旋转喷头机构和清理机器人的制作方法

1.本实用新型涉及传动机械技术领域，尤其涉及一种旋转喷头机构和清理机器人。


背景技术：

2.城市排水系统是处理和排除城市污水和雨水的工程设施系统，是城市公用设施的组成部分。城市排水系统是现代城市中必不可缺少的系统，是保证城市良好生活环境和卫生的重要保障。城市排水系统在运作过程中，管道常年输送各种各样的生活污水和废物垃圾，管道内的环境复杂且恶劣，因此会存在管道堵塞和排水不畅的现象，造成城市内涝进行危害居民生活环境，对居民健康造成危害，因此需要定期对管道中的淤泥杂物进行清理，避免淤泥杂物累积堵塞管路。
3.现有的清理方式通常包括人工清理和机器清理两种形式。然而，人工清理存在以下缺陷：由于污水管道内环境恶劣且复杂，堵塞物的堆积还可能产生易燃易爆气体，清理人员的人身安全存在较大风险，并且对于一些管径较小的管道，人工清理的方式无法到达。机器清理的清理方式存在清理不干净的局限性。
4.本实用新型目的在于提供一种旋转喷头机构和清理机器人。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于提供一种旋转喷头机构，作为管道清理机器人的清理机构，解决现有清理机器人清理程度低的缺陷。
6.为实现上述目的，本实用新型提供一种旋转喷头机构，用于清理机器人，包括：
7.第一管路，所述第一管路用于输送液体；
8.喷头组件，所述喷头组件与所述第一管路连通，具有弯曲结构，通过所述弯曲结构将液体导向后喷出；
9.旋转组件，所述旋转组件与所述喷头组件连接，带动所述喷头组件绕预定轴旋转；
10.动力组件，所述动力组件设于所述旋转组件内部，与所述旋转组件连接，为所述旋转组件提供动力；
11.壳体，所述壳体内部为密封腔体，所述旋转组件和动力组件位于所述壳体中运行，所述喷头组件从所述壳体的内部伸出至所述壳体的外部。
12.可选的，所述旋转组件包括行星架，所述行星架套设于所述第一管路；
13.所述行星架内设有第一齿轮，所述第一齿轮与所述动力组件啮合；
14.所述行星架具有对称设置的两个悬臂，两个所述悬臂内分别设有转轴，所述转轴的两端分别连接第二齿轮和第三齿轮；
15.所述第二齿轮与第四齿轮啮合，所述第四齿轮套设于所述第一管路，所述第四齿轮与所述第一管路固定连接，所述第四齿轮不可转动；
16.所述第三齿轮与所述喷头组件啮合，所述第三齿轮带动所述喷头组件旋转。
17.可选的，所述行星架以所述第一管路为轴心自转；
18.所述第二齿轮以所述转轴为轴心自转，所述第三齿轮绕以所述转轴为轴心自转，所述第二齿轮和所述第三齿轮绕所述第一管路为轴心公转。
19.可选的，所述动力组件为电机，包括定子和转子；
20.所述定子套设于所述第一管路的外侧，所述定子与所述第一管路固定连接；
21.所述转子设于所述定子外围，所述转子绕所述定子转动，所述转子外侧设有啮齿，所述啮齿与所述第一齿轮啮合。
22.可选的，所述喷头组件设于所述壳体的前端面，所述喷头组件包括l型喷头和旋转接头，所述l型喷头和所述旋转接头的一端可拆卸连接；
23.所述旋转接头的另一端套设于所述第一管路的出口端，所述旋转接头的外侧啮齿与所述第三齿轮啮合。
24.可选的，所述旋转接头的内壁与所述第一管路的外壁之间设有轴承和密封件；
25.所述第一管路与所述行星架之间设有轴承。
26.可选的，所述壳体的前端面还设有照明组件和摄像组件；
27.所述照明组件嵌于所述壳体的前端面，所述照明组件的照明方向与所述壳体的前端面垂直；
28.所述摄像组件包括第一摄像头和第二摄像头，所述第一摄像头嵌于所述壳体的前端面，所述第一摄像头获取的图像方向与所述壳体的前端面垂直，所述第二摄像头与所述壳体的前端面垂直设置，所述第二摄像头获取的图像方向与所述壳体的前端面平行。
29.可选的，还包括清洗组件，所述清洗组件用于清理所述照明组件和摄像组件表面的杂物；
30.所述清洗组件包括第二管路、第三管路和清洗接头；
31.所述第二管路包括进液口和与所述进液口连通的环形管路，所述环形管路嵌于所述壳体的前端面；
32.所述清洗接头套设于所述旋转接头，所述清洗接头设有多个喷口，所述喷口与所述环形管路连通，所述喷口方向朝向所述照明组件和第一摄像头；
