本发明涉及清扫机器人技术领域，尤其涉及一种地铁通风及消防排烟管道检测清扫机器人。
背景技术：
地铁通风空调管道在长期使用中会积累许多灰尘、病菌及放射物等，这些有害物质在送风过程中便污染了空气，长期被人体吸入，就会危害大众的健康，风管内很容易就会滋生并积聚大量的有害颗粒和灰尘、尘螨、细菌、病毒及碳放射物等有害物质，空调开启后，风管内和黏附在滤尘网上的灰尘和病菌就会在送风的过程中被吹到室内，一旦接触到人体皮肤或被吸入体内后沉积在呼吸道中，就可能使人产生打喷嚏、皮肤骚痒、鼻塞、哮喘等不适，甚至会引发呼吸系统疾病，严重危害着人体健康。基于此，管道清扫机器人应运而生。国内在管道清扫机器人方面的应用起步较晚，技术尚不成熟；国内管道制作极不规范，管道规格多，而且经常有变径的情况，使得普通清扫机器人很难应用在国内管道清洗上。如何设计一种适用国内风管清洗的地铁通风及消防排烟管道检测清扫机器人是本发明所要解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提供一种适用国内风管清洗的地铁通风及消防排烟管道检测清扫机器人。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种地铁通风及消防排烟管道检测清扫机器人，包括控制装置、行走机构和清扫装置；
所述的行走机构包括机架，所述的机架上安装有内仓，所述机架的下部安装有四个履带足，所述的四个履带足两两对称的设置于机架两侧；所述的四个履带足结构相同，所述的履带足包括驱动电机、主驱动轮和两个副驱动轮，所述的主驱动轮及两个副驱动轮之间连接有履带，所述的主驱动轮及两个副驱动轮之间还安装有外侧支持板，所述的外侧支持板位于履带足远离机架的一侧，所述的驱动电机的输出轴和主驱动轮连接；所述的机架包括中心杆、两个第一铰链、两个第二铰链、四个扁平连杆和两个长连杆，所述的两个第一铰链对称的安装在中心杆上，所述的两个长连杆对称的设置于中心杆的两侧，所述的长连杆的两端都通过摆腿安装有履带足，所述的两个第二铰链分别铰接在两个长连杆的中部，所述的两个第二铰链通过扁平连杆和第一铰链连接，且所述的扁平连杆和两个第一铰链及两个第二铰链的连接方式都为铰接；
所述的清扫装置包括五轴机械臂、真空吸附装置和集尘器，所述的真空吸附装置和集尘器连接，所述的真空吸附装置和集尘器都设置在内仓后端，所述的五轴机械臂包括第一底座、第二底座、第三底座、第四底座和第五底座，所述的第二底座可转动的安装在第一底座上，所述的第二底座、第三底座、第四底座及第五底座之间依次铰接，所述的第一底座、第二底座、第三底座、第四底座和第五底座上分别安装有第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和第五电机，所述第一电机的输出轴安装在第二底座上，驱动第二底座转动，所述的第二电机、第三电机、第四电机分别安装在第二底座和第三底座、第三底座和第四底座、第四底座和第五底座的铰接处，所述第五底座上安装有毛刷，所述的第五电机通过同步带轮及同步带和毛刷连接，所述的第一底座、第二底座、第三底座和第四底座上分别设置有第一撞针、第二撞针、第三撞针和第四撞针，所述的第二底座、第三底座、第四底座及第五底座上分别设置有第一限位开关、第二限位开关、第三限位开关和第四限位开关，所述的第一撞针、第二撞针、第三撞针及第四撞针分别和第一限位开关、第二限位开关、第三限位开关及第四限位开关一一对应设置；
所述的控制装置包括感应模块，所述感应模块包括激光测距仪、超声波传感器和摄像头，所述激光测距仪设置于内仓前端，用以探测机器人前方障碍物，所述超声波传感器作为环境感知器，实现机器人对全局环境的认识能力和对障碍物的识别能力，摄像头作为辅助环境感知器，配合超声波传感器对机器人周围环境进行识别；信息融合决策模块，设置于内仓内，与所述感应模块连接，用于在接收感应模块采集的信息后对运动执行模块发送指令，控制机器人的动作；运动执行模块，所述运动执行模块包括移动控制卡、底盘驱动电机、机械臂控制电机、毛刷电机和真空泵，所述移动控制卡设置在内仓内，所述移动控制卡与信息融合决策模块连接，用于接收信息融合决策模块的指令，然后对底盘驱动电机、机械臂控制电机、毛刷电机和真空泵的动作进行控制，所述底盘驱动电机控制机器人行走动作，所述机械臂控制电机控制机器人清扫机械臂的动作，实现清扫位置的控制，所述毛刷电机控制清扫毛刷的转动，所述真空泵控制真空吸附装置工作，对灰尘进行吸附；无线中继模块，布设于管道内，实现机器人和远程控制终端的无线通讯；远程控制终端，设置于远程工作站，通过无线中继模块和信息融合决策模块进行无线通讯，对现场机器人进行发送命令，或者接收现场机器人的状态包；
