一种管道清理机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种管道清理机器人，所述机器人的机体包括两排独立驱动的低置摆轴式履带足、两腿摆腿、清洗作业部件，所述清洗作业部件包括升降机构、作业器件，所述升降机构用于带动位于升降机构前端底座上的作业器件上下摆动，所述作业器件包括设置在毛刷驱动装置上的毛刷，所述两腿摆腿通过腿部关节与机器人机体相连，所述机器人还设置有用于检测机器人倾斜角度的水平姿态传感器。所述清理机器人系统结构简单，自动化程度高，适用广泛，成本较低，对促进我国中央空调清洗行业的发展，改善室内空气质量，提高生活和健康水平等具有积极的意义。
【专利说明】一种管道清理机器人
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机械行业，主要是利用机械设备对中央空调管道进行清理和检测，尤其是涉及一种管道清理机器人。
【背景技术】
[0002]目前随着中国社会的不断发展，越来越多的楼宇和高档别墅区普遍采用中央空调系统来对室内空气的温度、湿度、气流速度等进行有效的调节。但另一方面，中央空调也成为滋生病菌的温床、传播病菌的通道。公共场所的中央空调缺少清洗，在通风风管内甚至还有动物尸体，军团菌、大肠杆菌、溶血性链球菌及各种呼吸道疾病细菌、病毒性细菌大量孳生，严重危害着楼宇、地铁、医院和高档住宅的特定人群。国外发达国家中央空调管道清洗规范，法规健全。
[0003]但中国也于2003年8月由中国标准化研究院及卫生部共同起草了 GB19210-2003《空调通风系统清洗规模》和卫生部2003《公共场所集中央空调通风系统清洗规模》，卫生部还于2003年提出了《公共场所集中央空调通风系统卫生管理办法》。
[0004]目前全国共有上百万台中央空调亟待清洗保养，空调清洗行业正在悄悄兴起，而国内市场上管道清理机器人有很大的发展前景，目前主要的管道清洗技术有人工清洗和管道机器人，区别如下所述:
[0005]人工清洗:中央空调通风管道系统直径大于400 (mm)的管道工人可以进入清理，但不便于清理，且清理的效果不好，还耗费人力，效率低，不能满足和适应现代化社会的生活节奏和生产力的要求。
[0006]中央空调通风管道系统小于400 (mm)的工作人员不能进入，只能采用管道清理机器人来清理。
[0007]综上所述，人工清理的局限性太大，不符合现在管道清理的实际状况，管道清理机器人将代替人工清理。
[0008]管道清理机器人:管道清理机器人主要可分为轮式、腿式、履带式清洁机器人，它们能清洁掉管道内的大部分赃物，但有些偏僻的死角依然无法解决，随着科技工作们的深入研究，中央空调清洁机器人已经摆脱了简单的控制和清理工作，控制系统将越来越智能化，操作方法也越来越方便、简单，朝着高自动化的方向发展。
[0009]管道清理机器人主要专利有:《一种管道清扫机器人》(申请号:201020570935.0)；《一种螺旋式管道机器人》(申请号:201220157886.7);《多功能圆管道机器人》(申请号:200720081215.6)等。
[0010]不过中央空调管道机器人主要存在的问题:
[0011]1、管道清理机器人不能因管道横切面的变化，而改变机器人的工作范围；
[0012]2、机器人清洁的速度不快，效率不高；
[0013]3、控制系统比较繁琐，却不易于拆卸和安装。实用新型内容
[0014]本实用新型提供了一种管道清理机器人，以解决小于400mm的通风管道系统的清洁问题，其技术方案如下所述:
[0015]一种管道清理机器人，所述机器人的机体包括两排独立驱动的低置摆轴式履带足、两腿摆腿、清洗作业部件，所述清洗作业部件包括升降机构、作业器件，所述升降机构用于带动位于升降机构前端底座上的作业器件上下摆动，所述作业器件包括设置在毛刷驱动装置上的毛刷，所述两腿摆腿通过腿部关节与机器人机体相连，所述机器人还设置有用于检测机器人倾斜角度的水平姿态传感器。
[0016]所述机器人的机体高度为150?650mm,圆形直径为300mm-400mm。
