一种自动适应管道内径的清洁机器人的制作方法

本实用新型涉及清洁机器人的技术领域，尤其涉及一种自动适应管道内径的清洁机器人。

背景技术：

现有国内外的管道清洁机器人能完成圆形管道过渡到矩形管道的直通管道的清洗任务，大多数机器人还不具备智能适应管径和三向差速定向转弯能力，在清洗过程中对不同管径的管道需要频繁地改变机器人的入口地方，这样增加了许多复杂拆装辅助工作时间，降低了工作效率。而且机器人体积较大，具有一定的质量，能进入的圆形管道大多在200mm以上,对于小口径管道必须要人工手动清理，清洁效率低，工作量大，不易实现快速清理。

空调通风管道作为一种特殊的管道，管道设置交错复杂，截面形状为圆形。空调通风管道的清洁需要机器人进入通风管道有条不紊地将管道中的垃圾清除。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种自动适应管道内径的清洁机器人，能自动适应管道内径的变化并能实现拐弯的功能。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种自动适应管道内径的清洁机器人，包括中心架体、超声波装置、打扫装置、控制装置、多个沿着管道内壁滚动的滚轮装置；多个滚轮装置沿着圆周方向均匀设置在中心架体上，超声波装置安装在中心架体的前端，打扫装置安装在中心架体的后端；超声波装置、打扫装置、滚轮装置均与控制装置信号连接。

进一步的是：滚轮装置包括固定架、前滚轮、后滚轮、空间平行四连杆机构、弹簧；

空间平行四连杆机构包括相互平行的第一倾斜杆A和第一倾斜杆B、相互平行的第二连杆A和第二连杆B、相互平行的第三倾斜杆A和第三倾斜杆B、前轮轴、后轮轴；

第二连杆A的一端与第一倾斜杆A转动式相接，第二连杆A的另一端与第三倾斜杆A转动式相接，第二连杆B的一端与第一倾斜杆B转动式相接，第二连杆B的另一端与第三倾斜杆B转动式相接；第一倾斜杆A和第一倾斜杆B均转动式地安装在固定架上，第三倾斜杆A和第三倾斜杆B均转动式地安装在固定架上；

前轮轴的一端穿过第一倾斜杆A和第二连杆A的相接处，前轮轴的另一端穿过第一倾斜杆B和第二连杆B的相接处；后轮轴的一端穿过第三倾斜杆A和第二连杆A的相接处，后轮轴的另一端穿过第三倾斜杆B和第二连杆B的相接处；前滚轮套装在前轮轴上，后滚轮套装在后轮轴上；

固定架上设有倾斜设置的弹簧芯轴，第三倾斜杆A和第三倾斜杆B之间设有相对弹簧芯轴滑动的滑块，处于压缩状态的弹簧套在弹簧芯轴上。

进一步的是：滚轮装置的数量为3个。3个滚轮装置能更好地在管道的内壁上滚动。

进一步的是：固定架包括相互平行的第一架杆A和第一架杆B，第一架杆A的前后两端均设有夹块，第一架杆B的前后两端均设有夹块；第一架杆A和第一架杆B之间设有穿过第一倾斜杆A和第一倾斜杆B的前架轴，第一架杆A和第一架杆B之间还设有穿过第三倾斜杆A和第三倾斜杆B的后架轴，第一架杆A和第一架杆B之间还设有弹簧支杆，弹簧芯轴设置在弹簧支杆上；从前往后，前架轴、后架轴、弹簧支杆依次设置在固定架上。夹块可以夹住中心架体的夹板，从而将整个滚轮装置固定在中心架体上，固定架的结构简单、制作成本低。

进一步的是：第一倾斜杆A和第二连杆A的相接处设有挡板A，挡板A上设有挡环A，第二连杆A和第一倾斜杆A依次先后套在挡环A的圆周侧面上；第一倾斜杆B和第二连杆B的相接处设有挡板B，挡板B上设有挡环B，第二连杆B和第一倾斜杆B依次先后套在挡环B的圆周侧面上；第一倾斜杆A、第二连杆A、挡板A依次先后套在前轮轴的一端，第一倾斜杆B、第二连杆B、挡板B依次先后套在前轮轴的另一端；