所述的第一底座安装在内仓上，所述的内仓上安装有升降杆，所述的内仓上还安装有电动推杆，所述的电动推杆的上端和升降杆的中部铰接，所述的升降杆的上端可转动的安装有摄像头模组，所述的摄像头模组上安装有超声波传感器、摄像头和led灯；
优选的，所述的一种地铁通风及消防排烟管道检测清扫机器人，所述的中心杆为螺杆，所述的中心杆上设置有两个限位螺母，所述的两个限位螺母分别位于两个第一铰链的上侧。
优选的，所述的一种地铁通风及消防排烟管道检测清扫机器人，所述履带的两侧都安装有管壁检测传感器。
优选的，所述的一种地铁通风及消防排烟管道检测清扫机器人，所述的摄像头包括红外摄像头和rgb摄像头。
优选的，所述的一种地铁通风及消防排烟管道检测清扫机器人，所述的第四底座上设置有支撑架，所述的支撑架上安装有红外摄像头。
优选的，所述的一种地铁通风及消防排烟管道检测清扫机器人，所述控制装置还包括电源模块，设置于机器人内仓内，用于对整个控制系统进行供电。
优选的，所述的一种地铁通风及消防排烟管道检测清扫机器人，所述控制装置还包括中继模块收放器，设置于机器人内仓内，用于控制无线中继模块的布设。
优选的，所述的一种地铁通风及消防排烟管道检测清扫机器人，所述的毛刷包括毛刷转轴和刷毛，所述的刷毛布设于毛刷转轴周围，所述的毛刷转轴通过同步带轮及同步带和第五电机连接。
本发明的优点在于：①行走机构无复杂的传动机构，行走机构采用低置式摆动支撑四履带结构，这种结构形式的履带轮没有复杂的变位控制机构，越障时履带能自主变位攀爬比履带轮径高数倍的台阶障碍；履带与地面能保持更多的接触面积，使载荷均布，能获得最大的牵引力，在相同荷载条件下可采用较小的行走机构尺寸；同时，实现了机器人矩形管道和圆形管道的通用性，管道清洗机器人采用四个独立驱动的低置摆轴式履带足行走机构，每只履带两侧装有管壁检测传感器，机器入可根据管道截面形状自动调节履带足横向摆开角度，有利于增加履带与壁面的附着力和越障能力；②整个机械臂位置调整灵活，使得清扫无死角，有助于提高清扫效率和清扫质量，进一步，真空吸附装置将风管中打落的粉尘吸出，集尘器将粉尘颗粒进行收集，避免粉尘飞扬；③控制系统对全局环境的认识能力和对障碍物的识别能力强，数据检测准确，可在黑暗环境下正常工作，不需要利用线缆进行数据传输，适合复杂的管道环境。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明行走机构的结构示意图。
图3为本发明清扫装置的结构示意图。
图4为本发明控制装置的结构框图。
图5为本发明内仓内部结构示意图。
图6为本发明第五底座处的结构示意图。
图7为本发明履带足的结构示意图。
图8为本发明摄像头模组的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种地铁通风及消防排烟管道检测清扫机器人，包括控制装置、行走机构和清扫装置；
所述的行走机构包括机架1，所述的机架1上安装有内仓2，所述机架1的下部安装有四个履带足3，所述的四个履带足3两两对称的设置于机架1两侧，所述的四个履带足3结构相同，所述的履带足3包括驱动电机4、主驱动轮5和两个副驱动轮6，所述的主驱动轮5及两个副驱动轮6之间连接有履带7，所述的主驱动轮5及两个副驱动轮6之间还安装有外侧支持板8，所述的外侧支持板8位于履带足3远离机架1的一侧，所述的驱动电机4的输出轴和主驱动轮5连接，所述的机架1包括中心杆9、两个第一铰链10、两个第二铰链11、四个扁平连杆12和两个长连杆13，所述的两个第一铰链10对称的安装在中心杆9上，所述的两个长连杆13对称的设置于中心杆9的两侧，所述的长连杆13的两端都通过摆腿14安装有履带足3，所述的两个第二铰链11分别铰接在两个长连杆13的中部，所述的两个第二铰链11通过扁平连杆12和第一铰链10连接，且所述的扁平连杆12和两个第一铰链10及两个第二铰链11的连接方式都为铰接；