[0017]所述两侧的履带足通过摆腿角度控制装置连接，并通过摆腿角度控制装置中的限位螺母控制履带足的横向摆开角度，用于增加履带与壁面的附着力和越碍能力。
[0018]所述履带足设置有防护罩壳，履带足中的履带传动轮设置有用于调节履带张紧程度的夹紧装置。
[0019]所述机器人在两腿摆腿上的关节处设置有用于限定摆腿收拢和张开角度的限位开关，以防止机体设置的管壁检测传感器失灵时，摆腿动作失控，导致驱动电机烧坏。
[0020]所述机器人前后均设置有微型摄像头和照明灯，所述微型摄像头位于两侧照明灯中间，两侧照明灯与壳体成外侧倾斜，以扩大照明灯的照射角。
[0021]所述机器人还设置有毛刷清扫效果辅助检测装置，包括视频辅助设备和音频辅助设备。
[0022]所述机器人两侧设置有柔性水平保持装置。
[0023]本实用新型提供的清理机器人有以下几个优点:
[0024](I)适应性强，能进行一定口径范围圆形和方形管道的作业(适用中央空调的大部分管道);
[0025](2)结构紧凑，便于携带，符合不同直径管道使用要求；
[0026](3)清洁速度快，效果好，能满足现代人们生产的要求；
[0027](4)通用性强，主要部分采用模块化设计，便于拆卸和更换；
[0028](5)可扩展性强，可搭载诸如检测和维护等设备，从而全面实现管道的擦洗、检测和维护等功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本实用新型提供的管道清理机器人外观示意图；
[0030]图2是所述管道清理机器人适应不同直径的管道示意图；
[0031]图3是机器人摆腿角度控制机构控制摆腿角度的示意图；
[0032]图4是机器人摆腿角度控制装置的结构示意图；
[0033]图5是机器人水平保持装置的示意图；
[0034]图6是机器人用于行走的部件结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]本实用新型涉及的管道清理机器人外观如图1所示，所述机器人的机体包括两排独立驱动的低置摆轴式履带足1、两腿摆腿2、清洗作业部件，所述两腿摆腿2通过腿部关节3与机器人机体相连。
[0036]所述清洗作业部件包括升降机构、作业器件，所述升降机构用于带动位于升降机构前端底座上的作业器件上下摆动，所述作业器件包括设置在毛刷驱动装置上的毛刷。
[0037]所述机器人还设置有用于检测机器人倾斜角度的水平姿态传感器。所述低置摆轴式履带足I和两腿摆腿2构成机器人的行走机构。
[0038]下面具体进行描述:
[0039]一、行走机构设计
[0040]受建筑物楼层高度的限制，中央空调通风管道大多采用扁平矩形截面，最扁平的管道高度仅为150_左右。而企业厂房一般楼层较高，为了减少送风阻力，会采用圆形截面的管道，因此管道清洗机器人设计指标矩形高度150?650mm和圆形直径350mm，以便适应大多数通风管道尺寸。
[0041]1、履带足设计
[0042]为了实现机器人矩形管道和圆形管道的通用性，所述管道清理机器人采用2排独立驱动的低置摆轴式履带足I的行走机构，具体可参见图6。两侧履带足I靠摆腿角度控制装置连接，所述摆腿角度控制装置如图4所示，所述机器人可根据管道截面形状，手动调节限位螺母使履带足I横向摆开适合角度，有利增加履带与壁面的附着力和越碍能力。
[0043]履带足I是机器人移动机构的关键部件，其设计应满足如下几个方面的要求:
[0044](I)履带传动要可靠、结构要合理紧凑，电机输出轴通过一对伞齿和3个圆柱齿轮组成的传动系统将运动传递到履带足。
[0045](2)有结构紧凑的传感器安装空间，并且保证传感器稳定可靠。
[0046](3)履带传动轮要有相应的夹紧装置，易于调节履带的张紧程度，并具有防偏带功倉泛。
[0047](4)履带足有防护罩壳，罩壳造型要美观，同时起到防尘和保护垫起的作用。
[0048]2、摆腿设计
[0049]机器人自适应管径和高度调节功能是通过前后履带的横向对称摆动实现的。两摆腿2距离和摆腿2长度要合理设计。机器人两摆腿2相距太小，影响机体的平稳性，两摆腿2相距大，机器人所能进入最小圆管直径增加。
