一种气动蠕动式管道清理机器人

本实用新型涉及管道机器人技术领域，更具体的说是涉及一种气动蠕动式管道爬行机器人。

背景技术：

随着城镇人口急剧增多，产生的大量生活垃圾给管道排污带来巨大压力和挑战。城市及家庭下水管道的清理及疏通对城市的良性循环发展至关重要，而传统的人工清理方式，工作量大，作业环境恶劣，人身安全很难得到有效保障。现在联合清污车清理模式，针对大型管道效率高，效果好，但对分布更广、更易堵塞的小型管道而言，管道的维护则举步维艰，需耗费大量的人力物力，效率极低。

现在市面上管道清理机器人已有不少，但基本都是针对批量化大型管道，能应用于家庭下水管道的却寥寥无几，一是成本太高，不如人工解决，或疏通，或更换管道；二是工作环境恶劣，现有的管道机器人的行进稳定性较差；再者，下水管道错综复杂，种类及型号众多，给管道清理机器人的通用性带来很大的不便。

另外，现有的管道清理机器人多采用以下三种结构：

(1)履带车结构，底部采用履带带动管道机器人在管道内行走；

(2)支撑杆结构，采用端部带有轮子的折叠杆结构将管道机器人支撑在管道中间，然后再实现行走运动；

(3)轮式结构，采用传统车轮或特殊结构的车轮与管道内壁面接触，使管道机器人在管道内行驶。

虽然以上结构的管道清理机器人技术已经较为成熟，但是在污物较多的管道中仍然存在着行走困难的问题，同时，对于竖直类管道，爬行的稳定性仍有待提高。

因此，如何提供一种爬行稳定的管道清理机器人，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种气动蠕动式管道清理机器人，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种气动蠕动式管道清理机器人，包括：第一爬行部、第二爬行部、波纹管和清扫部；

所述第一爬行部包括第一筒体、第一伸缩支撑机构、第一驱动机构和第一弹性支撑轮机构；所述第一筒体为封闭的圆柱壳体结构，且两端分别为机头和前连接端；所述第一伸缩支撑机构的数量为三个，且周向均匀连接在所述第一筒体靠近所述前连接端的侧壁上；所述第一驱动机构安装在所述第一筒体内部，且用于同时带动三个所述第一伸缩支撑机构做径向的伸缩运动；所述第一弹性支撑轮机构的数量为三个，且周向均匀连接在所述第一筒体靠近所述机头的侧壁上，用于在弹性力的作用下与管道内壁滚动贴合；

所述第二爬行部包括第二筒体、第二伸缩支撑机构、第二驱动机构和第二弹性支撑轮机构；所述第二筒体为封闭的圆柱壳体结构，且两端分别为机尾和后连接端；所述第二伸缩支撑机构的数量为三个，且周向均匀连接在所述第二筒体靠近所述后连接端的侧壁上；所述第二驱动机构安装在所述第二筒体内部，且用于同时带动三个所述第二伸缩支撑机构做径向的伸缩运动；所述第二弹性支撑轮机构的数量为三个，且周向均匀连接在所述第二筒体靠近所述机尾的侧壁上，用于在弹性力的作用下与管道内壁滚动贴合；

所述波纹管的两端分别与所述前连接端和后连接端的边沿密封固定连接，且连通有穿出所述第二筒体的气管；

所述清扫部安装在所述机头前部，且用于对管道内壁进行转动清理。

通过上述技术方案，本实用新型提供的管道清理机器人通过波纹管将第一爬行部和第二爬行部连接，以两个弹性支撑轮机构作为管道内壁的滑动支撑，交替运行两个伸缩支撑机构，使其与管道内壁顶紧和分离，通过气管控制波纹管的伸缩，进而实现机器人的蠕动式前进和后退，在清扫部的转动下对管道内壁进行清理，整体结构通过气动形式驱动，简单有效，由于伸缩支撑机构的硬性支撑使得其爬行效果更稳定，能够适应不同方向的管道的爬行，避免了现有的管道机器人卡滞难以前进的缺陷，爬行效果更好。

