全自动井盖维护智能机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种全自动井盖维护智能机器人，包括履带式智能移动平台、机器视觉系统、井盖提取机构、井盖清理机构、控制及通讯系统、供电系统、井盖清洗机构、储物箱。本实用新型通过设计的井盖提取机构，实现了对不同型号的井盖的抓取、抬升和布放功能；利用井盖清理机构，实现了对井盖全方位的清理和清扫功能；并且利用井盖清洗机构，实现了对井盖上污物的去除和清洗的功能。另外，本实用新型还提出了对应井盖的三种不同的清洗模式。总之，本实用新型降低了现有的井盖清理、更换和回收成本，节约了大量的劳动力，机械结构简单、高效，机器人工作效率高、自动化程度高，具有较高的社会经济价值。
【专利说明】
全自动井盖维护智能机器人
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种针对小区或市政道路上的井盖进行清理、自动安装更换、自动回收等维护工作的智能机器人，属于自动化、智能机器人领域。
【背景技术】
[0002]在城市小区、城市道路或环境绿化区域经常会有设置井盖，通过井盖来实现方便对相应区域的地下各类疏通管道的开口检查或维护等管理工作。井盖上的通孔的作用很大，一来方便工人维修下水道，揭开井盖;二来也起到释放沼气避免爆炸的作用。然而由于这些井盖的安装位置较低，由于路面上垃圾较多，很容易在井盖面的漏水通孔处形成堵孔现象，这直接不利于发挥井盖漏水通孔的功能，甚至是造成地面严重积水现象，导致安全隐患产生。
[0003]此时需要环卫工人或相关工作人员时常对井盖维护，包括清理井盖、启封井盖清理淤泥，以便及时排除堵塞。因此井盖上的通孔的是否畅通，直接关系到人民的生命财产安全。另外，传统的施工工艺，井盖座会直接把来自上方的压力垂直传到检查井井口端面，随着重型车辆行驶的日益增多，在不断受到压力的冲击后，容易造成井盖碎裂、下沉，破坏了路面结构，减少了道路的使用寿命。当井盖发生断裂等故障时，为了保障行人及行车的安全，必须及时更换，此时需要环卫工人或相关工作人员使用专门的工具插入盖体通孔中，将损坏的井盖吊起，然后更换上新的井盖。
[0004]但是这种方式需要工作人员亲自操作，费时费力。目前市场上尚未出现能实现自动对井盖进行清理、自动安装更换、自动回收的智能机器人。例如实用新型专利201510453182.2公布了一种井盖通孔清理装置，包括设有漏水通孔的井盖本体，相邻漏水通孔之间设有盖体通孔连接体，在盖体通孔连接体背面设有向上凹进的收纳槽，收纳槽内设有升降旋转清扫刷以及驱动升降旋转清扫刷的驱动电机及控制电路，平时升降旋转清扫刷收纳在盖体连接体背部的收纳槽内，需要进行清理漏水通孔时，打开清扫刷，刷体从收纳槽内下降出来至漏水通孔底部并旋转至通孔孔位底部处实现对漏水通孔的清理去堵;清扫刷采用朝向漏水通孔的钢丝毛刷体，清扫刷设在清扫横杆上，清扫横杆连接在升降杆底部处。可以及时有效自动实现对井盖安装面上的通孔进行清理去堵，可保持井盖漏水通孔通畅性，充分发挥井盖漏水通孔本身应有功效作用。但是该机构仍然需要工人操作，费时费力。并且该机构只是简单的对井盖上通孔进行清理去堵，并不能对井盖进行边缘处等的清理、井盖的自动更换、自动回收等操作。
【实用新型内容】
[0005]针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种全自动井盖维护智能机器人。
[0006]本实用新型的技术方案如下:
[0007]—种全自动井盖维护机器人智能机器人，包括:履带式智能移动平台、机器视觉系统、井盖提取机构、井盖清理机构、控制及通讯系统、供电系统、井盖清洗机构、储物箱。机器视觉系统、控制及通讯系统、供电系统、井盖清洗机构、储物箱均安装于履带式智能移动平台上，履带式智能移动平台的前端还连接有井盖提取机构、井盖清理机构，履带式智能移动平台、机器视觉系统、井盖提取机构、井盖清理机构、供电系统、井盖清洗机构均与控制及通讯系统连接，供电系统与机器人的用电器件连接并为其供电。
[0008]所述履带式智能移动平台为全地形履带机器车，该移动平台结构紧凑、适应性能强，运行平稳，适用于恶劣环境中作业。该移动平台可以实现直行、原地转圈、转弯和后退等功能，而且独有的履带系统可以轻松越过普通的路障或者沟壑等。此外，通过设置承载履带的尼龙托辊，减少了履带使用时的损坏，降低使用成本。
[0009]所述机器视觉系统用于为整套智能机器人提供视觉导航等功能，具体的包括:道路导航视觉摄像机、双目视觉摄像机、道路导航视觉摄像机云台、双目视觉摄像机支架。其中，道路导航视觉摄像机用于为智能机器人行进过程中提供前方路况信息，并实时反馈给控制器供其分析、决策，当然道路导航视觉摄像机还可以为智能机器人的避障提供重要信息。其中的双目视觉摄像机则用来为当智能机器人进行井盖清理、安装和回收时提供井盖、井盖通风口的三维坐标信息，供井盖提取机构和井盖清理机构使用并进行相关的后续动作。具体的连接和安装方式为:道路导航视觉摄像机安装在道路导航视觉摄像机云台上，道路导航视觉摄像机云台固定在履带式智能移动平台，并且随道路导航视觉摄像机云台的运动而实现对空间中任意位置的摄像。双目视觉摄像机固定在双目视觉摄像机支架上，双目视觉摄像机支架则固定在井盖提取机构上。
