一種管道清理機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種管道清理機器人，所述機器人的機體包括兩排獨立驅動的低置擺軸式履帶足、兩腿擺腿、清洗作業部件，所述清洗作業部件包括升降機構、作業器件，所述升降機構用于帶動位于升降機構前端底座上的作業器件上下擺動，所述作業器件包括設置在毛刷驅動裝置上的毛刷，所述兩腿擺腿通過腿部關節與機器人機體相連，所述機器人還設置有用于檢測機器人傾斜角度的水平姿態傳感器。所述清理機器人系統結構簡單，自動化程度高，適用廣泛，成本較低，對促進我國中央空調清洗行業的發展，改善室內空氣質量，提高生活和健康水平等具有積極的意義。
【專利說明】一種管道清理機器人
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及機械行業，主要是利用機械設備對中央空調管道進行清理和檢測，尤其是涉及一種管道清理機器人。
【背景技術】
[0002]目前隨著中國社會的不斷發展，越來越多的樓宇和高檔別墅區普遍采用中央空調系統來對室內空氣的溫度、濕度、氣流速度等進行有效的調節。但另一方面，中央空調也成為滋生病菌的溫床、傳播病菌的通道。公共場所的中央空調缺少清洗，在通風風管內甚至還有動物尸體，軍團菌、大腸桿菌、溶血性鏈球菌及各種呼吸道疾病細菌、病毒性細菌大量孳生，嚴重危害著樓宇、地鐵、醫院和高檔住宅的特定人群。國外發達國家中央空調管道清洗規范，法規健全。
[0003]但中國也于2003年8月由中國標準化研究院及衛生部共同起草了 GB19210-2003《空調通風系統清洗規模》和衛生部2003《公共場所集中央空調通風系統清洗規模》，衛生部還于2003年提出了《公共場所集中央空調通風系統衛生管理辦法》。
[0004]目前全國共有上百萬臺中央空調亟待清洗保養，空調清洗行業正在悄悄興起，而國內市場上管道清理機器人有很大的發展前景，目前主要的管道清洗技術有人工清洗和管道機器人，區別如下所述:
[0005]人工清洗:中央空調通風管道系統直徑大于400 (mm)的管道工人可以進入清理，但不便于清理，且清理的效果不好，還耗費人力，效率低，不能滿足和適應現代化社會的生活節奏和生產力的要求。
[0006]中央空調通風管道系統小于400 (mm)的工作人員不能進入，只能采用管道清理機器人來清理。
[0007]綜上所述，人工清理的局限性太大，不符合現在管道清理的實際狀況，管道清理機器人將代替人工清理。
[0008]管道清理機器人:管道清理機器人主要可分為輪式、腿式、履帶式清潔機器人，它們能清潔掉管道內的大部分贓物，但有些偏僻的死角依然無法解決，隨著科技工作們的深入研究，中央空調清潔機器人已經擺脫了簡單的控制和清理工作，控制系統將越來越智能化，操作方法也越來越方便、簡單，朝著高自動化的方向發展。
[0009]管道清理機器人主要專利有:《一種管道清掃機器人》(申請號:201020570935.0)；《一種螺旋式管道機器人》(申請號:201220157886.7);《多功能圓管道機器人》(申請號:200720081215.6)等。
[0010]不過中央空調管道機器人主要存在的問題:
[0011]1、管道清理機器人不能因管道橫切面的變化，而改變機器人的工作范圍；
[0012]2、機器人清潔的速度不快，效率不高；
[0013]3、控制系統比較繁瑣，卻不易于拆卸和安裝。實用新型內容
[0014]本實用新型提供了一種管道清理機器人，以解決小于400mm的通風管道系統的清潔問題，其技術方案如下所述:
[0015]一種管道清理機器人，所述機器人的機體包括兩排獨立驅動的低置擺軸式履帶足、兩腿擺腿、清洗作業部件，所述清洗作業部件包括升降機構、作業器件，所述升降機構用于帶動位于升降機構前端底座上的作業器件上下擺動，所述作業器件包括設置在毛刷驅動裝置上的毛刷，所述兩腿擺腿通過腿部關節與機器人機體相連，所述機器人還設置有用于檢測機器人傾斜角度的水平姿態傳感器。
[0016]所述機器人的機體高度為150?650mm,圓形直徑為300mm-400mm。