优选的，在上述一种气动蠕动式管道清理机器人中，所述第一伸缩支撑机构包括：第一内螺纹管、第一外螺纹杆、第一支撑块、第一压力传感器和第一铰接杆组；所述第一内螺纹管一端端头转动连接在所述第一筒体的侧壁上，并伸入所述第一筒体内部；所述第一外螺纹杆与所述第一内螺纹管螺纹连接；所述第一支撑块与所述第一外螺纹杆的外露端固定连接；所述第一压力传感器内嵌在所述第一支撑块的外表面；所述第一铰接杆组的数量为两个，且对称布置在所述第一支撑块的两侧，所述第一铰接杆组的两端分别与所述第一筒体的外壁和所述第一支撑块铰接。本实用新型提供的第一伸缩支撑机构通过第一驱动机构控制第一内螺纹管和第一外螺纹杆的配合结构伸长或者缩短，以使第一支撑块对管道内壁进行支撑；同时采用第一压力传感器对挤压力进行监控，当达到预先设定的压力值时，将信号最终传递至第一驱动机构，停止驱动，完成支撑，控制简单方便，切换自如。

优选的，在上述一种气动蠕动式管道清理机器人中，所述第一驱动机构包括：第一从动锥齿轮、第一主动锥齿轮、第一安装架和第一步进电机；所述第一从动锥齿轮固定在所述第一内螺纹管伸入所述第一筒体的端头处；所述第一主动锥齿轮同时与三个所述第一从动锥齿轮啮合；所述第一安装架固定在所述第一筒体的内壁上；所述第一步进电机固定在所述第一安装架上，且其动力输出轴与所述第一主动锥齿轮固定连接。通过第一步进电机和锥齿轮组的配合，能够快速实现对第一内螺纹管的驱动，使其实现伸缩功能。

优选的，在上述一种气动蠕动式管道清理机器人中，所述第一弹性支撑轮机构包括第一支撑杆、第一滑轮、第一连动杆、第一滑块和第一弹簧；所述第一支撑杆一端与所述第一筒体的外侧壁铰接；所述第一滑轮转动连接在所述第一支撑杆的另一端；所述第一支撑杆的铰接点与所述机头之间具有轴向开设的第一滑槽；所述第一连动杆一端与所述第一支撑杆的杆体中部铰接；所述第一滑块滑动连接在所述第一滑槽内，且与所述第一连动杆的另一端铰接；所述第一弹簧位于所述第一滑槽内，且两端分别与所述第一滑块和所述第一滑槽靠近所述机头的内壁固定。能够有效起到弹性支撑作用，并能够在不同内径的管道内滑动行走。

优选的，在上述一种气动蠕动式管道清理机器人中，所述第二伸缩支撑机构包括：第二内螺纹管、第二外螺纹杆、第二支撑块、第二压力传感器和第二铰接杆组；所述第二内螺纹管一端端头转动连接在所述第二筒体的侧壁上，并伸入所述第二筒体内部；所述第二外螺纹杆与所述第二内螺纹管螺纹连接；所述第二支撑块与所述第二外螺纹杆的外露端固定连接；所述第二压力传感器内嵌在所述第二支撑块的外表面；所述第二铰接杆组的数量为两个，且对称布置在所述第二支撑块的两侧，所述第二铰接杆组的两端分别与所述第二筒体的外壁和所述第二支撑块铰接。本实用新型提供的第二伸缩支撑机构通过第二驱动机构控制第二内螺纹管和第二外螺纹杆的配合结构伸长或者缩短，以使第二支撑块对管道内壁进行支撑；同时采用第二压力传感器对挤压力进行监控，当达到预先设定的压力值时，将信号最终传递至第二驱动机构，停止驱动，完成支撑，控制简单方便，切换自如。

优选的，在上述一种气动蠕动式管道清理机器人中，所述第二驱动机构包括：第二从动锥齿轮、第二主动锥齿轮、第二安装架和第二步进电机；所述第二从动锥齿轮固定在所述第二内螺纹管伸入所述第二筒体的端头处；所述第二主动锥齿轮同时与三个所述第二从动锥齿轮啮合；所述第二安装架固定在所述第二筒体的内壁上；所述第二步进电机固定在所述第二安装架上，且其动力输出轴与所述第二主动锥齿轮固定连接。通过第二步进电机和锥齿轮组的配合，能够快速实现对第二内螺纹管的驱动，使其实现伸缩功能。

优选的，在上述一种气动蠕动式管道清理机器人中，所述第二弹性支撑轮机构包括第二支撑杆、第二滑轮、第二连动杆、第二滑块和第二弹簧；所述第二支撑杆一端与所述第二筒体的外侧壁铰接；所述第二滑轮转动连接在所述第二支撑杆的另一端；所述第二支撑杆的铰接点与所述机尾之间具有轴向开设的第二滑槽；所述第二连动杆一端与所述第二支撑杆的杆体中部铰接；所述第二滑块滑动连接在所述第二滑槽内，且与所述第二连动杆的另一端铰接；所述第二弹簧位于所述第二滑槽内，且两端分别与所述第二滑块和所述第二滑槽靠近所述机尾的内壁固定。能够有效起到弹性支撑作用，并能够在不同内径的管道内滑动行走。

