污水管道穿行机器人以及污水管道清淤系统的制作方法

本发明涉及一种管道机器人，尤其涉及一种管道穿行机器人，还涉及一种污水管道清淤系统。

背景技术：

城市污水管道运行一段时间后，淤泥越积越多，淤泥达到一定深度后，现有的机器设备容易陷入淤泥中，很难爬行通过，清淤与管道检修工作难以完成，目前污水管道的清淤工作主要通过人工完成，由于管道直径较小，环卫人员一般也只能将检修井中的淤泥挖出，很难进入污水管道清淤，检修井内环境恶劣，存在缺氧、中毒、瓦斯爆炸风险；也有少数清洗公司采用射流清淤的办法，这种方法需要先堵管、用吸淤车将污水吸走，再用高压射流喷头冲洗管壁，最后再用吸淤车将淤泥走，操作复杂，需要高压泵车、吸淤车大型设备，清淤成本高，施工车辆占地面积大，管道深处的淤泥难以吸走清除，更重要的是城市污水管道一般是布置在非机动车道上，大型设备进驻后阻碍交通，所以应用较少。

技术实现要素：

为了解决现有技术问题，本发明提供了一种污水管道穿行机器人和污水管道清淤系统。

其技术方案为：

一种污水管道穿行机器人，包括舱体、螺旋桨推进器、前划桨装置、后划桨装置；

所述舱体是水密舱体，所述螺旋桨推进器安装在舱体后部的舱室内；

所述前划桨装置包括前滑套、前划桨、前滑套驱动机构，所述前滑套可滑动套装在舱体的中前部，所述前划桨有多个，多个前划桨可转动安装在前滑套的外周，所述前滑套驱动机构驱动前滑套相对舱体前后往复运动，前滑套向前运动时，前划桨随前滑套向前运动并在泥水阻力作用下向后转动避让泥水阻力，前滑套向后运动时，前划桨随前滑套向后运动并向后划动泥水；

所述后划桨装置包括后滑套、后划桨、后滑套驱动机构，所述后滑套可滑动套装在舱体的中后部，所述后划桨有多个，多个后划桨可转动安装在后滑套的外周，所述后滑套驱动机构驱动后滑套相对舱体前后往复运动，后滑套向前运动时，后划桨随后滑套向前运动并在泥水阻力作用下向后转动避让泥水阻力，后滑套向后运动时，后划桨随后滑套向后运动并向后划动泥水；

所述前滑套的运动方向与后滑套的运动方向相反。

进一步的所述污水管道穿行机器人在水中是正浮力设计。

进一步的，所述舱体优选头尾都是圆锥形，中段是圆柱形的舱体。

所述前滑套的头部优选圆锥形结构且罩住舱体头部。

所述前滑套和后滑套之间密封连接有波纹管，防止泥水进入滑套与舱体之间阻碍滑动。

所述后滑套与舱体尾部之间密封连接有波纹管，防止泥水进入后滑套与舱体之间阻碍滑动。

所述舱体内部还可安装有前后往复运动的配重块和配重块推动机构，前滑套向前运动时，配重块推动机构将配重块推向舱体的前部，前滑套向后运动时，配重块推动机构将配重块推向舱体的后部。

所述螺旋桨推进器、前滑套驱动机构和后滑套驱动机构优选电机驱动，驱动电机的电能可以是安装在舱体内的电池，也可以是通过电缆连接到外部电源；通过电缆连接到外部电源时，舱体外的电缆通过水密电连接器与舱体内的电缆连接。

本发明的污水管道穿行机器人是这样工作的，首先将机器人放入污水管道，启动螺旋桨推进器、前滑套驱动机构和后滑套驱动机构，螺旋桨推进装置通过螺旋桨的在机器人的尾部推动机器人在泥水中前行，在前滑套驱动机构和后滑套驱动机构的驱动下，前划桨和后划桨反向运动，前划桨避开泥水阻力向前运动时后划桨向后划动泥水推动机器人前行，后划桨避开泥水阻力向前运动时前划桨向后划动泥水推动机器人前行，机器人在螺旋桨与划桨的合力作用下前行。

