专利名称：污水管道清理检测机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管道机器人，尤指一种污水管道清理检测机器人。
背景技术：
污水管道是城市基础设施中必不可少的地下管线之一。由于污水管道的堵塞，污 水溢出常有发生，影响居民的正常生活、城市环境和交通，特别是污水管道的破裂，由于不 能被及时发现，常常导致环境污染，地面下陷，甚至可能影响附近建筑的安全。目前各国研究使用的管道机器人由本体和检测系统组成，由于其解决污水管道的 驱动能力小，不足以完成污水管道的清理工作。其只能检测管道，并且在污水管道输送污水 的情况下不能进行检测。而真正具有清理、检测功能的污水管道机器人的研制至今尚属空 白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污水管道清理检测机器人，其体积小巧紧凑、同时具 有清理及检测管道内部污物的作用。为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为一种污水管道清理检测机器人，其 包括清理装置、行走装置、检测装置、控制行走装置动作的液压动力装置及控制液压动力装 置工作的控制部分，所述清理装置包括切割头、联轴器及液压马达，所述联轴器的左右端分 别连接固定切割头及液压马达，所述行走装置包括第一、二支架、前、后腿机构、第一、二前 端盖、第一、二后端盖及推进油缸，所述第一前、后端盖分别通过螺栓固定于第一支架的左 右端，所述第二前、后端盖分别通过螺栓固定于第二支架的左右端，所述前、后腿机构分别 包括三个第一、二支腿、三个V形的第一、二支撑杆、三个第一、二连接杆、一个第一、二同步 盘及三个第一、二支腿油缸，所述第一、二同步盘分别套接于第一、二后端盖左部的空心轴 上，所述第一、二同步盘上分别连接三个第一、二支腿油缸，所述第一、二同步盘上与所述第 一、二支腿油缸位置相对处铰接三个第一、二支撑杆的一端，所述各第一、二支撑杆的中间 分别与第一、二支架铰接，所述三个第一、二支撑杆的另一端分别与所述三个第一、二支腿 右端铰接，所述三个第一、二支腿左端分别与三个第一、二连接杆一端铰接，所述三个第一、 二连接杆的另一端分别与第一、二支架铰接，所述第一后端盖尾部连接推进油缸，所述推进 油缸另一端伸入第二前端盖及第二支架内腔，所述检测装置设于第一支架右端。
本发明污水管道清理检测机器人，其中所述液压动力装置包括电磁阀一、二、三、 比例换向阀、顺序阀、分流阀、溢流阀、液压泵、吸油滤油器、回油滤油器、油箱及电机，所述 电机浸在油箱中，所述吸、回油滤油器与油箱通过管路相连通，所述吸油滤油器出液口通过 管路与液压泵连接，所述液压泵出液口通过管路与分流阀连接，所述液压马达、第二、一支 腿油缸及推进油缸分别通过管路连接电磁阀一、二、三及比例换向阀的工作油口，所述分流 阀通过一管路与电磁阀一进液口连接，所述分流阀通过另一管路与电磁阀二、三及比例换 向阀的进液口连接，所述比例换向阀与分流阀之间通过管路连接顺序阀，所述电磁阀一、二、三及比例换向阀的出液口通过管路与回油滤油器连接，所述液压泵的出液口与回油滤 油器的进液口之间通过管路连接溢流阀，所述油箱为密封桶，所述电磁阀一、二、三、比例换 向阀、顺序阀、分流阀、溢流阀、液压泵、吸油滤油器及回油滤油器均设于油箱中，所述油箱 与所述第二后端盖尾部铰接。本发明污水管道 清理检测机器人，其中所述液压马达与联轴器之间通过半圆键固定。本发明污水管道清理检测机器人，其中所述联轴器左端与切割头之间通过螺栓连 接，所述切割头与联轴器之间设有两个轴承，所述两个轴承之间设有隔套。本发明污水管道清理检测机器人，其中所述第一前端盖左部的空心轴插接固定于 切割头右端空腔，所述第一前端盖左端面螺接一螺母。本发明污水管道清理检测机器人，其中所述切割头由切割头本体及毛刷连接构 成，所述切割头本体由空心轴及空心轴外表面均布的若干个轮毂构成，所述毛刷与轮毂尾 部连接。本发明污水管道清理检测机器人，其中所述检测装置由超声探头及橡胶护套组 成，所述超声探头设于第一支架右端外表面凹槽中，所述橡胶护套放置于超声探头外部并 与所述凹槽扣合连接。采用上述方案后，本发明污水管道清理检测机器人利用控制部分操纵液压控制装 置，而液压控制装置通过操纵清理装置工作状态，通过操纵行走装置行走状态，检测装置设 于行走装置的第一支架尾部，各装置之间顺序连接，结构紧凑体积小巧，其形状适合在管道 内作业，并且同时具有清理及检测管道的功能。