[0010]所述井盖提取机构包括:井盖提取机械臂、井盖提取主爪管、井盖提取副爪管、井盖提取爪管纵向伸缩机构、井盖提取爪管横向伸缩机构。
[0011 ]所述井盖提取机械臂为普通的机械臂，固定在全地形履带机器车的前端，其自由度至少为4个，自由度越高，当井盖提取机械臂到达三维空间中的任意坐标点时越灵活。
[0012]所述井盖提取主爪管包括:主爪管本体、主爪管分散头、主爪管导杆、主爪管伸缩电机、主爪管伸缩电机支架、主爪管弹簧。
[0013]所述主爪管本体为筒状结构，主爪管本体的顶端部为封闭结构，沿径向留有均匀的孔，主爪管分散头安装在主爪管本体径向的孔中，且主爪管分散头为前细后粗结构，套有主爪管弹簧。主爪管导杆为光滑的导杆，前端较粗，呈现锥形结构，设置在主爪管本体中，且前端的位置与主爪管分散头所在位置平齐，主爪管导杆的末端连接主爪管伸缩电机，主爪管伸缩电机机身固定在连接主爪管伸缩电机支架，主爪管伸缩电机支架则固定在井盖提取主爪管纵向伸缩机构前端。效果为:①主爪管伸缩电机向前运动时，带动主爪管导杆向前运动，进而推动主爪管分散头在主爪管本体径向的孔中沿径向向外运动，即:从主爪管本体凸出，此时如果主爪管本体位于井盖的通风口中，则会将通风口堵死，便于对井盖进行抓取操作。②相反的，当主爪管伸缩电机向后运动时，带动主爪管导杆向后运动，进而推动主爪管分散头在主爪管本体径向的孔中沿径向向内运动，即:从主爪管本体凹入，此时如果主爪管本体位于井盖的通风口中，则会将通风口松开，便于对井盖进行分离操作。
[0014]相对应的，所述井盖提取副爪管包括:副爪管本体、副爪管分散头、副爪管导杆、副爪管伸缩电机、副爪管伸缩电机支架。
[0015]所述副爪管本体为筒状结构，副爪管本体的顶端部为封闭结构，沿径向留有均匀的孔，副爪管分散头安装在副爪管本体径向的孔中，且副爪管分散头为前细后粗结构，套有副爪管弹簧。副爪管导杆为光滑的导杆，前端较粗，呈现锥形结构，设置在副爪管本体中，且前端的位置与副爪管分散头所在位置平齐，副爪管导杆的末端连接副爪管伸缩电机，副爪管伸缩电机机身固定在连接副爪管伸缩电机支架，副爪管伸缩电机支架则固定在井盖提取副爪管纵向伸缩机构前端。效果为:①副爪管伸缩电机向前运动时，带动副爪管导杆向前运动，进而推动副爪管分散头在副爪管本体径向的孔中沿径向向外运动，即:从副爪管本体凸出，此时如果副爪管本体位于井盖的通风口中，则会将通风口堵死，便于对井盖进行抓取操作。②相反的，副爪管伸缩电机向后运动时，带动副爪管导杆向后运动，进而推动副爪管分散头在副爪管本体径向的孔中沿径向向内运动，即:从副爪管本体凹入，此时如果副爪管本体位于井盖的通风口中，则会将通风口松开，便于对井盖进行分离操作。
[0016]详尽的，所述井盖提取爪管纵向伸缩机构为两套，分别对应井盖提取主爪管和井盖提取副爪管使用，结构完全相同，只是位置相互对称。包括:井盖提取主爪管纵向伸缩机构、井盖提取副爪管纵向伸缩机构。
[0017]所述井盖提取主爪管纵向伸缩机构包括:主爪管纵向伸缩伺服电机、主爪管纵向伸缩伺服电机支架。显然，主爪管纵向伸缩伺服电机固定在主爪管纵向伸缩伺服电机支架上，且主爪管纵向伸缩伺服电机支架通过螺栓结构固定在井盖提取主爪管横臂的顶端。相对应的，所述井盖提取副爪管纵向伸缩机构包括:副爪管纵向伸缩伺服电机、副爪管纵向伸缩伺服电机支架。显然，副爪管纵向伸缩伺服电机固定在副爪管纵向伸缩伺服电机支架上，且副爪管纵向伸缩伺服电机支架通过螺栓结构固定在井盖提取副爪管横臂的顶端。
[0018]上述机构的效果为:对于井盖提取主爪管纵向伸缩机构来说，主爪管纵向伸缩伺服电机的主轴连接井盖提取主爪管，主爪管纵向伸缩伺服电机的机身连接主爪管纵向伸缩伺服电机支架，且主爪管纵向伸缩伺服电机支架由上述知，固定在井盖提取主爪管横臂的顶端。通过主爪管纵向伸缩伺服电机的伸缩运动，从而带动井盖提取主爪管与井盖提取主爪管横臂间距的改变，若此时井盖提取主爪管上存在井盖，则可以带动井盖相对井盖提取主爪管横臂的上升与下降。相应的，对于井盖提取副爪管纵向伸缩机构来讲，效果是一样的。原因为:由于井盖上的通风口为两个，且相对中心圆点处对称设置，因此，所述井盖提取主爪管和井盖提取副爪管为相同的、对称机构，两者通过井盖提取主爪管横臂连接，井盖提取主爪管横臂则固定在井盖提取机械臂的顶部中心处。
[0019]所述井盖提取爪管横向伸缩机构包括:井盖提取主爪管横臂、井盖提取主爪管滑竿、主爪管横臂伸缩电机;井盖提取副爪管横臂、井盖提取副爪管滑竿、副爪管横臂伸缩电机。上述结构的机械配合关系为:井盖提取主爪管横臂连接主爪管横臂伸缩电机的机身，主爪管横臂伸缩电机的主轴固定在井盖提取主爪管滑竿，通过主爪管横臂伸缩电机的伸缩作用，从而带动井盖提取主爪管横臂和井盖提取主爪管滑竿之间相对距离的改变，并且，由于主爪管纵向伸缩伺服电机支架通过螺栓结构固定在井盖提取主爪管横臂的顶端，从而带动井盖提取主爪管纵向伸缩机构使之与井盖提取主爪管横臂的距离改变。