本发明还公开了一种污水管道清淤系统，该系统包括本发明的污水管道穿行机器人，还包括管道耙淤设备、淤泥打捞设备和牵引绳，所述管道耙淤设备包括拉耙、前卷扬机、后卷扬机，在清淤时，前卷扬机的绞索系在拉耙的拉杆上，后卷扬机的绞索系在拉耙的尾部，拉耙在前卷扬机、后卷扬机的拖动下在污水管道内往复运动，将管内的淤泥耙向前卷扬机一端的检查井口；所述淤泥打捞设备用于将检查井内的淤泥打捞出检查井，淤泥打捞设备可以是吸淤车，还可以是抓淤机械手；所述污水管道穿行机器人用于穿过相邻两个检查井之间的污水管道，并将牵引绳从一个检查井口拖入污水管道后从另一个检查井口拖出；所述牵引绳用于将后卷扬机的绞索从一个检查井口拖入污水管后从另一个检查井口拖出。

为了对清淤后的管道进行观察检测，所述污水管道清淤系统还包括无动力摄像小车，该无动力摄像小车在前卷扬机或后卷扬机的拖动下在污水管道内前行，将图像实时传回地面，实现污水管道清淤后的检测。

应用本发明的污水管道清淤系统进行污水管道清淤方法包括如下步骤：

s1、使用淤泥打捞设备将相邻两个检查井内的淤泥打捞出检查井；

s2、利用污水管道穿行机器人拖动牵引绳，使牵引绳从上述的一个检查井口穿入污水管道并从另一个检查井穿出；

s3、将前卷扬机和后卷扬机分别安放在上述的两个检查井口；

s4、将牵引绳的一端系在后卷扬机的绞索上，在牵引绳的另一端拉动绞索，将绞索从后卷扬机所在的检查井口拖入污水管道并从前卷扬机所在的检查井口拖出；

s5、将前卷扬机的绞索系在拉耙的拉杆上，将后卷扬机的绞索系在拉耙的尾部；

s6、后卷扬机收索，前卷扬机放索，将拉耙送入污水管道，然后前卷扬机收索，后卷扬机放索，拉耙将污水管道中的淤泥推入检查井中，往复进行，直到污水管道中的淤泥清理干净；

s7、使用淤泥打捞设备将拉耙拉入检查井内的淤泥打捞出检查井，完成污水管道的清淤。

本发明的污水管道穿行机器人，包括舱体、螺旋桨推进器、前划桨装置、后划桨装置，通过及前、后划桨装置的滑套反向往复运动带动安装在滑套上的前、后划桨交替划动，配合螺旋桨的推力，有效实现机器人在泥水中、淤泥中的穿行以及硬地面的爬行，解决了现有机器人难以在淤泥中穿越污水管道的问题；本发明的机器人还通过配重块调整机器人的重心位置，实现更有效的运动。

本发明的污水管道清淤系统，包括本发明的污水管道穿行机器人、管道耙淤设备、淤泥打捞设备和牵引绳，通过污水管道穿行机器人在污水管道中穿牵引绳，通过牵引绳在污水管道中穿接管道耙淤设备的后卷扬机绞索，管道耙淤设备的拉耙在前卷扬机、后卷扬机的往复拉动下将管内淤泥耙入检测井内由淤泥打捞设备打捞出检查井，不需要大型设备，通过系统内各设备紧密配合，实现污水管道的快速有效清淤。

