本发明涉及一种自适应管道清淤机器人，包括壳体、铰刀清淤机构、摄像头和多个行走装置，铰刀清淤机构设置在壳体上，摄像头设置在壳体上，行走装置包括变径机构、行走机构和感压模块，变径机构设置在壳体上，行走机构设置在变径机构的输出端，感压模块与升降式变径机构相匹配。本发明的有益效果是：在将机器人下放到管道内后，可以实时采集管道内部图像，从而便于工作人员了解机器人所处环境，便于及时调整机器人；通过利用感压模块来监测数据，便于了解机器人的受力情况及工作状态，方便实时调整变径机构，以使机器人适应不同的管径，使机器人始终稳定在最有效的工作状态。
1.一种自适应管道清淤机器人，其特征在于，包括壳体(1)、铰刀清淤机构(2)、摄像头(3)和多个行走装置(4)，所述铰刀清淤机构(2)设置在所述壳体(1)上，所述摄像头(3)设置在所述壳体(1)上，所述行走装置(4)包括变径机构、行走机构(430)和感压模块(440)，所述变径机构设置在所述壳体(1)上，所述行走机构(430)设置在所述变径机构的输出端；所述变径机构包括升降式变径机构(410)和角度调节机构(420)，所述升降式变径机构(410)设置在所述壳体(1)上，所述角度调节机构(420)设置在所述升降式变径机构(410)的输出端，所述行走机构(430)设置在所述角度调节机构(420)的输出端，所述感压模块(440)与所述升降式变径机构(410)相匹配；所述升降式变径机构(410)包括丝杆支撑座一(411)、丝杆支撑座二(412)、滚珠丝杆(413)、丝杆螺母一(414)、丝杆螺母二(415)、螺母座一(416)、螺母座二(417)和驱动装置，所述丝杆支撑座一(411)和所述丝杆支撑座二(412)均设置在所述壳体(1)上，所述滚珠丝杆(413)设置在所述丝杆支撑座一(411)和所述丝杆支撑座二(412)之间，所述驱动装置的输出端与所述滚珠丝杆(413)的一端相连接，所述丝杆螺母一(414)和所述丝杆螺母二(415)均设置在所述滚珠丝杆(413)上，所述螺母座一(416)和所述螺母座二(417)分别固定在所述丝杆螺母一(414)和所述丝杆螺母二(415)上，所述螺母座一(416)和所述螺母座二(417)均与所述壳体(1)滑动配合，所述驱动装置在驱动所述滚珠丝杆(413)转动的过程中所述丝杆螺母一(414)和所述丝杆螺母二(415)的移动方向相反；还包括下连杆一(418)、下连杆二(419)和下连杆三(4110)，所述下连杆一(418)的下端和所述下连杆二(419)的下端同时通过铰链与所述螺母座一(416)相铰接，所述下连杆一(418)的上端与角度调节机构(420)相铰接，所述下连杆二(419)的上端与角度调节机构(420)相铰接，所述下连杆三(4110)的下端通过铰链与所述螺母座二(417)相铰接，所述下连杆三(4110)的上端与角度调节机构(420)相连接，所述下连杆三(4110)夹在所述下连杆一(418)与所述下连杆二(419)之间，且所述下连杆三(4110)的中部同时与所述下连杆一(418)的中部和所述下连杆二(419)的中部相铰接；所述角度调节机构(420)包括上连杆一(421)、上连杆二(422)、机架套(423)、机架一(424)、机架二(425)、弹簧套筒一(426)、弹簧套筒二(427)和上连杆三(428)，所述机架一(424)和所述机架二(425)分别活动设置在所述机架套(423)的两端，所述弹簧套筒一(426)的两端分别与所述机架一(424)和所述行走机构(430)相铰接，所述弹簧套筒二(427)的两端分别与所述机架二(425)和所述行走机构(430)相铰接，所述下连杆三(4110)的上端、所述上连杆一(421)的下端和所述上连杆三(428)的下端同时通过铰链与所述机架一(424)相铰接，所述上连杆一(421)的上端和所述上连杆三(428)的上端均与所述行走机构(430)相铰接，所述下连杆一(418)的上端、所述下连杆二(419)的上端和所述上连杆二(422)的下端同时通过铰链与所述机架二(425)相铰接，所述上连杆二(422)的上端与所述行走机构(430)相铰接。
2.根据权利要求1所述的一种自适应管道清淤机器人，其特征在于，所述感压模块(440)包括应变片，所述下连杆一(418)、所述下连杆二(419)和所述下连杆三(4110)上均设有应变片。
