一种可变径的多功能管道清洗机器人

本发明涉及管道清洁领域，具体涉及一种可变径的多功能管道清洗机器人。

背景技术：

1、供水管道是城市生命线工程，对于城市正常生产和居民日常生活来说至关重要。目前城市地下仍有使用年限很长的管道正在用于供水，这些管道内壁可能被管垢和生物膜覆盖。这些管垢和生物膜不但会使自来水水质降低，而且还阻碍了水的运输，使得沿程水头损失加大，造成水压不足和能源浪费，甚至会倒是管道漏损和爆管。针对地下供水管网内部空间狭小，管壁结垢威胁用水安全稳定，现有管道机器人功能单一等问题，设计了一种多功能可变径智能管道清洗机器人。其配备了多种传感器和清洗模块，可在操作人员远程操作或自动清洗系统控制下，进行管道巡查检漏，管垢清洗和健康程度评估等一系列作业。机器人的控制系统主要对驱动和变径电机进行控制，同时收发并处理传感器反馈的信号，基于群体智能优化算法选择合适的清理程序。该机器人以弹性伞式轮腿支撑于管道内壁，通过电机驱动支撑轮转动的方式前进后退，借助支撑轮差速运动实现转弯，并采取高压水射流，超声波清洗，毛刷清扫等方式进行管道清洗。

2、现有的管道机器人存在以下问题：

3、现有管道机器人以单向四轮式或六轮式为主，且更多是探测漏损的作用，并无清洗功能，多适用于大管径管道，且转弯能力较差，防水功能不强，难以适应小管径或有弯管的供水管道。现有管道清洗机器人仅仅是通过更换轮子的大小进行变径，这样会导致摄像头不在管道居中位置，进而影响成像质量，对清洗效果反馈不到位，此外部分机器人采用电机驱动毛刷的形式对管垢进行清理，但是该方式效果不佳，一方面是因为毛刷的硬度难以确定，如果毛刷硬度足够，会导致管道内壁的内衬被刮掉，而硬度不够则难以实现清洗功能。另一方面是带机械臂的毛刷清洗段无法进入小管径管道，因为机械臂无法撑开，不带机械臂的毛刷则难以保证毛刷始终处于管道中心以达到最好的清洗效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可变径的多功能管道清洗机器人，能够有效解决现有清洁机器人不能适应弯管的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种可变径的多功能管道清洗机器人，包括依次柔性连接的动力图像段、动力超声段和高压水射流段，所述动力图像段包括第一主体和设置在第一主体外围的伞式支撑架，所述伞式支撑架包括多组沿第一主体周向均匀分布的支架组件，每个所述支架组件上均设有动力轮；所述第一主体的前端设有前置摄像头，所述第一主体内设有控制系统；

4、所述支架组件包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端与第一主体的一端铰接，所述第一连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，所述第一主体的另一端连有沿第一主体轴向滑动设置的连板，第二连杆的另一端与连板铰接，所述动力超声段还包括驱动第一连杆和第二连杆连接处向远离第一主体中心方向移动的第一驱动件。

5、在上述可变径的多功能管道清洗机器人中，所述第一驱动件包括第一支撑弹簧，所述第一支撑弹簧套设在第一连杆，第一支撑弹簧的一端与第一连杆固定，第一支撑弹簧的另一端与第一主体固定；和/或，所述第一驱动件包括第一支撑弹簧，第一支撑弹簧套设在第二连杆，第一支撑弹簧的一端与第二连杆固定，第一支撑弹簧的另一端与链板固定连接；或者，所述第一驱动件设置在第一主体和连板之间。

6、在上述可变径的多功能管道清洗机器人中，所述第一连杆或第二连杆内设有驱动电机，所述驱动电机与所述动力轮传动连接。

7、在上述可变径的多功能管道清洗机器人中，所述动力超声段包括第二主体和设置在第二主体上的超声发生器，所述超声发生器下游的所述第二主体上设有清洁刷，所述第二主体内设有驱动所述清洁刷转动的毛刷电机，所述第二主体上设有从动轮组。

8、在上述可变径的多功能管道清洗机器人中，所述第二主体的外侧壁上沿周向均匀间隔设置有三个超声发生器。

9、在上述可变径的多功能管道清洗机器人中，所述高压水射流段包括第三主体，所述第三主体内设有自吸水泵，所述第三主体上还转动连接有喷水件，所述喷水件上设有方向相反且流量不等的至少一组喷水口，通过所述喷水口喷水驱动所述喷水件相对于所述第三主体转动，所述第三主体上还设有从动轮组。

10、在上述可变径的多功能管道清洗机器人中，所述从动轮组包括固定件、摆动件和从动轮，所述摆动件摆动连接在所述固定件上，所述从动轮转动连接在所述摆动件上，所述摆动件和所述固定件之间还设有第二驱动件，用以驱动所述从动轮紧贴管道内壁。