[0020]相对应的，井盖提取副爪管横臂连接副爪管横臂伸缩电机的机身，主爪管横臂伸缩电机的主轴固定在井盖提取副爪管滑竿，通过副爪管横臂伸缩电机的伸缩作用，从而带动井盖提取副爪管横臂和井盖提取副爪管滑竿之间相对距离的改变，并且，由于副爪管纵向伸缩伺服电机支架通过螺栓结构固定在井盖提取副爪管横臂的顶端，从而带动井盖提取副爪管纵向伸缩机构使之与井盖提取副爪管横臂的距离改变。
[0021]所述井盖清理机构包括:清理环形刷、清理转盘环、清理转盘电机、清理转盘齿轮、清理转盘支架、清理转盘轴承、清理转盘电机齿轮、清理转盘电机支架。
[0022]上述清理环形刷为毛刷结构，清理转盘环为圆形环状结构，清理环形刷安装固定在清理转盘环内侧，清理转盘环外侧设置有清理转盘齿轮，清理转盘电机转轴上相对应的安装有清理转盘电机齿轮，通过齿轮的啮合作用，清理转盘电机即可带动清理转盘环转动，进而带动清理环形刷转动。上述中的清理转盘环中心由于为空心结构，中心处套有清理转盘轴承，即:清理转盘轴承的外侧套着清理转盘环，清理转盘轴承的内侧则通过清理转盘支架固定在井盖提取机械臂的顶部。同时，清理转盘电机通过清理转盘电机支架固定在井盖提取机械臂的顶部。上述结构的效果为:清理转盘电机转动，通过轴上固定的清理转盘电机齿轮和清理转盘齿轮的啮合作用带动清理转盘环转动，进而带动清理环形刷转动，实现对井盖的刷洗作用。
[0023]所述控制及通讯系统包括:控制箱、嵌入式控制器、数字信号处理器(DSP)、清理转盘电机驱动器、高压水栗驱动器、清洗喷头伸缩步进电机驱动器、主爪管纵向伸缩伺服电机驱动器、副爪管纵向伸缩伺服电机驱动器、主爪管伸缩电机驱动器、副爪管伸缩电机驱动器、主爪管横臂伸缩电机驱动器、副爪管横臂伸缩电机驱动器、GPS定位模块、惯性导航模块、GPRS无线通讯模块。上述的所有电控或电气模块均与大功率稳压模块连接，嵌入式控制器则与剩余的电气模块连接。数字信号处理器(DSP)与道路导航视觉摄像机、双目视觉摄像机连接，实现对前方或井盖部位图像视频流的处理，清理转盘电机驱动器与清理转盘电机连接;高压水栗驱动器与高压水栗连接;清洗喷头伸缩步进电机驱动器与清洗喷头伸缩步进电机连接;主爪管纵向伸缩伺服电机驱动器与主爪管纵向伸缩伺服电机连接;副爪管纵向伸缩伺服电机与副爪管纵向伸缩伺服电机驱动器连接;主爪管伸缩电机驱动器与主爪管伸缩电机连接;副爪管伸缩电机驱动器与副爪管伸缩电机连接;主爪管横臂伸缩电机驱动器与主爪管横臂伸缩电机连接;副爪管横臂伸缩电机驱动器与副爪管横臂伸缩电机连接。GPS定位模块可以通过卫星信号实现机器人自身的定位信息，惯性导航模块可以实现对机器人自身行走路线、方向等的导航，GPRS无线通讯模块则可以将机器人自身的工作状况等信息发送至上位机中，共供工作人员参考和处理，并且工作人员可以通过手机实现对机器人的相关操控。
[0024]所述供电系统为大功率磷酸铁锂电池和大功率稳压模块，为整套智能机器人上的用电器件和模块等提供电能。大功率磷酸铁锂电池连接大功率稳压模块，将直流电进行稳压，同时大功率稳压模块连接道路导航视觉摄像机、嵌入式控制器等其它用电器件或模块。
[0025]所述井盖清洗机构包括:清洗喷头、清洗管、高压水栗、水箱、清洗喷头伸缩步进电机、清洗喷头伸缩步进电机支架、清洗喷头支架。
[0026]上述中的管路连接关系为:清洗喷头为多个，分别连接清洗管，其中清洗管的另一端连接高压水栗，高压水栗还通过清洗管连接水箱。即:通过高压水栗的工作，带动水流从水箱进入清洗管，进而从清洗喷头中喷出。
[0027]上述中的机械部分连接关系为:清洗喷头通过清洗喷头支架连接固定在清洗喷头伸缩步进电机转轴上，清洗喷头伸缩步进电机则通过清洗喷头伸缩步进电机支架固定在清理转盘环的内侧，并配合清理环形刷使用。效果为:清洗喷头伸缩步进电机的行程最长时，清洗喷头可从清理环形刷顶部漏出；而当清洗喷头伸缩步进电机的行程最短时，清洗喷头隐藏于清理环形刷中。
[0028]上述中的机械运动关系为:①当进行井盖清洗进程时，嵌入式控制器控制清洗喷头伸缩步进电机的行程达到最长，此时清洗喷头从清理转盘环上的清理环形刷中突出出来，此时清理转盘电机带动清理转盘环旋转，进而带动清洗喷头旋转；同时，高压水栗工作，清洗液从高压水栗通过清洗管进入清洗喷头，进而实现对井盖的清洗。②当进入井盖粉刷进程时，嵌入式控制器控制清洗喷头伸缩步进电机的行程达到短，此时清洗喷头从清理转盘环上的清理环形刷中收缩回去，剩下清理转盘环裸露在外，此时清理转盘电机带动清理转盘环旋转，对井盖实现摩擦作用，除去泥、杂质等固体污物，实现了对井盖的清理。③通过上述步骤①和步骤②的交替协同运行，便可以将井盖上污物去除、清理干净。
[0029]所述储物箱包括:井盖回收箱和井盖存放箱。井盖回收箱用于存放回收后的废旧井盖，而井盖存放箱则用于存放新的、即将安装的井盖。
[0030]上述结构的总体效果为:机器视觉系统中的道路导航视觉摄像机的导航下，智能机器人根据GPS定位模块、惯性导航模块、GPRS无线通讯模块等模块的融合作用，在嵌入式控制器的控制下运行。上述过程中的干预过程为:在该进程中，嵌入式控制器可以通过GPRS无线通讯模块接受来自工作人员的信息，如:工作人员可以任意改变智能机器人的行走路线，还可以将需要修护的井盖的坐标位置等信息发送给智能机器人;此时智能机器人可以实现自主导航，沿着设定的路线行走或到达指定的地点完成后续的工作。
