一种用于污水处理水池中的清扫污垢机器人的制作方法

本发明涉及污水处理水池清扫设备技术领域，特别是涉及一种用于污水处理水池中的清扫污垢机器人。

背景技术：

化工企业的污水必须经过处理后才能排放，不然对周围环境造成巨大破坏。污水处理采用污水处理池进行处理，污水处理池每天在处理污水后都会有污垢沉积在水池的表面，导致之后的污水处理达不到工艺要求，因此，水池必须每天保持清扫干净的状态。目前，污水处理池的清扫方法都是采用人工手拿清扫刷清扫，由于水池水深大都在3～4米，人工清扫不安全，很容易造成溺亡事故发生；且直径大于10米的水池清扫起来劳动强度大，清扫效率低。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于污水处理水池中的清扫污垢机器人。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种用于污水处理水池中的清扫污垢机器人，包括机器人本体，水池壁上需要清扫的地方有依次排列的第一表面、第二表面、第三表面、第四表面和第五表面，第一表面、第三表面和第五表面与水平面垂直，第二表面和第五表面与水平面平行，水池壁上还具有支撑面，所述机器人本体上设有第一清扫机构、第二清扫机构、第三清扫机构、第四清扫机构和第五清扫机构，第一清扫机构、第二清扫机构、第三清扫机构、第四清扫机构和第五清扫机构分别与第一表面、第二表面、第三表面、第四表面和第五表面相对应；所述第一清扫机构包括液压油箱、第一液压缸、第一活塞杆、第一清扫辊、第二液压缸、第二活塞杆、气动马达和摆线针轮减速器，机器人本体上安装有液压油箱，机器人本体上靠近第一表面的一侧安装有第一液压缸，机器人本体与第一液压缸转动连接，第一液压缸内安装有第一活塞杆，第一活塞杆底部安装有第一清扫辊，第一清扫辊的轴线与第一表面平行，第一清扫辊一端依次安装有摆线针轮减速器和气动马达，第一清扫辊与摆线针轮减速器通过联轴器固定连接，机器人本体上远离第一表面的一侧安装有第二液压缸，机器人本体与第二液压缸转动连接，第二液压缸内安装有第二活塞杆，第二活塞杆顶部与第一液压缸的靠近尾部位置转动连接；所述第二清扫机构包括气缸、伸缩杆、气动马达、摆线针轮减速器和第二清扫辊，第二表面正上方的机器人本体上安装有气缸，气缸内安装有伸缩杆，伸缩杆底部安装有第二清扫辊，第二清扫辊上部从上往下依次安装有气动马达和摆线针轮减速器，第二清扫辊的轴线与第二表面垂直，第二清扫机构有两组；所述第三清扫机构包括气缸、伸缩杆、连杆、气动马达、摆线针轮减速器和第三清扫辊，第三表面上方的机器人本体上安装有气缸，气缸内安装有伸缩杆，伸缩杆底部与连杆的一端相连接，连杆另一端与第三清扫辊的侧面相连接，连杆的中部与机器人本体通过转轴转动连接，相当于杠杆运动，第三清扫辊上部从上往下依次安装有气动马达和摆线针轮减速器，第三清扫辊的轴线与第三表面平行；所述第四清扫机构包括气缸、伸缩杆、气动马达、摆线针轮减速器和第四清扫辊，第四表面正上方的机器人本体上安装有气缸，气缸内安装有伸缩杆，伸缩杆底部安装有第四清扫辊，第四清扫辊上部从上往下依次安装有气动马达和摆线针轮减速器，第四清扫辊的轴线与第四表面垂直，第四清扫机构有两组；所述第五清扫机构包括气缸、伸缩杆、连杆、气动马达、摆线针轮减速器和第五清扫辊，第五表面上方的机器人本体上安装有气缸，气缸内安装有伸缩杆，伸缩杆底部与连杆的一端相连接，连杆另一端与第五清扫辊的侧面相连接，连杆的中部与机器人本体通过转轴转动连接，第五清扫辊上部从上往下依次安装有气动马达和摆线针轮减速器，第五清扫辊的轴线与第五表面平行；所述机器人本体底部与支撑面位置相对应的一侧设有第一行走轮，第一行走轮有两组且分别位于机器人本体靠近两端的位置，机器人本体底部的另一侧与第二表面位置相对应设有第一行走轮和第二行走轮，第一行走轮有一组且靠近机器人本体的一端，第二行走轮有三组且等间距分布，所述机器人本体上设有牵引机构，牵引机构包括气动马达和摆线针轮减速器，第一行走轮一侧依次安装有摆线针轮减速器和气动马达，第一行走轮与摆线针轮减速器通过联轴器固定连接，牵引机构有两组且分别与机器人本体两侧第一行走轮位置相对应。

