一种管道清淤检测机器人的制作方法

本实用新型涉及特种行业机器人领域，具体地说是一种管道清淤检测机器人，用来完成管道内部的缺陷检测、管壁清洁、管内修复等任务，主要用于城市地下管网系统、石油、化工、天然气及核工业的发展及管道维护等场合。

背景技术：

由于近年来我国城市排水管道的排水量越来越大，由居民生活垃圾、工厂废物、基建工地泥浆等在排水管道中发生沉淀淤积，造成管道堵塞，必须及时进行清理、疏通。这里的清淤工作，从现有的设备看，例如绞车的、射水的、通钩机、集水的、在实际作业中都比较困难。另外，传统的工人检测、清淤方法带来造成很多危险。据统计，近几年国内每年城市排水管道检修、疏通事故千余起，造成了很多人员伤亡；同时，经济损失间接达百亿余之多。于是，管道机器人的需求就应运而生。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种管道清淤检测机器人。该管道清淤检测机器人可完成管内的缺陷检测，管道及管壁的清洁、管内修复等任务，能够极大地提高作业的准确性、可靠性和工作效率。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括管路电缆集成管道、吸水管、送水管、气缸、支撑臂、移动载体、车轮、水洗刀驱动电机、转动轴及水洗刀，其中移动载体两侧均设有车轮，每侧的车轮均通过传动机构由独立的、安装在该移动载体内的电机驱动旋转；所述移动载体的两侧均安装有气缸，每侧所述气缸的输出端均连接有支撑臂，该支撑臂上安装有摄像头，通过所述气缸带动支撑臂伸缩，适应不同管径的管道；所述移动载体的前端设有转动轴，该转动轴包括固定在移动载体上的外壳、容置于外壳内的内芯及位于外壳与内芯之间的动静密封环，所述内芯通过动静密封环相对于外壳旋转，该内芯分为相对独立的外套及内套，所述外壳上分别设有与外套或内套相连通的送水口及与内套或外套相连通的吸水口，所述内芯的一端与安装在移动载体上的水洗刀驱动电机相连，另一端连接有所述水洗刀，该水洗刀上均布有多个通水孔；所述送水口通过送水管与管路电缆集成管道相连，吸水口通过吸水管与管路电缆集成管道相连。

其中：所述动静密封环沿轴向将外壳内分为两部分，每部分的外套上均设有开口，其中一部分的开口连通于所述外套与送水口或吸水口，另一部分的开口连通于所述内套与吸水口或送水口；所述外套、内套及外壳的轴向中心线共线；所述水洗刀内部与外套及内套均相连通，所述通水孔沿水洗刀底盘的圆周均匀布置；所述支撑臂为圆柱状，其前后两端均安装有摄像头，该摄像头及移动载体内的电机通过气管、电线集成管路与所述管路电缆集成管道相连通；所述移动载体的每侧各设有三个车轮，每侧的三个车轮由一个电机通过传动机构驱动。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.单电机驱动单侧车轮；机器人从移动方式上可以分为轮式、履带式和放生蠕动式等，由于轮式移动方式与其它方式相比，具有速度快，运动平稳，负载能力强等优点而广泛用于多种管线作业机器人中，并且这种移动方式在直管中的使用效果很好；另外，两侧各使用一个电机进行驱动，并采用传动效率高的齿轮传动机构，实现一个电机同时驱动三个轮子。

2.管道变径适应和机器人锁定；下水管道内部多是湿滑表面，特别是最底下，还有淤泥，使得机器人在移动时，很容易出现打滑现象，不能实现移动；另外，下水管道的直径多有不同，这要求机器人应该具有一定的适应能力；为解决这些问题，在机器人上面，安装有一个用气缸实现升降的支撑臂，当支撑臂升降时，可以适应不同管径的管道；时，增加轮子对管壁的压力，提高机器人的牵引力，保证机器人实现正常的移动；另外，当支撑臂上升，使得圆柱体紧贴住管道上边面时，可以将机器人锁定在当前的位置，使得旋转的水洗刀作业时，不被水流冲走，确保机器人完成管道清污作业。

3.管道内机器人抗倾覆；抗倾覆是目前管道检测、清污机器人中所没有的，机器人在管道移动时，是沿着管道轴线方向移动的，一旦机器人移动时偏离了这个方向，就可能使机器人产生倾斜，严重时可造成机器人倾覆；为了保证机器人在移动时能够安全正常作业，机器人通过气缸驱动支撑臂支撑住管道内壁面，避免机器人发生倾覆。

4.水洗刀边旋转边进行清污作业；在已有的下水管道清污作业机器人中，已有采用高压水刀进行清污作业的，包括定向喷水和旋转喷水两种；定向喷水的水刀存在喷射死角的问题，不能很好的清除管道内部；旋转喷水的水刀多是采用主动驱动的方式，这就需要增加一个电机做驱动，增加了系统复杂程度；为解决这个问题，设计了一种利用水流运动实现自动旋转的水洗刀，在减少驱动电机的同时，又解决喷水死角的问题。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的结构主视图；