3.根据权利要求1所述的一种自适应管道清淤机器人，其特征在于，所述行走机构(430)包括下壳(431)、上壳(432)、驱动模块、从动模块和履带(433)，从动模块包括驱动轮(434)和从动轮(435)，驱动模块包括驱动电机(436)、皮带传动机构(437)和减速器二(438),所述驱动轮(434)设置在上壳(432)与下壳(431)之间，所述上壳(432)扣在下壳(431)上，所述下壳(431)与上壳(432)之间设有四个圆孔，每个圆孔内均设有轴承，所述驱动轮(434)和皮带传动机构(437)与两个轴承同轴配合，所述从动轮(435)与两个轴承同轴配合，所述驱动电机(436)设置在下壳(431)上，所述减速器二(438)的输入端与驱动电机(436)的输出端相连接，所述减速器二(438)的输出端通过皮带传动机构(437)与驱动轮(434)的旋转中心相连接，所述履带(433)设置在驱动轮(434)与从动轮(435)之间，且履带(433)同时环绕着驱动轮(434)和从动轮(435)。
4.根据权利要求3所述的一种自适应管道清淤机器人，其特征在于，所述弹簧套筒一(426)包括套筒(4261)、杆体(4262)和弹簧(4263)，所述杆体(4262)的一端承插在套筒(4261)内，所述弹簧(4263)设置在套筒(4261)内，且弹簧(4263)的两端分别抵触着套筒(4261)和杆体(4262)，所述套筒(4261)远离杆体(4262)的一端与机架一(424)相铰接，所述杆体(4262)远离套筒(4261)的一端与下壳(431)相铰接。
5.根据权利要求4所述的一种自适应管道清淤机器人，其特征在于，所述弹簧套筒二(427)的结构与所述弹簧套筒一(426)的结构相同。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种自适应管道清淤机器人，其特征在于，所述铰刀清淤机构(2)包括步进电机、转盘(220)、推杆(230)和清淤铰刀(240)，所述步进电机固定在所述壳体(1)的前端，所述转盘(220)与所述步进电机的输出端相连接，所述推杆(230)设置在所述转盘(220)上，所述清淤铰刀(240)设置在所述推杆(230)的输出端。
7.根据权利要求6所述的一种自适应管道清淤机器人，其特征在于，所述推杆(230)为电控推杆。
一种自适应管道清淤机器人
技术领域
[0001] 本发明涉及机器人科学技术领域，尤其涉及一种自适应管道清淤机器人。
背景技术
[0002] 在现代城市中排水设施必不可少，甚至成为保障城市稳定发展，人民生命财产安全的重要防线，是城市居民赖以生存的基础。因此管道堵塞、排水不畅等问题极有可能导致城市内涝进而危及居民安全。管道在使用过程中，由于各种因素的影响，会产生各种各样的管道堵塞与管道故障和损伤。如果不及时对管道进行检测、维修及清理就可能产生事故，造成不必要的损失。然而，市政排水管道具有如下特点：深埋地下3至5米；管径在200至2000mm之间；倾斜度通常不大于0.001；两检查井间的距离根据管径不同在40至120m范围内变化；管道中存在污水和沉积物，管道所处的环境往往是不易直接达到或不允许人们直接进入的，检测及清洗难度很大。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种自适应管道清淤机器人，以克服上述现有技术中的不足。
[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种自适应管道清淤机器人，包括壳体、铰刀清淤机构、摄像头和多个行走装置，铰刀清淤机构设置在壳体上，摄像头设置在壳体上，行走装置包括变径机构、行走机构和感压模块，变径机构设置在壳体上，行走机构设置在变径机构的输出端，感压模块与升降式变径机构相匹配。
[0005] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0006] 进一步，变径机构包括升降式变径机构和角度调节机构，升降式变径机构设置在壳体上，角度调节机构设置在升降式变径机构的输出端，行走机构设置在角度调节机构的输出端。
