專利名稱：多功能管道清潔機器人的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種管道清潔機器人，主要用于對f^行清洗，屬于機 器人技術領域。
背景技術：
由于管道尺寸的限制以及管道內有害物質、病菌和霉菌對人體健康的危 害，對管道的清洗工作需要依靠清潔機器人3fct行。目前市場上的機器人大多 為單臂機器人，機械臂只能上下移動，清掃空間有限，機器人霈要進出多次才 能完成對管道的清掃。如果需要對管道的四壁進行清洗時需要頻繁移動車體， 清掃效率不高，而且車體頻繁移動時電纜容易磨損并可能被車體纏住。另外單 臂機器人對某些死角很難進行清掃，并且遇到障礙物或臺階時可能無法越過。發明內容本實用新型的目的在于為了解決上述現有技術存在的問通，提供了一種 高清掃效率的多功能管道清潔機器人。本實用新型通過以下方案實現它包括車體、控制臂、多功能臂和遠程調 控裝置四大部分。車體的兩惻有車輪。用于控制多功能臂轉動方位的控制臂由 底座、轉盤位置傳感器、轉盤、支撐架、多個依次活動式關節連接的支臂、多 個關節位置傳感器、操作員控制手柄和毛刷或噴嘴方位指示頭組成。轉盤設置 于底座上并可繞底座轉動，所有關節位置傳感器分別設置于支臂關節處，以便 輸出兩相鄰支臂間的相對轉角，關節位置傳感器輸出信號及轉盤位置傳感器的 輸出信號均送至遠程調控裝置，轉盤位置傳感器設置于底座上，用于測量轉盤 和底座之間的相對轉角，與支撐架連接的支臂可繞支撐架轉動，關節位置傳感 器用于測量此支臂和支撐架之間的相對轉角，最末(外)端支臂活動連接有方位指示頭；用于^道清掃、攀越障礙的多功能臂裝在車體上，由底座、轉盤、轉盤電 機、轉盤位置傳感器、支座、齒輪箱、多個依次活動式關節連接的支臂、多個 位置傳感器及與支臂數目相同的電機、毛刷或噴嘴、毛刷驅動電機組成。轉盤 設置于底座上并可繞底座轉動，轉盤位置傳感器設置于底座上用于渕量轉盤和 底座之間的相對轉角，與支座連接的支臂可繞支座轉動，其關節位置傳感器用 于測量此支臂和支座之間的相對轉角，最末(外)端支臂活動通過鉸接與毛刷軸相聯；所有關節位置傳感器及電機分別設置于支臂關節處及支臂上，以便控 制各個支臂的轉動并輸出兩相鄰支臂間的相對轉角；毛刷驅動電機通過齒輪箱 驅動毛刷繞其中心軸轉動-,遠程調控裝置包括功率放大器、微處理器、液晶顯示器以及電源裝置，所有控制信號、視頻信號、通訊信號和電源供應都通過該接口與遠程調控裝置4 相連，遠程調控裝置接收來自控制臂和多功能臂的各個關節的位置傳感器的信 號，微處理器根據這些信號通過PE)或其它控制算法形成相應指令，該指令通 過功率放大器驅動多功能臂的各個電機，以使多功能臂移動到由方位指示頭所 指定的方位。車體的運動速度、毛刷的轉速、照明燈的亮度也通過遠程調控裝 置進行控制。對中彈簧通過上臂與毛刷相連。本實用新型所述控制臂的支臂數目可以為一個或多個。圖1所示的控制臂 支臂包括下臂、上臂，關節位置傳感器包括分別設置于下臂、上臂上的下臂位 置傳感器、上臂位置傳感器，下臂可以繞支撐架轉動，下臂位置傳感器用于測 量下臂和支撐架之間的相對轉角；上臂可以繞下臂轉動，上臂位置傳感器用于 測量上臂和下臂之間的相對轉角；多功能臂的支臂數目亦為一個或多個，圖1 所示的多功能臂支臂包括下臂、上臂，位置傳感器包括分別設置于下臂、上臂 上的下臂位置傳感器、上臂位置傳感器，電機包括兩個電機，分別通過齒輪箱 驅動下臂繞支座轉動、上臂繞下臂轉動。本實用新型所述控制臂的支臂數目和 多功能臂的支臂數目可以相同，也可以不同。