11、在上述可变径的多功能管道清洗机器人中，所述从动轮为橡胶轮。

12、在上述可变径的多功能管道清洗机器人中，每组所述从动轮组有两个从动轮，两个从动轮同轴且通过转轴连接在所述摆动件上。

13、在上述可变径的多功能管道清洗机器人中，所述第二驱动件为第二支撑弹簧或者弹片，所述第二驱动件、摆动件和固定件成三角形连接。

14、与现有技术相比，本发明的优点是：

15、通过将机器人分为依次柔性连接的动力图像段、动力超声段和高压水射流段，解决目前清洁机器人不能适应弯管的问题。通过柔性连接的三段式设计，让机器人通过弯道的能力大大增强，动力图像段用于看清楚管道内的情况，给后续清理方案提供情报，动力超声段用于对管道内壁进行超声波清洗，将管道内壁上的污物振松或者使其脱落，再通过高压水射流段射出的高压水对管道内壁进行清洗，清除超声波振松的污物。而且三段式的设计可以做成模块化，根据管道内的情况随时调整增加或者去除部分模块。在动力图像段设置前置摄像头，通过设有多组沿第一主体周向均匀分布的支架组件的伞式支撑架进行支撑，提高对管壁径向郑雅丽，并且在保证动力图像段能平稳沿管道运行的同时还能使前置摄像头拍摄的图像更加稳定，避免前置摄像头因运动中的晃动而影响对焦和成像效果，让操作人员能更加清晰的看清楚管道内的情况。通过第一连杆和第二连杆形成伞式的一根根骨架，在第一驱动件的作用下保持第一连杆和第二连杆连接处向外打开的状态，让动力轮能始终抵接在管道内壁上，保持动力图像段位于管道中心位置，让前置摄像头能看清楚管道周壁的完整情况。

16、进一步的，所述第一驱动件包括第一支撑弹簧，所述第一支撑弹簧套设在第一连杆，第一支撑弹簧的一端与第一连杆固定，第一支撑弹簧的另一端与第一主体固定；和/或，所述第一驱动件包括第一支撑弹簧，第一支撑弹簧套设在第二连杆，第一支撑弹簧的一端与第二连杆固定，第一支撑弹簧的另一端与链板固定连接；或者，所述第一驱动件设置在第一主体和连板之间。多种不同的第一驱动件结构形式，都可以较好的控制支架组件具有张开的趋势。

17、进一步的，所述第一连杆或第二连杆内设有驱动电机，所述驱动电机与所述动力轮传动连接。在连杆内设置驱动电机，降低第一主体的体积，并且让驱动电机的动力尽快的传递到动力轮，减少中间传递的能量损失。

18、进一步的，所述动力超声段包括第二主体和设置在第二主体上的超声发生器，所述超声发生器下游的所述第二主体上设有清洁刷，所述第二主体内设有驱动所述清洁刷转动的毛刷电机，所述第二主体上设有从动轮组。经过超声波发生器的振动，再配合旋转的清洁刷，可以将管道内壁上被振松的污物先清洗下来，提高清洁效果。

19、进一步的，所述第二主体的外侧壁上沿周向均匀间隔设置有三个超声发生器。三个超声发生器可以覆盖360度的范围，实现周向无死角清洁。

20、进一步的，所述高压水射流段包括第三主体，所述第三主体内设有自吸水泵，所述第三主体上还转动连接有喷水件，所述喷水件上设有方向相反且流量不等的至少一组喷水口，通过所述喷水口喷水驱动所述喷水件相对于所述第三主体转动，所述第三主体上还设有从动轮组。喷水件上设有方向相反且流量不等的至少一组喷水口可以从两个不同方向对管道内壁进行清洗，而且由于流量不等是的通过喷出的水流就能驱动喷水件沿周向转动，而无需额外增加动力件驱动其转动，并且通过从动轮组与管道内壁接触，让高压水射流段能顺利的在管道内移动。

21、进一步的，所述从动轮组包括固定件、摆动件和从动轮，所述摆动件摆动连接在所述固定件上，所述从动轮转动连接在所述摆动件上，所述摆动件和所述固定件之间还设有第二驱动件，用以驱动所述从动轮紧贴管道内壁。通过上述结构的从动轮，使得动力超声段和高压水射流段也可以根据管道内径自动调整，让这两段的中心始终保持居中的状态，这样超声波清洗和喷水冲刷都可以保持对整个管道内壁压力均等，让管道周壁得到均匀清洁。

22、进一步的，所述从动轮为橡胶轮。橡胶轮有利于保护管道内壁不受损，并且也更容易通过供水管段因安装产生的的接头凸起，厚垢层等。

23、进一步的，每组所述从动轮组有两个从动轮，两个从动轮同轴且通过转轴连接在所述摆动件上。两个从动轮一组在管道内壁滚动时更加平稳。

24、进一步的，所述第二驱动件为第二支撑弹簧或者弹片，所述第二驱动件、摆动件和固定件成三角形连接。通过第二驱动件可以为从动轮提供有效的支撑，使其保持管道内壁的压力，并且形成三角形连接达到稳定的结构形状。