[0017]所述兩側的履帶足通過擺腿角度控制裝置連接，并通過擺腿角度控制裝置中的限位螺母控制履帶足的橫向擺開角度，用于增加履帶與壁面的附著力和越礙能力。
[0018]所述履帶足設置有防護罩殼，履帶足中的履帶傳動輪設置有用于調節履帶張緊程度的夾緊裝置。
[0019]所述機器人在兩腿擺腿上的關節處設置有用于限定擺腿收攏和張開角度的限位開關，以防止機體設置的管壁檢測傳感器失靈時，擺腿動作失控，導致驅動電機燒壞。
[0020]所述機器人前后均設置有微型攝像頭和照明燈，所述微型攝像頭位于兩側照明燈中間，兩側照明燈與殼體成外側傾斜，以擴大照明燈的照射角。
[0021]所述機器人還設置有毛刷清掃效果輔助檢測裝置，包括視頻輔助設備和音頻輔助設備。
[0022]所述機器人兩側設置有柔性水平保持裝置。
[0023]本實用新型提供的清理機器人有以下幾個優點:
[0024](I)適應性強，能進行一定口徑范圍圓形和方形管道的作業(適用中央空調的大部分管道);
[0025](2)結構緊湊，便于攜帶，符合不同直徑管道使用要求；
[0026](3)清潔速度快，效果好，能滿足現代人們生產的要求；
[0027](4)通用性強，主要部分采用模塊化設計，便于拆卸和更換；
[0028](5)可擴展性強，可搭載諸如檢測和維護等設備，從而全面實現管道的擦洗、檢測和維護等功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本實用新型提供的管道清理機器人外觀示意圖；
[0030]圖2是所述管道清理機器人適應不同直徑的管道示意圖；
[0031]圖3是機器人擺腿角度控制機構控制擺腿角度的示意圖；
[0032]圖4是機器人擺腿角度控制裝置的結構示意圖；
[0033]圖5是機器人水平保持裝置的示意圖；
[0034]圖6是機器人用于行走的部件結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]本實用新型涉及的管道清理機器人外觀如圖1所示，所述機器人的機體包括兩排獨立驅動的低置擺軸式履帶足1、兩腿擺腿2、清洗作業部件，所述兩腿擺腿2通過腿部關節3與機器人機體相連。
[0036]所述清洗作業部件包括升降機構、作業器件，所述升降機構用于帶動位于升降機構前端底座上的作業器件上下擺動，所述作業器件包括設置在毛刷驅動裝置上的毛刷。
[0037]所述機器人還設置有用于檢測機器人傾斜角度的水平姿態傳感器。所述低置擺軸式履帶足I和兩腿擺腿2構成機器人的行走機構。
[0038]下面具體進行描述:
[0039]一、行走機構設計
[0040]受建筑物樓層高度的限制，中央空調通風管道大多采用扁平矩形截面，最扁平的管道高度僅為150_左右。而企業廠房一般樓層較高，為了減少送風阻力，會采用圓形截面的管道，因此管道清洗機器人設計指標矩形高度150?650mm和圓形直徑350mm，以便適應大多數通風管道尺寸。
[0041]1、履帶足設計
[0042]為了實現機器人矩形管道和圓形管道的通用性，所述管道清理機器人采用2排獨立驅動的低置擺軸式履帶足I的行走機構，具體可參見圖6。兩側履帶足I靠擺腿角度控制裝置連接，所述擺腿角度控制裝置如圖4所示，所述機器人可根據管道截面形狀，手動調節限位螺母使履帶足I橫向擺開適合角度，有利增加履帶與壁面的附著力和越礙能力。
[0043]履帶足I是機器人移動機構的關鍵部件，其設計應滿足如下幾個方面的要求:
[0044](I)履帶傳動要可靠、結構要合理緊湊，電機輸出軸通過一對傘齒和3個圓柱齒輪組成的傳動系統將運動傳遞到履帶足。
[0045](2)有結構緊湊的傳感器安裝空間，并且保證傳感器穩定可靠。
[0046](3)履帶傳動輪要有相應的夾緊裝置，易于調節履帶的張緊程度，并具有防偏帶功倉泛。
[0047](4)履帶足有防護罩殼，罩殼造型要美觀，同時起到防塵和保護墊起的作用。
[0048]2、擺腿設計
[0049]機器人自適應管徑和高度調節功能是通過前后履帶的橫向對稱擺動實現的。兩擺腿2距離和擺腿2長度要合理設計。機器人兩擺腿2相距太小，影響機體的平穩性，兩擺腿2相距大，機器人所能進入最小圓管直徑增加。
