[發明專利]一種自適應空調管道清洗機器人及其管道清洗方法

有效

• 申請號: 202110459552.9
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113210372B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 李志華;余鎮;石宏雨;樊志華
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B08B9/051
• 分類號: B08B9/051;B08B13/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 陳煒

1.一種自適應空調管道清洗機器人，包括機殼A和后驅動裝置，其特征在于：還包括清洗裝置、前轉向裝置和轉向關節；所述的清洗裝置置于機殼A前部，前轉向裝置置于機殼A側部；所述的前轉向裝置包括前置攝像頭、壓力傳感器A和萬向輪組件；所述的前置攝像頭固定在機殼A頂部，前置攝像頭的信號輸出端接控制器；所述的萬向輪組件包括內置電缸、導向套管和萬向輪；內置電缸的缸體與機殼A固定；導向套管與內置電缸的推桿固定；內置電缸由控制器控制；萬向輪的輪架與導向套管固定；萬向輪組件設有沿周向均布的三個，其中一個萬向輪組件中，導向套管與內置電缸的推桿之間設有壓力傳感器A，壓力傳感器A的信號輸出端接控制器；

所述的轉向關節包括轉向驅動組件和十字架；所述的轉向驅動組件包括轉向架、轉向電機、主動齒輪、中間軸、中間齒輪和從動齒輪；轉向電機的底座固定在轉向架上，主動齒輪固定在轉向電機的輸出軸上；轉向電機由控制器控制；中間軸與轉向架構成轉動副，中間齒輪固定在中間軸上；中間齒輪同時與主動齒輪和從動齒輪嚙合；轉向驅動組件設有兩個，兩個轉向驅動組件的轉向架與十字架的其中兩個相鄰軸段分別構成轉動副，兩個轉向驅動組件的從動齒輪與十字架的另兩根相鄰軸段分別固定；

所述的后驅動裝置包括機殼B、支撐輪組件、后置攝像頭和變位機構；所述的后置攝像頭固定在機殼B頂部；所述的支撐輪組件也包括內置電缸和導向套管，還包括支撐軸和支撐輪；支撐輪組件中內置電缸的缸體固定在機殼B頂部；支撐輪組件中內置電缸的推桿與支撐輪組件的導向套管固定；支撐軸與支撐輪組件的導向套管構成轉動副，且支撐軸兩端均固定有支撐輪；所述的變位機構包括履帶輪機構、擺腿、連接桿、鉸接塊A、扁平連桿、鉸接塊B、雙向絲桿和支承塊；所述的支承塊固定在機殼B底部；所述的雙向絲桿與支承塊構成轉動副，并由旋轉電機驅動；旋轉電機由控制器控制；雙向絲桿兩端不同旋向的螺紋與兩塊鉸接塊B開設的螺紋孔分別構成螺旋副；鉸接塊B的兩側與兩根扁平連桿的一端分別鉸接；兩塊鉸接塊B同一側的其中兩根扁平連桿另一端與一塊鉸接塊A的兩個不同鉸接位鉸接；兩塊鉸接塊B另一側的兩根扁平連桿另一端與另一塊鉸接塊A的兩個不同鉸接位鉸接；每個鉸接塊B通過一根連接桿與兩個擺腿固定；一個履帶輪機構的框架與一側的兩個擺腿均鉸接，且鉸接軸上套有扭簧；其中一根鉸接軸上設有扭矩傳感器，扭矩傳感器的信號輸出端與控制器連接；另一個履帶輪機構的框架與另一側的兩個擺腿均鉸接，且鉸接軸上套有扭簧；履帶輪機構的其中一個帶輪由驅動電機驅動；驅動電機由控制器控制；

