阅读说明：本技术 一种无源驱动管道清灰机器人 (Passive drive pipeline deashing robot ) 是由 卿兆波 张珠耀 赵明岩 童仁园 于明州 贾波 汪圣华 李学盛 朱建淼 李青 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无源驱动管道清灰机器人。主要由在管道内从进风到出风方向布置连接的驱动装置、清扫装置和支撑装置各段装置构成,驱动装置和清扫装置之间、清扫装置和支撑装置之间均通过柔性联轴器相连,使各装置之间产生相对摆动；当除尘管道内的风力作用在驱动装置中的迎风板上,推动机器人沿着除尘管道内壁行走的同时,机器人各段装置相对摆动以适应管道的拐弯变化。本发明用迎风板代替风叶风能驱动,实现了无源驱动,能量转化效率高,提高可燃爆粉尘清灰作业的安全性,能用于粉尘除尘管道清扫。(The invention discloses a passive driving pipeline dust cleaning robot. The device mainly comprises a driving device, a cleaning device and supporting devices which are arranged and connected in the pipeline from the air inlet direction to the air outlet direction, wherein the driving device and the cleaning device and the supporting device are connected through flexible couplings, so that the devices can swing relatively; when wind force in the dust removal pipeline acts on a windward plate in the driving device, the robot is pushed to walk along the inner wall of the dust removal pipeline, and meanwhile, all sections of devices of the robot swing relatively to adapt to turning change of the pipeline. The invention uses windward plates to replace fan blades for wind power driving, realizes passive driving, has high energy conversion efficiency, improves the safety of combustible and explosive dust cleaning operation, and can be used for cleaning dust cleaning pipelines.)

一种无源驱动管道清灰机器人

技术领域

本发明涉及了一种管道机器人，尤其是涉及了一种无源驱动管道清灰机器人。

背景技术

可燃性粉尘除尘管道清理是一项具有危险性的工作。管内清灰作业如果采用人工清扫的方式，其作业强度大、作业条件恶劣、作业范围受限、作业结果不容易检测。因此设计一种可燃性粉尘管道清灰机器人具有良好的工程价值、商业价值和社会价值。现有管道清理机器人通常采用自带高能电池、线缆式导入电能或自生电能等方式，将在作业粉尘管道内部形成高电能集聚，给可燃性粉尘管道的清理带来潜在的重大风险，因此现有技术中缺少了一种无源驱动的管道清灰机器人。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种无源驱动管道清灰机器人。

本发明采用的技术方案是：

本发明主要由在管道内从进风到出风方向布置连接的驱动装置、清扫装置和支撑装置各段装置构成，驱动装置和清扫装置之间、清扫装置和支撑装置之间均通过柔性联轴器相连，使各装置之间产生相对摆动；当除尘管道内的风力作用在驱动装置中的迎风板上，推动机器人沿着除尘管道内壁行走的同时，机器人各段装置相对摆动以适应管道的拐弯变化。

所述的柔性联轴器是万向联轴器或者其他形式的柔性联轴器。

通过柔性联轴器将驱动装置输出端的旋转运动传递到清扫装置，驱动清扫装置的清扫头旋转进行清灰作业。

所述的驱动装置包括迎风板、驱动装置滑动杆、驱动装置滑块、蜗轮、驱动装置输出轴、齿轮箱体、驱动装置弹簧和多个弹性扩幅驱动组件；迎风板固定于驱动装置滑动杆的一端，齿轮箱体固定于驱动装置滑动杆的另一端，且在驱动装置滑动杆的另一端端面中心以转动副同轴安装有蜗轮；驱动装置滑块同轴活动套装在驱动装置滑动杆靠近迎风板的端部外，且沿驱动装置滑动杆轴向相对滑动；驱动装置弹簧套装在驱动装置滑动杆外，驱动装置弹簧一端与驱动装置滑块相连，另一端与齿轮箱体相连；在驱动装置滑块和齿轮箱体之间连接有多个弹性扩幅驱动组件，多个弹性扩幅驱动组件在驱动装置滑动杆周围周向均布；每个弹性扩幅驱动组件包括驱动装置连杆、驱动装置摇杆、驱动轮、蜗杆、同步带轮和同步带；驱动装置连杆的一端与驱动装置滑块以转动副连接，另一端与一根驱动装置摇杆的中部以转动副连接，驱动装置摇杆在靠近驱动装置滑动杆的一端作为根部端并与齿轮箱体以转动副连接，在远离驱动装置滑动杆的一端作为末端并以转动副安装有驱动轮；同步带轮包括主动带轮和从动带轮，驱动轮和主动带轮刚性同轴连接，主动带轮和从动带轮通过同步带带传动连接，从动带轮和蜗杆同轴固接；蜗杆以转动副安装在齿轮箱体侧部上，蜗杆和蜗轮以蜗轮蜗杆副传动连接；驱动装置弹簧始终产生将驱动装置滑块和齿轮箱体相互靠拢的作用力，促使多个弹性扩幅驱动组件的驱动装置摇杆末端向管道内壁方向向外延伸，迫使各个驱动装置摇杆末端的多个驱动轮始终弹性地紧贴除尘管道的内壁滚动连接。