优选的，在上述一种气动蠕动式管道清理机器人中，所述清扫部包括第三安装架、转动电机、转动轴、转筒和弹性清扫机构；所述第三安装架固定在所述第一筒体内壁靠近所述机头的位置；所述转动电机固定在所述第三安装架上；所述转动轴一端与所述转动电机的动力输出轴通过联轴器连接，另一端沿所述第一筒体的轴线穿出所述机头；所述转筒同轴转动连接在所述机头上，且与所述转动轴固定连接；所述弹性清扫机构的数量至少为两个，且周向均匀连接在所述转筒的侧壁上，用于在弹性力的作用下与管道内壁贴合。能够有效实现对管道内壁的贴合转动清扫。

优选的，在上述一种气动蠕动式管道清理机器人中，所述弹性清扫机构包括第三支撑杆、毛刷、第三连动杆、第三滑块和第三弹簧；所述第三支撑杆一端与所述转筒的外侧壁铰接；所述毛刷铰接在所述第三支撑杆的另一端；所述第三支撑杆在所述转筒上的铰接点与所述转筒远离所述机头的端头之间具有轴向开设的第三滑槽；所述第三连动杆一端与所述第三支撑杆的杆体中部铰接；所述第三滑块滑动连接在所述第三滑槽内，且与所述第三连动杆的另一端铰接；所述第三弹簧位于所述第三滑槽内，且两端分别与所述第三滑块和所述第三滑槽远离所述机头的内壁固定。能够有效起到弹性支撑作用，并能够在不同内径的管道内进行清扫。

优选的，在上述一种气动蠕动式管道清理机器人中，所述机头上安装有高清摄像头；所述第一筒体上固定有高压水枪。能够对管道内部情况进行监控，且通过携带高压水枪可以配合冲刷。

需要说明的是，本实用新型提供的所述第一铰接杆组和第二铰接杆组均由两根连杆铰接组成。

同时，本发明还包括远程对所述第一步进电机、第二步进电机、转动电机进行控制的控制器，以及对所述第一压力传感器和第二压力传感器进行信号接收的接收器，均为本领域的常规技术手段，本实用新型重在结构上的改进，在此不再赘述。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种气动蠕动式管道清理机器人，具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的管道清理机器人通过波纹管将第一爬行部和第二爬行部连接，以两个弹性支撑轮机构作为管道内壁的滑动支撑，交替运行两个伸缩支撑机构，使其与管道内壁顶紧和分离，通过气管控制波纹管的伸缩，进而实现机器人的蠕动式前进和后退，在清扫部的转动下对管道内壁进行清理，整体结构通过气动形式驱动，简单有效，由于伸缩支撑机构的硬性支撑使得其爬行效果更稳定，能够适应不同方向的管道的爬行，避免了现有的管道机器人卡滞难以前进的缺陷，爬行效果更好。

2、本实用新型提供的机器人由于柔性的波纹管连接的结构特点，在管道内具有自动转弯的功能，简化了结构，使用更简单。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的结构示意图；