第三倾斜杆A和第二连杆A的相接处设有挡板C，挡板C上设有挡环C，第二连杆A和第三倾斜杆A依次先后套在挡环C的圆周侧面上；第三倾斜杆B和第二连杆B的相接处设有挡板D，挡板D上设有挡环D，第二连杆B和第三倾斜杆B依次先后套在挡环D的圆周侧面上；第三倾斜杆A、第二连杆A、挡板C依次先后套在后轮轴的一端，第三倾斜杆B、第二连杆B、挡板D依次先后套在后轮轴的另一端；

挡板A、挡板B、挡板C、挡板D均通过螺丝分别固定在第一倾斜杆A、第一倾斜杆B、第三倾斜杆A、第三倾斜杆B上。空间平行四连杆机构之间的连接方式简单，制作成本低、稳定性好。

进一步的是：滚轮装置还包括驱动机构，驱动机构包括马达支座、驱动马达、带传动组件；马达支座安装在第一倾斜杆A和第一倾斜杆B上，驱动马达安装在马达支座上，驱动马达的输出端与带传动组件的主动轮相接，带传动组件的被动轮套装在前轮轴上。驱动马达通过带传动组件带动前滚轮转动，从而使得整个装置向前滚动。

进一步的是：马达支座的两端设有卡槽，马达支座两端的卡槽分别卡在第一倾斜杆A和第一倾斜杆B上，马达支座通过螺丝固定在第一倾斜杆A和第一倾斜杆B上。马达支座固定的方式简单，马达支座位于空间平行四连杆机构的前部，使得整个空间平行四连杆机构的稳定性更好。

进一步的是：中心架体包括中空的中心体、设置在中心体两端的夹板。电池等电源设备放在中心体的内部，网孔和中空的中心体，可方便散热。

进一步的是：打扫装置包括固定基座、扫把电机、扫把固定轴、扫把头、扫把十字架；固定基座固定在中心架体的后端，扫把电机安装在固定基座上，扫把电机的输出端与扫把固定轴相接，扫把十字架安装在扫把固定轴上，扫把头安装在扫把十字架上。扫把电机工作，带动扫把固定轴转动，从而带动扫把头转动，进而对管道内进行打扫。

进一步的是：超声波装置包括五个超声波传感器和支撑架，其中四个超声波传感器沿着支撑架侧壁的四周均匀分布，剩余一个超声波传感器设置在支撑架的前端。超声波传感器可采集弯道的方向并探测管道内上下左右前五个方位的距离信息，超声波传感器将探测到的信息传递给Arduino电路板，Arduino电路板接收超声波传感器的信息并处理，Arduino电路板根据超声波传感器传递过来的信息，控制3个滚轮装置的驱动马达的运转，从而实现清洁机器人在管道内的转向。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

本实用新型能打扫粘在管道内壁上面的灰尘，且能够自动检测出管道内壁弯道的方向，并控制滚轮的速度来实现差速入弯，具有体积小，成本低等优势。该机器人不仅具备自主水平检测和调节能力，自动适应管径、全方位转向能力，适用于各种圆形通风和除尘管道的检测、清洗等。