附图说明

图1为本发明污水管道穿行机器人第一实施例的主视图。

图2为图1的右视图。

图3为图2中沿a－a线的剖视图。

图4是图3中沿b－b线的剖视图。

图5是图3中沿c－c线的剖视图。

图6是图3中尾部的放大图。

图7为本发明污水管道穿行机器人第二实施例的主视图。

图8为图7的右视图。

图9为图8中沿d－d线的剖视图。

图10是图9中沿e－e线的剖视图。

图11是图9中沿f－f线的剖视图。

图12是图11中推块与挡块脱开时的状态图。

图13是图9中沿h－h线的剖视图。

图14是图13中推块与挡块脱开时的状态图。

图15是本发明污水管道清淤系统的组成图。

图16是图15中淤泥打捞设备的结构图。

图17是图16中沿p－p线的剖视图。

图18是图15中管道耙淤设备的结构图。

图中附图标记为：1、螺旋桨推进器，2、波纹管，3、后划桨装置，4、波纹管，5、前划桨装置，6、后滑套，7、舱体，8、后划桨，9、齿轮，10、齿轮，11、链传动机构，12、后驱动轴，13、配重块，14、前驱动轴，15、减速机，16、齿轮，17、齿条，18、齿轮，19、齿条，20、前滑套，21、前划桨，22、限位面，23、齿条，24、齿条，25、尾轴，26、电缆导管，27、舱体内电缆，28、水密电连接器，29、舱体外电缆，30、螺旋桨，31、电机，32、链传动机构，33、链传动机构，34、配重块，36、链传动机构，37、链传动机构，38、推块，39、挡块，40、挡块，41、推块，42、挡块，43、挡块，51、污水管道穿行机器人，52、牵引绳，53、管道耙淤设备，54、淤泥打捞设备，61机架，62、吊桶，63、螺旋叶片，64、电机，65、卷扬机，71、前卷扬机，72、导向轮，73、拉耙，74、导向轮，75、后卷扬机。

具体实施方式

如图1至图6示出了本发明污水管道穿行机器人第一实施例，包括舱体7、螺旋桨推进器1、前划桨装置5、后划桨装置3；

舱体7是水密舱体，螺旋桨推进器1安装在舱体后部的舱室内，参见图6；螺旋桨推进器1包括电机31、由电机31驱动的尾轴25、安装在尾轴上的螺旋桨30，尾轴25是空心轴，空心轴25内插装有电缆导管26，电缆导管26的前端与舱体7固定安装，，空心轴25与电缆导管26之间密封且可相对转动，水密电连接器28的插座固定且密封安装在电缆导管26的尾部，舱体内电缆27穿过电缆导管26连接在水密电连接器28的插座上，连接部位硫化密封，舱体外电缆29与水密电连接器28的插头连接，连接部位硫化密封。

参见图3和图5，前划桨装置包括前滑套20、前划桨21、前滑套驱动机构，前滑套20可滑动套装在舱体7的中前部，前滑套20的头部是圆锥形结构且罩住舱体7的头部，前划桨21有16个，16个前划桨均通过销轴可转动安装在前滑套20的外周，所述前滑套驱动机构包括安装在舱体7内的减速机15、由减速机15驱动的前驱动轴14，前驱动轴14两端穿过舱体壁并通过密封圈与舱体壁密封，前驱动轴14的上端安装有齿轮16，前驱动轴14的下端安装有齿轮18，齿轮16与安装在前滑套20内壁的齿条17啮合实现齿轮齿条传动，齿轮18与安装在前滑套20内壁的齿条19啮合实现齿轮齿条传动，驱动轴14驱动齿轮16和齿轮18转动，进而驱动齿条17和齿条19直线运动，与齿条固定安装的前滑套20跟随齿条运动，从上往下看，减速机15顺时针运动时，前滑套20向舱体前方运动，减速机15逆时针转动时，前滑套20向舱体后方运动，通过改变减速机15的转动方向，实现前滑套的20前后往复运动，前滑套20向前运动时，前划桨21随前滑套20向前运动并在泥水阻力作用下向后转动避让泥水阻力，前滑套21向后运动时，前划桨21随前滑套20向后运动,在泥水阻力作用下转动至与前滑套20运动方向垂直位置限位，限位面22设置在前滑套20上，限位后前划桨21高效向后划动泥水。