图2附图为本实用新型提供的结构俯视图；

图3附图为本实用新型提供的结构剖视图；

图4附图为本实用新型提供的内部结果主视图。

其中：

1-第一爬行部；

11-第一筒体；

111-机头；112-前连接端；

12-第一伸缩支撑机构；

121-第一内螺纹管；122-第一外螺纹杆；123-第一支撑块；124-第一压力传感器；125-第一铰接杆组；

13-第一驱动机构；

131-第一从动锥齿轮；132-第一主动锥齿轮；133-第一安装架；134-第一步进电机；

14-第一弹性支撑轮机构；

141-第一支撑杆；142-第一滑轮；143-第一连动杆；144-第一滑块；

145-第一弹簧；146-第一滑槽；

2-第二爬行部；

21-第二筒体；

211-机尾；212-后连接端；

22-第二伸缩支撑机构；

221-第二内螺纹管；222-第二外螺纹杆；223-第二支撑块；224-第二压力传感器；225-第二铰接杆组；

23-第二驱动机构；

231-第二从动锥齿轮；232-第二主动锥齿轮；233-第二安装架；234-第二步进电机；

24-第二弹性支撑轮机构；

241-第二支撑杆；242-第二滑轮；243-第二连动杆；244-第二滑块；

245-第二弹簧；246-第二滑槽；

3-波纹管；

31-气管；

4-清扫部；

41-第三安装架；

42-转动电机；

43-转动轴；

44-转筒；

45-弹性清扫机构；

451-第三支撑杆；452-毛刷；453-第三连动杆；454-第三滑块；455-第三弹簧；456-第三滑槽。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见附图1至附图4，本实用新型实施例公开了一种气动蠕动式管道清理机器人，包括：第一爬行部1、第二爬行部2、波纹管3和清扫部4；

第一爬行部1包括第一筒体11、第一伸缩支撑机构12、第一驱动机构13和第一弹性支撑轮机构14；第一筒体11为封闭的圆柱壳体结构，且两端分别为机头111和前连接端112；第一伸缩支撑机构12的数量为三个，且周向均匀连接在第一筒体11靠近前连接端112的侧壁上；第一驱动机构13安装在第一筒体11内部，且用于同时带动三个第一伸缩支撑机构12做径向的伸缩运动；第一弹性支撑轮机构14的数量为三个，且周向均匀连接在第一筒体11靠近机头111的侧壁上，用于在弹性力的作用下与管道内壁滚动贴合；

第二爬行部2包括第二筒体21、第二伸缩支撑机构22、第二驱动机构23和第二弹性支撑轮机构24；第二筒体21为封闭的圆柱壳体结构，且两端分别为机尾211和后连接端212；第二伸缩支撑机构22的数量为三个，且周向均匀连接在第二筒体21靠近后连接端212的侧壁上；第二驱动机构23安装在第二筒体21内部，且用于同时带动三个第二伸缩支撑机构22做径向的伸缩运动；第二弹性支撑轮机构24的数量为三个，且周向均匀连接在第二筒体21靠近机尾211的侧壁上，用于在弹性力的作用下与管道内壁滚动贴合；

波纹管3的两端分别与前连接端112和后连接端212的边沿密封固定连接，且连通有穿出第二筒体21的气管31；

清扫部4安装在机头111前部，且用于对管道内壁进行转动清理。

为了进一步优化上述技术方案，第一伸缩支撑机构12包括：第一内螺纹管121、第一外螺纹杆122、第一支撑块123、第一压力传感器124和第一铰接杆组125；第一内螺纹管121一端端头转动连接在第一筒体11的侧壁上，并伸入第一筒体11内部；第一外螺纹杆122与第一内螺纹管121螺纹连接；第一支撑块123与第一外螺纹杆122的外露端固定连接；第一压力传感器124内嵌在第一支撑块123的外表面；第一铰接杆组125的数量为两个，且对称布置在第一支撑块123的两侧，第一铰接杆组125的两端分别与第一筒体11的外壁和第一支撑块123铰接。

为了进一步优化上述技术方案，第一驱动机构13包括：第一从动锥齿轮131、第一主动锥齿轮132、第一安装架133和第一步进电机134；第一从动锥齿轮131固定在第一内螺纹管121伸入第一筒体11的端头处；第一主动锥齿轮132同时与三个第一从动锥齿轮131啮合；第一安装架133固定在第一筒体11的内壁上；第一步进电机134固定在第一安装架133上，且其动力输出轴与第一主动锥齿轮132固定连接。

为了进一步优化上述技术方案，第一弹性支撑轮机构14包括第一支撑杆141、第一滑轮142、第一连动杆143、第一滑块144和第一弹簧145；第一支撑杆141一端与第一筒体11的外侧壁铰接；第一滑轮142转动连接在第一支撑杆141的另一端；第一支撑杆141的铰接点与机头111之间具有轴向开设的第一滑槽146；第一连动杆143一端与第一支撑杆141的杆体中部铰接；第一滑块144滑动连接在第一滑槽146内，且与第一连动杆143的另一端铰接；第一弹簧145位于第一滑槽146内，且两端分别与第一滑块144和第一滑槽146靠近机头111的内壁固定。