图1是本发明污水管道清理检测机器人的清理、检测及行走装置的连接结构示意 图；图2是图1的A-A向剖视示意图；图3是本发明污水管道清理检测机器人的液压动力装置的结构示意图。
具体实施例方式本发明污水管道清理检测机器人包括清理装置1、行走装置2、检测装置3、液压动 力装置4及控制液压动力装置4工作的控制部分。请参阅图1及图2所示，清理装置1包括切割头11、联轴器12及液压马达13，联 轴器12的左右端分别连接固定切割头11及液压马达13。切割头11由切割头本体111及 毛刷112连接构成，切割头本体111由空心轴1111及空心轴1111外表面均布的若干个轮 毂1112构成，毛刷112与轮毂1112尾部连接。液压马达13与联轴器12之间通过半圆键 5固定，联轴器12左端与切割头11之间通过螺栓连接，切割头11与联轴器12之间设有两 个轴承6，两个轴承6之间设有隔套8。行走装置2包括第一支架21、第二支架22、前腿机构23、后腿机构24、第一前端盖 25、第二前端盖26、第一后端盖27、第二后端盖28及推进油缸29，第一前端盖25、第一后端 盖27分别通过螺栓固定于第一支架21的左右端，第一前端盖25左部的空心轴插接固定于切割头11右端空腔，第一前端盖25左端面螺接一螺母7，第二前端盖26、第二后端盖28分 别通过螺栓固定于第二支架22的左右端，前腿机构23包括三个第一支腿231、三个V形的 第一支撑杆232、三个第一连接杆233、一个第一同步盘234及三个第一支腿油缸235，第一 同步盘234套接于第一后端盖27左部的空心轴上，第一同步盘234上连接三个第一支腿油 缸235，第一同步盘234上与第一支腿油缸235位置相对处铰接三个第一支撑杆232的一 端，三个第一支撑杆232均布于第一同步盘234的圆周上，各第一支撑杆232的中间与第一 支架21铰接，三个第一支撑杆232的另一端分别与三个第一支腿231右端铰接，三个第一 支腿231左端分别与三个第一连接杆233 —端铰接，三个第一连接杆233的另一端与第一 支架21铰接，第二同步盘244套接于第二后端盖28左部的空心轴上，第二同步盘244上连 接三个第二支腿油缸245，第二同步盘244上与第二支腿油缸245位置相对处铰接三个第 二支撑杆242的一端，三个第二支撑杆242均布于第二同步盘244的圆周上，各第二支撑杆 242的中间与第二支架22铰接，三个第二支撑杆242的另一端分别与三个第二支腿241右 端铰接，三个第二支腿241左端分别与三个第二连接杆243 —端铰接，三个第二连接杆243 的另一端与第二支架22铰接，第一后端盖27尾部连接推进油缸29，推进油缸29另一端伸 入第二前端盖26及第二支架22内腔。检测装置3设于第一支架21右端。检测装置3由超声探头31及橡胶护套32组 成，超声探头31设于第一支架21右端外表面凹槽211中，橡胶护套32放置于超声探头31 外部并与凹槽211扣合连接。 参阅图3所示，液压动力装置4包括电磁阀一 411、电磁阀二 412、电磁阀三413、比 例换向阀42、顺序阀43、分流阀44、溢流阀45、液压泵46、吸油滤油器47、回油滤油器48、 油箱49及电机，电机浸在油箱49中(图中未示出)，吸油滤油器47、回油滤油器48与油箱 49均通过管路相连通，吸油滤油器47出液口通过管路与液压泵46连接，液压泵46出液口 通过管路与分流阀44连接，液压马达13、第二支腿油缸245、第一支腿油缸235及推进油缸 29分别通过管路连接电磁阀一 411、电磁阀二 412、电磁阀三413及比例换向阀42的工作油 口，分流阀44通过一管路与电磁阀一 411进液口连接，分流阀44通过另一管路与电磁阀二 412、电磁阀三413及比例换向阀42的进液口连接，比例换向阀42与分流阀44之间通过管 路连接顺序阀43，电磁阀一 411、电磁阀二 412、电磁阀三413及比例换向阀42的出液口通 过管路与回油滤油器48连接，液压泵46的出液口与回油滤油器48的进液口之间通过管路 连接溢流阀45，油箱49为密封桶，电磁阀一 411、电磁阀二 412、电磁阀三413、比例换向阀 42、顺序阀43、分流阀44、溢流阀45、液压泵46、吸油滤油器47及回油滤油器48均设于油 箱49中，油箱49与第二后端盖28尾部铰接。