参见图3和图4，后划桨装置包括后滑套6、后划桨8、后滑套驱动机构，后滑套6可滑动套装在舱体7的中后部，后划桨8有12个，12个后划桨均通过销轴可转动安装在后滑套6的外周，所述后滑套驱动机构包括安装在舱体7内的减速机15、由减速机15驱动的链传动机构11、由链传动机构11驱动的后驱动轴12，后驱动轴12两端穿过舱体壁并通过密封圈与舱体壁密封，后驱动轴12的上端安装有齿轮10，后驱动轴12的下端安装有齿轮9，齿轮10与安装在后滑套6内壁的齿条23啮合实现齿轮齿条传动，齿轮9与安装在前滑套6内壁的齿条24啮合实现齿轮齿条传动，后驱动轴12驱动齿轮9和齿轮10转动，进而驱动齿条24和齿条23直线运动，与齿条固定安装的后滑套6跟随齿条运动，从污水管道穿行机器人尾部向前看，后滑套驱动装置的齿条位于齿轮的右侧，前滑套驱动装置的齿条位于齿轮的左侧，所以后滑套6与前滑套20的运动方向相反，后滑套6向前运动时，后划桨8随后滑套6向前运动并在泥水阻力作用下向后转动避让泥水阻力，后滑套6向后运动时，后划桨8随后滑套6向后运动,在泥水阻力作用下转动至与后滑套6运动方向垂直位置限位，限位面设置在后滑套6上，限位后，后划桨8高效向后划动泥水。

所述污水管道穿行机器人在水中是正浮力设计。

参见图1和图3，舱体7的尾部是圆锥形，中段是圆柱形，头部是圆锥形端盖。

参见图1和图3，前滑套20和后滑套6之间密封连接有波纹管4，防止泥水进入滑套与舱体之间阻碍滑动。

参见图1和图3，后滑套6与舱体7尾部之间密封连接有波纹管2，防止泥水进入后滑套与舱体之间阻碍滑动。

参见图3，舱体7内部还安装有前后往复运动的配重块13和配重块推动机构，配重块推动机构是链传动机构11的传动链，配重块13安装传动链上，前滑套20向前运动时，传动链将配重块13推向舱体7的前部，前滑套20向后运动时，传动链将配重块13推向舱体7的后部。

如图7至图16示出了本发明污水管道穿行机器人第二实施例，与第一实施例的区别仅在于前滑套驱动装置、后滑套驱动装置、配重块不同。

参见图9、图13、图14，前滑套驱动装置由第一实施例的齿轮齿条传动变化为链推动机构，具体为：包括安装在舱体7内的减速机15、由减速机15驱动的前驱动轴14，在舱体7的上方位于舱体7与前滑套20之间由驱动轴14驱动的链传动机构36，在舱体7的下方位于舱体7与前滑套20之间由驱动轴14驱动的链传动机构37，参见图13，链传动机构36的链板上安装有推块41，前滑套20的内上壁设置有挡块42和挡块43，链传动机构36的传动链设置为顺时针转动，推块41在两链轮上方随链板直线运动时，推块41推动挡块42向右运动，驱动前滑套20向前运动，推块41随链板绕右侧链轮圆弧运动时，推块41与挡块42脱开，脱开时的状态见图14，前滑套20静止，推块41随链板绕过链轮在两链轮的下侧直线运动时，推块41推动挡块43向左运动，驱动前滑套20向后运动，推块41随链板绕左侧链轮圆弧运动时，推块41与挡块43脱开，前滑套20静止，推块41随链板绕过链轮在两链轮的上侧直线运动时，推块41推动挡块42向右运动，驱动前滑套20向前运动，依此推动前滑套20前后往复运动；链传动机构37在舱体7的下方，与链传动机构36相同的方式同步推动前滑套20前后往复运动。

参见图9、图11、图12，后滑套驱动装置也是由第一实施例的齿轮齿条传动变化为链推动机构，具体为：包括安装在舱体7内的减速机15、由减速机15驱动的链传动机构11、由链传动机构11驱动的后驱动轴12，在舱体7的上方位于舱体7与后滑套6之间由驱动轴12驱动的链传动机构32，在舱体7的下方位于舱体7与后滑套6之间由驱动轴12驱动的链传动机构33，参见图11，链传动机构32的链板上安装有推块38，后滑套6的内上壁设置有挡块39和挡块40，推块41随链传动机构36的链板运行一周时，推块38也随链传动机构32的链板运行一周，推块38的运动方向与推块41的运动方向相反，链传动机构32的传动链设置为顺时针转动，推块38在两链轮下方随链板直线运动时，推块38推动挡块39向左运动，驱动后滑套6向后运动，推块38随链板绕左侧链轮圆弧运动时，推块38与挡块39脱开，脱开时的状态见图12，后滑套6静止，推块38随链板绕过链轮在两链轮的上侧直线运动时，推块38推动挡块40向右运动，驱动后滑套6向前运动，推块38随链板绕右侧链轮圆弧运动时，推块38与挡块40脱开，后滑套6静止，推块38随链板绕过链轮在两链轮的下侧直线运动时，推块38推动挡块39向左运动，驱动后滑套6向后运动，依此推动后滑套6前后往复运动；链传动机构33在舱体7的下方，与链传动机构32相同的方式同步推动后滑套6前后往复运动。