附图说明

图1是本实用新型的主视图。

图2是本实用新型的左视图。

图3是本实用新型的立体图。

图4是滚轮装置的立体结构示意图。

图5是滚轮装置的立体结构示意图，省略驱动机构和前后滚轮。

图6是驱动机构安装在第一倾斜杆A和第一倾斜杆B上的结构示意图。

图7是第三倾斜杆A和第三倾斜杆B安装在固定架上的结构示意图。

图8是第一倾斜杆A、第一倾斜杆B和马达支座的爆炸图。

图9是第一倾斜杆A、第三倾斜杆A、第二连杆A、挡环A和挡环C的爆炸图。

图10是打扫装置的爆炸图。

图11是超声波装置的结构示意图。

图12是中心架体的结构示意图。

图13是本实用新型装置转弯时的结构示意图。

其中，1为滚轮装置，2为打扫装置，3为超声波装置，4为中心架体；1-1为第一倾斜杆A，1-2为第一倾斜杆B，1-3为第二连杆A，1-4为第二连杆B，1-5为第三倾斜杆A，1-6为第三倾斜杆B，1-7为第一架杆A，1-8为第一架杆B，1-9为前轮轴，1-10为后轮轴，1-11为前滚轮，1-12为后滚轮，1-13为前架轴，1-14为后架轴，1-15为弹簧支杆，1-16为弹簧，1-17为弹簧芯轴，1-18为滑块，1-19为驱动马达，1-20为带传动组件的主动轮，1-21为带传动组件的被动轮，1-22为马达支座，1-23为夹块，1-24为挡板A，1-25为挡板B，1-26为挡板C，1-27为挡板D，2-1为固定基座，2-2为扫把电机，2-3为扫把十字架，2-4为扫把头，2-5为扫把固定轴，3-1为超声波传感器，3-2为支撑架，4-1为夹板，4-2为中心体。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

为叙述方便，现对下文所说的方位规定如下：清洁机器人的前进方向为前，即超声波装置在打扫装置的前方。

结合图1、图2和图3所示，一种自动适应管道内径的清洁机器人，包括中心架体、超声波装置、打扫装置、控制装置、多个沿着管道内壁滚动的滚轮装置。控制装置安装在中心架体上，多个滚轮装置沿着圆周方向均匀设置在中心架体上，超声波装置安装在中心架体的前端，打扫装置安装在中心架体的后端，超声波装置、打扫装置、滚轮装置均与控制装置信号连接。超声波装置用于探测管道内前方的弯道和距离等相关情况，并将采集到的信息传递给控制装置，控制装置根据超声波采集到的信息控制滚轮装置的运转，使滚轮装置实现拐弯和自动适应管道内径的目的，控制装置同时也控制打扫装置，使得打扫装置进行打扫工作。

结合图1、图2和图3所示，滚轮装置的数量为3个，3个滚轮装置能更好地在管道的内壁上滚动。滚轮装置包括固定架、前滚轮、后滚轮、空间平行四连杆机构、弹簧、驱动机构；前滚轮和后滚轮转动式地安装在空间平行四连杆机构上，用于推动空间平行四连杆机构转动的弹簧的一端与固定架相接，弹簧的另一端与空间平行四连杆机构相接，驱动机构用于驱动前滚轮转动。

结合图4、图5、图6、图7、图8、图9所示，空间平行四连杆机构包括相互平行的第一倾斜杆A和第一倾斜杆B、相互平行的第二连杆A和第二连杆B、相互平行的第三倾斜杆A和第三倾斜杆B、前轮轴、后轮轴；第二连杆A的一端与第一倾斜杆A转动式相接，第二连杆A的另一端与第三倾斜杆A转动式相接，第二连杆B的一端与第一倾斜杆B转动式相接，第二连杆B的另一端与第三倾斜杆B转动式相接；第一倾斜杆A和第一倾斜杆B均转动式地安装在固定架上，第三倾斜杆A和第三倾斜杆B均转动式地安装在固定架上；第一倾斜杆A和第三倾斜杆A相互平行，第一倾斜杆B和第三倾斜杆B相互平行，固定架可当做空间平行四连杆机构的第四连杆A和第四连杆B。前轮轴的一端穿过第一倾斜杆A和第二连杆A的相接处，前轮轴的另一端穿过第一倾斜杆B和第二连杆B的相接处，即第一倾斜杆A和第二连杆A套在前轮轴的一端，第一倾斜杆B和第二连杆B套在前轮轴的另一端；后轮轴的一端穿过第三倾斜杆A和第二连杆A的相接处，后轮轴的另一端穿过第三倾斜杆B和第二连杆B的相接处，即第三倾斜杆A和第二连杆A套在后轮轴的一端，第三倾斜杆B和第二连杆B套在后轮轴的另一端。前滚轮套装在前轮轴上，后滚轮套装在后轮轴上。固定架上设有倾斜设置的弹簧芯轴，弹簧芯轴的倾斜方向与第三倾斜杆A的方向相反，弹簧芯轴朝前倾斜，第三倾斜杆A朝后倾斜(即第三倾斜杆A与固定架的相接处位于第三倾斜杆A与第二连杆A的相接处的前方)，弹簧芯轴和第三倾斜杆A呈空间异面直线设置，第三倾斜杆A和第三倾斜杆B之间设有相对弹簧芯轴滑动的滑块，滑块套装在弹簧芯轴上，弹簧用于推动空间平行四连杆机构朝前转动，始终处于压缩状态的弹簧套在弹簧芯轴上，即弹簧的一端与固定架相接，弹簧的另一端与滑块相接，由于弹簧始终处于压缩状态，弹簧推动滑块滑动，滑块与空间平行四连杆机构是固定的，从而推动整个空间平行四连杆机构朝前转动，从而保证前滚轮压着管道的内壁，并沿着管道的内壁滚动。