结合图3所示，工作时，先设置好控制部分，通过控制部分使油箱49内的电机启 动，使电磁阀一 411的左电磁铁通电，液压马达13就会一直正转，液压马达13带动切割头 11转动，切割头11上的毛刷112清理污水管道上的污物。若要机器人前进时，首先电磁阀二 412的左电磁铁通电使第二支腿油缸245伸出， 第二支腿油缸245驱动第二支腿241和污水管壁贴紧，为机器人前进提供反力；接着电磁阀 三413断电处于中位，由于第一支腿油缸235为差动缸，其可以使第一支腿231以较小的力 压在污水管道内壁上，保证机器人切割头11与管道内壁同心避免切割到管壁，同时也为切 割头提供反扭矩；接着比例换向阀42的左电磁铁通电，当此路压力达到顺序阀43的调定压力后，使推进油缸29伸出驱动机器人的前腿机构23向前移动一个行程；当推进油缸29的行程结束后，电磁阀二 412的右电磁铁通电，使第二支腿油缸245缩回，驱动第二支腿241 离开管壁；接着电磁阀三413的左电磁铁通电，使第一支腿油缸235伸出，使第一支腿231 和污水管壁贴紧，为机器人前进提供反力；接着比例换向阀42的右电磁铁通电，当此路压 力达到顺序阀43的调定压力后，使推进油缸29缩回，驱动机器人的后腿机构24向前移动 一个行程。到此机器人完成前进的一个循环。重复上述动作，机器人可不断向前运动。若要机器人后退时，先将电磁阀一 411断电，液压马达13停转。电磁阀二 412的 左电磁铁通电使第二支腿油缸245伸出，驱动第二支腿241和污水管壁贴紧，为机器人后退 提供反力；接着电磁阀三413的右电磁铁通电第一支腿油缸235缩回，使第一支腿231离开 污水管壁；接着比例换向阀42右电磁铁通电，当此路压力达到顺序阀43的调定压力后，使 推进油缸29缩回驱动机器人的前腿机构23向后移动一个行程；推进油缸29行程结束后， 电磁阀二 412的右电磁铁通电第二支腿油缸245缩回，驱动第二支腿241离开污水管壁；接 着电磁阀三413的左电磁铁通电第一支腿油缸235伸出，使第一支腿231和污水管壁贴紧， 为机器人后退提供反力；接着比例换向阀42的左电磁铁通电，当此路压力达到顺序阀43的 调定压力后，使推进油缸29伸出驱动机器人后腿机构24向后移动一个行程。到此，机器人 完成后退的一个循环。重复上述动作，机器人可不断向后运动。在机器人前节的尾部周向装有可覆盖整个管道断面的超声探头31，利用超声探头 31的超声波传递给地面上的控制部分，观察掌握机器人的工作情况和对管道表面缺陷的图 像检测。橡胶护套32对超声探头起固定和保护作用，并利用橡胶护套32和污水管壁的接 触实现耦合，提高超声波声能的传递。本发明污水管道清理检测机器人利用控制部分操纵液压控制装置4，而液压控制 装置4通过电磁阀一 411操纵清理装置1工作状态，通过电磁阀二 412、电磁阀三413操纵 行走装置2行走状态，检测装置3设于行走装置2的第一支架21尾部，各装置之间顺序连 接，结构紧凑体积小巧，其形状适合在管道内作业，并且同时具有清理及检测管道的功能。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技 术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
一种污水管道清理检测机器人，其特征在于包括清理装置(1)、行走装置(2)、检测装置(3)、控制行走装置(2)动作的液压动力装置(4)及控制液压动力装置(4)工作的控制部分，所述清理装置(1)包括切割头(11)、联轴器(12)及液压马达(13)，所述联轴器(12)的左右端分别连接固定切割头(11)及液压马达(13)，所述行走装置(2)包括第一、二支架(21，22)、前、后腿机构(23，24)、第一、二前端盖(25，26)、第一、二后端盖(27，28)及推进油缸(29)，所述第一前、后端盖(25，27)分别通过螺栓固定于第一支架(21)的左右端，所述第二前、后端盖(26，28)分别通过螺栓固定于第二支架(22)的左右端，所述前、后腿机构(23，24)分别包括三个第一、二支腿(231，241)、三个V形的第一、二支撑杆(232，242)、三个第一、二连接杆(233，243)、一个第一、二同步盘(234，244)及三个第一、二支腿油缸(235，245)，所述第一、二同步盘(234，244)分别套接于第一、二后端盖(27，28)左部的空心轴上，所述第一、二同步盘(234，244)上分别连接三个第一、二支腿油缸(235，245)，所述第一、二同步盘(234，244)上与所述第一、二支腿油缸(235