳、摄像头与照明设备、运动组件和控制器，所述运动组件位于车体下方，控制器与声纳和运动组件通信；
[0011]所述声纳，用于在水下探测障碍物特征以及高度；
[0012]所述摄像头与照明设备，用于在机器人工作时，照明工作环境，拍摄工作环境，使得机器人在可视化环境下工作；
[0013]所述控制器，用于在接收障碍物特征以及高度后，控制运动组件使车体单元底盘高度高于障碍物高度，控制运动组件使得机器人在清淤过程中的运行速度小于机器人在工作位置与回收位置之间往返时的运动速度。
[0014]进一步地，所述运动组件包括：履带、侧面板连杆、第一支重轮、第二支重轮、第三支重轮、车体与履带连杆、履带侧面板；
[0015]所述第三支重轮的数量为多个，形成双排支重轮，履带内设置双排支重轮，第一支重轮和第二支重轮的体积小于第三支重轮，第一支重轮与侧面板连杆相连，第二支重轮和履带侧面板相连，车体与履带连杆用于连接履带和车体单元。
[0016]进一步地，所述运动组件还包括：驱动齿轮，驱动齿轮位于侧面板连杆上方，驱动齿轮设置多个动力挡位，用于调节机器人运动速度。
[0017]进一步地，所述控制器，用于在机器人清淤过程中，控制运动组件使得机器人在大于0且小于等于0.1m/s的速度下行驶，当机器人在工作位置与回收位置之间往返时，控制运动组件使得机器人在0.1m/s
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0.5m/s的速度下行驶。
[0018]进一步地，所述作业单元还包括：位于车体单元上方的喷泵口，喷泵口与上侧喷泵通过软管连接，在机器人工作时，根据摄像头与照明设备形成的可视化环境调整喷泵口的水平方向和竖直方向。
[0019]进一步地，所述铲斗与车体单元通过连杆连接，并在连杆一端与舵机相连，使铲斗绕连杆转动。
[0020]进一步地，所述绞刀的转动轴通过固定螺丝嵌在铲斗的两侧。
[0021]进一步地，所述绞刀为螺旋绞吸式绞刀，铲刀为弧面形状。
[0022]进一步地，所述车体单元还包括：激光雷达、深度相机和IMU传感器，
[0023]所述深度相机和IMU传感器用于定位和轨迹解算，基于视觉惯性slam算法计算机器人实时位置和姿态；将激光雷达纵向安装与车体单元上，用于扫描城市管道周围的环境，将激光雷达扫描的数据与轨迹解算结果融合，得到环境的三维点云模型，对比机器人清淤前后的三维点云模型，评估清淤程度。
[0024]进一步地，所述车体单元还包括WiFi发射器，手机端通过WiFi发射器与控制器通信，通过手机端向控制器发送指令，切换机器人工作模式、控制机器人的运动速度、控制机器人喷水或者喷气的力度。
[0025]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0026](1)本专利技术的用于城市管道的水下清淤作业机器人通过绞刀和铲刀相配合能够实现将长期堆积于管底的淤泥铲除或击碎，并且利用喷泵将管道中原有流动的水转换为高压水柱将前方的淤泥或者被绞刀击碎的淤泥冲向下游的集中处理处，本专利技术机器人直接利用管道中流动的污水，无需利用外部水资源，能够大量节约水资源，同时不需要特别大的功率，也能够大量节约能源。无需为车体单元设计复杂的浮潜系统，有利于实现车体的小型化设计，本专利技术机器人广泛适用于各种水位深浅不同的管道，并且操作灵活、占地面积小、成
本低，具有极高的应用前景。本专利技术可适用于更多不同的管道环境，对于在水量较少或者没有水的管道的情况下，采用气喷的方式亦能有效清除部分垃圾。上端设置的摄像头可以让操作者可以更加直观的观察周围环境与拖车的状态。前部的声纳装置可以提前检测周边环境，防止遇到障碍物，同时还可以进一步用于判断清淤状况。车体单元可根据障碍物的特征和高度而升降高度，防止障碍物破坏底部结构或让车体被地形限制而无法行动，这样能够运动更灵活，防止车身被破坏，大大提升安全性能。车体单元可根据实际工况调节机器人的移动速度，保证工作效果的同时降低能耗。
[0027](2)本专利技术中双排支重轮的设计可以加大履带的宽度，从而增加履带与淤泥的接触面积进而提高淤泥的承载能力防止机器人陷入其中，支重轮与侧面板连杆和履带侧面板相连时增加了弹簧缓震结构，在这种情况下，可以大大的增加车体的稳定性。底部大量的支重轮可以使履带与齿轮更好的啮合，用来承受机器人的重量，防止履带的侧滑。机器人通过双排的支重轮，使每个轮子上分担的中立较小，压力更加均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于城市管道的水下清淤作业机器人，其特征在于，包括：作业单元和车体单元；所述作业单元包括：绞刀(1)、铲斗(2)、铲刀(3)、上侧喷泵(4)、左侧喷泵(5)、右侧喷泵(6)和气泵，所述绞刀(1)位于铲斗(2)内部，铲刀(3)安装于铲斗(2)底部前端，绞刀(1)、铲刀(3)、铲斗(2)作为一体安装于车体单元上，上侧喷泵(4)、左侧喷泵(5)和右侧喷泵(6)分别安装于车体单元上侧、左侧和右侧，气泵安装于车体单元底部，气泵用于在城市管道中水深度小于预设值时，采用气喷的方式代替水喷的方式进行清污工作；所述车体单元包括：声纳(9)、摄像头与照明设备(10)、运动组件(11)和控制器，所述运动组件(11)位于车体下方，控制器与声纳(9)和运动组件(11)通信；所述声纳(9)，用于在水下探测障碍物特征以及高度；所述摄像头与照明设备(10)，用于在机器人工作时，照明工作环境，拍摄工作环境，使得机器人在可视化环境下工作；所述控制器，用于在接收障碍物特征以及高度后，控制运动组件(11)使车体单元底盘高度高于障碍物高度，控制运动组件(11)使得机器人在清淤过程中的运行速度小于机器人在工作位置与回收位置之间往返时的运动速度。2.如权利要求1所述的一种用于城市管道的水下清淤作业机器人，其特征在于，所述运动组件(11)包括：履带、侧面板连杆、第一支重轮、第二支重轮、第三支重轮、车体与履带连杆、履带侧面板；所述第三支重轮的数量为多个，形成双排支重轮，履带内设置双排支重轮，第一支重轮和第二支重轮的体积小于第三支重轮，第一支重轮与侧面板连杆相连，第二支重轮和履带侧面板相连，车体与履带连杆用于连接履带和车体单元。3.如权利要求2所述的一种用于城市管道的水下清淤作业机器人，其特征在于，所述运动组件(11)还包括：驱动齿轮，驱动齿轮位于侧面板连杆上方，驱动齿轮设置多个动力挡位，用于调节机器人运动速度。4.如权利要求1
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3任一所述的一种用于城市管道的水下清淤作业机器人，其特征在于，所述控制器，用于在机器人清淤过程中，控制运动组件(11)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文黎，李翰林，邵祎潇，姚云轩，安腾飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：