[0031 ]当机器人到达指定地点，需要对井盖进行维护时，此时双目视觉摄像机发挥作用，用来为智能机器人的进行井盖清理、安装和回收时提供井盖、井盖通风口的三维坐标信息，供井盖提取机构和井盖清理机构等使用并进行相关的后续工作。实现井盖清理、井盖安装布放和井盖回收且安装布放等功能。具体的功能实现已经在上述机械结构、电气连接及相互之间的配合关系中阐明，在此不再赘述。
[0032]本实用新型的有益效果是:
[0033](I)本实用新型通过设计了与全自动井盖维护机器人相关的整套机械和电气系统，实现了对小区或市政道路上等的井盖进行清理、自动安装更换、自动回收等全自动维护的智能机器人，本实用新型降低了井盖维护成本，保证了工作人员的人身安全，具有较高的社会经济效益。
[0034](2)本实用新型通过实用新型井盖提取机构，配合井盖提取机械臂、井盖提取主爪管、井盖提取副爪管、井盖提取爪管纵向伸缩机构和井盖提取爪管横向伸缩机构等机构实现了对不同型号的井盖的抓取、抬升和布放功能，结构简明、巧妙，井盖的抓取和布放效率高，完全可以代替手工操作。
[0035](3)本实用新型设计了井盖清理机构，通过使用清理环形刷、清理转盘环、清理转盘电机等结构，同时配合井盖提取机构实现对井盖全方位的清理和清扫，降低了现有的井盖清理成本，节约了大量的劳动力。
[0036](4)本实用新型通过设计井盖清洗机构，利用清洗喷头的旋转和伸缩，配合井盖清理机构，实现了对井盖上污物的去除和清洗，当然还提出了三种不同的清洗模式，机械结构简单，相互配合巧妙，清洗效率高。
【附图说明】
[0037]附图1为本实用新型的整体立体结构示意图。
[0038]附图2为本实用新型的整体主视结构示意图。
[0039]附图3为本实用新型的整体俯视结构示意图。
[0040]附图4为本实用新型的整体左视结构示意图。
[0041]附图5为本实用新型的井盖提取机构和井盖清洗机构结构示意图。
[0042]附图6为本实用新型的井盖提取机构和井盖清理机构结构示意图。
[0043]附图7为本实用新型的井盖提取主爪管结构示意图。
[0044]附图8为本实用新型的井盖提取主爪管俯视结构示意图。
[0045]附图9为本实用新型的井盖提取副爪管结构示意图。
[0046]附图10为本实用新型的井盖提取副爪管俯视结构示意图。
[0047]附图11为本实用新型的控制及通讯系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0048]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0049]如图1-4所示，一种全自动井盖维护机器人智能机器人，包括:履带式智能移动平台1、机器视觉系统2、井盖提取机构3、井盖清理机构4、控制及通讯系统5、供电系统6、井盖清洗机构7、储物箱8，机器视觉系统2、控制及通讯系统5、供电系统6、井盖清洗机构7、储物箱8均安装于履带式智能移动平台I上，履带式智能移动平台I的前端还连接有井盖提取机构3、井盖清理机构4，履带式智能移动平台1、机器视觉系统2、井盖提取机构3、井盖清理机构4、供电系统6、井盖清洗机构7均与控制及通讯系统5连接，供电系统6与机器人的用电器件连接并为其供电。
[0050]所述履带式智能移动平台I为全地形履带机器车1-1，该移动平台结构紧凑、适应性能强，运行平稳，适用于恶劣环境中作业。该移动平台可以实现直行、原地转圈、转弯和后退等功能，而且独有的履带系统可以轻松越过普通的路障或者沟壑等。此外，通过设置承载履带的尼龙托辊，减少了履带使用时的损坏，降低使用成本。
[0051]所述机器视觉系统2用于为整套智能机器人提供视觉导航等功能，具体的包括:道路导航视觉摄像机2-1、双目视觉摄像机2-2、道路导航视觉摄像机云台2-3、双目视觉摄像机支架2-4，如图2所示。其中，道路导航视觉摄像机2-1用于为智能机器人行进过程中提供前方路况信息，并实时反馈给控制器供其分析、决策，当然道路导航视觉摄像机2-1还可以为智能机器人的避障提供重要信息。其中的双目视觉摄像机2-2则用来为当智能机器人进行井盖清理、安装和回收时提供井盖、井盖通风口的三维坐标信息，供井盖提取机构3和井盖清理机构4使用并进行相关的后续动作。具体的连接和安装方式为:道路导航视觉摄像机
2-1安装在道路导航视觉摄像机云台2-3上，道路导航视觉摄像机云台2-3固定在履带式智能移动平台I，并且随道路导航视觉摄像机云台2-3的运动而实现对空间中任意位置的摄像。双目视觉摄像机2-2固定在双目视觉摄像机支架2-4上，双目视觉摄像机支架2-4则固定在井盖提取机构3上。
[0052]如图3、图6所示，所述井盖提取机构3包括:井盖提取机械臂3-1、井盖提取主爪管3-2、井盖提取副爪管3-3、井盖提取爪管纵向伸缩机构3-4、井盖提取爪管横向伸缩机构3-5。