[0007] 进一步，升降式变径机构包括丝杆支撑座一、丝杆支撑座二、滚珠丝杆、丝杆螺母一、丝杆螺母二、螺母座一、螺母座二和驱动装置，丝杆支撑座一和丝杆支撑座二均设置在壳体上，滚珠丝杆设置在丝杆支撑座一和丝杆支撑座二之间，驱动装置的输出端与滚珠丝杆的一端相连接，丝杆螺母一和丝杆螺母二均设置在滚珠丝杆上，螺母座一和螺母座二分别固定在丝杆螺母一和丝杆螺母二上，螺母座一和螺母座二均与壳体滑动配合，驱动装置在驱动滚珠丝杆转动的过程中丝杆螺母一和丝杆螺母二的移动方向相反；还包括下连杆一、下连杆二和下连杆三，下连杆一的下端和下连杆二的下端同时通过铰链与螺母座一相铰接，下连杆一的上端与角度调节机构相铰接，下连杆二的上端与角度调节机构相铰接，下连杆三的下端通过铰链与与螺母座二相铰接，下连杆三的上端与角度调节机构相连接，下连杆三夹在下连杆一与下连杆二之间，且下连杆三的中部同时与下连杆一的中部和下连杆二的中部相铰接。
[0008] 进一步，角度调节机构包括上连杆一、上连杆二、机架套、机架一、机架二、弹簧套筒一、弹簧套筒二和上连杆三，机架一和机架二分别活动设置在机架套的两端，弹簧套筒一的两端分别与机架一和行走机构相铰接，弹簧套筒二的两端分别与机架二和行走机构相铰接，下连杆三的上端、上连杆一的下端和上连杆三的下端同时通过铰链与机架一相铰接，上连杆一的上端和上连杆三的上端均与行走机构相铰接，下连杆一的上端、下连杆二的上端和上连杆二的下端同时通过铰链与机架二相铰接，上连杆二的上端与行走机构相铰接。
[0009] 进一步，感压模块包括应变片，下连杆一、下连杆二和下连杆三上均设有应变片。
[0010] 进一步，行走机构包括下壳、上壳、驱动模块、从动模块和履带，从动模块包括驱动轮和从动轮，驱动模块包括驱动电机、皮带传动机构和减速器二,驱动轮设置在上壳与下壳之间，上壳扣在下壳上，下壳与上壳之间设有四个圆孔，每个圆孔内均设有轴承，驱动轮和皮带传动机构与两个轴承同轴配合，从动轮与两个轴承同轴配合，驱动电机设置在下壳上，减速器二的输入端与驱动电机的输出端相连接，减速器二的输出端通过皮带传动机构与驱动轮的旋转中心相连接，履带设置在驱动轮与从动轮之间，且履带同时环绕着驱动轮和从动轮。
[0011] 进一步，弹簧套筒一包括套筒、杆体和弹簧，杆体的一端承插在套筒内，弹簧设置在套筒内，且弹簧的两端分别抵触着套筒和杆体，套筒远离杆体的一端与机架一相铰接，杆体远离套筒的一端与下壳相铰接。
[0012] 进一步，弹簧套筒二的结构与弹簧套筒一的结构相同。
[0013] 进一步，铰刀清淤机构包括步进电机、转盘、推杆和清淤铰刀，步进电机固定在壳体的前端，转盘与步进电机的输出端相连接，推杆设置在转盘上，清淤铰刀设置在推杆的输出端。
[0014] 进一步，推杆为电控推杆。
[0015] 在使用时：首先工作人员借助缆绳将机器人从井口放下，到达指定位置后，机器人通过变径机构，使机器人的各行走装置展开，达到稳定支撑，行走机构使机器人能够在管道中稳定的行走，在前行的过程中，通过壳体上的摄像头将管道内部的画面传输给地上的工作人员，同时通过机器人身上的感压模块，主机将自动计算此时机器人所处位置的管径大小，及履带处的大致压力值，根据实验模拟出最适运动状态下的指标，控制系统将通过变径机构自动调整以适应不同的管径，使机器人始终稳定在最有效的工作状态(step1)，当机器人达到最适工作状态,铰刀开始清淤工作,(step2),完成该部分的管道清淤工作后，重复step1前进一段距离在新的位置重复。
[0016] 本发明的有益效果是：
[0017] 1)在将机器人下放到管道内后，可以实时采集管道内部图像，从而便于工作人员了解机器人所处环境，便于及时调整机器人；
[0018] 2)通过利用感压模块来监测数据，便于了解机器人此时所处位置的管径大小，方便实时调整变径机构，以使机器人适应不同的管径，从而使机器人始终稳定在最有效的工作状态；
[0019] 3)采用本发明所述的铰刀清淤机构，这样可以根据管径大小调整铰刀清淤机构的工作范围，确保对管道的可靠、全面的清淤处理。
附图说明
[0020] 图1为本发明所述自适应管道清淤机器人的结构示意图；
[0021] 图2为图1中行走装置的结构示意图；
[0022] 图3为图2中行走机构的结构示意图；
[0023] 图4为图1中铰刀清淤机构的结构示意图；
[0024] 图5为图1中壳体的结构示意图；
