一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人.pdf

本发明公开一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人，通过前方设置的信息采集装置捕捉管道内的视频影像信息，并及时传递给主控器，主控器根据实际需要控制车轮步进电机带动轮式动力车的运动，并结合旋转步进电机、传动步进电机及节腕步进电机控制机械臂抓取垃圾杂物，同时控制粉碎机的低速步进电机和高度步进电机工作，达到清除粉碎管道内垃圾的作用。本发明采用步进电机驱动各个组件，控制方便，并将粉碎机构与机械臂等结合，实现垃圾收集处理一体化。

1.  一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人，其特征在于：其包括轮式动力车、机械臂、粉碎机和主控器，机械臂设在轮式动力车的后端，粉碎机设在轮式动力车的前端，粉碎机的出口与轮式动力车设有垃圾容纳腔相通，轮式动力车、机械臂和粉碎机分别与主控器电连接；
所述轮式动力车包括四个车轮，每个所述车轮由一车轮步进电机驱动；
所述机械臂包括第一节臂、第二节臂、第三节臂、指臂、节腕齿轮组和二个以上的传动齿轮组，所述传动齿轮组包括主动轮、随动轮和从动轮，主动轮通过随动轮与从动轮连接，每个所述主动轮由一传动步进电机驱动；
所述第一节臂的一端通过一旋转步进电机固定于轮式动力车后端，第一节臂的另一端通过第一传动齿轮组与第二节臂的一端铰接，第一传动齿轮组的主动轮设置于第一节臂的另一端，第一传动齿轮组的主动轮由第一传动步进电机驱动，第一传动齿轮组的从动轮固定在第二节臂的一端上；
第二节臂的另一端通过第二传动齿轮组与第三节臂的一端铰接，第二传动齿轮组的主动轮设置于第二节臂的另一端，第二传动齿轮组的主动轮由第二传动步进电机驱动，第二传动齿轮组的从动轮固定在第三节臂的一端上；
所述第三节臂的另一端通过节腕齿轮组连接指臂；
所述节腕齿轮组包括节腕主动轮、指臂随动轮、下从动轮、上从动轮和节腕步进电机，节腕主动轮通过一指臂随动轮与下从动轮连接，节腕主动轮通过二个指臂随动轮与上从动轮连接，所述节腕主动轮由节腕步进电机驱动，所述节腕步进电机连接主控器；
所述指臂包括上指臂和下指臂，所述节腕主动轮设置在第三节臂的另一端，所述下从动轮固定在下指臂的一端，所述上从动轮固定在上指臂的一端。

2.  根据权利要求1所述的一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人，其特征在于：所述管道机器人还包括信息采集装置，所述的信息采集装置设置在轮式动力车的前端，信息采集装置与主控器电连接，信息采集装置包括摄像头和探照灯。

3.  根据权利要求1所述的一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人，其特征在于：所述轮式动力车的前端两侧安装有导向轮。

4.  根据权利要求1所述的一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人，其特征在于：所述轮式动力车的底盘上安装水平角度测量传感器，水平角度测量传感器连接主控器。

5.  根据权利要求1所述的一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人，其特征在于：所述粉碎机包括传感器、一级粉碎机构和二级粉碎机构，传感器设在粉碎机进口处，传感器与主控器连接，一级粉碎机构包括二个对向设置在粉碎机口的初级齿轮刀和二个低速步进电机，所述每个初级齿轮刀均由一个所述低速步进电机驱动，二级粉碎机构包括一次级齿轮刀和一超高速步进电机，次级齿轮刀由该超高速步进电机驱动。

6.  根据权利要求1所述的一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人，其特征在于：所述上指臂包括第一指臂和第二指臂，所述下指臂包括第三指臂和第四指臂；第一指臂的一端与节腕齿轮组的下从动轮固定连接，第一指臂另一端通过第三传动齿轮组与第二指臂的一端铰接，第三传动齿轮组的主动轮设置于第一指臂的另一端，第三传动齿轮组的主动轮由第三传动步进电机驱动，第三传动齿轮组的从动轮固定在第二指臂的一端上；第三指臂的一端与节腕齿轮组的上从动轮固定连接，第三指臂另一端通过第四传动齿轮组与第四指臂的一端铰接，第四传动齿轮组的主动轮设置于第三指臂的另一端，第四传动齿轮组的主动轮由第四传动步进电机驱动，第四传动齿轮组的从动轮固定在第四指臂的一端上。