在机器人进入管道前，操作者事先根据管道的实际情况调节中心杆，通过第一铰链、扁平连杆、第二铰链、长连杆和摆腿的一系列传动，使得机器人两侧的履带足横向张开，水平距离增大，使履带足面和不同内径的管壁保持充分接触，实现其自适应功能。行走机构无复杂的传动机构，行走机构采用低置式摆动支撑四履带结构，这种结构形式的履带轮没有复杂的变位控制机构，越障时履带能自主变位攀爬比履带轮径高数倍的台阶障碍；履带与地面能保持更多的接触面积，使载荷均布，能获得最大的牵引力，在相同荷载条件下可采用较小的行走机构尺寸；同时，实现了机器人矩形管道和圆形管道的通用性，管道清洗机器人采用四个独立驱动的低置摆轴式履带足行走机构，每只履带两侧装有管壁检测传感器，机器入可根据管道截面形状自动调节履带足横向摆开角度，有利于增加履带与壁面的附着力和越障能力。
所述的清扫装置包括五轴机械臂、真空吸附装置15和集尘器16，所述的真空吸附装置15和集尘器16连接，所述的真空吸附装置15和集尘器16都设置在内仓2后端，所述的五轴机械臂包括第一底座17、第二底座18、第三底座19、第四底座20和第五底座21，所述的第二底座18可转动的安装在第一底座17上，所述的第二底座18、第三底座19、第四底座20及第五底座21之间依次铰接，所述的第一底座17、第二底座18、第三底座19、第四底座20和第五底座21上分别安装有第一电机22、第二电机23、第三电机24、第四电机25和第五电机26，所述第一电机22的输出轴安装在第二底座18上，驱动第二底座18转动，所述的第二电机23、第三电机24、第四电机25分别安装在第二底座18和第三底座19、第三底座19和第四底座20、第四底座20和第五底座21的铰接处，所述第五底座21上安装有毛刷27，所述的第五电机26通过同步带轮28及同步带29和毛刷27连接，所述的第一底座17、第二底座18、第三底座19和第四底座20上分别设置有第一撞针30、第二撞针、第三撞针和第四撞针，所述的第二底座18、第三底座19、第四底座20及第五底座21上分别设置有第一限位开关31、第二限位开关、第三限位开关和第四限位开关（由于第二撞针、第三撞针及第四撞针和第二限位开关、第三限位开关及第四限位开关配合原理相同，所以附图中仅标出了第一撞针和第一限位开关，第二撞针、第三撞针、第四撞针、第二限位开关、第三限位开关及第四限位开关图中未标出），所述的第一撞针30、第二撞针、第三撞针及第四撞针分别和第一限位开关31、第二限位开关、第三限位开关及第四限位开关一一对应设置；
五轴机械臂由第一电机驱动整个机械臂的回转动作，第一底座上设有第一撞针，在第二底座上设有第一限位开关，当回转时，第一撞针碰到第一限位开关时回转停止，不在做超越行程的动作；第二电机驱动第二底座以上机械臂的回转动作，第二底座上设有第二轴撞针，在第三底座上设有第二限位开关，当回转时，第二撞针碰到第二限位开关时回转停止，不在做超越行程的动作；第三电机驱动第三底座以上机械臂的回转动作，第三底座上设有第三撞针，在第四底座上设有第三限位开关，当回转时，第三撞针碰到第三限位开关时回转停止，不在做超越行程的动作；第四电机驱动第四底座以上机械臂的回转动作，第四底座上设置有第四撞针，在第五底座上设置有第四限位开关，当回转时，第四撞针碰到第四限位开关时回转停止，不在做超越行程的动作；第五电机驱动清洗转轴回转动作，清洗转轴驱动毛刷进行管道清扫；本发明通过第一电机配合机器人的行走，可进行水平方向上清扫位置的调整，通过第二电机、第三电机和第四电机进行竖直方向上清扫位置的调整，整个机械臂位置调整灵活，使得清扫无死角，有助于提高清扫效率和清扫质量。
