一种管道除垢机器人

本发明涉及管道机器人领域，特别是涉及一种管道清理机器人。

背景技术：

管道因输送介质本身含有矿物质及长期使用，会在内壁沉积水垢，这些水垢不仅难以清除，还会因日积月累而越来越厚，使管道有效输送口径变小。特别是输送热水的管道，极易在管道内壁沉积水垢。水垢沉积在管道内壁会使管道输送液体介质时形成很大的附加水头损失，增加输送成本，甚至无法正常输送，形成重大安全隐患。

目前对于管道内结垢问题还没有切实有效的方法，对于裸露在外的管道，清除内部水垢常通过敲击管道，使水垢震颤脱落，但该方式无法对预埋在地下、墙体或人工不可达的管道实施，且无法评估除垢的有效性。另一种除垢方法使通过特定的溶液如羟基丙三酸、阳离子交换树脂等，与管道内水垢发生化学反应溶解最后排出，但这种方法往往成本较高，只适合长度短，口径小的管道，且对于某些具有食品安全要求的管道，该方式也不适用。

有鉴于在目前管道除垢中存在的种种问题，本发明提出了一种新型的管道除垢机器人。采用纯物理方式清除水垢，不对管道产生有毒有害风险，不受管道所处位置、是否暴露在外界环境及管道规模的影响。机器人直接深入到管道内部，对管道内壁打磨清理实现除垢。保证管道除垢的有效性，降低管道使用与维护成本。

因此本领域人员致力于研究一种适用于各种管道除垢清理的管道除垢机器人。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种管道除垢机器人，解决目前输送管道结垢难以清除，清理成本高的问题。

为实现上述技术目的，本发明提供了一种管道除垢机器人，由前驱动轮组件、机器人本体框架、打磨除垢组件和后支撑轮组件组成。所述前驱动轮组件安装在机器人本体框架的一端面，后支撑轮组件安装在机器人本体框架的另一端面，打磨除垢组件同轴安装在机器人本体框架上，可相对机器人本体框架周向旋转。

前驱动轮组件由驱动轮、驱动轮销轴、臂叉、扭簧、臂叉销轴、主同步带轮、从同步带轮、同步带、涡轮和中心蜗杆组成。以蜗杆为中心，驱动轮和从同步带轮通过驱动轮销轴安装在臂叉的末端；臂叉、扭簧、主同步带轮和蜗轮通过臂叉销轴安装在机器人本体框架上。从所述驱动轮到臂叉销轴之间的部分至少包含三组，等间隔安装在机器人本体框架的端面上。

所述从同步带轮和驱动轮是共轴连接的；所述主同步带轮通过同步带将动力传递至从同步带轮；所述主同步带轮又通过臂叉销轴与蜗轮连接；蜗轮和臂叉安装在机器人本体框架上，通过扭簧一端作用在臂叉上另一端作用在机器人本体框架上，臂叉始终具有向外张开的趋势，使驱动轮能始终紧贴管道内壁面。

机器人本体框架由驱动轮支架、外壳、行走电机、除垢电机支架和支撑轮支架组成。行走电机在外壳中，安装在驱动轮支架上，出轴与蜗杆连接固定；除垢电机支架是中空的台阶轴结构，较大的端面上开有放射状的走线槽，圆周面上设有螺纹安装孔；外壳上设有螺钉沉孔，两端分别与驱动轮支架、除垢电机支架连接固定；支撑轮支架的中心孔设有内螺纹孔，与除垢电机支架上的外螺纹段适配连接；驱动轮支架和支撑轮支架上都设有至少3组均匀分布的铰链座，分别用于安装前驱动轮组件和后支撑轮组件；行走电机同轴安装在外壳中，通过驱动轮支架端面连接固定。