[0053]所述井盖提取机械臂3-1为普通的机械臂，固定在全地形履带机器车1-1的前端，其自由度至少为4个，自由度越高，当井盖提取机械臂3-1到达三维空间中的任意坐标点时越灵活。
[0054]所述井盖提取主爪管3-2包括:主爪管本体3-2-1、主爪管分散头3-2-2、主爪管导杆3-2-3、主爪管伸缩电机3-2-4、主爪管伸缩电机支架3-2-5、主爪管弹簧3-2-6，如图7、图8所示。
[0055]所述主爪管本体3-2-1为筒状结构，主爪管本体3-2-1的顶端部为封闭结构，沿径向留有均匀的孔，主爪管分散头3-2-2安装在主爪管本体3-2-1径向的孔中，且主爪管分散头3-2-2为前细后粗结构，套有主爪管弹簧3-2-6 ο主爪管导杆3-2-3为光滑的导杆，前端较粗，呈现锥形结构，设置在主爪管本体3-2-1中，且前端的位置与主爪管分散头3-2-2所在位置平齐，主爪管导杆3-2-3的末端连接主爪管伸缩电机3-2-4，主爪管伸缩电机3-2-4机身固定在连接主爪管伸缩电机支架3-2-5，主爪管伸缩电机支架3-2-5则固定在井盖提取主爪管纵向伸缩机构3-4-1前端。效果为:①主爪管伸缩电机3-2-4向前运动时，带动主爪管导杆3-
2-3向前运动，进而推动主爪管分散头3-2-2在主爪管本体3-2-1径向的孔中沿径向向外运动，即:从主爪管本体3-2-1凸出，此时如果主爪管本体3-2-1位于井盖的通风口中，则会将通风口堵死，便于对井盖进行抓取操作。②相反的，当主爪管伸缩电机3-2-4向后运动时，带动主爪管导杆3-2-3向后运动，进而推动主爪管分散头3-2-2在主爪管本体3-2-1径向的孔中沿径向向内运动，即:从主爪管本体3-2-1凹入，此时如果主爪管本体3-2-1位于井盖的通风口中，则会将通风口松开，便于对井盖进行分离操作。
[0056]相对应的，所述井盖提取副爪管3-3包括:副爪管本体3-3-1、副爪管分散头3-3-2、副爪管导杆3-3-3、副爪管伸缩电机3-3-4、副爪管伸缩电机支架3-3-5，如图9、图10所示。
[0057]所述副爪管本体3-3-1为筒状结构，副爪管本体3-3-1的顶端部为封闭结构，沿径向留有均匀的孔，副爪管分散头3-3-2安装在副爪管本体3-3-1径向的孔中，且副爪管分散头3-3-2为前细后粗结构，套有副爪管弹簧3-3-6。副爪管导杆3-3-3为光滑的导杆，前端较粗，呈现锥形结构，设置在副爪管本体3-3-1中，且前端的位置与副爪管分散头3-3-2所在位置平齐，副爪管导杆3-3-3的末端连接副爪管伸缩电机3-3-4，副爪管伸缩电机3-34机身固定在连接副爪管伸缩电机支架3-3-5，副爪管伸缩电机支架3-3-5则固定在井盖提取副爪管纵向伸缩机构3-4-2前端。效果为:①副爪管伸缩电机3-3-4向前运动时，带动副爪管导杆3-
3-3向前运动，进而推动副爪管分散头3-3-2在副爪管本体3-3-1径向的孔中沿径向向外运动，即:从副爪管本体3-3-1凸出，此时如果副爪管本体3-3-1位于井盖的通风口中，则会将通风口堵死，便于对井盖进行抓取操作。②相反的，副爪管伸缩电机3-3-4向后运动时，带动副爪管导杆3-3-3向后运动，进而推动副爪管分散头3-3-2在副爪管本体3-3-1径向的孔中沿径向向内运动，即:从副爪管本体3-3-1凹入，此时如果副爪管本体3-3-1位于井盖的通风口中，则会将通风口松开，便于对井盖进行分离操作。
[0058]详尽的，所述井盖提取爪管纵向伸缩机构3-4为两套，分别对应井盖提取主爪管3-2和井盖提取副爪管3-3使用，结构完全相同，只是位置相互对称。包括:井盖提取主爪管纵向伸缩机构3-4-1、井盖提取副爪管纵向伸缩机构3-4-2。
[0059]如图5所示，所述井盖提取主爪管纵向伸缩机构3-4-1包括:主爪管纵向伸缩伺服电机3-4-la、主爪管纵向伸缩伺服电机支架3-4-lb。显然，主爪管纵向伸缩伺服电机3-4-la固定在主爪管纵向伸缩伺服电机支架3-4-lb上，且主爪管纵向伸缩伺服电机支架3-4-lb通过螺栓结构固定在井盖提取主爪管横臂3-5-1的顶端。相对应的，所述井盖提取副爪管纵向伸缩机构3-4-2包括:副爪管纵向伸缩伺服电机3-4-2a、副爪管纵向伸缩伺服电机支架3-4-2b。显然，副爪管纵向伸缩伺服电机3-4-2a固定在副爪管纵向伸缩伺服电机支架3-4-2b上，且副爪管纵向伸缩伺服电机支架3-4-2b通过螺栓结构固定在井盖提取副爪管横臂3-5-4的顶端。
[0060]上述机构的效果为:对于井盖提取主爪管纵向伸缩机构3-4-1来说，主爪管纵向伸缩伺服电机3-4-la的主轴连接井盖提取主爪管3-2，主爪管纵向伸缩伺服电机3-4-la的机身连接主爪管纵向伸缩伺服电机支架3-4-lb，且主爪管纵向伸缩伺服电机支架3-4-lb由上述知，固定在井盖提取主爪管横臂3-5-1的顶端。通过主爪管纵向伸缩伺服电机3-4-la的伸缩运动，从而带动井盖提取主爪管3-2与井盖提取主爪管横臂3-5-1间距的改变，若此时井盖提取主爪管3-2上存在井盖，则可以带动井盖相对井盖提取主爪管横臂3-5-1的上升与下降。相应的，对于井盖提取副爪管纵向伸缩机构3-4-2来讲，效果是一样的。原因为:由于井盖上的通风口为两个，且相对中心圆点处对称设置，因此，所述井盖提取主爪管3-2和井盖提取副爪管3-3为相同的、对称机构，两者通过井盖提取主爪管横臂3-5连接，井盖提取主爪管横臂3-5则固定在井盖提取机械臂3-1的顶部中心处。