图3为本实用新型转动轴的内部结构示意图；

其中：1为管路电缆集成管道，2为吸水管，3为送水管，4为气缸，5为支撑臂，6为本体，7为车轮，8为水洗刀驱动电机，9为转动轴，10为水洗刀，11为通水孔，12为气管、电线集成管路，13为摄像头，14为外壳，15为送水口，16为吸水口，17为动静密封环，18为开口A，19为开口B，20为外套，21为内套。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1、图2所示，本实用新型包括管路电缆集成管道1、吸水管2、送水管3、气缸4、支撑臂5、移动载体6、车轮7、水洗刀驱动电机8、转动轴9、水洗刀10及摄像头13，其中移动载体6两侧均设有车轮7，每侧的车轮7为三个，每侧的三个车轮7由一个独立的电机通过传动机构驱动旋转，可实现前进、后退和左右转动；本实用新型的传动机构为齿轮传动机构，此为现有技术，在此不再赘述。驱动两侧车轮的两个电机安装在移动载体6内。

移动载体6的两侧均安装有气缸4，每侧气缸4的输出端均连接有支撑臂5，该支撑臂5为圆柱状，其前后两端均安装有摄像头13，通过摄像头13可以检测管道内壁情况，摄像头13、气缸4及移动载体6内的两个电机通过气管、电线集成管路12与位于移动载体后端的管路电缆集成管道1相连通。移动载体6两侧的气缸4分别带动两侧的支撑臂5伸缩，适应不同管径的管道，提高机器人对不同管径下水管的适应能力，同时又可以增加机器人对地面的压力，提高机器人的牵引力，保证机器人在湿滑的管道内壁正常运动。

移动载体6的前端设有转动轴9，如图3所示，转动轴9包括固定在移动载体6上的外壳14、容置于外壳14内的内芯及位于外壳14与内芯之间的动静密封环17，内芯通过动静密封环17可相对于外壳14旋转，该内芯分为相对独立的外套20及内套21，外套20、内套21及外壳14的轴向中心线共线。动静密封环17沿轴向将外壳14内分为两部分，每部分的外套20上均设有开口；外壳14上分别设有与外套20或内套21相连通的送水口15及与内套21或外套20相连通的吸水口16。其中一部分的开口连通于外套20与送水口15或吸水口16，另一部分的开口连通于内套21与吸水口16或送水口15。本实用新型在动静密封环17后侧的外套20上设有与外套20内相连通的开口A18，外壳14上对应开口A18设有送水口15，该送水口15通过送水管3与管路电缆集成管道1相连；在动静密封环17前侧的外套20上设有开口B19，该开口B19与内套21相连通，外壳14上对应开口B19设有吸水口16，该吸水口16通过吸水管2与管路电缆集成管道1相连。内芯的一端与安装在移动载体6上的水洗刀驱动电机8相连，另一端连接有水洗刀10。水洗刀10的底盘上沿圆周方向均布有多个通水孔11，这些通水孔11既与外套20相连通，又与内套21相连通。当送水管3送水时，各通水孔11即为送水孔，水流由各旋转的水洗刀10上的各通水孔11喷出，用以进行下水管壁面清污作业；当吸水管2吸水时，各通水孔11又为吸水孔，将污泥、污水抽出管道。

本实用新型的工作原理为：

本实用新型的机器人是一个有缆作业机器人，管路电缆集成管道11通过电缆与控制系统(本实用新型的控制系统为现有技术)相连。通过电缆与控制系统连接后，响应控制系统的操作命令，如：移动载体6的前进、后退、转向、停止、速度调节，摄像头13的抬升、下降、灯光调节，摄像头的调焦、变倍、前后视角切换等。在检测、清淤过程中，控制系统可实时显示、录制摄像头13传回的画面以及移动载体6的状态信息，并备注信息，可随时控制水洗刀10的旋转强弱。在切削作业时，保证移动载体6的稳定性，随时将污泥、污水抽出管道。具体为：

移动载体6内的两个电机分别驱动两侧的车轮7旋转，根据管道内的情况前进、后退或转向。移动载体6两侧的气缸4驱动两侧的支撑臂5升降，利用前后的摄像头13来观察机器人行走方向的路况，同时对管道内壁情况进行观察。当需要对管道内进行清淤时，电机停止工作，气缸4驱动支撑臂5上升至支撑住管道内壁面，起到固定机器人的作用。水洗刀驱动电机8工作，通过转动轴9带动水洗刀10旋转对作业面进行切削，边旋转边由通水孔11喷出水流，用以对管道内壁面进行清污作业。清淤后，吸水管2将污泥、污水抽出管道。

本实用新型能够达到以下的技术性能指标：最大移动速度为20m/min；防水等级为IP68；清淤方式为旋转水流冲刷；观察方式为可见光摄像机、红外摄像机；照明系统为组合LED射灯；检测能力为能搭载多种不同功能模块，如气体检测、温度、水位、流量、图像等；定位方式为低频电磁波结合里程计；电缆长度为100m(可变)；操作方式为易于操作的远程控制器；温度范围为0～50℃；管道适应性为管道直径350mm～500mm。