优选的，所述机器人本体与第一液压缸通过转轴转动连接，所述机器人本体与第二液压缸通过转轴转动连接，所述第二活塞杆与第一液压缸通过转轴转动连接。

优选的，所述机器人本体上设有导向结构，导向结构包括弹性张紧轮机构和刚性张紧轮机构，弹性张紧轮机构内部设有弹簧，弹性张紧轮机构和刚性张紧轮机构的一端均设有导向轮，弹性张紧轮机构安装在机器人本体上且导向轮与第三表面相接触，刚性张紧轮机构安装在机器人本体上且导向轮与第五表面相接触。在弹性张紧轮机构的推动下，刚性张紧轮机构的导向轮能紧贴着第五表面行走，从而保证整个机器人沿着圆弧状水池壁顺畅移动。

优选的，所述机器人本体上设有防倾倒机构，防倾倒机构有两组且分别位于支撑面相邻的水池壁位置、第三表面靠近顶部的位置，防倾倒机构包括限位轨道和滚轮，水池壁和第三表面位置均安装有限位轨道，机器人本体上相对应位置安装有滚轮，滚轮与限位轨道相配合。由于机器人的整体结构较高、露天易受大风影响和较长的第一液压缸在运行时使整个机器人受力偏左，有翻转力矩致重心不稳，设置防倾倒机构避免机器人倾倒，提升机器人的稳定性。

优选的，所述限位轨道呈倒l型。倒l型保证滚轮不会脱离限位轨道，稳定性高。

优选的，所述第二行走轮与机器人本体之间设有弹簧。弹簧保证第二行走轮与机器人本体之间可以相对运动，具有减震性好，提升整个机器人稳定性的作用。

优选的，所述第二清扫辊的直径与第二表面的宽度相同，所述第四清扫辊的直径与第四表面的宽度相同；所述第三清扫辊的高度与第三表面的宽度相同，所述第五清扫辊的高度与第五表面的宽度相同。以上设置保证第二表面、第三表面、第四表面和第五表面可以被清扫的干净，同时可以保证第三表面与第四表面之间的垂直拐角，以及第四表面与第五表面之间的垂直拐角都能清扫干净。

优选的，第一液压缸的进油管路和出油管路上均设有液控单向阀，第一液压缸的进油管路和出油管路上均设有单向节流阀，第一液压缸的进油管路和出油管路上设有三位四通电磁换向阀。

优选的，第二液压缸的进油管路和出油管路上均设有电磁换向球阀，第二液压缸的进油管路和出油管路上设有三位四通电磁换向阀。

优选的，两组所述第二清扫机构的气动马达呈互为正反旋转状态设置；两组所述第四清扫机构的气动马达呈互为正反旋转状态设置。

本发明的有益效果在于：本发明采用新设计的清扫污垢机器人代替人工清扫，解决了人工清扫容易出现溺亡事故的问题，安全系数高；机器人清扫效率高，节省清扫成本，保证污水处理达到工艺要求。