[0061]如图6所示，所述井盖提取爪管横向伸缩机构3-5包括:井盖提取主爪管横臂3-5-
1、井盖提取主爪管滑竿3-5-2、主爪管横臂伸缩电机3-5-3;井盖提取副爪管横臂3-5-4、井盖提取副爪管滑竿3-5-5、副爪管横臂伸缩电机3-5-6。上述结构的机械配合关系为:井盖提取主爪管横臂3-5-1连接主爪管横臂伸缩电机3-5-3的机身，主爪管横臂伸缩电机3-5-3的主轴固定在井盖提取主爪管滑竿3-5-2，通过主爪管横臂伸缩电机3-5-3的伸缩作用，从而带动井盖提取主爪管横臂3-5-1和井盖提取主爪管滑竿3-5-2之间相对距离的改变，并且，由于主爪管纵向伸缩伺服电机支架3-4-lb通过螺栓结构固定在井盖提取主爪管横臂3-5-1的顶端，从而带动井盖提取主爪管纵向伸缩机构3-4-1使之与井盖提取主爪管横臂3-5-1的距离改变。
[0062]相对应的，井盖提取副爪管横臂3-5-4连接副爪管横臂伸缩电机3-5-6的机身，主爪管横臂伸缩电机3-5-6的主轴固定在井盖提取副爪管滑竿3-5-5，通过副爪管横臂伸缩电机3-5-6的伸缩作用，从而带动井盖提取副爪管横臂3-5-4和井盖提取副爪管滑竿3-5-5之间相对距离的改变，并且，由于副爪管纵向伸缩伺服电机支架3-5-lb通过螺栓结构固定在井盖提取副爪管横臂3-5-4的顶端，从而带动井盖提取副爪管纵向伸缩机构3-4-2使之与井盖提取副爪管横臂3-5-4的距离改变。
[0063]所述井盖清理机构4包括:清理环形刷4-1、清理转盘环4-2、清理转盘电机4-3、清理转盘齿轮4-4、清理转盘支架4-5、清理转盘轴承4-6、清理转盘电机齿轮4-7、清理转盘电机支架4-8，如图2、3、5、6所示。
[0064]上述清理环形刷4-1为毛刷结构，清理转盘环4-2为圆形环状结构，清理环形刷4-1安装固定在清理转盘环4-2内侧，清理转盘环4-2外侧设置有清理转盘齿轮4-4，清理转盘电机4-3转轴上相对应的安装有清理转盘电机齿轮4-7，通过齿轮的啮合作用，清理转盘电机
4-3即可带动清理转盘环4-2转动，进而带动清理环形刷4-1转动。上述中的清理转盘环4-2中心由于为空心结构，中心处套有清理转盘轴承4-6，即:清理转盘轴承4-6的外侧套着清理转盘环4-2，清理转盘轴承4-6的内侧则通过清理转盘支架4-5固定在井盖提取机械臂3-1的顶部。同时，清理转盘电机4-3通过清理转盘电机支架4-8固定在井盖提取机械臂3-1的顶部。上述结构的效果为:清理转盘电机4-3转动，通过轴上固定的清理转盘电机齿轮4-7和清理转盘齿轮4-4的啮合作用带动清理转盘环4-2转动，进而带动清理环形刷4-1转动，实现对井盖的刷洗作用。
[0065]如图11所示，所述控制及通讯系统5包括:控制箱5-1、嵌入式控制器5-2、数字信号处理器(DSP)5-3、清理转盘电机驱动器5-4、高压水栗驱动器5-5、清洗喷头伸缩步进电机驱动器5-6、主爪管纵向伸缩伺服电机驱动器5-7、副爪管纵向伸缩伺服电机驱动器5-8、主爪管伸缩电机驱动器5-9、副爪管伸缩电机驱动器5-10、主爪管横臂伸缩电机驱动器5-11、副爪管横臂伸缩电机驱动器5_12、GPS定位模块5-13、惯性导航模块5-14、GPRS无线通讯模块
5-15。上述的所有电控或电气模块均与大功率稳压模块6-2连接，嵌入式控制器5-2则与剩余的电气模块连接。数字信号处理器(DSP)5-3与道路导航视觉摄像机2-1、双目视觉摄像机2-2连接，实现对前方或井盖部位图像视频流的处理，清理转盘电机驱动器5-4与清理转盘电机4-3连接;高压水栗驱动器5-5与高压水栗7-3连接;清洗喷头伸缩步进电机驱动器5-6与清洗喷头伸缩步进电机7-5连接;主爪管纵向伸缩伺服电机驱动器5-7与主爪管纵向伸缩伺服电机3-4-la连接;副爪管纵向伸缩伺服电机5-8与副爪管纵向伸缩伺服电机驱动器3-5-la连接;主爪管伸缩电机驱动器5-9与主爪管伸缩电机3-2-4连接;副爪管伸缩电机驱动器5-10与副爪管伸缩电机3-3-4连接;主爪管横臂伸缩电机驱动器5-11与主爪管横臂伸缩电机3-5-3连接;副爪管横臂伸缩电机驱动器5-12与副爪管横臂伸缩电机3-5-6连接。GPS定位模块5-13可以通过卫星信号实现机器人自身的定位信息，惯性导航模块5-14可以实现对机器人自身行走路线、方向等的导航，GPRS无线通讯模块5-15则可以将机器人自身的工作状况等信息发送至上位机中，共供工作人员参考和处理，并且工作人员可以通过手机实现对机器人的相关操控。
[0066]如图3、11所示，所述供电系统6为大功率磷酸铁锂电池6-1和大功率稳压模块6-2，为整套智能机器人上的用电器件和模块等提供电能。大功率磷酸铁锂电池6-1连接大功率稳压模块6-2，将直流电进行稳压，同时大功率稳压模块6-2连接道路导航视觉摄像机2-1、嵌入式控制器5-2等其它用电器件或模块。
