一种用于隧洞海生物清理的末端执行装置的制作方法

本实用新型涉及隧道机器人领域，尤其涉及一种用于隧洞海生物清理的末端执行装置。

背景技术：

现有技术中，核电站取水隧洞将清洁的海水从水源引入电站，在取水隧洞内壁会附着贝类、藤壶等海生物。附着在内壁上的海生物会使隧洞过流面积减小从而降低了隧洞的输水能力，因此需要对附着的海生物进行清理。

传统的人工清理方式存在工作环境差、工作效率低、有潜在的危险等问题，隧洞海生物清理机器人应运而生。现有的隧洞海生物清理机器人主要存在如下技术缺陷：

1、现有用于隧洞海生物清理的末端执行装置的执行装置为仿隧洞直径设计，对于非接近标准圆形隧洞并不适用，且当隧洞直径变化时，例如：隧洞直径变小时，可能会发生卡死或破坏隧洞表面；或者，当隧洞直径变大时，清理效果会大大下降。

2、现有用于隧洞海生物清理的末端执行装置的清理方式一般为：车体移动带动自转的执行装置清洗隧洞，升降台上下移动调整执行装置与隧洞的相对位置，整个机器人的自由度少，在车体跑偏的情况下很难获得最佳清理效果。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种用于隧洞海生物清理的末端执行装置，能够精准控制末端执行装置与隧洞内壁的接触力，实时感知自身姿态并可自适应调整；清理高效，安全可靠。

为了解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供了一种用于隧洞海生物清理的末端执行装置，用以安装在隧洞海生物清理机器人机械臂的末端，清理隧洞内海生物、淤泥及其它杂质，其特征在于，包括：清理装置本体和连接在清理装置本体上的用以检测清理装置本体相对于隧洞内壁姿态的姿态检测模块，姿态检测模块包括：基板；连接在基板上的多组检测触点，检测触点包括设置在基板上压力传感器、连接在压力传感器上的导杆、套接在导杆外部且与压力传感器相连的弹性元件以及分别与导杆和弹性元件相连的滚珠，其中：滚珠接触隧洞圆弧内壁且压缩弹性元件产生形变，压力传感器通过检测弹性元件的形变值判断与基板相连的清理装置本体的姿态是否到位。

其中，清理装置本体包括：固定架；连接在固定架上的可进行转动的铰接连杆；一端与铰接连接相连，相对的另一端与固定架相连的用以调整固定架摆动角度的伸缩油缸，其中：伸缩油缸控制带动固定架以铰接连杆上的回转轴为转轴进行摆动。

其中，清理装置本体还包括：分别装设在固定架上的滚筒和旋转马达，其中，旋转马达与滚筒相连，旋转马达带动滚筒相对于固定架进行自转。

其中，滚筒包括：滚筒本体和设置在滚筒本体内部的旋转轴，旋转轴与旋转马达相连，滚筒本体上设有旋转滚刷，旋转滚刷上间隔设置可拆卸的清理铣刀和清理钢刷。

其中，清理铣刀和清理钢刷分别设置为多排，清理铣刀和清理钢刷间隔均匀设置，清理钢刷的轴向高度尺寸大于清理铣刀的轴向高度尺寸。

其中，清理装置本体还包括：设置在固定架一侧的用以将通过旋转滚刷进行清理的海生物拨至隧洞底部平面的挡板；挡板上设有二次清理用的硬质钢刷。

本实用新型所提供的用于隧洞海生物清理的末端执行装置，具有如下有益效果：

第一、滚珠接触隧洞圆弧内壁且压缩弹性元件产生形变，通过压力传感器检测弹性元件的形变值判断与基板相连的清理装置本体的姿态是否到位，并根据弹性元件的形变值与存储的设计值，通过控制调节机械臂及伸缩油缸来调整末端执行装置的姿态，使末端执行装置与隧洞内壁的接触力保持在稳定的范围内。此外，在车体跑偏或地面不平导致其偏离理论位置时不至于发生同隧道内壁刚性碰撞的情况。

第二、旋转滚刷上间隔设置可拆卸的清理铣刀和清理钢刷，可通过清理铣刀铣削将大部分海生物切削下来，然后利用清理钢刷将残余的海生物清理下来，清理效率高，残留物少，作业长度长；清理铣刀与隧洞内壁有微小的间隙，可以保证隧洞内壁和铣刀不发生摩擦， 防止发生碰撞。