，245)位置相对处铰接三个第一、二支撑杆(232，242)的一端，所述各第一、二支撑杆(232，242)的中间分别与第一、二支架(21，22)铰接，所述三个第一、二支撑杆(232，242)的另一端分别与所述三个第一、二支腿(231，241)右端铰接，所述三个第一、二支腿(231，241)左端分别与三个第一、二连接杆(233，243)一端铰接，所述三个第一、二连接杆(233，243)的另一端分别与第一、二支架(21，22)铰接，所述第一后端盖(27)尾部连接推进油缸(29)，所述推进油缸(29)另一端伸入第二前端盖(26)及第二支架(22)内腔，所述检测装置(3)设于第一支架(21)右端。
2.如权利要求1所述的污水管道清理检测机器人，其特征在于所述液压动力装置(4) 包括电磁阀一、二、三(411，412，413)、比例换向阀(42)、顺序阀(43)、分流阀(44)、溢流阀 (45)、液压泵(46)、吸油滤油器(47)、回油滤油器(48)、油箱(49)及电机，所述电机浸在 油箱(49)中，所述吸、回油滤油器(47，48)与油箱(49)通过管路相连通，所述吸油滤油器 (47)出液口通过管路与液压泵(46)连接，所述液压泵(46)出液口通过管路与分流阀(44) 连接，所述液压马达(13)、第二、一支腿油缸(245，235)及推进油缸(29)分别通过管路连接 电磁阀一、二、三(411，412，413)及比例换向阀(42)的工作油口，所述分流阀(44)通过一 管路与电磁阀一(411)进液口连接，所述分流阀(44)通过另一管路与电磁阀二、三(412， 413)及比例换向阀(42)的进液口连接，所述比例换向阀(42)与分流阀(44)之间通过管路 连接顺序阀(43)，所述电磁阀一、二、三(411,412,413)及比例换向阀(42)的出液口通过管 路与回油滤油器(48)连接，所述液压泵(46)的出液口与回油滤油器(48)的进液口之间通 过管路连接溢流阀(45)，所述油箱(49)为密封桶，所述电磁阀一、二、三(411，412，413)、比 例换向阀(42)、顺序阀(43)、分流阀(44)、溢流阀(45)、液压泵(46)、吸油滤油器(47)及回 油滤油器(48)均设于油箱(49)中，所述油箱(49)与所述第二后端盖(28)尾部铰接。
3.如权利要求2所述的污水管道清理检测机器人，其特征在于所述液压马达(13)与 联轴器(12)之间通过半圆键(5)固定。
4.如权利要求3所述的污水管道清理检测机器人，其特征在于所述联轴器(12)左端 与切割头(11)之间通过螺栓连接，所述切割头(11)与联轴器(12)之间设有两个轴承(6)， 所述两个轴承(6)之间设有隔套(7)。
5.如权利要求4所述的污水管道清理检测机器人，其特征在于所述第一前端盖(25) 左部的空心轴插接固定于切割头(11)右端空腔，所述第一前端盖(25)左端面螺接一螺母⑶。
6.如权利要求5所述的污水管道清理检测机器人，其特征在于所述切割头(11)由切 割头本体(111)及毛刷(112)连接构成，所述切割头本体(111)由空心轴(1111)及空心轴 (1111)外表面均布的若干个轮毂(1112)构成，所述毛刷(112)与轮毂(1112)尾部连接。
7.如权利要求6所述的污水管道清理检测机器人，其特征在于所述检测装置(3)由 超声探头(31)及橡胶护套(32)组成，所述超声探头(31)设于第一支架(21)右端外表面 凹槽(211)中，所述橡胶护套(32)放置于超声探头(31)外部并与所述凹槽(211)扣合连 接。
全文摘要
一种污水管道清理检测机器人，主要应用于污水管道中，包括清理装置、行走装置、检测装置、液压动力装置及控制液压动力装置工作的控制部分，清理装置安装于行走装置的第一前端盖上，检测装置安装于行走装置的第一后端盖上，液压动力装置通过销轴与行走装置的第二后端盖铰接，通过控制部分对液压动力装置操作，使液压动力装置工作，通过调整其上各电磁阀启闭，使机器人行走实现整个污水管道的清理，同时通过检测装置对管道的实地检测传递到控制部分，使外界能观测到管道内的情况，本发明体积小巧紧凑，适合清理及检测各种污水管道。
文档编号E03F9/00GK101864803SQ20101014619
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月13日 优先权日2010年4月13日
发明者刘小峰, 张志兵 申请人:山东科技大学