带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人及其清淤方法技术

本发明专利技术公开了一种带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人及其清淤方法，包括铲斗、料斗、机械臂以及驱动组件，铲斗和机械臂上分别设置有铲斗编码器和机械臂编码器，用于检测铲斗和机械臂的旋转角度，并通过控制系统进行旋转液压缸和伸缩油缸的控制，实现铲斗旋转角度的实时调整，使铲斗在旋转过程中，开口面始终与地面保持平行，保证在淤泥处理过程中无物料撒漏。另外，使用编码器进行机械臂和铲斗旋转角度的检测，测量精度高，结合旋转液压缸，可以对铲斗的旋转角度进行自由调节，克服了连杆机构中铲斗旋转角度受限的缺陷，便于铲斗内的物料倾倒，同时，本发明专利技术可实现水下无人环境中的机械臂和铲斗联动，节约时间，提高清淤效率。提高清淤效率。提高清淤效率。

【技术实现步骤摘要】
带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人及其清淤方法


[0001]本专利技术涉及淤泥清理
，尤其涉及一种带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人及其清淤方法。

技术介绍

[0002]暗涵为城市排水主干线，一般途径市区繁华地段，部分暗涵上方被建筑物覆盖，以至于暗渠检查井缺失，而检查井及暗涵内部的沉积淤泥会影响排水系统的正常排放，从而导致汛期内易发生内涝情况，影响本段及前段暗涵沿线区域居民的生产生活。由于暗涵中汇水量大，使得大量有毒有害物质及气体，如硫化氢、甲烷、一氧化碳等有毒易燃易爆气体不断沉积聚集，导致人工进行暗涵清淤作业危险性高难度大。现有的暗涵清淤机器人主要有泵吸式清淤机器人和铲挖式清淤机器人。泵吸式清淤机器人因无法抽吸大粒径物体以及泵口容易堵塞，使得作业场景受限，清淤效率一般，目前逐步推进使用铲挖式清淤机器人，目前铲挖式清淤机器人一般通过连杆机构调节铲斗的旋转，而该方法在使用过程中存在一些问题：(1)连杆机构会限制铲斗和机械臂的同步旋转角度，无法同时满足机械臂和铲斗的大幅度旋转调节，当需要机械臂旋转角度较大将铲斗调节至料斗上方时，会使得铲斗的旋转角度只能进行小幅度调节，无法有效调整铲斗的角度以进行物料倾倒；而如果铲斗的旋转角度较大，则会限制机械臂的旋转，从而影响铲斗的位置调节，使得机器人无法将铲斗中的物料倒入料斗中；(2)水下无人环境中，由于受到环境影响，在通过连杆机构控制铲斗角度时会存在较难操作的问题。另外，铲挖式清淤机器人的机械臂在旋转过程中，还会存在铲斗内物料跑料现象，影响清淤效率。
[0003]现有技术中，公开号为CN212129290U的专利公开了一种清淤船的铲斗，通过在底板上固定设置多个相互平行且沿高度递增分布的挡流板，将高度低的挡流板设置在靠近斗口的位置，并使挡流板的顶部向斗底所在方向倾斜，从而使得淤泥在清淤过程中能轻易的进入斗底，同时在铲斗上升过程中，在挡流板的阻拦下，淤泥被限制在铲斗内，不易流出。然而，上述技术方案虽避免了铲斗上升过程中的大量淤泥掉落，但同时也影响了铲斗中淤泥的倾倒效率。
[0004]有鉴于此，有必要设计一种带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人及其清淤方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种通过编码器检测机械臂和铲斗旋转角度，并结合利用旋转液压缸进行铲斗旋转调节，以防止铲斗内物料撒漏并实现铲斗旋转角度的自由调节，以及实现水下无人环境中的机械臂和铲斗联动，有效提高清淤效率的带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人及其清淤方法。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人，包括铲斗、料斗、用于调节所述铲斗移动的机械臂以及控制所述铲挖式清淤机器人行走的
驱动组件，所述铲斗和所述机械臂上分别设置有进行旋转角度检测的铲斗编码器和机械臂编码器。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述铲斗上还设置有用于控制所述铲斗旋转的旋转液压缸，所述旋转液压缸和所述铲斗编码器分别设置于所述铲斗左右两侧的旋转轴上，并与所述旋转轴的转轴同心。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述铲斗设置于所述铲挖式清淤机器人前端，与机械臂一端相连。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述机械臂远离所述铲斗一端与支撑平台上的支撑组件相连。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述机械臂编码器设置于所述机械臂远离所述铲斗一端的机械臂旋转轴上，并与所述机械臂旋转轴同心。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述机械臂上方设置有用于控制所述机械臂旋转的伸缩油缸，所述伸缩油缸靠近铲斗一端与所述机械臂连接，远离所述铲斗一端与所述支撑组件连接。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，地面上还设置有控制系统，通过所述控制系统进行所述旋转液压缸和所述伸缩油缸的控制。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述料斗设置于所述铲挖式清淤机器人上端，用于所述铲斗内物料的倾倒储存。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述驱动组件包括驱动轮和设置于所述驱动轮上的履带。