本實用新型所述的毛刷的兩端裝有導輪，該導輪的中心裝有軸承，導輪可 以繞毛刷的中心軸自由轉動。本實用新型所述導輪的直徑略小于毛刷的直徑。本實用新型設有對中彈簧，毛刷中心軸可以^接中心軸轉動，對中彈簧通過上臂與毛刷相連。本實用新,述多功能臂的最末(外)端支臂上裝有攝像頭和照明燈。 本實用新型所述車體上裝有氣源接口，后部裝有電纜接口和氣源接口，外部氣源通過管路與氣源接口相連，接口與氣源接口之間通過氣源開關以控制氣源的輸送。本實用新型所述毛刷和噴嘴均為可拆卸式。 本實用新型所述的多功能臂可以用于對管道進行清掃、保護毛刷、實 W 管道的均勻清掃，也用于拳越臺階或障礙物，其清掃空間大、清掃效率高、操 作簡便而直觀、機器人進去一次就有可完成對所有管壁的清掃，從而大大節省 清掃所用的時間。另外多功能臂上的噴嘴可以實現對管道死角的清掃并可以噴 灑殺菌消毒劑。本實用新型控制臂的自由度數目也可以根據情況增減，結構簡 單、實用、成本低、清潔效果好。


圖1是本實用新型實施例的結構示意圖。圖2是本實用新型實施例車體和多功能臂的右視圖。圖3是本實用新型實施例控制臂的右視圖。圖4和圖5示意如何用毛刷兩端的導輪實現對管壁的均勻清掃。圖6和圖7示意如何用毛刷兩端的導輪幫助機器人攀越臺階或障礙物。圖8所示是拆掉毛刷并裝有噴嘴的機器人；圖9所示是四自由度多功能管道清潔機器人。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型實施例進行詳細說明。 實施例1本實施例為三自由度多功能管道清潔機器人，它包括車體1、控制臂2、 多功能臂3和遠程調控裝置4四大部分。控制臂2及多功能臂3的支臂數為2。在圖2中，所述車體1的兩側有車輪，車體1上裝有多功能臂3和氣源接 口27;車體后部裝有電纜接口5，所有控制信號、視頻信號、通訊信號和電源 供應通過該接口與遠程調控裝置4相連。車體后部也裝有氣源接口 6，外部氣 源可以通過管路與該接口相連。在圖3中，所述的控制臂2用于控制多功能臂 3上的毛刷22的方位，它由底座31、轉盤位置傳感器32、轉盤33、支撐架34、 下臂36、下臂位置傳感器35、上臂39、上臂位置傳感器37、操作員控制手柄 38和毛刷和噴嘴方位指示頭40組成；轉盤33可以繞底座31轉動，轉盤位置 傳感器32用于測量轉盤33和底座31之間的相對轉角；下臂36可以繞支撐架 34轉動，下臂位置傳感器35用于測量下臂36和支撐架34之間的相對轉角； 上臂39可以繞下臂36轉動，上臂位置傳感器37用于測量上臂39和下臂36 之間的相對轉角；所有位置傳感器信號將傳回遠程調控裝置4。操作員通過控 制手柄38改變毛刷和噴嘴方位指示頭40的方位，毛刷和噴嘴方位指示頭40 的方位決定了多功能臂3上毛刷22的方位。在圖2中，所述的多功能臂3由 底座9、轉盤IO、轉盤電機8、轉盤位置傳感器7、支座ll、齒輪箱13、下臂 15、上臂19、位置傳感器7、位置傳感器17、電機14、電機16、齒輪箱13、 齒輪箱18及毛刷22或噴嘴41、毛刷驅動電機21組成。轉盤電機8用于驅動 轉盤10，位置傳感器7用于測量轉盤10和底座9之間的相對轉角；電機14 通過齒輪箱13驅動下臂15繞支座11轉動，位置傳感器12用于測量下臂15 和支座11之間的相對轉角；電機16通過齒輪箱18驅動上臂19繞下臂15轉 動，位置傳感器17用于測量上臂19和下臂15之間的相對轉角；毛刷22的中 部與上臂19的頂端鏈接，毛刷22中心軸可以繞鉸接中心軸轉動；對中彈簧20 通過上臂19與毛刷22相連。