附图说明

图1为本发明的水池俯视图；

图2为图1中a-a剖面图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的第一清扫机构工作状态示意图；

图5为本发明的第一清扫机构非工作状态示意图；

图6为本发明的防倾倒机构放大示意图；

图7为本发明的第一清扫机构主视图；

图8为本发明的第三清扫机构和第五清扫机构示意图；

图9为本发明的第一清扫机构液压传动系统示意图；

图10为本发明的气压传动系统示意图。

其中：1、机器人本体；2、第一表面；3、第二表面；4、第三表面；5、第四表面；6、第五表面；7、支撑面；8、弹性张紧轮机构；9、第二行走轮；10、第二清扫辊；11、第四清扫辊；12、第一清扫辊；13、第五清扫辊；14、第三清扫辊；15、第一行走轮；16、气动马达；17、摆线针轮减速器；18、导向轮；19、刚性张紧轮机构；20、液压油箱；21、第一液压缸；22、第一活塞杆；23、伸缩杆；24、气缸；25、防倾倒机构；26、转轴；27、第二液压缸；28、第二活塞杆；29、限位轨道；30、滚轮；31、弹簧；32、连杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，本实施例以直径10米、水深3米的圆形水池为例来说明清扫污垢机器人的结构和工作原理。污水处理水池需要清扫的部分为水池壁，水池壁上需要清扫的地方有依次排列的第一表面2、第二表面3、第三表面4、第四表面5和第五表面6，其中，第一表面2、第三表面4和第五表面6与水平面垂直，第二表面3和第五表面6与水平面平行，第一表面2的宽度大于3米，水池壁上还具有支撑面7。