结合图4、图5、图6、图7、图8、图9所示，固定架包括相互平行的第一架杆A和第一架杆B，第一架杆A可当做空间平行四连杆机构的第四连杆A，第一架杆B可当做空间平行四连杆机构的第四连杆B。第一架杆A的前后两端均设有夹块，第一架杆B的前后两端也均设有夹块；第一架杆A和第一架杆B之间设有穿过第一倾斜杆A和第一倾斜杆B的前架轴，即第一倾斜杆A和第一倾斜杆B转动式地套在前架轴上，前架轴位于第一架杆A和第一架杆B的前部；第一架杆A和第一架杆B之间还设有穿过第三倾斜杆A和第三倾斜杆B的后架轴，即第三倾斜杆A和第三倾斜杆B转动式地套在后架轴上，后架轴位于第一架杆A和第一架杆B的中后部；第一架杆A和第一架杆B之间还设有弹簧支杆，弹簧芯轴设置在弹簧支杆上，弹簧支杆位于后架轴的后方，从前往后，前架轴、后架轴、弹簧支杆依次设置在固定架上。

结合图9所示，第一倾斜杆A和第二连杆A的相接处设有挡板A，挡板A上设有挡环A，第二连杆A和第一倾斜杆A依次先后套在挡环A的圆周侧面上；第一倾斜杆B和第二连杆B的相接处设有挡板B，挡板B上设有挡环B，第二连杆B和第一倾斜杆B依次先后套在挡环B的圆周侧面上；第一倾斜杆A、第二连杆A、挡板A依次先后套在前轮轴的一端，第一倾斜杆B、第二连杆B、挡板B依次先后套在前轮轴的另一端；前滚轮的数量有两个，分别套装在前轮轴的两边。第三倾斜杆A和第二连杆A的相接处设有挡板C，挡板C上设有挡环C，第二连杆A和第三倾斜杆A依次先后套在挡环C的圆周侧面上；第三倾斜杆B和第二连杆B的相接处设有挡板D，挡板D上设有挡环D，第二连杆B和第三倾斜杆B依次先后套在挡环D的圆周侧面上；第三倾斜杆A、第二连杆A、挡板C依次先后套在后轮轴的一端，第三倾斜杆B、第二连杆B、挡板D依次先后套在后轮轴的另一端；后滚轮的数量有两个，分别套装在后轮轴的两边。挡板A、挡板B、挡板C、挡板D均通过螺丝分别固定在第一倾斜杆A、第一倾斜杆B、第三倾斜杆A、第三倾斜杆B上。

结合图6所示，驱动机构包括马达支座、驱动马达、带传动组件；马达支座安装在第一倾斜杆A和第一倾斜杆B上，驱动马达安装在马达支座上，驱动马达的输出端与带传动组件的主动轮相接，带传动组件的被动轮套装在前轮轴上。驱动马达通过带传动组件带动前滚轮转动，从而使得整个装置向前滚动。马达支座的两端设有卡槽，马达支座两端的卡槽分别卡在第一倾斜杆A和第一倾斜杆B上，马达支座通过螺丝固定在第一倾斜杆A和第一倾斜杆B上。马达支座固定的方式简单，马达支座位于空间平行四连杆机构的前部，使得整个空间平行四连杆机构的稳定性更好。