[0050]摆腿2长度太小，摆腿时容易碰到机器人的外壳，摆腿长度太长，也会影响机器人所能进入最小圆管直径，而且也影响机体的平稳性。
[0051]在保证机体满足管径范围条件下并满足履带摆动时与罩壳不发生干涉，选定机器人两摆腿关节3距离和摆腿2长度。
[0052]为了避免管壁检测传感器失灵时，摆腿2动作失控，导致驱动电机烧坏。在摆腿2上关节3设计安装了两个限位开关，限定摆腿2收拢和张开的角度，提高了产品的可靠性。
[0053]3、自主水平姿态调整装置的设定
[0054]机器人移动机构的自主水平姿态调整功能主要用于圆管直行和弯道时的姿态控制。其原理是在机器人机体上装置水平姿态传感器，用于检测机器人的倾斜角度，控制系统根据检测出的倾角大小，发出两侧履带速度调节指令，通过改变两侧履带速度差，纠正机器人的姿态。为了避免机器人正常行走过程中水平姿态传感器的误动作，设定水平传感器延时一定时间才动作。
[0055]二、清洗作业部件设计
[0056]清洗作业部件主要包括升降机构、作业器件(毛刷、喷嘴等)两部分。升降机构用于带动位于升降机构前端底座上的作业器件上下摆动，以适应不同高度管道的要求。
[0057]1、升降机构设计
[0058]中央空调通风管道规格繁多，管道高度变化很大，所以一般管道清洗机器人都需配备毛刷升降机构。考察国内、外管道机器人产品，毛刷升降机构采用单杆悬臂梁升降机构:由毛刷驱动装置固接在旋转轴上，工作时随旋转轴旋转作为升降机构。这种机构普遍应用于现有的管道清洗机器人上。
[0059]2、毛刷设计
[0060]管道清洗机器人是清洗机构采用易拆卸和更换的毛刷，根据圆形的直径确定毛刷的长短，对于不同管径具有针对性。
[0061]对于矩形管道要求能清洁4个面，而圆形管道则要求毛刷直径大于管道直径，同时毛刷回转中心要位于管道中心位置。
[0062]3、毛刷传动装置设计
[0063]现有的管道清洗机器人清洗圆管和矩形管时都采用换毛刷传动部件的方法，操作不方便。本产品采用一种兼容矩形管毛刷和圆管毛刷的毛刷驱动装置。
[0064]因圆管毛刷的轴线总是与机器人前进方向一致，而矩形管毛刷的轴线总是与机器人前进方向垂直，且圆管毛刷总是处于机器人正中，矩形管毛刷总是处于机器人两侧，故采用同一毛刷传动箱。
[0065]所述传动箱输入轴传动水平的矩形管毛刷轴上，矩形管毛刷轴再通过伞齿轮将传动传给竖直的圆形管毛刷轴上，实现了矩形管毛刷和圆管毛刷用同一传动装置。当需要清扫哪类管道，只需换上废类毛刷即可，而无需更换毛刷传动箱体，大大方便了操作。
[0066]三、机器人辅助部件设计
[0067]1、管道清洗机器人照明装置设计
[0068]机器人前后均安装有微型摄像头和照明灯。微型摄像头位于两侧照明灯中间；两侧照明灯与壳体成外侧倾斜，以扩大照明灯的照射角。
[0069]2、毛刷清扫效果辅助检测装置
[0070]管道清洗是通过毛刷转动、升降机构摆动和机器人移动来完成的，但有时操作者仅通过摄像头拍摄的图形难以判别毛刷与管壁的接触状态。考虑到毛刷是旋转件，不可能在毛刷上安装传感器，一种简便的办法就是加装音频辅助设备。
[0071]毛刷头切入管壁深浅决定了其声调的高低，开始声音比较尖锐而高，随着毛刷和管壁接触得越来越多，声音会开始变得混沌而低沉，所以声音是一个简便又有效鉴别毛刷接触管壁状态的方法，可使操作者了解毛刷清扫力度是否合适。此外声音还可以提示操作者机器人在管道内是否碰到障碍。
[0072]音频信息由机器人机体上的麦克风输入，通过控制电缆，在管道外通过音箱或者耳机输出到操作者。音频信息在国外的管道机器人上应用的比较普遍，事实证明有助于管道机器人清洗工作的完成。
[0073]本专利主要在于行走机构的发明与创新:[0074]机器人的两腿摆腿都通过腿部关节与机器人本体相连，如图1所示。通过手动调节两侧摆腿的张开角度，是机器人实现柔性适合不同管道功能，如图2所示，保证了履带足与管道壁之间良好的接触，是机器人在运行中牵引力和稳定性都得以保证。机器人在圆形管道出现倾斜时，还能通过水平传感器的检测，机器人自动改变两侧履带速度，纠正机体位置，避免机器人倾覆。