如图1和图3所示，本发明包括机器人本体1，机器人本体1上设有第一清扫机构、第二清扫机构、第三清扫机构、第四清扫机构和第五清扫机构。第一清扫机构、第二清扫机构、第三清扫机构、第四清扫机构和第五清扫机构分别与第一表面2、第二表面3、第三表面4、第四表面5和第五表面6相对应。如图4、图5和图7所示，图4为第一清扫机构工作状态的起始位置和终点位置示意图，图5为第一清扫机构非工作状态示意图，第一清扫机构包括液压油箱20、第一液压缸21、第一活塞杆22、第一清扫辊12、第二液压缸27、第二活塞杆28、气动马达16和摆线针轮减速器17。机器人本体1上安装有液压油箱20。机器人本体1上靠近第一表面2的一侧安装有第一液压缸21，机器人本体1与第一液压缸21转动连接，第一液压缸21内安装有第一活塞杆22。第一活塞杆22底部安装有第一清扫辊12，第一清扫辊12的轴线与第一表面2平行。第一清扫辊12一端依次安装有摆线针轮减速器17和气动马达16。第一清扫辊12与摆线针轮减速器17通过联轴器固定连接。机器人本体1上远离第一表面2的一侧安装有第二液压缸27，机器人本体1与第二液压缸27转动连接。第二液压缸27内安装有第二活塞杆28，第二活塞杆28顶部与第一液压缸21的靠近尾部位置转动连接。机器人本体1与第一液压缸21通过转轴26转动连接，机器人本体1与第二液压缸27通过转轴26转动连接，第二活塞杆28与第一液压缸21通过转轴26转动连接。如图3和图4所示，第二清扫机构包括气缸24、伸缩杆23、气动马达16、摆线针轮减速器17和第二清扫辊10。第二表面3正上方的机器人本体1上安装有气缸24，气缸24内安装有伸缩杆23。伸缩杆23底部安装有第二清扫辊10。第二清扫辊10上部从上往下依次安装有气动马达16和摆线针轮减速器17，第二清扫辊10的轴线与第二表面3垂直。第二清扫机构有两组。如图3和图8所示，第三清扫机构包括气缸24、伸缩杆23、连杆32、气动马达16、摆线针轮减速器17和第三清扫辊14。第三表面4上方的机器人本体1上安装有气缸24，气缸24内安装有伸缩杆23。伸缩杆23底部与连杆32的一端相连接，连杆32另一端与第三清扫辊14的侧面相连接。连杆32的中部与机器人本体1通过转轴26转动连接。第三清扫辊14上部从上往下依次安装有气动马达16和摆线针轮减速器17。第三清扫辊14的轴线与第三表面4平行。如图3和图4所示，第四清扫机构包括气缸24、伸缩杆23、气动马达16、摆线针轮减速器17和第四清扫辊11。第四表面5正上方的机器人本体1上安装有气缸24，气缸24内安装有伸缩杆23。伸缩杆23底部安装有第四清扫辊11。第四清扫辊11上部从上往下依次安装有气动马达16和摆线针轮减速器17。第四清扫辊11的轴线与第四表面5垂直。第四清扫机构有两组。如图3和图8随时，第五清扫机构包括气缸24、伸缩杆23、连杆32、气动马达16、摆线针轮减速器17和第五清扫辊13。第五表面6上方的机器人本体1上安装有气缸24，气缸24内安装有伸缩杆23。伸缩杆23底部与连杆32的一端相连接，连杆32另一端与第五清扫辊13的侧面相连接。连杆32的中部与机器人本体1通过转轴26转动连接。第五清扫辊13上部从上往下依次安装有气动马达16和摆线针轮减速器17。第五清扫辊13的轴线与第五表面6平行。如图3、图5和图8所示，机器人本体1底部与支撑面7位置相对应的一侧设有第一行走轮15，第一行走轮15有两组且分别位于机器人本体1靠近两端的位置。机器人本体1底部的另一侧与第二表面3位置相对应设有第一行走轮15和第二行走轮9。第一行走轮15有一组且靠近机器人本体1的一端，第二行走轮9有三组且等间距分布。机器人本体1上设有牵引机构，牵引机构包括气动马达16和摆线针轮减速器17。第一行走轮15一侧依次安装有摆线针轮减速器17和气动马达16。第一行走轮15与摆线针轮减速器17通过联轴器固定连接。牵引机构有两组且分别与机器人本体1两侧第一行走轮15位置相对应。第二行走轮9与机器人本体1之间设有弹簧31。如图3所示，机器人本体1上设有导向结构，导向结构包括弹性张紧轮机构8和刚性张紧轮机构19。弹性张紧轮机构8内部设有弹簧31。弹性张紧轮机构8和刚性张紧轮机构19的一端均设有导向轮18。弹性张紧轮机构8安装在机器人本体1上且导向轮18与第三表面4相接触。刚性张紧轮机构19安装在机器人本体1上且导向轮18与第五表面6相接触。如图4、图5和图6所示，机器人本体1上设有防倾倒机构25，防倾倒机构25有两组且分别位于支撑面7相邻的水池壁位置、第三表面4靠近顶部的位置。防倾倒机构25包括限位轨道29和滚轮30。水池壁和第三表面4位置均安装有限位轨道29，机器人本体1上相对应位置安装有滚轮30，滚轮30与限位轨道29相配合。限位轨道29呈倒l型。如图3、图4、图5和图8所示，第二清扫辊10的直径与第二表面3的宽度相同，第四清扫辊11的直径与第四表面5的宽度相同；第三清扫辊14的高度与第三表面4的宽度相同，第五清扫辊13的高度与第五表面6的宽度相同。如图9所示，第一液压缸21的进油管路和出油管路上均设有液控单向阀，第一液压缸21的进油管路和出油管路上均设有单向节流阀，第一液压缸21的进油管路和出油管路上设有三位四通电磁换向阀。第二液压缸27的进油管路和出油管路上均设有电磁换向球阀，第二液压缸27的进油管路和出油管路上设有三位四通电磁换向阀。机器人在高度方向上尺寸较大，长度达3米多，在执行第一表面2的清扫过程中，第一活塞杆22上下运动，行程达3米，第一液压缸21可以绕尾部的转轴26摆动，这样能够保证第一清扫辊12上下有效清扫行程达到3米，第一活塞杆22的伸缩速度由两个单向节流阀控制，第一活塞杆22的停止由两个液控单向阀锁定，稳定可靠。第一清扫机构由双液压缸组成，因为单靠第一液压缸21摆动运行，整个机器人不够稳固，所以还要配置第二液压缸27以确保第一液压缸21运行时的稳固。第二液压缸27的第二活塞杆28能随第一液压缸21运行时自由伸缩，通过三位四通电磁换向阀上的中位与两个电磁换向球阀同时得电实现，而第二液压缸27本身也能绕尾部的转轴26摇摆。当机器人不工作时，两个液压缸牢固地保持原位不动，第一液压缸21通过液控单向阀实现锁止状态，第二液压缸27通过两个电磁换向球阀锁定无杆腔和有杆腔油液不动保持锁止状态。如图10所示，两组第二清扫机构的气动马达16(图10中采用第二马达表示)呈互为正反旋转状态设置；两组第四清扫机构的气动马达16(图10中采用第四马达表示)呈互为正反旋转状态设置。保证机器人内部力学平衡，提升机器人的稳定性，降低整个机器人振动。