電機21通過齒輪箱24驅動毛刷22繞其中心軸 轉動。毛刷22的兩端裝有導輪23，該導輪23的中心裝有軸承，導輪23可以 繞毛刷22的中心軸自由轉動。該導輪23的直徑略小于毛刷22的直徑；轉盤 10上也裝有攝像頭29和照明燈28，它們隨轉盤10—起轉動。上臂19上還裝 有攝像頭25和照明燈26。如圖4所示，在對管壁進行清掃時，導輪23的作用 是避免毛刷一端與管壁靠得太近而損壞毛刷和驅動電機21;如圖5所示，導輪 23的另一個作用是確保毛刷的各個部分與管壁均勻接觸。如圖6和圖7所示， 在需要攀越臺階或障礙物時，導輪23和多功能臂3協同工作以幫助機器人前 進。這時導輪23的作用相當于車輪，并能保護毛刷不受到過度擠壓。如圖8所示，在拆掉毛刷后22，上臂19的頂端可以裝設噴嘴41，該噴嘴通過管路42 連接到接口 27。接口 27與氣源接口 6之間有氣源開關43以控制氣源的輸送。 如圖1所示，遠程調控裝置4包括功率放大器、微處理器、液晶顯示器30以 及電源裝置等。控制臂2裝在遠程調控裝置4的面板上。控制臂2和多功能臂 3組成一對主從隨動伺服系統。遠程調控裝置4接收來自控制臂2和多功能臂 3的各個關節的位置傳感器的信號，微處理器根據這些信號進行計算并形成相 應指令，該指令通過控制元件驅動多功能臂3的各個電機，從而使毛刷22移 動到由毛刷和噴嘴方位指示頭40所指定的方位。毛刷22的轉速、照明燈26 和28亮度的調節、車體1的前進、后退和轉彎的速度、以及氣源開關43的打 開和關閉均由遠程調控裝置4進行控制。液晶顯示器30用于顯示由攝像頭25 和29傳來的視頻信號。
權利要求1、一種多功能管道清潔機器人，其特征在于包括車體(1)、控制臂(2)、多功能臂(3)和遠程調控裝置(4)，控制臂(2)與多功能臂(3)組成一個主從隨動伺服裝置；車體(1)兩側均安裝有車輪；用于控制多功能臂(3)轉動方位的控制臂(2)由底座(31)、轉盤位置傳感器(32)、轉盤(33)、支撐架(34)、多個依次活動式關節連接的支臂、多個關節位置傳感器、操作員控制手柄(38)和毛刷或噴嘴方位指示頭(40)組成；轉盤(33)設置于底座(31)上并可繞底座(31)轉動；所有關節位置傳感器分別設置于支臂關節處，以便輸出兩相鄰支臂間的相對轉角；關節位置傳感器輸出信號及轉盤位置傳感器(32)的輸出信號均送至程調控裝置(4)；轉盤位置傳感器(32)設置于底座(31)上，用于測量轉盤(33)和底座(31)之間的相對轉角，與支撐架(34)連接的支臂可繞支撐架(34)轉動，關節位置傳感器用于測量此支臂和支撐架(34)之間的相對轉角，最末端支臂活動連接有毛刷或噴嘴方位指示頭(40)；用于管道清掃、攀越障礙的多功能臂(3)裝在車體(1)上，由底座(9)、轉盤(10)、轉盤電機(8)、轉盤位置傳感器(7)、支座(11)、齒輪箱(13)、多個依次活動式關節連接的支臂、多個位置傳感器及與支臂數目相同的電機、毛刷22或噴嘴(41)、毛刷驅動電機(21)組成；轉盤(10)設置于底座(9)上并可繞底座(9)轉動；轉盤位置傳感器(7)設置于底座(9)上用于測量轉盤(10)和底座(9)之間的相對轉角；與支座(11)連接的支臂可繞支座(11)轉動，其關節位置傳感器用于測量此支臂和支座(11)之間的相對轉角，最末端支臂通過鉸接與毛刷軸相聯；所有關節位置傳感器及電機分別設置于支臂關節處及支臂上，以便控制支臂多自由度轉動并輸出兩相鄰支臂間的相對轉角，毛刷驅動電機