本發明涉及管道清淤機器人領域，尤其涉及一種可變徑履帶式管道清淤機器人。

背景技術：

1、隨著宇樹科技人形機器人的爆火，我校智能建造技術選修課這學期學生突然多了起來，針對長江流域每年降雨量偏大，下水道管道清淤壓力大的現狀，我校師生共同努力，試圖研發一款能夠智能化自動進行管道清淤的機器人。傳統的管道清淤工作主要依賴人工下井或使用簡單的機械裝置進行清理，這種方式不僅勞動強度大、效率低下，而且存在極高的安全風險，特別是在狹窄、深長或環境惡劣的管道中作業時。

2、此外，由于管道直徑不一、形狀多樣，傳統清淤設備往往缺乏適應性，難以在不同尺寸的管道中有效作業。人工清理時，也難以全面、細致地檢查管道內壁狀況，對于微小裂縫、腐蝕或沉積物的分布了解不足，難以做到精準清淤與維護。

3、中國西南石油大學研發了一款可調節履帶式城市下水管道清淤機器人（中國專利文獻cn219062813u），其于機身兩側設計了履帶行走機構，履帶傾角調節機構、和設置于機身前部的清淤裝置，在該方案中，通過履帶行走角度可調，能夠實現管道中較好的通過性，然而，在該技術方案中，并沒有注重清淤裝置的設計，僅僅相當于充當清淤鏟車的作用，也沒有關注清淤裝置的動力賦予，而是簡單的被動清淤，最重要的是，其能夠適合的管道尺寸單一，其雖然聲稱適用不同管徑的場景，但是實際上，光靠調節履帶行走角度，不但會導致履帶遭受較大的剪切力，而且能夠適應管道變化尺寸僅限于履帶可調范圍，下水管道尺寸通常為標準尺寸，很難做到同時適用兩種口徑的管道。

4、為此，中國地質大學研發了一款變位履帶式管道清淤機器人（中國專利文獻cn108867840a），包括清淤鉸刀機構和第一液壓馬達，由此解決清淤動力賦予問題，設計驅動輪、引導輪，能夠調節履帶行走傾斜角度，然而，該方案由于采用大量的液壓缸，所以需要設計大量的閥門進行多路控制，這在下水環境中是非常忌諱的事情，換言之，該方案僅僅存在于理論中，實用價值不大。

5、類似于上述現有技術的履帶式清淤機器人的設計幾乎完全基于自行的雙履帶設計，實際上，作為履帶式清淤機器人而言，完全可以將其直接置于管口位置，用完從管道中取出，這樣能夠避免復雜的自行機構額外設計。另外，現有技術中還存在一些管道巡檢機器人技術解決方案，用于管道內部狀況的監測，但這些機器人大多側重于檢測功能，對于清淤作業的直接支持有限。

6、然而，現有技術中亟需一種能夠實現巡檢功能的、軸對稱三履帶結構的可適用于不同型號管徑的清淤機器人。

技術實現思路

1、鑒于現有技術中存在的上述問題，本發明的主要目的在于提供一種能夠大幅提升管道清淤作業的整體效率，降低人工干預的需求，能夠實現巡檢功能的、軸對稱三履帶結構的、能適應多種管徑的可變徑履帶式管道清淤機器人，能夠解決傳統清淤機器人在復雜多變管道環境中應用受限的問題。

2、本發明的技術方案如下：一種可變徑履帶式管道清淤機器人，包括正六面體機架、履帶傳動組件、電機驅動組件和回轉清淤組件，所述履帶傳動組件位于機架外側，一共三組，呈360°軸對稱安裝在機架外表面，所述電機驅動組件和回轉清淤組件位于所述機器人軸部前端位置，在所述回轉清淤組件的底座上嵌設有用于拍攝機器人前端圖像得到圖像數據的前置攝像頭，該前置攝像頭固定連接有用于對環境光進行補光的圖像采集燈和用于定位機器人并得到定位數據的pid傳感器，所述圖像數據和定位數據通過無線wifi或5g通訊信號傳輸到服務器實現檢測巡航。

3、在該方案中，由于采用正六面體機架，所以能夠以軸對稱的方式實現緊湊設計，實際上，在本技術設計機架為正六面體機架時，非但三組履帶傳動組件呈軸對稱結構，實際上從截面方向上看，形成為關于中心軸點對稱結構，將所述履帶傳動組件軸對稱分布于機架四周，更加適配傳統圓柱管道的形狀，且能夠以最為簡單的方式實現輻輳徑向可變以適用不同內徑管道的清淤工作。下水道因為污泥雜物較多，這些污泥雜物會對機器人造成較大傷害，尤其是進入機器人結構內部則會直接導致機器人停車或者造成部件斷裂，因此，采用本技術這種緊湊的軸對稱結構能夠有效避免或者減輕這種傷害。另外，本技術通過巧妙的三組履帶對稱分布的結構，無需對履帶的角度進行調節，該三組履帶面直接牢牢地頂住圓柱狀管道內壁，不會受到由于履帶受力面與履帶組件結構發生偏離和產生剪切力，有效增加了機器人的使用壽命。另外，由于本技術在回轉清淤組件的底座上設置了檢測巡檢組件，而回轉清淤組件能夠可拆卸地安裝于機器人的軸部前端位置，因此，檢修更換非常方便。盡管本發明僅僅在軸部前端位置安裝檢測巡檢組件，實際上，也可以在后端面上也安裝一組該組件。也就是說，本技術簡單緊湊的結構，特別適合diy設計以新增其他功能，諸如獲取水底聲納信號，管道使用狀況數據等等，通過增設相應的傳感器即可，并不用擔心會對機器人主體結構產生影響。