第三，结构精简，可实现安全、高效及可靠的清洗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例用于隧洞海生物清理的末端执行装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例用于隧洞海生物清理的末端执行装置的清理装置本体的第一视角结构示意图。

图3是本实用新型实施例用于隧洞海生物清理的末端执行装置的清理装置本体的第二视角结构示意图。

图4是本实用新型实施例用于隧洞海生物清理的末端执行装置的滚筒的主视结构示意图。

图5是本实用新型实施例用于隧洞海生物清理的末端执行装置的姿态检测模块的结构示意图。

图6是本实用新型实施例用于隧洞海生物清理的末端执行装置的滚筒的侧视结构示意图。

图7是本实用新型实施例用于隧洞海生物清理的末端执行装置进行作业的结构示意图。

具体实施方式

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，都属于本实用新型保护的范围。

结合参见图1-图7所示，为本实用新型用于隧洞海生物清理的末端执行装置的实施例一。

如图1所示，本实施例中的用于隧洞海生物清理的末端执行装置，用以安装在隧洞海生物清理机器人机械臂的末端，清理隧洞内海生物、淤泥及其它杂质，包括：清理装置本体1和连接在清理装置本体1上的用以检测清理装置本体1相对于隧洞内壁姿态的姿态检测模块2。

如图2-5所示，清理装置本体1是实现隧洞内壁T附着的海生物清理的执行装置，其作业的对象为附着在隧洞内壁的海生物。本实施例中，其包括：固定架11；连接在固定架11上的可进行转动的铰接连杆12；一端与铰接连接12相连，相对的另一端与固定架11相连的用以调整固定架11摆动角度的伸缩油缸13，其中：伸缩油缸13控制带动固定架11以铰接连杆12上的回转轴12a为转轴进行摆动。

具体实施时，通过伸缩油缸13的动作可以控制调整固定架11的摆动角度，从而实现清理装置本体1姿态的调整以使其与隧洞内壁T有良好的贴合。

进一步的，清理装置本体1还包括：分别装设在固定架11上的滚筒14和作为滚筒14驱动源的旋转马达15。其中，旋转马达15固定在固定架11上，其输出端与滚筒14相连，旋转马达15带动滚筒14相对于固定架11绕其自身轴进行自转。

进一步的，滚筒14包括：滚筒本体141和设置在滚筒本体141内部的旋转轴142，旋转轴142与旋转马达15相连，滚筒本体141上设有旋转滚刷，旋转滚刷上间隔设置可拆卸的清理铣刀143和清理钢刷144。

本实施例中，滚筒的有效宽度为1.6m，其作业长度大，可以提高清理效率。实施时，滚筒14内部的旋转轴142在清理的过程中保持与隧洞轴线的平行，清理装置本体1也始终与隧洞内壁T保持线接触，使其适用于圆弧隧洞。

需要说明的是，由于切削刀具的切削速度通常较快，因此刀具难以与隧洞内壁良好贴合导致刀具切削后会有一些残留；通过设置清理钢刷144，清理钢刷144具有一定的弹性能够良好的贴合内壁，采用清理铣刀143和清理钢刷144相结合的方式，通过清理铣刀143将大部分海生物切削下来，然后利用清理钢刷144将残余的海生物清理下来。

进一步的，清理铣刀143和清理钢刷144分别设置为多排，清理铣刀143和清理钢刷144间隔均匀设置，清理钢刷144的轴向高度尺寸大于清理铣刀143的轴向高度尺寸。如此设置的作用是：保证良好清理效果的同时，将清理钢刷144设置比清理铣刀143更突出一些，在作业时，随着滚动的旋转，清理铣刀143将海生物从隧洞内壁T切削剥离下来，清理钢刷144将残余的海生物刷下来。此外，也可以使清理铣刀143与隧洞内壁T保持微小的间隙，可以保证隧洞内壁T与清理铣刀143不发生摩擦，因此就不会发生清理铣刀143碰撞隧洞内壁的情况。