所述的驱动轮到蜗杆之间的通过同步带的运动传递的带传动，还可以替换为链传动或者多级齿轮传动。

所述的清扫装置包括清扫装置驱动轴、清扫装置滑块、清扫装置摇杆固定座、清扫装置弹簧和多个清扫连杆组件；清扫装置驱动轴靠近驱动装置的一端通过柔性联轴器和驱动装置的驱动装置输出轴同步旋转连接，清扫装置摇杆固定座与清扫装置驱动轴靠近驱动装置的一端同轴刚性套接，清扫装置驱动轴远离驱动装置的一端同轴活动套装有清扫装置滑块，且清扫装置滑块沿清扫装置驱动轴轴向相对滑动；清扫装置滑块和清扫装置摇杆固定座之间的清扫装置驱动轴外套装有清扫装置弹簧，清扫装置弹簧的两端分别连接到清扫装置滑块和清扫装置摇杆固定座，多个清扫连杆组件在清扫装置驱动轴圆周周围沿周向均布；每个清扫连杆组件包括清扫装置连杆和清扫装置摇杆，清扫装置连杆一端与清扫装置滑块以转动副连接，另一端与清扫装置摇杆中部以转动副连接；清扫装置摇杆在靠近清扫装置驱动轴的一端作为根部端并与清扫装置摇杆固定座以转动副连接，在远离清扫装置驱动轴的一端作为末端并以转动副安装有清扫头；清扫装置弹簧始终产生将清扫装置滑块和清扫装置摇杆固定座相互靠拢的作用力，促使多个清扫连杆组件的清扫装置摇杆末端向管道内壁方向向外延伸，迫使各个清扫装置摇杆末端的多个清扫头始终弹性地紧贴除尘管道的内壁摩擦连接。

所述的支撑装置包括支撑装置驱动轴、支撑装置滑块、支撑装置摇杆固定座、支撑装置弹簧和多个支撑连杆组件；支撑装置驱动轴靠近清扫装置的一端通过柔性联轴器和清扫装置的清扫装置驱动轴以转动副连接，支撑装置摇杆固定座与支撑装置驱动轴靠近驱动装置的一端同轴刚性套接，支撑装置驱动轴远离驱动装置的一端同轴活动套装有支撑装置滑块，且支撑装置滑块沿支撑装置驱动轴轴向相对滑动；支撑装置滑块和支撑装置摇杆固定座之间的支撑装置驱动轴外套装有支撑装置弹簧，支撑装置弹簧的两端分别连接到支撑装置滑块和支撑装置摇杆固定座，多个支撑连杆组件在支撑装置驱动轴圆周周围沿周向均布；每个支撑连杆组件包括支撑装置连杆和支撑装置摇杆，支撑装置连杆一端与支撑装置滑块以转动副连接，另一端与支撑装置摇杆中部以转动副连接；支撑装置摇杆在靠近支撑装置驱动轴的一端作为根部端并与支撑装置摇杆固定座以转动副连接，在远离支撑装置驱动轴的一端作为末端并以转动副安装有支撑轮；支撑装置弹簧始终产生将支撑装置滑块和支撑装置摇杆固定座相互靠拢的作用力，促使多个支撑连杆组件的支撑装置摇杆末端向管道内壁方向向外延伸，迫使各个支撑装置摇杆末端的多个支撑轮始终弹性地紧贴除尘管道的内壁滚动连接。

本发明的有益效果是：

本发明的管道清灰机器人是无源驱动的，单纯依靠管道的风力就能工作，能够用于粉尘除尘管道，特别是可燃爆粉尘的除尘系统管道的内壁粉尘清扫。

本发明清灰机器人工作时不需要电源，从而避免在可燃爆粉尘的除尘管道内部的高电能聚集而引发燃爆风险。清灰时，除尘系统的风机正常开启，本清灰机器人利用除尘系统本身所具有的风能来驱动机器人的沿除尘管道内壁的行走和管道内壁积尘的清扫。