[0075]如图3、图4所示，机器人摆腿控制装置包括限位螺母、长螺杆、铰链、长连杆，所述限位螺母设置在位于中心轴上的长螺杆上，通过长螺杆上的铰链6控制两腿摆腿2的角度，形成腿部关节3，所述摆腿2与履带足I之间设置有长连杆9，通过铰链7控制履带足I的角度，形成履带足关节4。
[0076]首先确保两侧摆腿2对称摆开，调节限位螺母10把机器人的两条摆腿2横向张开，履带足I与管道壁面接触良好，毛刷处在管道的轴心直线上，使毛刷头受力均匀，不易损伤清理装置的电机，也提升了机体的稳定性和适应性。
[0077]机器人在管道中行走时，随时有可能偏离管道的轴线，偏向一边。如果不加以控制，则会导致机器人碰撞管壁，严重的会导致机器人清扫系统损坏，清扫电机烧毁等情况。
[0078]本管道机器人设计了水平姿态保持装置，如图5所示，在机器人安装好如图6所示，图6是个机器人的仰视图，可以看见底板11和其他部件，所述水平保持装置12安装在机器人的两侧，以保证机器人沿管道的轴线运行，而不跑偏。其基本原理若下:
[0079]假若机器人偏离轴线继续行走，当保护装置碰到一侧的管壁，装置中的弹簧受到压缩，随即弹簧产生反作用力。在弹簧反作用力下，推动机器人返回管道中轴线上。使机器人依靠两侧履带速差恢复正常位置，从而保证机器人在管道中沿着正确的方向行走。
[0080]所述管道清理机器人属于机械、电子和控制技术，其典型机器主要运行:
[0081]1、行走机构主要负责机器人的行进和负载功能，摆腿能适应大多数通风管道尺寸。
[0082]2、清洗机构主要负责管道的清理和毛刷的高度调节，此结构能适应不同管道的清理功能。
[0083]3、机器人的辅助部件主要负责检测管道的清理工况、机器的运行监控、管道清理的状况和管道的使用状况。
[0084]本文涉及的中央空调管道清理机器人系统结构简单，自动化程度高，适用广泛，成本较低，对促进我国中央空调清洗行业的发展，改善室内空气质量，提高生活和健康水平等具有积极的意义。
【权利要求】
1.一种管道清理机器人，其特征在于:所述机器人的机体包括两排独立驱动的低置摆轴式履带足、两腿摆腿、清洗作业部件，所述清洗作业部件包括升降机构、作业器件，所述升降机构用于带动位于升降机构前端底座上的作业器件上下摆动，所述作业器件包括设置在毛刷驱动装置上的毛刷，所述两腿摆腿通过腿部关节与机器人机体相连，所述机器人还设置有用于检测机器人倾斜角度的水平姿态传感器。
2.根据权利要求1所述的管道清理机器人，其特征在于:所述机器人的机体高度为150 ?650mm,圆形直径为 300mm-400mm。
3.根据权利要求1所述的管道清理机器人，其特征在于:所述两侧的履带足通过摆腿角度控制装置连接，并通过摆腿角度控制装置中的限位螺母控制履带足的横向摆开角度，用于增加履带与壁面的附着力和越碍能力。
4.根据权利要求1所述的管道清理机器人，其特征在于:所述履带足设置有防护罩壳，履带足中的履带传动轮设置有用于调节履带张紧程度的夹紧装置。
5.根据权利要求1所述的管道清理机器人，其特征在于:所述机器人在两腿摆腿上的关节处设置有用于限定摆腿收拢和张开角度的限位开关，以防止机体设置的管壁检测传感器失灵时，摆腿动作失控，导致驱动电机烧坏。
6.根据权利要求1所述的管道清理机器人，其特征在于:所述机器人前后均设置有微型摄像头和照明灯，所述微型摄像头位于两侧照明灯中间，两侧照明灯与壳体成外侧倾斜，以扩大照明灯的照射角。
7.根据权利要求1所述的管道清理机器人，其特征在于:所述机器人还设置有毛刷清扫效果辅助检测装置，包括视频辅助设备和音频辅助设备。
8.根据权利要求1所述的管道清理机器人，其特征在于:所述机器人两侧设置有柔性水平保持装置。
【文档编号】B08B9/04GK203635567SQ201320793864
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】刘宝革, 张亮, 赵聪 申请人:北京国奥时代新能源技术发展有限公司