一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人
技术领域
本发明涉及管道清洁装置，尤其涉及一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人。
背景技术
随着城市规模的扩大和用水量的不断增多，城市的生活废水和工业废水排放量日趋增长，针对污水输送以及处理等技术发展的需求也日趋提高。在污水输送过程中，通常采用管道输送。经过长时间的使用，污水输送管道壁上会沉积或黏着一定厚度的污泥，减小输送管道的横截面积，从而降低输送管道的污水输送量和污水的输送效率。因此需要进行管道的清淤工作，由于排水管道的管径越来越大，污水管道清污工作也日益繁重。
目前下水管网的维护有设备维护和人工下井维护。它们都有各自的缺点和不足：设备维护自动化程度比较低，应用的局限性突出；人工下井维护环境恶劣，安全性较差，危害工人的健康，甚至会危害工人的生命，且效率低下，劳动力成本将会逐渐突出。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人。
本发明采用的技术方案是：
一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人，包括轮式动力车、机械臂、粉碎机和主控器，机械臂设在轮式动力车的后端，粉碎机设在轮式动力车的前端，粉碎机的出口与轮式动力车设有垃圾容纳腔相通，轮式动力车、机械臂和粉碎机分别与主控器电连接；
所述轮式动力车包括四个车轮，每个所述车轮由一车轮步进电机驱动；
所述机械臂包括第一节臂、第二节臂、第三节臂、指臂、节腕齿轮组和二个以上的传动齿轮组，所述传动齿轮组包括主动轮、随动轮和从动轮，主动轮通过随动轮与从动轮连接，每个所述主动轮由一传动步进电机驱动；
所述第一节臂的一端通过一旋转步进电机固定于轮式动力车后端，第一节臂的另一端通过第一传动齿轮组与第二节臂的一端铰接，第一传动齿轮组的主动轮设置于第一节臂的另一端，第一传动齿轮组的主动轮由第一传动步进电机驱动，第一传动齿轮组的从动轮固定在第二节臂的一端上；
第二节臂的另一端通过第二传动齿轮组与第三节臂的一端铰接，第二传动齿轮组的主动轮设置于第二节臂的另一端，第二传动齿轮组的主动轮由第二传动步进电机驱动，第二传动齿轮组的从动轮固定在第三节臂的一端上；
所述第三节臂的另一端通过节腕齿轮组连接指臂；
所述节腕齿轮组包括节腕主动轮、指臂随动轮、下从动轮、上从动轮和节腕步进电机，节腕主动轮通过一指臂随动轮与下从动轮连接，节腕主动轮通过二个指臂随动轮与上从动轮连接，所述节腕主动轮由节腕步进电机驱动，所述节腕步进电机连接主控器；
所述指臂包括上指臂和下指臂，所述节腕主动轮设置在第三节臂的另一端，所述下从动轮固定在下指臂的一端，所述上从动轮固定在上指臂的一端。
所述管道机器人还包括信息采集装置，所述的信息采集装置设置在轮式动力车的前端，信息采集装置与主控器电连接，信息采集装置包括摄像头和探照灯。
所述轮式动力车的前端两侧安装有导向轮。
所述轮式动力车的底盘上安装水平角度测量传感器，水平角度测量传感器连接主控器。
所述粉碎机包括传感器、一级粉碎机构和二级粉碎机构，传感器设在粉碎机进口处，传感器与主控器连接，一级粉碎机构包括二个对向设置在粉碎机口的初级齿轮刀和二个低速步进电机，所述每个初级齿轮刀均由一个所述低速步进电机驱动，二级粉碎机构包括一次级齿轮刀和一超高速步进电机，次级齿轮刀由该超高速步进电机驱动。
所述上指臂包括第一指臂和第二指臂，所述下指臂包括第三指臂和第四指臂；第一指臂的一端与节腕齿轮组的下从动轮固定连接，第一指臂另一端通过第三传动齿轮组与第二指臂的一端铰接，第三传动齿轮组的主动轮设置于第一指臂的另一端，第三传动齿轮组的主动轮由第三传动步进电机驱动，第三传动齿轮组的从动轮固定在第二指臂的一端上；第三指臂的一端与节腕齿轮组的上从动轮固定连接，第三指臂另一端通过第四传动齿轮组与第四指臂的一端铰接，第四传动齿轮组的主动轮设置于第三指臂的另一端，第四传动齿轮组的主动轮由第四传动步进电机驱动，第四传动齿轮组的从动轮固定在第四指臂的一端上。