进一步的，清理装置本体1还包括：设置在固定架11一侧的用以将通过旋转滚刷14进行清理的海生物拨至隧洞底部平面的挡板16；挡板16上设有二次清理用的硬质钢刷17。具体实施时，挡板16可以辅助将清理下来的海生物拨到隧洞底部平面，硬质钢刷17能够实现对隧洞内壁的进一步清理和将粘附的海生物刮到隧洞的下部。

如图6所示，姿态检测模块2是用以检测清理装置本体1相对于隧洞内壁T姿态的部件，姿态检测模块2包括：基板21；连接在基板21上的多组检测触点A，检测触点A包括设置在基板21上压力传感器22、连接在压力传感器22上的导杆23、套接在导杆23外部且与压力传感器22相连的弹性元件24以及分别与导杆23和弹性元件24相连的滚珠25。

本实施例中，清理装置本体1的端部连接至姿态检测模块2的基板21上检测触点A设为三组，在基板21上呈三角状布置，每一组检测触点A均由上述压力传感器22、导杆23、弹性元件24以及滚珠25的结构组成，弹性元件24为压缩弹簧。具体实施时，滚珠25接触隧洞圆弧内壁T且压缩弹性元件24产生形变，压力传感器22通过检测弹性元件24的形变值判断与基板21相连的清理装置本体1的姿态是否到位。例如：当进行清理时，姿态检测模块2的滚珠25接触并压在清理干净的隧洞圆弧内壁T上，当滚珠25接触隧洞圆弧内壁T且压缩弹簧变形到存储的设置值时表明执行器位姿正确，否则需要通过清理机械臂、伸缩油缸13来调整执行器的姿态。

如图7所示，本实用新型的用于隧洞海生物清理的末端执行装置在具体实施时，姿态检测模块2的滚珠25接触并压在清理干净的隧洞圆弧内壁T上，当所有三个滚珠25的接触隧洞圆弧内壁T且压缩弹簧24变形到设置值时表明清理装置本体1的位姿正确，可以开始清理作业；否则，通过相应的控制系统控制清理机械臂、清理装置本体1的伸缩油缸13等调整清理装置本体1的姿态直到其实现上述状态为止。

清理时，清理装置本体1随清理机械臂（图未示）的摆动贴紧隧洞内壁T自上而下移动，在移动过程中姿态检测模块2的滚珠25始终在干净的隧洞内壁上滚动并保持弹簧24压缩到位。滚筒14在旋转马达15的驱动下转动，在图7所示视角滚筒逆时针转动，安装在滚筒本体141上的清理铣刀143将附着在隧洞内壁T上的海生物切削下来。由于清理铣刀143并不是压紧在隧洞内壁上的，在作业过程中可能会有一些残留的海生物附着在隧洞内壁上。清理钢刷144的高度比清理铣刀143稍高一点，可以接触到隧洞内壁，因此随滚筒本体141的转动清理钢刷144能够将残余的海生物刷下来。

与此同时，设置在固定架11一侧的硬质钢刷17可以进行最后一道清理。由于滚筒14是一直单方向旋转的，嵌在或粘附在清理铣刀143和清理钢刷144上的海生物很有可能会随着滚筒14的滚动而自转脱落并负载在已经清理过的隧洞内壁上，硬质钢刷17能够将这些海生物刮下来，将堆积的海生物向隧洞底部聚拢，保证清理过的隧洞内壁干净清洁。

实施本实用新型的用于隧洞海生物清理的末端执行装置，具有如下有益效果：

第一、滚珠接触隧洞圆弧内壁且压缩弹性元件产生形变，通过压力传感器检测弹性元件的形变值判断与基板相连的清理装置本体的姿态是否到位，并根据弹性元件的形变值与存储的设计值，通过控制调节机械臂及伸缩油缸来调整末端执行装置的姿态，使末端执行装置与隧洞内壁的接触力保持在稳定的范围内。此外，在车体跑偏或地面不平导致其偏离理论位置时不至于发生同隧道内壁刚性碰撞的情况。

第二、旋转滚刷上间隔设置可拆卸的清理铣刀和清理钢刷，可通过清理铣刀铣削将大部分海生物切削下来，然后利用清理钢刷将残余的海生物清理下来，清理效率高，残留物少，作业长度长；清理铣刀与隧洞内壁有微小的间隙，可以保证隧洞内壁和铣刀不发生摩擦， 防止发生碰撞。

第三，结构精简，可实现安全、高效及可靠的清洗。