[0025] 图6为图2中弹簧套筒一的结构示意图；
[0026] 图7为变径机构的部分结构示意图。
具体实施方式
[0027] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0028] 如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，一种自适应管道清淤机器人，包括壳体1、铰刀清淤机构2、摄像头3和多个行走装置4，铰刀清淤机构2设置在壳体1的前端，摄像头3设置在壳体1上，摄像头3最好是设置在壳体1的前端，行走装置4的数量最好为三个，其中，行走装置4包括变径机构、行走机构430和感压模块440，变径机构设置在壳体1上，行走机构430设置在变径机构的输出端，感压模块440与升降式变径机构410相匹配。
[0029] 壳体1包括前盖110、壳瓣120和后盖130，前盖110呈圆柱状，后盖130呈圆柱状，壳瓣120呈扇环形，壳瓣120设置在前盖110与后盖130之间，在本实施例中，由于行走装置4的数量为三个，因此，壳瓣120的数量也为三个，且三个壳瓣120呈圆形布置，任意两个壳瓣120之间具有间隙。
[0030] 铰刀清淤机构2包括步进电机、转盘220、三个推杆230、三个清淤铰刀240和三个盖板210，三个推杆230均与转盘220相固定，三个盖板210分别罩着三个推杆230，三个清淤铰刀240分别与三个推杆230的输出端相连接，步进电机的输出端与转盘220的旋转中心相连接，而步进电机固定在前盖110上，三个推杆230均采用电动推杆，即可以进行长短的伸缩。
[0031] 变径机构包括升降式变径机构410和角度调节机构420，升降式变径机构410设置在壳体1上，角度调节机构420设置在升降式变径机构410的输出端，行走机构430设置在角度调节机构420的输出端。
[0032] 升降式变径机构410包括丝杆支撑座一411、丝杆支撑座二412、滚珠丝杆413、丝杆螺母一414、丝杆螺母二415、螺母座一416、螺母座二417、驱动装置、下连杆一418、下连杆二419和下连杆三4110。
[0033] 壳体1还包括支座一140和支座二150，支座一140和支座二150均设置在三个壳瓣120所围的区域内，且支座一140靠近前盖110布置，支座二150靠近后盖130布置，丝杆支撑座一411设置在支座一140上，丝杆支撑座二412设置在支座二150上。滚珠丝杆413的左端与丝杆支撑座一411相连接，丝杆支撑座二412的右端与丝杆支撑座二412相连接，驱动装置包括丝杆电机一4111和减速器一4112，丝杆电机一4111通过电机支架固定在后盖130内，丝杆电机一4111的输出端与减速器一4112的输入端相连接，减速器一4112的输出端与滚珠丝杆
413的右端相连接，这样丝杆电机一4111启动后将带动减速器一4112转动，减速器一4112再带动滚珠丝杆413转动。滚珠丝杆413分为左右两段，其中，左段上设有左旋螺纹，右段上设有右旋螺纹，丝杆螺母一414设置在滚珠丝杆413设置了左旋螺纹的部分上，丝杆螺母二415设置在滚珠丝杆413设置了右旋螺纹的部分上，丝杆电机一4111在驱动滚珠丝杆413转动的过程中丝杆螺母一414和丝杆螺母二415的移动方向相反，即丝杆螺母一414和丝杆螺母二
415可以相互靠近和相互远离。丝杆螺母一414与滚珠丝杆413之间构成丝杆螺母副，丝杆螺母二415与滚珠丝杆413之间也构成丝杆螺母副。
[0034] 螺母座一416和螺母座二417分别设置在丝杆螺母一414和丝杆螺母二415上，螺母座一416卡在两个壳瓣120之间，且螺母座一416上的轴承能卡在壳瓣120上的滑槽内滑动，实现螺母座一416与壳体1之间的滑动配合，螺母座二417也卡在两个壳瓣120之间，且螺母座二417上的轴承能卡在壳瓣120上的滑槽内滑动，实现螺母座二417与壳体1之间的滑动配合。
[0035] 下连杆一418的下端和下连杆二419的下端同时通过铰链与螺母座一416相铰接，且下连杆一418和下连杆二419分别位于螺母座一416的两侧，下连杆一418的上端和下连杆二419的上端均通过铰链与角度调节机构420相铰接。下连杆三4110的下端通过铰链与螺母座二417相铰接，下连杆三4110的上端通过铰链与角度调节机构420相连接，下连杆三4110夹在下连杆一418与下连杆二419之间，且下连杆三4110的中部、下连杆一418的中部和下连杆二419的中部通过铰链相铰接。