本发明采用以上技术方案，通过前方信息采集装置捕捉管道内的视频影像信息，并及时传递给主控器，主控器根据实际需要控制车轮步进电机带动轮式动力车的运动，并结合旋转步进电机、传动步进电机及节腕步进电机控制机械臂抓取垃圾杂物，同时控制粉碎机的低速步进电机和高度步进电机工作，达到清除粉碎管道内垃圾的作用。本发明采用步进电机驱动各个组件，控制方便，并将粉碎机构与机械臂等结合，实现垃圾收集处理一体化。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1本发明一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人的结构示意图；
图2本发明一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人的俯视图；
图3本发明一种带垃圾粉碎收集功能的管道机器人的摄像装置的局部示意图。
具体实施方式
如图1-3之一所示，本发明包括轮式动力车1、机械臂2、粉碎机3和主控器（图中未标示），机械臂设2在轮式动力车1的后端，粉碎机3设在轮式动力车1的前端，粉碎机3的出口与轮式动力车1设有垃圾容纳腔10相通，轮式动力车1、机械臂2和粉碎机3分别与主控器电连接；
所述轮式动力车包括四个车轮11，每个所述车轮由一车轮步进电机12驱动；
所述机械臂包括第一节臂21、第二节臂22、第三节臂23、指臂24、节腕齿轮组和二个以上的传动齿轮组，所述传动齿轮组包括主动轮、随动轮和从动轮，主动轮通过随动轮与从动轮连接，每个所述主动轮由一传动步进电机驱动；
所述第一节臂21的一端通过一旋转步进电机20固定于轮式动力车1后端，第一节臂21的另一端通过第一传动齿轮组与第二节臂22的一端铰接，第一传动齿轮组的主动轮261设置于第一节臂21的另一端，第一传动齿轮组的主动轮261由第一传动步进电机13驱动，第一传动齿轮组的随动轮262位于第一节臂21与第二节臂22的铰接中心处，第一传动齿轮组的从动轮263固定在第二节臂22的一端上；
第二节臂22的另一端通过第二传动齿轮组与第三节臂23的一端铰接，第二传动齿轮组的主动轮271设置于第二节臂22的另一端，第二传动齿轮组的主动轮271由第二传动步进电机14驱动，第二传动齿轮组的随动轮272位于第二节臂22和第三节臂23的铰接中心处，第二传动齿轮组的从动轮273固定在第三节臂23的一端上；
所述第三节臂23的另一端通过节腕齿轮组连接指臂24。
所述节腕齿轮组包括节腕主动轮281、指臂随动轮、下从动轮283、上从动轮284和节腕步进电机15，节腕主动轮281通过一指臂随动轮与下从动轮283连接，节腕主动轮281通过二个指臂随动轮与上从动轮284连接，所述节腕主动轮281由节腕步进电机15驱动，所述节腕步进电机15连接主控器；
所述指臂24包括上指臂和下指臂，所述节腕主动轮281设置在第三节臂23的另一端，所述下从动轮283固定在下指臂的一端，所述上从动轮284固定在上指臂的一端。
所述上指臂包括第一指臂243和第二指臂244，所述下指臂包括第三指臂245和第四指臂246；第一指臂243的一端与节腕齿轮组的下从动轮283固定连接，第一指臂243另一端通过第三传动齿轮组与第二指臂244的一端铰接，第三传动齿轮组的主动轮291设置于第一指臂243的另一端，第三传动齿轮组的主动轮291由第三传动步进电机19驱动，第三传动齿轮组的从动轮293固定在第二指臂244的一端上；第三指臂245的一端与节腕齿轮组的上从动轮284固定连接，第三指臂245另一端通过第四传动齿轮组与第四指臂246的一端铰接，第四传动齿轮组的主动轮301设置于第三指臂245的另一端，第四传动齿轮组的随动轮302设置于第三指臂245的另一端，第四传动齿轮组的主动轮301由第四传动步进电机20驱动，第四传动齿轮组的从动轮303固定在第四指臂246的一端上。