[0067]所述井盖清洗机构7包括:清洗喷头7-1、清洗管7-2、高压水栗7-3、水箱7-4、清洗喷头伸缩步进电机7-5、清洗喷头伸缩步进电机支架7-6、清洗喷头支架7-7，如图2、3、5、6所不O
[0068]上述中的管路连接关系为:清洗喷头7-1为多个，分别连接清洗管7-2，其中清洗管7-2的另一端连接高压水栗7-3，高压水栗7-3还通过清洗管7-2连接水箱7-4。即:通过高压水栗7-3的工作，带动水流从水箱7-4进入清洗管，进而从清洗喷头7-1中喷出。
[0069]上述中的机械部分连接关系为:清洗喷头7-1通过清洗喷头支架7-7连接固定在清洗喷头伸缩步进电机7-5转轴上，清洗喷头伸缩步进电机7-5则通过清洗喷头伸缩步进电机支架7-6固定在清理转盘环4-2的内侧，并配合清理环形刷4-1使用。效果为:清洗喷头伸缩步进电机7-5的行程最长时，清洗喷头7-1可从清理环形刷4-1顶部漏出；而当清洗喷头伸缩步进电机7-5的行程最短时，清洗喷头7-1隐藏于清理环形刷4-1中。
[0070]上述中的机械运动关系为:①当进行井盖清洗进程时，嵌入式控制器5-2控制清洗喷头伸缩步进电机7-5的行程达到最长，此时清洗喷头7-1从清理转盘环4-2上的清理环形届IJ4-1中突出出来，此时清理转盘电机4-3带动清理转盘环4-2旋转，进而带动清洗喷头7-1旋转；同时，高压水栗7-3工作，清洗液从高压水栗7-3通过清洗管7-2进入清洗喷头7-1，进而实现对井盖的清洗。②当进入井盖粉刷进程时，嵌入式控制器5-2控制清洗喷头伸缩步进电机7-5的行程达到短，此时清洗喷头7-1从清理转盘环4-2上的清理环形刷4-1中收缩回去，剩下清理转盘环4-2裸露在外，此时清理转盘电机4-3带动清理转盘环4-2旋转，对井盖实现摩擦作用，除去泥、杂质等固体污物，实现了对井盖的清理。③通过上述步骤①和步骤②的交替协同运行，便可以将井盖上污物去除、清理干净。
[0071]如图3所示，所述储物箱8包括:井盖回收箱8-1和井盖存放箱8-2。井盖回收箱8-1用于存放回收后的废旧井盖，而井盖存放箱8-2则用于存放新的、即将安装的井盖。
[0072]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.全自动井盖维护智能机器人，其特征在于，包括履带式智能移动平台、机器视觉系统、井盖提取机构、井盖清理机构、控制及通讯系统、供电系统、井盖清洗机构、储物箱，机器视觉系统、控制及通讯系统、供电系统、井盖清洗机构、储物箱均安装于履带式智能移动平台上，履带式智能移动平台的前端还连接有井盖提取机构、井盖清理机构，履带式智能移动平台、机器视觉系统、井盖提取机构、井盖清理机构、供电系统、井盖清洗机构均与控制及通讯系统连接，供电系统与机器人的用电器件连接并为其供电。2.如权利要求1所述的全自动井盖维护智能机器人，其特征在于，机器视觉系统包括道路导航视觉摄像机、双目视觉摄像机、道路导航视觉摄像机云台、双目视觉摄像机支架，道路导航视觉摄像机安装在道路导航视觉摄像机云台上，道路导航视觉摄像机云台固定在履带式智能移动平台，且随道路导航视觉摄像机云台的运动而实现对空间中任意位置的摄像，双目视觉摄像机固定在双目视觉摄像机支架上，双目视觉摄像机支架固定在井盖提取机构上。3.如权利要求1所述的全自动井盖维护智能机器人，其特征在于，所述井盖提取机构包括:井盖提取机械臂、井盖提取主爪管、井盖提取副爪管、井盖提取爪管纵向伸缩机构、井盖提取爪管横向伸缩机构。4.如权利要求3所述的全自动井盖维护智能机器人，其特征在于，所述井盖提取机械臂为普通的机械臂，固定在履带式智能移动平台的前端，其自由度至少为4个； 所述井盖提取主爪管包括主爪管本体、主爪管分散头、主爪管导杆、主爪管伸缩电机、主爪管伸缩电机支架、主爪管弹簧，所述主爪管本体为筒状结构，主爪管本体的顶端部为封闭结构，沿径向留有均匀的孔，主爪管分散头安装在主爪管本体径向的孔中，且主爪管分散头为前细后粗结构，套有主爪管弹簧，主爪管导杆为光滑的导杆，前端较粗，呈现锥形结构，设置在主爪管本体中，且前端的位置与主爪管分散头所在位置平齐，主爪管导杆的末端连接主爪管伸缩电机，主爪管伸缩电机机身固定连接主爪管伸缩电机支架，主爪管伸缩电机支架固定在井盖提取主爪管纵向伸缩机构前端； 所述井盖提取副爪管包括副爪管本体、副爪管分散头、副爪管导杆、副爪管伸缩电机、副爪管伸缩电机支架，所述副爪管本体为筒状结构，副爪管本体的顶端部为封闭结构，沿径向留有均匀的孔，副爪管分散头安装在副爪管本体径向的孔中，且副爪管分散头为前细后粗结构，套有副爪管弹簧，副爪管导杆为光滑的导杆，前端较粗，呈现锥形结构，设置在副爪管本体中，且前端的位置与副爪管分散头所在位置平齐，副爪管导杆的末端连接副爪管伸缩电机，副爪管伸缩电机机身固定连接副爪管伸缩电机支架，副爪管伸缩电机支架固定在井盖提取副爪管纵向伸缩机构前端； 所述井盖提取主爪管纵向伸缩机构包括主爪管纵向伸缩伺服电机、主爪管纵向伸缩伺服电机支架，主爪管纵向伸缩伺服电机固定在主爪管纵向伸缩伺服电机支架上，且主爪管纵向伸缩伺服电机支架通过螺栓结构固定在井盖提取主爪管横臂的顶端； 