所述的控制装置包括感应模块，所述感应模块包括激光测距仪32、超声波传感器33和摄像头34，所述激光测距仪32设置于内仓2前端，用以探测机器人前方障碍物，所述超声波传感器33作为环境感知器，实现机器人对全局环境的认识能力和对障碍物的识别能力，摄像头34作为辅助环境感知器，配合超声波传感器33对机器人周围环境进行识别；信息融合决策模块35，设置于内仓2内，与所述感应模块连接，用于在接收感应模块采集的信息后对运动执行模块发送指令，控制机器人的动作；运动执行模块，所述运动执行模块包括移动控制卡36、底盘驱动电机37、机械臂控制电机38、毛刷电机39和真空泵40，所述移动控制卡36设置在内仓3内，所述移动控制卡36与信息融合决策模块35连接，用于接收信息融合决策模块35的指令，然后对底盘驱动电机37、机械臂控制电机38、毛刷电机39和真空泵40的动作进行控制，所述底盘驱动电机37控制机器人行走动作，所述机械臂控制电机38控制机器人清扫机械臂的动作，实现清扫位置的控制，所述毛刷电机39控制清扫毛刷的转动，所述真空泵40控制真空吸附装置工作，对灰尘进行吸附；无线中继模块41，布设于管道内，实现机器人和远程控制终端42的无线通讯；远程控制终端42，设置于远程工作站，通过无线中继模块41和信息融合决策模块进行无线通讯，对现场机器人进行发送命令，或者接收现场机器人的状态包；
机器人在管道内将传感器的数据进行采集，并将数据通过无线发送到中继模块中，以风管局域网为传输平台再传输至上位机，上位机得到机器人在风管内的信息，上位机将控制信号通过wifi网络来控制机器人在管道内的探测与清扫，整个系统用wifi无线网络来传输数据，实现机器人在风管内的无线通信与机器人控制，基于wifi通信技术的风管监测系统是利用wifi技术进行无线覆盖，这样就可以使计算机以及其它的电子设备在局域网中快速发送或接收数据信息，而不需要线路连接就可以实现。
所述的第一底座17安装在内仓2上，所述的内仓2上安装有升降杆43，所述的内仓2上还安装有电动推杆44，所述的电动推杆44的上端和升降杆43的中部铰接，所述的升降杆43的上端可转动的安装有摄像头模组45，所述的摄像头模组45上安装有超声波传感器33、摄像头34和led灯46；
电动推杆带动升降杆上下运动，进而调整摄像头在竖直方向的摄像角度，摄像头模组在升降杆上转动，调整摄像头在水平方向的摄像角度，使得探测角度调节灵活、方便。
优选的，所述的中心杆9为螺杆，所述的中心杆9上设置有两个限位螺母47，所述的两个限位螺母47分别位于两个第一铰链10的上侧。
优选的，所述履带7的两侧都安装有管壁检测传感器48。
优选的，所述的摄像头34包括红外摄像头49和rgb摄像头50。
优选的，所述的第四底座20上设置有支撑架51，所述的支撑架51上安装有红外摄像头49。
优选的，所述控制装置还包括电源模块52，设置于机器人内仓2内，用于对整个控制系统进行供电。
优选的，所述控制装置还包括中继模块收放器53，设置于机器人内仓2内，用于控制无线中继模块41的布设。
优选的，所述的毛刷27包括毛刷转轴54和刷毛55，所述的刷毛55布设于毛刷转轴54周围，所述的毛刷转轴54通过同步带轮28及同步带29和第五电机26连接。
行走机构无复杂的传动机构，行走机构采用低置式摆动支撑四履带结构，这种结构形式的履带轮没有复杂的变位控制机构，越障时履带能自主变位攀爬比履带轮径高数倍的台阶障碍；履带与地面能保持更多的接触面积，使载荷均布，能获得最大的牵引力，在相同荷载条件下可采用较小的行走机构尺寸；同时，实现了机器人矩形管道和圆形管道的通用性，管道清洗机器人采用四个独立驱动的低置摆轴式履带足行走机构，每只履带两侧装有管壁检测传感器，机器入可根据管道截面形状自动调节履带足横向摆开角度，有利于增加履带与壁面的附着力和越障能力；整个机械臂位置调整灵活，使得清扫无死角，有助于提高清扫效率和清扫质量，进一步，真空吸附装置将风管中打落的粉尘吸出，集尘器将粉尘颗粒进行收集，避免粉尘飞扬；控制系统对全局环境的认识能力和对障碍物的识别能力强，数据检测准确，可在黑暗环境下正常工作，不需要利用线缆进行数据传输，适合复杂的管道环境。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。