如图9和图10所示，工作时，通过plc控制机器人自动运行，第一清扫机构通过第一液压缸21和第二液压缸27相配合实现第一清扫辊12沿着第一表面2上下移动进行清扫，第一清扫辊12自身运行通过气动马达16(图10中采用第一马达表示)和摆线针轮减速器17配合带动第一清扫辊11的转动；第二清扫机构通过气缸24(图10中采用第二气缸表示)带动第二清扫辊10上下运动，不工作时上升，使得第二清扫辊10与第二表面3脱离，工作时下降，保持第二清扫辊10与第二表面3紧密接触，第二清扫辊10自身运行通过气动马达16(图10中采用第二马达表示)和摆线针轮减速器17配合带动第二清扫辊10的转动；第三清扫机构工作时通过气缸24(图10中采用第三气缸表示)拉动连杆32绕着转轴26转动，连杆32带动第三清扫辊14与第三表面4紧密接触，不工作时，气缸24推动连杆32绕着转轴26转动，连杆32带动第三清扫辊14脱离与第三表面4的接触，第三清扫辊14自身运行通过气动马达16(图10中采用第三马达表示)和摆线针轮减速器17配合带动第三清扫辊14的转动；第四清扫机构通过气缸24(图10中采用第四气缸表示)带动第四清扫辊11上下运动，不工作时上升，使得第四清扫辊11与第四表面5脱离，工作时下降，保持第四清扫辊11与第四表面5紧密接触，第四清扫辊11自身运行通过气动马达16(图10中采用第四马达表示)和摆线针轮减速器17配合带动第四清扫辊11的转动；第五清扫机构工作时通过气缸24(图10中采用第五气缸表示)拉动连杆32绕着转轴26转动，连杆32带动第五清扫辊13与第五表面6紧密接触，不工作时，气缸24推动连杆32绕着转轴26转动，连杆32带动第五清扫辊13脱离与第五表面6的接触，第五清扫辊13自身运行通过气动马达16(图10中采用第五马达表示)和摆线针轮减速器17配合带动第五清扫辊13的转动。机器人的移动通过牵引机构来实现，机器人本体1两侧的第一行走轮15分别由气动马达16(图10中采用牵引马达表示)和摆线针轮减速器17相配合实现驱动第一行走轮15的转动，机器人本体1可以顺时针行走，也可以逆时针行走。

本发明设计的清扫污垢机器人在化工污水处理过程中有着极高的应用价值。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围。本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形。本发明的范围由权利要求及其等同物限定。