4、優選地，所述履帶傳動組件包含履帶傳動組件安裝板、傳動履帶、履帶驅動電機、電機減速器、履帶傳動連桿一、履帶傳動連桿二、履帶傳動連接軸、支撐軸承座、軸承座支撐板、滑塊安裝板、滑塊、導軌、伸縮推桿、伸縮套筒、套筒支撐板、彈簧一、套筒支撐板加強筋；四個履帶傳動連桿一、履帶傳動組件安裝板和傳動履帶間通過滾動軸承連接，形成平行四邊形機構，實現傳動履帶的往復擺動，履帶傳動組件安裝板上安裝有一導軌，導軌上方裝有一滑塊，可實現往復直線運動，滑塊上方通過螺釘安裝有滑塊安裝板、軸承座支撐板和支撐軸承座，為傳輸來自傳動履帶的作用力，兩個履帶傳動連桿二與傳動履帶通過滾動軸承連接，兩個履帶傳動連桿二與履帶傳動連接軸兩端通過滾動軸承連接，且履帶連接軸與支撐軸承座通過滾動軸承連接，當管徑發生變化時，傳動履帶與機架之間的夾角變小，其作用力通過履帶傳動連桿二、履帶傳動連接軸等作用于滑塊，使滑塊在導軌上滑動，實現了傳動履帶對不同管徑的適應；為抵消傳遞自傳動履帶的作用力，使傳動履帶始終接觸管道內壁，軸承座支撐板一面安裝有一伸縮推桿，伸縮推桿插入伸縮套筒內，伸縮套筒內放置有彈簧一，當管徑發生變化，傳動履帶靠近機架時，力通過各連接件傳輸至彈簧一，彈簧一壓縮提供彈力，使傳動履帶始終接觸管道內壁。伸縮套筒安裝在套筒支撐板上方，套筒支撐板兩面安裝有三塊套筒支撐板加強筋，起支撐作用。

5、優選地，所述電機驅動組件包含清淤驅動電機、電機安裝板、電機輸出軸承座、膜片聯軸器、電機連接軸；清淤驅動電機通過螺釘安裝在電機安裝板上，為傳輸動力，清淤驅動電機與電機連接軸間通過膜片聯軸器連接，為支撐電機連接軸，電機輸出軸承座與電機安裝板間通過螺釘連接，并與電機連接軸通過滾動軸承連接。

6、優選地，所述回轉清淤組件包含回轉清淤組件底座、刀片伸縮套筒、彈簧二、刀片伸縮套筒端蓋、刀片伸縮推桿、清淤刀片；為傳輸自驅動電機的動力，回轉清淤組件底座與電機連接軸之間通過型面連接，并使用螺釘在軸向方向固定，為提高清淤效率，回轉清淤組件底座四個側面通過螺釘安裝了四個刀片伸縮套筒，刀片伸縮套筒內放置一彈簧二，使清淤刀片能適應不斷變化的管徑，刀片伸縮套筒上方通過螺釘與刀片伸縮套筒端蓋連接，防止彈簧二竄出，刀片伸縮推桿插入刀片伸縮套筒內，當管徑發生變化時，刀片伸縮推桿壓縮彈簧二，使彈簧二為清淤刀片提供彈力，使清淤刀片始終貼近管道內壁，為防止刀片伸縮推桿出現周向回轉現象，刀片伸縮推桿和刀片伸縮套筒端蓋之間通過型面連接，單邊間隔1mm，清淤刀片通過螺釘與刀片伸縮推桿連接。

7、本發明的可變徑履帶式管道清淤機器人工作過程例如包括以下步驟：

8、步驟一：根據目標清淤管道的管徑大小，選擇合適長度、大小的履帶傳動連桿一、履帶傳動連桿二、刀片伸縮推桿、清淤刀片安裝在機器人上，通過人工將機器人置入管道內部，調整機器人直至適合該管道直徑的姿態，完成清淤前的準備工作；

9、步驟二：啟動履帶驅動電機，通過驅動履帶使機器人行駛至指定清淤位置，啟動清淤驅動電機，使清淤刀片開展清淤工作，當管徑發生變化時，各連接件及彈簧一、彈簧二會使驅動履帶和清淤刀片自適應管徑，完成清淤工作；

10、步驟三：清淤完畢后，關閉清淤驅動電機，由人工在目標清淤管道末端將機器人取出，完成清淤工作；若機器人清淤結束后位于管道內部，則通過安裝在機架后背板的電纜接口的連接線將機器人拉出，完成清淤工作。