33.所述第三管路的出液口朝向所述第二摄像头。
34.可选的，所述清洗接头与所述旋转接头的接触面设有轴承和密封件；
35.所述清洗接头与所述壳体的前端面的接触面设有密封件。
36.相应地，还提供一种清理机器人，包括上述任一项的旋转喷头机构，还包括履带组件和机体；
37.所述旋转喷头机构设于所述机体的前端；
38.所述履带组件通过伸缩组件与所述机体相连。
39.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
40.本实用新型提供的旋转喷头机构，通过旋转组件实现喷头组件的旋转，动力组件提供动力，第一管路将液体输送至喷头组件，喷头组件将液体旋转喷出，这种旋转式喷头可以覆盖整个管道内壁的360度的周面，清理范围大，通过单个喷头机构就可以实现整个周面的清理，精简了结构，减轻了重量。
附图说明
41.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
42.图1为本实用新型喷头机构实施例示意图；
43.图2为本实用新型喷头机构实施例内部结构示意图；
44.图3为本实用新型喷头机构实施例第一剖视图；
45.图4为本实用新型喷头机构实施例第二剖视图
46.图5为本实用新型喷头机构实施例左视图；
47.图6为本实用新型清理机器人实施例示意图；
48.图7为本实用新型清理机器人实施例正视图；
49.图8为本实用新型清理机器人实施例第二清理机构示意图；
50.图9为本实用新型清理机器人实施例第二清理机构剖视图。
51.附图标记：
52.10-第一管路；11-管路接口；12-第四齿轮；20-旋转组件；21-行星架；22-第一齿轮；23-转轴；24-第二齿轮；25-第三齿轮；30-动力组件；31-定子；32-转子；40-喷头组件；41-l型喷头；42-旋转接头；50-壳体；51-轴承；52-密封件；60-照明组件；70-摄像组件；71-第一摄像头；72-第二摄像头；80-清洗组件；81-第二管路；81a-进液口；81b-环形管路；82-第三管路；83-清洗接头；100-机体；200-行走机构；210-伸缩机构；220-履带组件；300-第一清理机构；400-第二清理机构；410-进液口；420-第一腔室；430-第二腔室；431-喷孔；440-连通管路。
具体实施方式
53.为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
54.此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的
任意的和所有的组合。
55.此外，下面所描述的本实用新型不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
56.图1-5为本实用新型提供的旋转喷头机构实施例的结构示意图。
57.本实用新型实施例提供的旋转喷头机构，适用于管道清理，结构简单，实用性高，可以配合清理机器人实现清理机器人在管道内的清理，尤其适用于城市管网中内径为46cm-57cm的管道清理。
58.请参照图1-5，本实施例旋转喷头机构包括第一管路10、旋转组件20、动力组件30、喷头组件40和壳体50。
59.第一管路10设于壳体50的中部，贯穿壳体50。第一管路10用于输送清理用的液体，具体可以为清理用水。第一管路10的一端连接喷头组件40，另一端连接管路接口11，通过管路接口11可以连接其他管路机构。
60.旋转组件20与喷头组件40连接，旋转组件20带动喷头组件40绕预定轴旋转，具体地，喷头组件40、旋转组件20可以与第一管路10同轴设置，喷头组件40以第一管路10为轴心旋转。通过旋转组件20带动喷头组件40旋转实现管道内壁360度周面的清理。
61.动力组件30设于旋转组件20内部，动力组件30与旋转组件20连接，为旋转组件20提供动力，动力组件30具体可以为电机。将动力组件30设于旋转组件20内部可以提高空间利用率，进而减小整个旋转喷头机构的体积，精简了机构。