所述井盖提取副爪管纵向伸缩机构包括副爪管纵向伸缩伺服电机、副爪管纵向伸缩伺服电机支架，副爪管纵向伸缩伺服电机固定在副爪管纵向伸缩伺服电机支架上，且副爪管纵向伸缩伺服电机支架通过螺栓结构固定在井盖提取副爪管横臂的顶端； 所述井盖提取爪管横向伸缩机构包括井盖提取主爪管横臂、井盖提取主爪管滑竿、主爪管横臂伸缩电机、井盖提取副爪管横臂、井盖提取副爪管滑竿、副爪管横臂伸缩电机，井盖提取主爪管横臂连接主爪管横臂伸缩电机的机身，主爪管横臂伸缩电机的主轴固定在井盖提取主爪管滑竿，通过主爪管横臂伸缩电机的伸缩作用，从而带动井盖提取主爪管横臂和井盖提取主爪管滑竿之间相对距离的改变，并且，由于主爪管纵向伸缩伺服电机支架通过螺栓结构固定在井盖提取主爪管横臂的顶端，从而带动井盖提取主爪管纵向伸缩机构使之与井盖提取主爪管横臂的距离改变； 井盖提取副爪管横臂连接副爪管横臂伸缩电机的机身，主爪管横臂伸缩电机的主轴固定在井盖提取副爪管滑竿，通过副爪管横臂伸缩电机的伸缩作用，从而带动井盖提取副爪管横臂和井盖提取副爪管滑竿之间相对距离的改变，并且，由于副爪管纵向伸缩伺服电机支架通过螺栓结构固定在井盖提取副爪管横臂的顶端，从而带动井盖提取副爪管纵向伸缩机构使之与井盖提取副爪管横臂的距离改变。5.如权利要求1所述的全自动井盖维护智能机器人，其特征在于，所述井盖清理机构包括清理环形刷、清理转盘环、清理转盘电机、清理转盘齿轮、清理转盘支架、清理转盘轴承、清理转盘电机齿轮、清理转盘电机支架。6.如权利要求5所述的全自动井盖维护智能机器人，其特征在于，所述清理环形刷为毛刷结构，清理转盘环为圆形环状结构，清理环形刷安装固定在清理转盘环内侧，清理转盘环外侧设置有清理转盘齿轮，清理转盘电机转轴上相对应的安装有清理转盘电机齿轮，通过齿轮的啮合作用，清理转盘电机即可带动清理转盘环转动，进而带动清理环形刷转动； 清理转盘环中心处套有清理转盘轴承，清理转盘轴承的内侧则通过清理转盘支架固定在井盖提取机械臂的顶部，同时，清理转盘电机通过清理转盘电机支架固定在井盖提取机械臂的顶部，清理转盘电机转动，通过轴上固定的清理转盘电机齿轮和清理转盘齿轮的啮合作用带动清理转盘环转动，进而带动清理环形刷转动，实现对井盖的刷洗作用。7.如权利要求1所述的全自动井盖维护智能机器人，其特征在于，所述控制及通讯系统由控制箱、嵌入式控制器、数字信号处理器、清理转盘电机驱动器、高压水栗驱动器、清洗喷头伸缩步进电机驱动器、主爪管纵向伸缩伺服电机驱动器、副爪管纵向伸缩伺服电机驱动器、主爪管伸缩电机驱动器、副爪管伸缩电机驱动器、主爪管横臂伸缩电机驱动器、副爪管横臂伸缩电机驱动器、GPS定位模块、惯性导航模块、GPRS无线通讯模块组成，数字信号处理器与道路导航视觉摄像机、双目视觉摄像机连接，实现对前方或井盖部位图像视频流的处理，清理转盘电机驱动器与清理转盘电机连接，高压水栗驱动器与高压水栗连接，清洗喷头伸缩步进电机驱动器与清洗喷头伸缩步进电机连接，主爪管纵向伸缩伺服电机驱动器与主爪管纵向伸缩伺服电机连接，副爪管纵向伸缩伺服电机与副爪管纵向伸缩伺服电机驱动器连接，主爪管伸缩电机驱动器与主爪管伸缩电机连接，副爪管伸缩电机驱动器与副爪管伸缩电机连接，主爪管横臂伸缩电机驱动器与主爪管横臂伸缩电机连接，副爪管横臂伸缩电机驱动器与副爪管横臂伸缩电机连接，GPS定位模块通过卫星信号实现机器人自身定位，惯性导航模块实现对机器人自身行走路线、方向等的导航，GPRS无线通讯模块将机器人自身的工作状况信息发送至上位机中，供工作人员参考和处理，并且工作人员可通过手机实现对机器人的相关操控。8.如权利要求1所述的全自动井盖维护智能机器人，其特征在于，所述供电系统由大功率磷酸铁锂电池和大功率稳压模块组成，为整套智能机器人上的用电器件和模块提供电能，大功率磷酸铁锂电池连接大功率稳压模块，将直流电进行稳压，同时大功率稳压模块连接机器人的用电器件或模块。9.如权利要求1所述的全自动井盖维护智能机器人，其特征在于，所述井盖清洗机构包括清洗喷头、清洗管、高压水栗、水箱、清洗喷头伸缩步进电机、清洗喷头伸缩步进电机支架、清洗喷头支架，所述清洗喷头为多个，分别连接清洗管，清洗管的另一端连接高压水栗，高压水栗还通过清洗管连接水箱，通过高压水栗的工作，带动水流从水箱进入清洗管，进而从清洗喷头中喷出；清洗喷头通过清洗喷头支架连接固定在清洗喷头伸缩步进电机转轴上，清洗喷头伸缩步进电机通过清洗喷头伸缩步进电机支架固定在清理转盘环的内侧，并配合清理环形刷使用；当清洗喷头伸缩步进电机的行程最长时，清洗喷头从清理环形刷顶部漏出；当清洗喷头伸缩步进电机的行程最短时，清洗喷头隐藏于清理环形刷中。10.如权利要求1所述的全自动井盖维护智能机器人，其特征在于，所述储物箱包括用于存放回收后的废旧井盖的井盖回收箱和用于存放新的、即将安装的井盖的井盖存放箱。
【文档编号】B25J11/00GK205438529SQ201620270222
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】鲍明松, 郭亭亭, 鲍威, 张浩文
【申请人】山东国兴智能科技有限公司