[0050]擺腿2長度太小，擺腿時容易碰到機器人的外殼，擺腿長度太長，也會影響機器人所能進入最小圓管直徑，而且也影響機體的平穩性。
[0051]在保證機體滿足管徑范圍條件下并滿足履帶擺動時與罩殼不發生干涉，選定機器人兩擺腿關節3距離和擺腿2長度。
[0052]為了避免管壁檢測傳感器失靈時，擺腿2動作失控，導致驅動電機燒壞。在擺腿2上關節3設計安裝了兩個限位開關，限定擺腿2收攏和張開的角度，提高了產品的可靠性。
[0053]3、自主水平姿態調整裝置的設定
[0054]機器人移動機構的自主水平姿態調整功能主要用于圓管直行和彎道時的姿態控制。其原理是在機器人機體上裝置水平姿態傳感器，用于檢測機器人的傾斜角度，控制系統根據檢測出的傾角大小，發出兩側履帶速度調節指令，通過改變兩側履帶速度差，糾正機器人的姿態。為了避免機器人正常行走過程中水平姿態傳感器的誤動作，設定水平傳感器延時一定時間才動作。
[0055]二、清洗作業部件設計
[0056]清洗作業部件主要包括升降機構、作業器件(毛刷、噴嘴等)兩部分。升降機構用于帶動位于升降機構前端底座上的作業器件上下擺動，以適應不同高度管道的要求。
[0057]1、升降機構設計
[0058]中央空調通風管道規格繁多，管道高度變化很大，所以一般管道清洗機器人都需配備毛刷升降機構。考察國內、外管道機器人產品，毛刷升降機構采用單桿懸臂梁升降機構:由毛刷驅動裝置固接在旋轉軸上，工作時隨旋轉軸旋轉作為升降機構。這種機構普遍應用于現有的管道清洗機器人上。
[0059]2、毛刷設計
[0060]管道清洗機器人是清洗機構采用易拆卸和更換的毛刷，根據圓形的直徑確定毛刷的長短，對于不同管徑具有針對性。
[0061]對于矩形管道要求能清潔4個面，而圓形管道則要求毛刷直徑大于管道直徑，同時毛刷回轉中心要位于管道中心位置。
[0062]3、毛刷傳動裝置設計
[0063]現有的管道清洗機器人清洗圓管和矩形管時都采用換毛刷傳動部件的方法，操作不方便。本產品采用一種兼容矩形管毛刷和圓管毛刷的毛刷驅動裝置。
[0064]因圓管毛刷的軸線總是與機器人前進方向一致，而矩形管毛刷的軸線總是與機器人前進方向垂直，且圓管毛刷總是處于機器人正中，矩形管毛刷總是處于機器人兩側，故采用同一毛刷傳動箱。
[0065]所述傳動箱輸入軸傳動水平的矩形管毛刷軸上，矩形管毛刷軸再通過傘齒輪將傳動傳給豎直的圓形管毛刷軸上，實現了矩形管毛刷和圓管毛刷用同一傳動裝置。當需要清掃哪類管道，只需換上廢類毛刷即可，而無需更換毛刷傳動箱體，大大方便了操作。
[0066]三、機器人輔助部件設計
[0067]1、管道清洗機器人照明裝置設計
[0068]機器人前后均安裝有微型攝像頭和照明燈。微型攝像頭位于兩側照明燈中間；兩側照明燈與殼體成外側傾斜，以擴大照明燈的照射角。
[0069]2、毛刷清掃效果輔助檢測裝置
[0070]管道清洗是通過毛刷轉動、升降機構擺動和機器人移動來完成的，但有時操作者僅通過攝像頭拍攝的圖形難以判別毛刷與管壁的接觸狀態。考慮到毛刷是旋轉件，不可能在毛刷上安裝傳感器，一種簡便的辦法就是加裝音頻輔助設備。
[0071]毛刷頭切入管壁深淺決定了其聲調的高低，開始聲音比較尖銳而高，隨著毛刷和管壁接觸得越來越多，聲音會開始變得混沌而低沉，所以聲音是一個簡便又有效鑒別毛刷接觸管壁狀態的方法，可使操作者了解毛刷清掃力度是否合適。此外聲音還可以提示操作者機器人在管道內是否碰到障礙。
[0072]音頻信息由機器人機體上的麥克風輸入，通過控制電纜，在管道外通過音箱或者耳機輸出到操作者。音頻信息在國外的管道機器人上應用的比較普遍，事實證明有助于管道機器人清洗工作的完成。
[0073]本專利主要在于行走機構的發明與創新:[0074]機器人的兩腿擺腿都通過腿部關節與機器人本體相連，如圖1所示。通過手動調節兩側擺腿的張開角度，是機器人實現柔性適合不同管道功能，如圖2所示，保證了履帶足與管道壁之間良好的接觸，是機器人在運行中牽引力和穩定性都得以保證。機器人在圓形管道出現傾斜時，還能通過水平傳感器的檢測，機器人自動改變兩側履帶速度，糾正機體位置，避免機器人傾覆。