[0015]为实现上述目的，本专利技术还提供了一种上述带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人的清淤方法，包括如下步骤：
[0016]S1、铲挖清淤机器人由设备下放口进入待清淤区域，控制系统发出运行指令，驱动组件带动铲挖清淤机器人运行，运行至淤泥清理区域前方时停止，通过旋转液压缸和伸缩油缸联合调节铲斗的旋转角度及高度，使铲斗远离机械臂一侧贴近地面并与地面平行；
[0017]S2、控制系统控制铲挖式清淤机器人向前运行，铲斗挖泥，待设置于伸缩油缸上的压力传感器检测到工作压力值达到预设的极限值时，停止运行；
[0018]S3、通过旋转液压缸调节铲斗旋转，铲斗编码器检测铲斗旋转角度并传输至控制系统，调节铲斗开口面与地面平行；伸缩油缸收缩，机械臂带动铲斗旋转，机械臂编码器检测机械臂旋转角度并传输至控制系统，控制系统进行处理后发出相应的铲斗旋转指令，使铲斗在旋转过程中始终保持开口面与地面平行；
[0019]S4、待机械臂旋转预设角度值后，通过旋转液压缸控制铲斗旋转180
°
进行物料倾倒。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1、本专利技术通过旋转液压缸调节铲斗的旋转角度，并利用伸缩油缸使机械臂带动铲斗旋转，同时利用机械臂编码器和铲斗编码器分别检测机械臂和铲斗的旋转角度并传输至控制系统，根据铲斗角度的实时变化，控制系统发出相应的铲斗旋转指令至旋转液压缸，使铲斗在输送物料过程中开口面始终保持与地面平行，保证在淤泥处理过程中，铲斗内无物料撒漏现象，使清淤工作高效有序进行。
[0022]2、本专利技术利用编码器检测机械臂和铲斗的旋转角度，测量精度高，结合使用旋转液压缸，可以对铲斗的旋转角度进行自由调节，克服了连杆机构中铲斗旋转角度受限的缺陷，便于铲斗内的物料倾倒，有效提高淤泥清理效率。同时，通过控制机械臂的旋转角度可以使铲斗中的物料倾倒在料斗中的不同位置，便于料斗中物料的均匀分布。
[0023]3、本专利技术设计的铲挖式清淤机器人可实现水下无人环境中，机械臂和铲斗的联动，节约时间，有效提高清淤效率。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的铲挖清淤机器人的铲挖工作示意图。
[0025]图2为本专利技术的铲挖清淤机器人的物料转运示意图。
[0026]附图标记
[0027]11、铲斗；12、旋转液压缸；13、铲斗编码器；21、机械臂；22、机械臂编码器；23、伸缩油缸；30、料斗；41、支撑平台；42、支撑组件；51、驱动轮；52、履带；60、控制系统；70、设备下放口。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。
[0029]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人，其特征在于：包括铲斗、料斗、用于调节所述铲斗移动的机械臂以及控制所述铲挖式清淤机器人行走的驱动组件，所述铲斗和所述机械臂上分别设置有进行旋转角度检测的铲斗编码器和机械臂编码器。2.根据权利要求1所述的带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人，其特征在于：所述铲斗上还设置有用于控制所述铲斗旋转的旋转液压缸，所述旋转液压缸和所述铲斗编码器分别设置于所述铲斗左右两侧的旋转轴上，并与所述旋转轴的转轴同心。3.根据权利要求2所述的带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人，其特征在于：所述铲斗设置于所述铲挖式清淤机器人前端，与机械臂一端相连。4.根据权利要求3所述的带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人，其特征在于：所述机械臂远离所述铲斗一端与支撑平台上的支撑组件相连。5.根据权利要求4所述的带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人，其特征在于：所述机械臂编码器设置于所述机械臂远离所述铲斗一端的机械臂旋转轴上，并与所述机械臂旋转轴同心。6.根据权利要求4所述的带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人，其特征在于：所述机械臂上方设置有用于控制所述机械臂旋转的伸缩油缸，所述伸缩油缸靠近铲斗一端与所述机械臂连接，远离所述铲斗一端与所述支撑组件连接。7.根据权利要求6所述的带有自平衡铲斗的铲挖式清淤机器人，其特征在于：地面上还设置有控制系统，通过所述控制系统进行所述旋转液压...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤丁丁，林刚，湛德，刘学进，汪小东，秦长金，黄霞，刘艳臣，赵皇，郭二卫，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：