结合图12所示，中心架体包括中空的中心体、设置在中心体两端的夹板；中心体大体上呈柱形，中心体的表面上设有较多的网孔。电池等电源设备放在中心体的内部，网孔和中空的中心体，可方便散热。第一架杆A前后两端的夹块上设有夹槽，第一架杆B前后两端的夹块设有夹槽，夹块上的夹槽卡在相应的夹板上，即第一架杆A前端夹块的夹槽和第一架杆B前端夹块的夹槽卡在中心体一端的夹板上，第一架杆A后端夹块的夹槽和第一架杆B后端夹块的夹槽卡在中心体另一端的夹板上。第一架杆A的前后两端和第一架杆B的前后两端通过螺丝固定在夹板上。

结合图10所示，打扫装置包括固定基座、扫把电机、扫把固定轴、扫把头、扫把十字架；固定基座固定在中心架体后端的夹板上，扫把电机安装在固定基座上，扫把电机的输出端与扫把固定轴相接，扫把十字架安装在扫把固定轴上，扫把头安装在扫把十字架上。扫把固定轴呈圆柱形，便于扫把十字架的安装。

控制装置包括Arduino电路板，Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件(各种型号的Arduino板)和软件(Arduino IDE)。Arduino电路板属于现有的成熟的技术。

结合图11所示，超声波装置包括五个超声波传感器和支撑架，其中四个超声波传感器沿着支撑架侧壁的四周均匀分布，剩余一个超声波传感器设置在支撑架的前端；超声波传感器可采集弯道的方向并探测管道内上下左右前五个方位的距离信息，超声波传感器将探测到的信息传递给Arduino电路板，Arduino电路板接收超声波传感器的信息并处理，Arduino电路板根据超声波传感器传递过来的信息，控制3个滚轮装置的驱动马达的运转，从而实现清洁机器人在管道内的转向。

本实用新型的清洁机器人的运行原理如下：当前方管道内的内径变小时，管道内壁压迫前滚轮和后滚轮，进而带动空间平行四连杆机构朝后转动，弹簧进一步压缩；当前方管道内的内径变大时，压缩的弹簧推动空间平行四连杆机构，使得空间平行四连杆机构朝前转动，前滚轮又和管道的内壁相接触；即3个滚轮装置中，通过弹簧，可以使得3个滚轮装置中的前滚轮始终与管道的内壁相接触。结合图13所示，当遇到前方的管道拐弯时，超声波传感器探测前方的弯道情况(弯道的方向、距离弯道处的距离、清洁机器人所在位置距管道内壁上下左右的距离等信息)，超声波传感器将探测到的信息传递给Arduino电路板，Arduino电路板根据超声波传感器传递过来的信息，控制3个滚轮装置的驱动马达的运转，使得靠近内弯道处的滚轮装置的前滚轮转速慢些，靠近外弯道处的前滚轮的转速快些，即实现3个滚轮装置的差速调节，进而顺利通过弯道。

本实用新型的控制技术(即如何具体详细地控制清洁机器人顺利通过拐弯)，这属于现有成熟的技术，也不是本实用新型的具有创造性的地方。关于控制技术，本实用新型只是将Arduino电路板、超声波传感器组合的利用起来。

本实用新型中的A、B、C、D的字母只是为了叙述的方便、便于区分机器人的相关部件。第一倾斜杆A、第一倾斜杆B、第二连杆A、第二连杆B、第三倾斜杆A、第三倾斜杆B、第一架杆A、第一架杆B、挡板A、挡板B、挡板C、挡板D、挡环A、挡环B、挡环C、挡环D也可依次分别称为第一倾斜杆、第二倾斜杆、第一连杆、第二连杆、第三倾斜杆、第四倾斜杆、第一架杆、第二架杆、第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板、第一挡环、第二挡环、第三挡环、第四挡环；当然也可以称为其他合适的名称。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。