[0075]如圖3、圖4所示，機器人擺腿控制裝置包括限位螺母、長螺桿、鉸鏈、長連桿，所述限位螺母設置在位于中心軸上的長螺桿上，通過長螺桿上的鉸鏈6控制兩腿擺腿2的角度，形成腿部關節3，所述擺腿2與履帶足I之間設置有長連桿9，通過鉸鏈7控制履帶足I的角度，形成履帶足關節4。
[0076]首先確保兩側擺腿2對稱擺開，調節限位螺母10把機器人的兩條擺腿2橫向張開，履帶足I與管道壁面接觸良好，毛刷處在管道的軸心直線上，使毛刷頭受力均勻，不易損傷清理裝置的電機，也提升了機體的穩定性和適應性。
[0077]機器人在管道中行走時，隨時有可能偏離管道的軸線，偏向一邊。如果不加以控制，則會導致機器人碰撞管壁，嚴重的會導致機器人清掃系統損壞，清掃電機燒毀等情況。
[0078]本管道機器人設計了水平姿態保持裝置，如圖5所示，在機器人安裝好如圖6所示，圖6是個機器人的仰視圖，可以看見底板11和其他部件，所述水平保持裝置12安裝在機器人的兩側，以保證機器人沿管道的軸線運行，而不跑偏。其基本原理若下:
[0079]假若機器人偏離軸線繼續行走，當保護裝置碰到一側的管壁，裝置中的彈簧受到壓縮，隨即彈簧產生反作用力。在彈簧反作用力下，推動機器人返回管道中軸線上。使機器人依靠兩側履帶速差恢復正常位置，從而保證機器人在管道中沿著正確的方向行走。
[0080]所述管道清理機器人屬于機械、電子和控制技術，其典型機器主要運行:
[0081]1、行走機構主要負責機器人的行進和負載功能，擺腿能適應大多數通風管道尺寸。
[0082]2、清洗機構主要負責管道的清理和毛刷的高度調節，此結構能適應不同管道的清理功能。
[0083]3、機器人的輔助部件主要負責檢測管道的清理工況、機器的運行監控、管道清理的狀況和管道的使用狀況。
[0084]本文涉及的中央空調管道清理機器人系統結構簡單，自動化程度高，適用廣泛，成本較低，對促進我國中央空調清洗行業的發展，改善室內空氣質量，提高生活和健康水平等具有積極的意義。
【權利要求】
1.一種管道清理機器人，其特征在于:所述機器人的機體包括兩排獨立驅動的低置擺軸式履帶足、兩腿擺腿、清洗作業部件，所述清洗作業部件包括升降機構、作業器件，所述升降機構用于帶動位于升降機構前端底座上的作業器件上下擺動，所述作業器件包括設置在毛刷驅動裝置上的毛刷，所述兩腿擺腿通過腿部關節與機器人機體相連，所述機器人還設置有用于檢測機器人傾斜角度的水平姿態傳感器。
2.根據權利要求1所述的管道清理機器人，其特征在于:所述機器人的機體高度為150 ?650mm,圓形直徑為 300mm-400mm。
3.根據權利要求1所述的管道清理機器人，其特征在于:所述兩側的履帶足通過擺腿角度控制裝置連接，并通過擺腿角度控制裝置中的限位螺母控制履帶足的橫向擺開角度，用于增加履帶與壁面的附著力和越礙能力。
4.根據權利要求1所述的管道清理機器人，其特征在于:所述履帶足設置有防護罩殼，履帶足中的履帶傳動輪設置有用于調節履帶張緊程度的夾緊裝置。
5.根據權利要求1所述的管道清理機器人，其特征在于:所述機器人在兩腿擺腿上的關節處設置有用于限定擺腿收攏和張開角度的限位開關，以防止機體設置的管壁檢測傳感器失靈時，擺腿動作失控，導致驅動電機燒壞。
6.根據權利要求1所述的管道清理機器人，其特征在于:所述機器人前后均設置有微型攝像頭和照明燈，所述微型攝像頭位于兩側照明燈中間，兩側照明燈與殼體成外側傾斜，以擴大照明燈的照射角。
7.根據權利要求1所述的管道清理機器人，其特征在于:所述機器人還設置有毛刷清掃效果輔助檢測裝置，包括視頻輔助設備和音頻輔助設備。
8.根據權利要求1所述的管道清理機器人，其特征在于:所述機器人兩側設置有柔性水平保持裝置。
【文檔編號】B08B9/04GK203635567SQ201320793864
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】劉寶革, 張亮, 趙聰 申請人:北京國奧時代新能源技術發展有限公司