[0036] 角度调节机构420包括上连杆一421、上连杆二422、机架套423、机架一424、机架二425、两个弹簧套筒一426、两个弹簧套筒二427和上连杆三428，机架一424和机架二425均呈Y字型。
[0037] 机架一424的左端承插在机架套423的左端内，且机架一424承插到机架套423内的一端可在机架套423内移动，下连杆三4110的上端、上连杆一421的下端、上连杆三428的下端和机架一424的右端通过铰链相铰接，两个弹簧套筒一426的下端均通过铰链与机架一424的右端相铰接，两个弹簧套筒一426分别布置在机架一424的两侧。机架二425的右端承插在机架套423的右端内，且机架二425承插到机架套423内的一端可在机架套423内移动，下连杆一418的上端、下连杆二419的上端、上连杆二422的下端、机架二425的右端通过铰链相铰接。上连杆一421的上端通过铰链与行走机构430相铰接，上连杆三428的上端通过铰链与行走机构430，上连杆二422的上端通过铰链与行走机构430相铰接，两个弹簧套筒一426的上端均通过铰链与行走机构430相铰接，当弹簧套筒一426安装好后，平衡状态下，其(弹簧套筒一426)两端铰链中心的距离和上连杆一421的长度相同，同理，弹簧套筒二427安装好后，平衡状态下，其(弹簧套筒二427)两端铰链中心的距离和上连杆二422的长度相同。
[0038] 弹簧套筒一426包括套筒4261、杆体4262和弹簧4263，杆体4262的一端承插在套筒4261内，弹簧4263设置在套筒4261内，且弹簧4263的两端分别抵触着套筒4261和杆体4262，套筒4261远离杆体4262的一端与机架一424相铰接，杆体4262远离套筒4261的一端与行走机构430相铰接。弹簧套筒二427和弹簧套筒一426的结构相同。感压模块440包括应变片，且下连杆一418、下连杆二419和下连杆三4110上均设有应变片，应变片贴在下连杆一418、下连杆二419或下连杆三4110上，通过测量杆受力时产生的变形进而测得杆的受力，最终感压模块440将应变片感测到的数据传输至主机。
[0039] 行走机构430包括下壳431、上壳432、驱动模块、从动模块、履带433，上连杆二422的上端、上连杆三428的上端、上连杆一421的上端、弹簧套筒一426的上端和弹簧套筒二427的上端分别通过铰链与下壳431相铰接。
[0040] 从动模块包括驱动轮434、从动轮435，驱动模块包括驱动电机436、皮带传动机构437和减速器二438,驱动轮434设置在上壳432与下壳431之间，上壳432扣在下壳431上，下壳431与上壳432之间设有四个圆孔，每个圆孔内均设有轴承，驱动轮434、皮带传动机构437与两个轴承同轴配合，从动轮435与两个轴承同轴配合，驱动电机436设置在下壳431上，减速器二438的输入端与驱动电机436的输出端相连接，减速器二438的输出端通过皮带传动机构437与驱动轮434的旋转中心相连接，当驱动电机436启动后，能够带着驱动轮434进行转动，履带433设置在驱动轮434与从动轮435之间，且履带433同时环绕着驱动轮434和从动轮435。行走机构430还包括长条密封橡胶一439，长条密封橡胶一439设置在上壳432与下壳
431之间。
[0041] 另外，驱动轮434与下壳431、上壳432之间设有密封结构，密封结构由动密封盖一、双层O型橡胶圈一、O型弹力圈一、以及O型动密封圈一组成，双层O型橡胶圈一安装在下壳431的圆形滑槽处，动密封盖一与轴承同轴连接，O型弹力圈一，以及O型弹力圈一安装在动密封盖一内部，O型动密封圈一与皮带传动机构437的轴相接触。通过双层O型橡胶圈一实现静密封，通过O型动密封圈一实现动密封，O型弹力圈一为O型动密封圈一提供弹力，加强动密封效果。当履带433运作时，水不能从动密封盖一与下壳431之间的间隙通过(静密封)，也不能从轴与动密封盖一之间的间隙通过(动密封)。
[0042] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