进一步地，如图2或图3所示，所述管道机器人还包括信息采集装置，所述的信息采集装置设置在轮式动力车1的前端，信息采集装置与主控器电连接，信息采集装置包括摄像头4和探照灯。进一步地，为了保证摄像角度的宽阔性，避免有遗漏的死角，摄像头通过一旋转底座41设置于轮式动力车1前端，旋转底座41由一摄像头步进电机16驱动，摄像头步进电机16连接主控器。探照灯配合摄像头41采集管道内信息，并信息处理后发送到主控器，便于用户准确了解管道内部的实际情况，并根据管道内需要，可通过主控器控制管道机器人对管道内部垃圾进行处理。
所述轮式动力车1的前端两侧安装有导向轮5。防止管道机器人遇到管壁等障碍物卡住。
所述轮式动力车1的底盘上安装水平角度测量传感器6，水平角度测量传感器6连接主控器。由管道于机器人在管道内行走，容易因所处角度问题造成轮式动力车1翻车。安装水平角度测量传感器6后，当轮式动力车1到达极限角度时，发送信号到主控器来控制轮式动力车1做相应的调整保证行走。
所述粉碎机3包括传感器（图中未标示）、一级粉碎机构和二级粉碎机构，传感器设在粉碎机3进口处，传感器与主控器连接，一级粉碎机构包括二个对向设置在粉碎机口的初级齿轮刀31和二个低速步进电机17，所述每个初级齿轮刀均由一个所述低速步进电机17驱动，二级粉碎机构包括一次级齿轮刀32和一超高速步进电机18，次级齿轮刀32由该超高速步进电机18驱动。
机械臂的工作原理如下：
主控器通过控制固定于轮式动力车1后端的旋转步进电机20可实现管道机器人的机械臂2可多方向旋转，方便拾取不同位置及角度的垃圾。机械臂2的各个节臂之间通过传动齿轮组铰接连接，机械臂2的灵活性及精确性比较高。
主控器控制设置于第一节臂21另一端的第一传动步进电机13旋转带动第一传动齿轮组的主动轮261旋转通过第一节臂21与第二节臂22铰接中心处第一传动齿轮组的随动轮262旋转，进而带动固定在第二节臂22一端上的第一传动齿轮组的从动轮263旋转，从而驱动第二节臂22的动作。第三节臂23控制原理与第二节臂22的控制过程类似，这里不再赘述。
当需要上、下指臂的闭合时，主控器驱动节腕步进电机15逆时针旋转，节腕齿轮组的主动轮281逆时针旋转，通过一指臂随动轮传动后带动下从动轮283逆时针转动，进而带动下指臂上行；另一方面，由于两个随便齿轮的传动，节腕齿轮组的上从动轮284顺时针转动，这样上指臂向下运动，从而实现上、下指臂的闭合。上、下指臂的张开与闭合过程类似，这里不再赘述。
当需要对上、下指臂进行细控制时，主控器控制位于下指臂的第一指臂243的另一端的第三传动步进电机19驱动第三传动齿轮组的主动轮291逆时针旋转，带动第三传动齿轮组的随动轮292顺时针旋转，第三传动齿轮组的随动轮292的中心为第一指臂243与第二指臂244的铰接中心，第三传动齿轮组的随动轮292便可以带动与第三传动齿轮组的从动轮293固定连接的第二指臂244逆时针旋转，控制第二指臂244向上摆动；上指臂的第三指臂245和第四指臂246的控制过程与下指臂的第一指臂243和第二指臂244的过程相似，这里不再赘述。通过以上控制便可以控制管道机器人拾取、松开目标阻塞垃圾物体。
粉碎机的工作原理如下：
传感器检测到垃圾进入粉碎机3的进口时，传递信号到主控器，主控器控制一级粉碎机构工作，两个低速步进电机17旋转，从而带动初级齿轮刀31旋转，初级齿轮刀31将垃圾吸入粉碎机3内，避免垃圾在粉碎机3的进口处停留，一级粉碎机构相向设置的二个初级齿轮刀31，使得垃圾可自动吸入粉碎机3内同时进行初级粉碎，采用低速步进电机17在保证大块垃圾得到粉碎的同时又不会造成飞溅。粉碎机的二级粉碎机构由高速步进电机18带动次级齿轮刀32运转，能够迅速撕碎、粉碎垃圾，且次级齿轮刀32与粉碎机3内侧边缘间隙很小，垃圾在未粉碎前无法排除粉碎机3。本发明采用该粉碎机，当遇到清除较大块状阻塞物及一些如塑料袋较软不宜粉碎的垃圾，进行撕碎、粉碎，收集后带出，避免在管道内部积累。
本发明采用以上技术方案，通过前方信息采集装置捕捉管道内的视频影像信息，并及时传递给主控器，主控器根据实际需要控制车轮步进电机带动轮式动力车的运动，并结合旋转步进电机、传动步进电机及节腕步进电机控制机械臂抓取垃圾杂物，同时控制粉碎机的低速步进电机和高度步进电机工作，达到清除粉碎管道内垃圾的作用。本发明采用步进电机驱动各个组件，控制方便，并将粉碎机构与机械臂等结合，实现垃圾收集处理一体化。