打磨除垢组件由复位拉簧、除垢电机定子、转子轴承、除垢电机转子和除垢甩块组成。除垢电机定子安装在除垢电机支架上，通过转子轴承的内圈及端部的支撑轮支架旋紧固定在除垢电机支架上；除垢电机转子安装在转子轴承的外圈上，外侧设有一组或多组环形槽，内侧设有等角度间隔分布的永磁铁；除垢甩块嵌入除垢电机转子的环形槽内，根部通过铰链连接，可相对除垢电机转子在一定角度范围内发生摆动，在复位拉簧作用下保持向内收紧趋势。

安装在转子轴承上的除垢电机转子及其上的除垢甩块、复位拉簧相对机器人本体是可旋转的；除垢电机转子的内侧圆柱面上嵌有永磁铁，通过除垢电机定子产生旋转磁场驱动除垢电机转子旋转，除垢甩块在离心力作用下向外甩出，除垢甩块上的锯齿打磨头贴紧管道内壁旋转，实现打磨除垢功能。

后支撑轮组件由支撑轮支架、支撑摆轴、臂叉、支撑轮轴、支撑轮和扭簧组成。支撑轮支架内圆面上设有内螺纹，除垢电机支架的外圆面上设有外螺纹，二者适配连接固定；多组臂叉通过支撑摆轴等角度间隔安装在支撑轮支架上；支撑轮通过支撑轮轴安装在臂叉末端；扭簧安装在支撑摆轴上，一端压在臂叉上，另一端压在支撑轮支架上。

所述打磨除垢组件中的除垢电机转子相对机器人本体在周向旋转浮动，除垢电机转子旋转时，除垢甩块在离心力作用下向外甩出，除垢甩块上的锯齿部分打磨管道内壁，实现管道除垢；除垢甩块在周向至少2组且等间隔分布，在轴向为1组或多组；除垢甩块末端有用于打磨除垢的锯齿状打磨头。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过机器人直接进入管道内部对管道内的水垢进行打磨清除作业，相比于传统外部敲击、化学溶解等方式具有更高的可靠性，对管道本身特性、应用场合，布局场景要求大大降低，具有更高的普适性。

(2)本发明采用管道机器人直接对管道水垢进行物理打磨清除的方式，目前水垢较多难以清除的管道往往是直接更换相应管道，采用本发明对管道进行除垢修复，可避免更换管道，可大大降低输送管道的维护成本。

(3)本发明填补了用管道机器人清除管道水垢在技术方案上的空白。

附图说明

图1是本发明一种管道除垢机器人的结构示意图，其中，1为前驱动轮组件，2为机器人本体框架，3为打磨除垢组件，4为后支撑轮组件；

图2是本发明的前驱动轮组件结构示意图，其中，1为前驱动轮组件，5为驱动轮，6为驱动轮销轴，7为臂叉，8为扭簧，9为臂叉销轴，10为主同步带轮，11为从同步带轮，12为同步带，13为蜗轮，14为中心蜗杆；

图3是本发明的机器人本体框架结构示意图，其中，2为机器人本体框架，15为驱动轮支架，16为外壳，17为行走电机，18为除垢电机支架，19为支撑轮支架；

图4是本发明的打磨除垢组件结构示意图，其中，3为打磨除垢组件，18为除垢电机支架，20为复位拉簧，21为除垢电机定子，22为转子轴承，23为除垢电机转子，24为除垢甩块；

图5是本发明的后支撑轮组件结构示意图，其中，4为后支撑轮组件，7为臂叉，8为扭簧，19为支撑轮支架，25为支撑摆轴，26为支撑轮轴，27为支撑轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，需注意的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，不表示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作等，不可理解为对本发明的限制条件。

如图1所示，一种管道除垢机器人，包括前驱动轮组件1、机器人本体框架2、打磨除垢组件3和后支撑轮组件4。所述前驱动轮组件1安装在机器人本体框架2的左端面，后支撑轮组件4安装在机器人本体框架2的右端面，打磨除垢组件3同轴安装在机器人本体框架2上，可相对机器人本体框架2发生周向旋转。前驱动轮组件1上的驱动轮和后支撑轮组件4上的支撑轮在扭簧8的作用下始终紧贴管道内壁，共同支撑起管道除垢机器人。