所述的清洗裝置包括安裝基座、電機A、旋轉基座、電機B和毛刷清洗機械臂；所述的安裝基座固定在機殼A上；電機A的底座固定在安裝基座上，電機A的輸出軸與旋轉基座固定；電機A由控制器控制；旋轉基座上固定設有沿周向均布的三塊安裝板；每塊安裝板上固定一個電機B；所述的毛刷清洗機械臂包括一級套管、二級套管、刷頭、電機C、電機D、鋼絲繩和錐齒輪A；所述的二級套管與一級套管一端構成滑動副，且通過彈簧連接；電機C的底座固定在一級套管另一端；電機C的輸出軸上固定有卷筒；鋼絲繩連接卷筒和二級套管；電機D的底座固定在二級套筒內，電機D的輸出軸與一個錐齒輪A固定；傳動軸與二級套管構成轉動副，固定在傳動軸上的錐齒輪A與電機D輸出軸上的錐齒輪A嚙合；傳動軸兩端均固定有刷頭；所述的毛刷清洗機械臂設有三個，三個毛刷清洗機械臂的一級套管設有電機C的那端與三個電機B的輸出軸分別固定；電機B、電機C和電機D均由控制器控制；其中一個毛刷清洗機械臂的二級套管與一級套管之間設有壓力傳感器B，壓力傳感器B的信號輸出端接控制器；

該自適應空調管道清洗機器人進行管道清洗方法的過程如下：

后驅動裝置的兩個履帶輪機構提供前進動力；前進過程中，當控制器判別壓力傳感器A檢測到的萬向輪組件的萬向輪與管道之間的壓力值小于預設的壓力值下限或大于預設的壓力值上限時，控制支撐輪組件以及三個萬向輪組件的內置電缸的推桿同步運動，直到萬向輪組件的萬向輪與管道之間的壓力值處于壓力值下限與壓力值上限之間時，所有內置電缸停止運動；同時，在前進過程中，當控制器判別扭矩傳感器檢測到的擺腿與履帶輪機構的框架之間的扭矩值小于預設的扭矩值下限或大于預設的扭矩值上限時，控制旋轉電機驅動雙向絲桿旋轉，使得鉸接塊B帶動扁平連桿擺動，從而帶動鉸接塊A、連接桿、擺腿和履帶輪機構橫向張開或收攏，且履帶輪機構在外力作用下自動繞擺腿旋轉，直到擺腿與履帶輪機構的框架之間的扭矩值處于扭矩值下限與扭矩值上限之間時，旋轉電機停止運動；

前進過程中，前置攝像頭觀察管道的衛生情況；上位機與控制器通訊，并啟動清洗裝置時，控制器判別壓力傳感器B檢測到的刷頭與管道之間的壓力值，若該壓力值小于預設的壓力值下限或大于預設的壓力值上限，則控制器先驅動電機B帶動毛刷清洗機械臂的一級套管擺動，并驅動電機C通過鋼絲繩控制二級套筒的伸縮，直到刷頭與管道之間的壓力值處于壓力值下限與壓力值上限之間時，電機B和電機C均停止運動；然后，控制器驅動電機A帶動旋轉基座旋轉，并驅動內置電機D通過一對錐齒輪A和傳動軸將扭矩傳遞給刷頭，使刷頭旋轉，將管道管壁上的污垢刷下；

通過前轉向裝置的前置攝像頭觀察到前方遇到水平彎管時，上位機與控制器通訊，使控制器控制轉向關節中十字架豎直設置的兩個軸段擺動，實現前轉向裝置左右擺動來通過水平彎管；前轉向裝置通過水平彎管后，控制器控制十字架豎直設置的兩個軸段復位，使后驅動裝置通過水平彎管；通過前轉向裝置的前置攝像頭觀察到前方遇到豎直彎管時，上位機與控制器通訊，使控制器控制轉向關節中十字架水平設置的兩個軸段擺動，實現前轉向裝置上下擺動來通過豎直彎管；前轉向裝置通過豎直彎管后，控制器控制十字架水平設置的兩個軸段復位，使后驅動裝置通過豎直彎管；其中，十字架的軸段由轉向電機經主動齒輪、中間軸、中間齒輪和從動齒輪帶動擺動。