(21)通過齒輪箱(24)驅動毛刷(22)繞其中心軸轉動；遠程調控裝置(4)包括功率放大器、微處理器、液晶顯示器(30)、以及電源裝置，所有控制信號、視頻信號、通訊信號和電源供應都通過該接口與遠程調控裝置(4)相連，遠程調控裝置(4)接收來自控制臂(2)和多功能臂(3)的各個關節的位置傳感器的信號，微處理器根據這些信號通過PID或其它控制算法形成相應指令，該指令通過功率放大器驅動多功能臂(3)的各個電機，從而使該臂末端移動到由方位指示頭(40)所指定的方位；對中彈簧(20)通過上臂(19)與毛刷(22)相連。
2、 根據權利要求1所述的多功能管道清潔機器人，其特征在于控制臂(2) 的支臂數目為2，包括下臂(36)、上臂(39),關節位置傳感器包括分別設置于下臂(36)、上臂(39)上的下臂位置傳感器(35)、上臂位置傳感器(37)， 下臂(36)可以繞支撐架(34)轉動，下臂位置傳感器(35)用于擁量下臂(36)和支 撐架(34)之間的相對轉角上臂(39)可以繞下臂(36)轉動，上臂位置傳感器 (37)用于澳量上臂(39)和下臂(36)之間的相對轉角；多功能臂(3)的 支臂數目為2，包括下臂(15)、上臂(19),關節位置傳感器包括分別設置于 下臂(15)、上臂(19)上的下臂位置傳感器(12)和上臂位置傳感器(17)， 電機包括電機(14、 16),分別通過齒輪箱(13、 18)驅動下臂(15)繞支座(11) 轉動、上臂(19)繞下臂(15)轉動。
3、 根據權利要求1或2所述的多功能管道清潔機器人，其特征在于毛刷(22) 的兩端裝有導輪(23),該導輪(23)的中心裝有軸承，導輪(23)可以繞毛刷(22〉 的中心軸自由轉動。
4、 根據權利要求3所述的多功能^t清潔機器人，其特征在于導輪(23)的 直徑略小于毛刷(22)的直徑。
5、 根據權利要求1或2所述的多功能管道清潔機器人，其特征在于設有對 中彈簧(20)，毛刷(22)中心軸可以繞鉸接中心軸轉動，對中彈簧(20)通過 上臂(19)與毛刷(22)的軸相連。
6、 根據權利要求1或2所述的多功能管道清潔機器人，其特征在于多功能 臂(3)的最末端支臂上裝有攝像頭(25)和照明燈(26)。
7、 根據權利要求1或2所述的多功能管道清潔機器人，其特征在于車體(1) 上裝有氣源接口 (27)，后部裝有電纜接口 (5)和氣源接口 (6)，外部氣源通 過管路與氣源接口 (6)相連，接口 (27)與氣源接口 (6)之間通過氣源開關 (43)以控制氣源的輸送。
專利摘要本實用新型公開了一種多功能管道清潔機器人，目的在于提供一種高清掃效率的機器人。它包括車體、多自由度的控制臂、多自由度的多功能臂和遠程調控裝置。車體的兩側有車輪。車體后部有電纜接口，所有控制信號、視頻信號、通訊信號和電源供應通過該接口與遠程調控裝置相連。車體后部也裝有氣源接口，外部氣源可以通過管路與該接口相連。多功能臂的轉盤和上臂均裝有攝像頭和照明燈。遠程調控裝置包括功率放大器、微處理器、液晶顯示器以及電源裝置。本實用新型可以用于對管道進行清掃、實現對管道的均勻清掃，也用于攀越臺階或障礙物，其清掃空間大、清掃效率高、操作簡便而直觀、進去一次就有可能完成對所有管壁的清掃，從而大大節省清掃所用的時間。
文檔編號B08B9/04GK201161381SQ20072008490
公開日2008年12月10日 申請日期2007年5月28日 優先權日2007年5月28日
發明者夏慶華, 勇 林, 洪振勇 申請人:夏慶華;林 勇