如图2-3所示，前驱动轮组件1由驱动轮5、驱动轮销轴6、臂叉7、扭簧8、臂叉销轴9、主同步带轮10、从同步带轮11、同步带12、蜗轮13和中心蜗杆14组成。中心蜗杆14安装在行走电机17的出轴上，以中心蜗杆14为中心，前驱动轮组件1至少包含三组圆周方向均匀分布的动力组件。

驱动轮5和从同步带轮11通过驱动轮销轴6安装在臂叉7的末端；臂叉7、扭簧8、主同步带轮10和蜗轮13通过臂叉销轴9安装在机器人本体框架2上。从驱动轮5到臂叉销轴9之间的部分至少有三组，等间隔地安装在机器人本体框架2的端面上，且每组中的蜗轮13都与中心蜗杆14保持啮合关系，确保所有驱动轮运动一致性。

从同步带轮11和驱动轮5是共轴连接的；主同步带轮10通过同步带12将动力传递至从同步带轮11；主同步带轮10又通过臂叉销轴9与蜗轮13连接；蜗轮13和臂叉7安装在机器人本体框架2上，扭簧9引脚一端作用在臂叉7上，另一端作用在机器人本体框架2上，臂叉7始终具有向外张开的趋势，使驱动轮5能始终紧贴管道内壁面。

如图1-3所示，机器人本体框架2由驱动轮支架15、外壳16、行走电机17、除垢电机支架18和支撑轮支架19组成。行走电机17位于外壳16中，端面安装在驱动轮支架15上；行走电机17的出轴与蜗杆14连接固定；除垢电机支架18是中空的台阶轴结构，较大的端面上开有放射状的走线槽，圆周面上设有螺纹安装孔；外壳16上设有螺钉沉孔，两端分别与驱动轮支架15、除垢电机支架18连接固定；支撑轮支架19的中心孔设有内螺纹孔，与除垢电机支架18上的外螺纹适配连接；驱动轮支架15和支撑轮支架19上都设有至少3组均匀分布的铰链座，分别用于安装前驱动轮组件1和后支撑轮组件4。

如图4所示，打磨除垢组件3由复位拉簧20、除垢电机定子21、转子轴承22、除垢电机转子23和除垢甩块24组成。除垢电机定子21安装在除垢电机支架18上，通过转子轴承22及端部的支撑轮支架19旋紧固定；除垢电机转子23安装在转子轴承22的外圈上，外侧设有一组或多组环形槽；除垢甩块24嵌入除垢电机转子23的环形槽内，根部通过铰链连接，并在复位拉簧20作用下保持向内收紧趋势。当除垢电机转子23达到一定转速时，除垢甩块24在离心力作用下向外甩出，高速打磨管道内壁，实现除垢功能。

安装在转子轴承22上的除垢电机转子23及其上的除垢甩块24、复位拉簧20相对机器人本体是可旋转的；除垢电机转子23的内侧圆柱面上嵌有永磁铁，通过除垢电机定子21产生旋转磁场驱动除垢电机转子23旋转。

如图5所示，后支撑轮组件4由支撑轮支架19、支撑摆轴25、臂叉7、支撑轮轴26、支撑轮27和扭簧8组成。所述支撑轮支架19内圆面上设有内螺纹，除垢电机支架18的外圆面上设有外螺纹，二者适配连接固定；至少3组臂叉7通过支撑摆轴25等间隔安装在支撑轮支架19上；支撑轮27通过支撑轮轴26安装在臂叉7末端；扭簧8安装在支撑摆轴25上，一端压在臂叉7上，另一端压在支撑轮支架19上，使臂叉7保持向外张紧状态。