62.喷头组件40与第一管路10连通，喷头组件40用于将第一管路10输送的液体喷出，喷头组件40具有弯曲结构，通过弯曲结构将液体导向后喷出，使液体作用于管道内壁，起到清理效果。
63.壳体50和第一管路10围成密封腔体，旋转组件20和动力组件30位于壳体50中运行，密封腔体可以保证旋转组件20和动力组件30的安全运行环境。喷头组件40则从壳体50的内部伸出至壳体50的外部，将壳体50内部的第一管路10的液体喷出。
64.在一实施例中，旋转组件20包括行星架21，行星架21套设于第一管路10外侧。行星架21内设有第一齿轮22，行星架21与第一齿轮固定连接，或者两者为一体设计。第一齿轮22与动力组件30啮合，在动力组件30的带动下转动，进而带动行星架21转动。行星架21具有对称设置的两个悬臂，两个悬臂内分别设有转轴23，即转轴23的数量为两个，转轴23的两端分别连接第二齿轮24和第三齿轮25。两个第二齿轮24位于右侧，与转轴23的右端连接，两个第三齿轮25位于左侧，与转轴23的左端连接。第二齿轮24与第四齿轮12啮合，第四齿轮12套设于第一管路10的外侧，第四齿轮12与第一管路10固定连接，因此第四齿轮12为不可转动齿轮。第三齿轮25与喷头组件40啮合，第三齿轮25带动喷头组件40旋转。
65.具体地，行星架21以第一管路10为轴心自转，位于行星架21两侧悬臂的第二齿轮24和第三齿轮25在行星架21的自转带动下以第一管路10为轴心公转。公转的同时，第二齿轮24以转轴23为轴心自转，第三齿轮25以转轴23为轴心自转。转动方式结合第二齿轮24和第三齿轮25的齿数、模数不同实现变速处理，本实施例中第二齿轮24的模数大于第三齿轮25的模数。这种行星架变速组件具有结构集成度高，占用空间小的优点，用于清理机器人时，可以减小机器人的重量，方便机器人的回收和投放。
66.进一步地，行星架21与第一管路10之间还设有轴承51，减少行星架21自转时的摩
擦力。
67.在一实施例中，动力组件30具体为电机，电机包括定子31和转子32。定子31套设于第一管路10的外侧，定子31与第一管路10固定连接，转子32则设于定子31外侧，绕定子31转动，转子31外侧设有啮齿，啮齿与行星架21内部的第一齿轮22啮合，电机带动行星架21转动。在其他实施例中，还可以将电机与行星架21作为一体结构。
68.具体地，电机转速为2000-2200r/m，优选2100r/m，行星架组件20的减速比为95-105，优选100。电机输出的转速通过行星架组件20减速后的转速为0.3-0.4r/s，优选0.35r/s。电机具体为直流无刷无框力矩外转子(非伺服)。
69.在一实施例中，喷头组件40设于壳体50的前端面，喷头组件40包括l型喷头41和旋转接头42。l型喷头41具有短端和长端，短端与长端垂直，l型喷头41的短端和旋转接头42的一端可拆卸连接，方便喷头的替换。旋转接头42的另一端套设于第一管路10的出口端，旋转接头42的外侧啮齿与第三齿轮啮合25，在齿轮传动下，旋转接头42跟随旋转组件20转动。l型喷头41具有将液体导向的作用，可以使喷出的液体垂直作用于管道内壁。除此之外，l型喷头41的出口为扁状的渐缩口，可以增加出口的液体的压力，进一步增加清洁能力。
70.进一步地，旋转接头42的内壁与第一管路10的外壁之间设有轴承51用于减少摩擦。旋转结构42内壁与第一管路10外壁之间还设有密封腔，密封腔内设有密封件52，保持密封良好的密封性，避免壳体50内进水。
71.在一实施例中，壳体50的前端面(左侧)还设有照明组件60和摄像组件70。照明组件60嵌于壳体50的前端面，照明组件60的照明方向与壳体50的前端面垂直，用于壳体50前方的照明，为摄像组件70提供光照。摄像组件70用于获取管道内的图像，实时获取清理过程的实况信息，摄像组件70包括第一摄像头71和第二摄像头72。其中第一摄像头71嵌于壳体50的前端面，第一摄像头71获取的图像方向与壳体50的前端面垂直，用于获取获取壳体50前方的图像；第二摄像头72与壳体50的前端面垂直设置，第二摄像头72获取的图像方向与壳体50的前端面平行，用于获取壳体50下侧的图像。通过照明组件60和摄像组件70可以获取旋转喷头机构的清理实况，判断清理是否到位，以及清理机器人的工作环境是否安全。