为了进一步优化上述技术方案，第二伸缩支撑机构22包括：第二内螺纹管221、第二外螺纹杆222、第二支撑块223、第二压力传感器224和第二铰接杆组225；第二内螺纹管221一端端头转动连接在第二筒体21的侧壁上，并伸入第二筒体21内部；第二外螺纹杆222与第二内螺纹管221螺纹连接；第二支撑块223与第二外螺纹杆222的外露端固定连接；第二压力传感器224内嵌在第二支撑块223的外表面；第二铰接杆组225的数量为两个，且对称布置在第二支撑块223的两侧，第二铰接杆组225的两端分别与第二筒体21的外壁和第二支撑块223铰接。

为了进一步优化上述技术方案，第二驱动机构23包括：第二从动锥齿轮231、第二主动锥齿轮232、第二安装架233和第二步进电机234；第二从动锥齿轮231固定在第二内螺纹管221伸入第二筒体21的端头处；第二主动锥齿轮232同时与三个第二从动锥齿轮231啮合；第二安装架233固定在第二筒体21的内壁上；第二步进电机234固定在第二安装架233上，且其动力输出轴与第二主动锥齿轮232固定连接。

为了进一步优化上述技术方案，第二弹性支撑轮机构24包括第二支撑杆241、第二滑轮242、第二连动杆243、第二滑块244和第二弹簧245；第二支撑杆241一端与第二筒体21的外侧壁铰接；第二滑轮242转动连接在第二支撑杆241的另一端；第二支撑杆241的铰接点与机尾211之间具有轴向开设的第二滑槽246；第二连动杆243一端与第二支撑杆241的杆体中部铰接；第二滑块244滑动连接在第二滑槽246内，且与第二连动杆243的另一端铰接；第二弹簧245位于第二滑槽246内，且两端分别与第二滑块244和第二滑槽246靠近机尾211的内壁固定。

为了进一步优化上述技术方案，清扫部4包括第三安装架41、转动电机42、转动轴43、转筒44和弹性清扫机构45；第三安装架41固定在第一筒体11内壁靠近机头111的位置；转动电机42固定在第三安装架41上；转动轴43一端与转动电机42的动力输出轴通过联轴器连接，另一端沿第一筒体11的轴线穿出机头111；转筒44同轴转动连接在机头111上，且与转动轴43固定连接；弹性清扫机构45的数量至少为两个，且周向均匀连接在转筒44的侧壁上，用于在弹性力的作用下与管道内壁贴合。

为了进一步优化上述技术方案，弹性清扫机构45包括第三支撑杆451、毛刷452、第三连动杆453、第三滑块454和第三弹簧455；第三支撑杆451一端与转筒44的外侧壁铰接；毛刷452铰接在第三支撑杆451的另一端；第三支撑杆451在转筒44上的铰接点与转筒44远离机头111的端头之间具有轴向开设的第三滑槽456；第三连动杆453一端与第三支撑杆451的杆体中部铰接；第三滑块454滑动连接在第三滑槽456内，且与第三连动杆453的另一端铰接；第三弹簧455位于第三滑槽456内，且两端分别与第三滑块454和第三滑槽456远离机头111的内壁固定。

为了进一步优化上述技术方案，机头111上安装有高清摄像头；第一筒体11上固定有高压水枪。

本实用新型的工作原理为：

机器人进入管道内部时，在第一滑轮142和第二滑轮242的弹性支撑下固定，毛刷452在弹性支撑下与管道内壁贴合。由于弹簧的作用，使得机器人能够适应不同管径的管道。

启动转动电机42，带动毛刷452转动对管道内壁进行清理。

前进时：波纹管3处于收缩状态，通过第二驱动机构23带动第二支撑块223做伸长运动，顶紧管道内壁，第二筒体21在管道内壁固定；此时，第一支撑块123与管道内壁脱离，通过气管31对波纹管3充气，顶动第一筒体11向前蠕动。然后通过第一驱动机构13带动第一支撑块123做伸长运动，顶紧管道内壁，第一筒体21在管道内壁固定；此时，通过反向操作使第二支撑块223与管道内壁脱离，通过气管31对波纹管3抽气，带动第二筒体21跟进蠕动，即完成一次蠕动，反复重复上述操作，即可实现蠕动前进。

在遇到弯角转弯时，由于波纹管3的柔性结构，使得机器人可以自动实现转弯操作。当机器人遇到十字或丁字口需要定向转弯时，可以将申请号为201911344265.2，专利名称为一种基于线干扰技术的变刚度全向运动软体驱动器的发明专利申请中的线干扰结构与本实用新型的波纹管3结合，实现定向转向，此处为本领域的现有技术，在此不再赘述。

当需要后退时，反向操作前进的步骤即可实现。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。