见图9，第二实施例的配重块是安装在链传动机构11的链板上的配重块34，配重块34随链传动机构11的链板运行一周，推块41也随链传动机构36的链板运行一周，前滑套20向前运动时，配重块34随链传动机构11的链板向舱体7的头部运动，前滑套20向后运动时，配重块34随链传动机构11的链板向舱体7的后部运动。

如图15至图18示出了本发明污水管道清淤系统，该系统包括本发明的污水管道穿行机人51，还包括管道耙淤设备53、淤泥打捞设备54和牵引绳52。

见图16和图17，淤泥打捞设备54包括机架61，安装在机架61上方的卷扬机65，由卷扬机65提升的吊桶62、安装在吊桶62中的螺旋叶片63，螺旋叶片63由安装在吊桶62上方的电机64驱动，淤泥打捞设备54用于污水管道检查井内的淤泥打捞，使用时卷扬机65将吊桶放入检查井中，启动电机64，驱动螺旋叶片63转动，吊桶本身的重力加螺旋叶片63的螺旋输送将淤泥向吊桶中输送，然后卷扬机65将吊桶62提起，电机64驱动螺旋叶片63反向转动，将吊桶62中的淤泥输出，由人工装入麻袋或其他容器中运走。

见图18，管道耙淤设备53包括拉耙73、前卷扬机71、后卷扬机75，在清淤时，前卷扬机71的绞索系在拉耙73的拉杆上，后卷扬机75的绞索系在拉耙73的尾部，拉耙73在前卷扬机71、后卷扬机75的拖动下在污水管道内往复运动，将管内的淤泥耙向前卷扬机一端的检查井口，还有导向轮72和导向轮74，导向轮72用于前卷扬机71的绞索在污水管道与检查井交会处的导向，导向轮74用于后卷扬机75的绞索在污水管道与检查井交会处的导向。

污水管道穿行机器人51用于穿过相邻两个检查井之间的污水管道，并将牵引绳52从一个检查井口拖入污水管道后从另一个检查井口拖出。

牵引绳52用于将后卷扬机75的绞索从一个检查井口拖入污水管后从另一个检查井口拖出。

应用本发明的污水管道清淤系统进行污水管道清淤方法包括如下步骤：

s1、使用淤泥打捞设备54将相邻两个检查井内的淤泥打捞出检查井；

s2、利用污水管道穿行机器人51拖动牵引绳52，使牵引绳52从上述的一个检查井口穿入污水管道并从另一个检查井穿出；

s3、将前卷扬机71和后卷扬机75分别安放在上述的两个检查井口；

s4、将牵引绳52的一端系在后卷扬机75的绞索上，在牵引绳52的另一端拉动绞索，将绞索从后卷扬机75所在的检查井口拖入污水管道并从前卷扬机71所在的检查井口拖出；

s5、将前卷扬机71的绞索系在拉耙73的拉杆上，将后卷扬机75的绞索系在拉耙73的尾部；

s6、后卷扬机75收索，前卷扬机71放索，将拉耙73送入污水管道，将前卷扬机71的绞索绕装在导向轮72上，将导向轮72安放在污水管道与检查井交会处，将后卷扬机75的绞索绕装在导向轮74上，将导向轮74安放在污水管道与检查井交会处的导向；然后前卷扬机71收索，后卷扬机75放索，拉耙73将污水管道中的淤泥推入检查井中，往复进行，直到污水管道中的淤泥清理干净；

s7、使用淤泥打捞设备54将拉耙拉入检查井内的淤泥打捞出检查井，完成污水管道的清淤。