72.照明组件60具体可以为led灯。具体地，如图5所示，摄像组件70和照明组件60的数量分别为两个，两个摄像组件70与两个照明组件60呈十字设置。其中两个摄像组件70分别设置于壳体50顶端的上下侧，两个照明组件60对称设置于壳体50顶端的左右侧，提供大范围的照明。
73.在一实施例中，还包括清洗组件80，清洗组件80用于清理照明组件60和摄像组件70表面黏附的杂物，保证良好的照明状态以及获取图像的清晰度。
74.清洗组件80具体包括第二管路81、第三管路82和清洗接头83。第二管路81包括进液口81a和与进液口81a连通的环形管路81b，环形管路81b嵌于壳体50的前端面，进液口81a位于壳体50的外部。清洗接头83套设于旋转接头83，清洗接头83设有多个喷口，喷口与环形管路81b连通，喷口方向朝向照明组件60和第一摄像头71，通过喷口喷出的液体清理照明组件60和第一摄像头71表面黏附和堆积的杂物。第三管路82的出液口朝向第二摄像头72，用于清理第二摄像头72表面堆积和黏附的杂物，第三管路82也位于所述可以50的外部。第一管路10、第二管路81和第三管路82分开独立设置，可以方便管道内液体压力的独立调节，还方便替换和故障排查。
75.进一步地，清洗接头83与旋转接头42的接触面设有轴承51减少摩擦力，设有密封件52提高密封性。清洗接头83与壳体50的前端面的接触面设有密封件52提高密封性。
76.本实用新型实施例提供的清理机器人适用于管道内部的清理，尤其适用于城市管网中内径为46cm-57cm的管道清理。
77.如图6-9所示，在一实施例中，清理机器人包括机体100、行走机构200、第一清理机构300和第二清理机构400。机体100作为清理机器人的主体框架，机体100内部为密封腔体，内部设有控制组件。行走机构200环绕分布于机体100的周面，并且与机体100相连，用于带动机体100于管道中部运动。第一清理机构300设于机体100的前端，用于剥离黏附于管道内壁的杂物，本实施例中的第一清理机构300即为上述实施例中的旋转喷头机构。第二清理机构400设于机体100的尾部，用于清理移动管道内的杂物。
78.具体地，机体100为柱形结构，具体为圆柱形结构，圆柱形结构紧凑简洁，并且适用于工业生产。机体100内部为密封腔体，避免外部环境的液体和杂物进入机体100内部，防止机体内部100的控制组件、零部件、液体管路和相关电路结构受到损坏。机体100内部中的控制组件为常规的电路板，在此不做详细赘述。第一清理机构300通过产生高压液体冲击管道内壁，将堆积黏附的污泥垃圾等杂物从管道内壁表面剥离下来，第二清理机构400则通过产生高压液体推动管道底部的堆积杂物至预定地点，然后进行集中回收。摄像机构500获取管道内图像并传送至控制终端，操作者或者软件根据图像对管道内的清理机器人进行控制，并通过图像判断管道内的清理情况和清理程度。
79.在一实施例中，行走机构200主要由伸缩机构210和履带组件220两部分组成，伸缩机构210分别连接机体100和履带组件220，伸缩机构210相当于连杆，伸缩机构210带动履带组件220做伸缩运动。
80.进一步地，本实施例中的行走机构200的数量为3个，并且行走机构200绕机体100的中轴线均匀分布于机体100的周面，呈等边三角结构，即两两行走机构200之间的夹角相同，均为60度，这种结构设计稳定性好，清理机器人在管道中行走时更加稳定。对应地，伸缩机构210与履带组件220的数量也为三个。
81.具体地，伸缩机构210和履带组件220与机体100的控制组件连接，控制组件根据管道的内径大小控制伸缩机构210的伸缩大小，使得履带组件220在工作时与管道内壁接触，使得机体100位于管道中部，避免机体100与管道内壁以及内壁上黏附的杂物接触，防止机体100造成损坏。伸缩机构210具体可以为一种连杆伸缩机构。控制组件控制履带组件220的行进速度。
82.在未工作状态中，这里的未工作状态是指清理机器人投放至指定清理位置之前，此时伸缩机构210处于收缩状态，清理机器人整体轮廓的外径处于较小的状态，该状态可以方便清理机器人的转运和投放。在工作状态中，此时伸缩机构210处于展开状态，展开的大小与管道内径的大小相适应，并且履带组件220与管道内壁接触。
83.在一实施例中，第一清理机构300产生第一高压液体，第一高压液体的方向垂直于管道内壁；第二清理机构400产生第二高压液体，第二高压液体的方向与管道内壁呈40-50度夹角。本实用新型实施例中所提及的液体具体可以为水。第一清理机构300产生的高压水垂直作用于管道内壁，根据力学原理，垂直作用的力不产生额外的分力，因此产生的作用力最大，不会有额外力的损失。管壁表面黏附的杂物在第一清理机构300产生的高压水的作用
下剥离。第二清理机构400产生的高压水方向与管道内壁呈一定夹角，根据力学原理可以将产生的压力分解为垂直于管壁的径向力和平行于管壁轴向力，其中平行于管道内壁方向的轴向力可以推动管道内杂物沿管道轴向运动，实现杂物的转移，垂直于管道内壁方向的径向力可以对管道内壁黏附的杂物进行二次剥离，夹角的大小具体可以为45度，通过调整夹角的大小可以调整产生的径向力和轴向力的大小。
84.如图8-9所示，在一实施例中，第二清理机构400包括进液口410、第一腔室420、第二腔室430和连通管路440。其中，进液口410外接高压供液装置或者系统，用于高压液体的输入，进液口410具体可以是一种倒刺接口。第一腔室420与进液口410连通。第二腔室430为环形，第一腔室420位于第二腔室430的环形结构中部，第二腔室430通过多个连通管路440与第一腔室420连通，第二腔室430的表面设有多个喷孔431，通过环形的第二腔室430产生环形的喷液，以覆盖整个管道内壁的周面。喷孔431喷出的液体方向与管道内壁呈预定夹角，喷孔431喷出的液体为高压液体。
85.通过上述清理机器人实施例实现清理方法包括以下步骤：
86.s100、将清理机器人投放至待清理的管道中；
87.s200、清理机器人自适应展开行走机构；
88.s300、清理机器人沿管道第一方向行走，产生旋转的高压液体剥离管道内壁表面的杂物；
89.s400、清理机器人沿管道第二方向行走，产生放射状高压液体将剥离的杂物冲积至预定位置；
90.s500、判断管道内环境，清理机器人根据管道内环境控制行进速度和行进方向；
91.s600、将清理机器人从管道中回收。
92.具体地，在步骤s100中，清理机器人可以通过人工的方式投放至待清理的管道中，也可以通过吊缆装置投放至待清理的管道中，在投放过程中，清理机器人的行走机构是收起状态，以缩小体积方便投放。
93.在步骤s200中，清理机器人投放到待清理管道中的指定位置后，行走机构自适应展开与管道内壁接触，此时行走机构支撑机体位于管道中部，清理机器人清理工作前的准备完成。
94.在步骤s300中，清理机器人沿管道第一方向行走，即清理机器人沿管道的前方行走，向前行走。在向前行走的同时，第一清理机构开始工作，产生旋转的高压液体作用于管道内壁，将管道内壁表面的杂物剥离。
95.在步骤s400中，清理机器人沿管道第二方向行走，即清理机器人沿管道的后方行走，向后行走。在向后行走的同时，第二清理机构开始工作，产生放射状的高压液体将剥离的杂物冲积至预定位置，之后对预定位置的杂物进行统一回收。
96.在步骤s500中，通过摄像机构获取管道内图片，控制终端判断管道内环境，进而控制清理机器人的行走速度和行走方向。通常情况下，以管道160米左右长度的管道为例，清理机器人跑完全管的最小时长为8分钟左右，第二清理机构全管道螺旋扫描最小单程完成时长约为3小时。
97.在步骤s600中，清理结束后，清理机器人再通过人工或者吊缆装置从管道内回收，在回收过程中，清理机器人的行走机构是收起状态，以缩小体积方便回收。
98.综上所述，本实用新型提供的实施例通过旋转组件实现喷头组件的旋转，动力组件提供动力，第一管路将液体输送至喷头组件，喷头组件将液体旋转喷出，这种旋转式喷头可以覆盖整个管道内壁的360度的周面，清理范围大，通过单个喷头机构就可以实现整个周面的清理，精简了结构，减轻了重量。
99.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。