本发明用迎风板代替风叶，风能转化效率高；风能驱动，实现了无源驱动，提高可燃爆粉尘清灰作业的安全性。

附图说明

附图1为整体工作状态示意图；

附图2为本发明机器人在拐弯、变径的管道中的工作状态示意图；

附图3为驱动装置的立体结构图；

附图4为驱动装置的侧视图；

附图5为图4的A向的视图；

附图6为清扫装置的立体结构图；

附图7为支撑装置的立体结构图；

图中：驱动装置(1)、清扫装置(2)、支撑装置(3)、管道(4)、积聚的粉尘(5)、柔性联轴器(6)；

迎风板(101)、驱动装置滑动杆(102)、驱动装置滑块(103)、驱动装置连杆(104)、驱动装置摇杆(106)、驱动装置弹簧(105)、齿轮箱体(107)、蜗轮(108)、蜗杆(109)、同步带(110)、驱动轮(111)、同步带轮(112)、驱动装置输出轴(113)、驱动轮轴(114)；

清扫装置驱动轴(201)、清扫装置摇杆固定座(202)、清扫装置摇杆(203)、清扫装置连杆(204)、清扫装置弹簧(205)、清扫装置滑块(206)、清扫头(207)；

支撑装置驱动轴(301)、支撑装置摇杆固定座(302)、支撑装置摇杆(303)、支撑装置连杆(304)、支撑装置弹簧(305)、支撑装置滑块(306)、支撑轮(307)。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，主要由在管道4内从进风到出风方向布置连接的驱动装置1、清扫装置2和支撑装置3各段装置构成，驱动装置1、清扫装置2和支撑装置3并非一定如图1和图2所示的依次布置，也可以是其他顺序。驱动装置1和清扫装置2之间、清扫装置2和支撑装置3之间均通过柔性联轴器6相连，使各装置之间产生相对摆动；当除尘管道4内的风力作用在驱动装置1中的迎风板101上，推动机器人沿着除尘管道4内壁行走的同时，机器人各段装置相对摆动以适应管道的拐弯变化。

各段装置均采用带有弹簧的弹性扩幅装置，在弹簧的弹簧力作用下，各行走轮或清扫头207失踪紧贴管道内壁，自动适应除尘管道管径的变化。

驱动装置1将管道4内的风能推动力转化为轮子的转动势能，将管道4进风口来的风能推动力转化为轮子的转动力，驱动清扫装置2、支撑装置3和驱动装置1一起前进。

清扫装置2是利用柔性联轴器6传递过来的旋转动能驱动清扫装置2中的清扫头207进行旋转运动，将除尘管道内壁上的积聚的粉尘剥离并扬起，扬起的粉尘及时被除尘系统管道内的风能沿管道4输送到除尘系统出口末端的除尘装置，从而实现清灰功能。

支撑装置3可选安装，在管道内壁之间形成多角支撑，主要是对管道机器人起支撑作用，增加机器人作业的稳定性，防止机器人偏离或侧翻。

柔性联轴器6是万向联轴器或者其他形式的柔性联轴器6。驱动装置1、清扫装置2和支撑装置3间通过柔性联轴器6相连，使各装置之间产生相对摆动，使得管道清灰机器人在行走过程中可以适应除尘管道管线的弯曲。通过柔性联轴器6将驱动装置1输出端的旋转运动传递到清扫装置2，驱动清扫装置2的清扫头207旋转进行清灰作业。

如图3-图5所示，驱动装置1包括迎风板101、驱动装置滑动杆102、驱动装置滑块103、蜗轮108、驱动装置输出轴113、齿轮箱体107、驱动装置弹簧105和多个弹性扩幅驱动组件；迎风板101固定于驱动装置滑动杆102的一端，齿轮箱体107同轴刚性地固定于驱动装置滑动杆102的另一端，且在驱动装置滑动杆102的另一端端面中心以转动副同轴安装有蜗轮108；驱动装置滑块103同轴活动套装在驱动装置滑动杆102靠近迎风板101的端部外，且沿驱动装置滑动杆102轴向相对滑动；驱动装置弹簧105套装在驱动装置滑动杆102外，驱动装置弹簧105一端与驱动装置滑块103相连，另一端与齿轮箱体107相连；在驱动装置滑块103和齿轮箱体107之间连接有多个弹性扩幅驱动组件，多个弹性扩幅驱动组件在驱动装置滑动杆102周围周向均布。

每个弹性扩幅驱动组件包括驱动装置连杆104、驱动装置摇杆106、驱动轮111、蜗杆109、同步带轮112和同步带110；驱动装置连杆104数量和驱动装置摇杆106数量相同，驱动装置连杆104的一端与驱动装置滑块103以转动副连接，另一端与一根驱动装置摇杆106的中部以转动副连接，驱动装置摇杆106相对于驱动装置滑动杆102径向布置，驱动装置摇杆106在靠近驱动装置滑动杆102的一端作为根部端并与齿轮箱体107以转动副连接，在远离驱动装置滑动杆102的一端作为末端并以转动副安装有驱动轮111；同步带轮112包括主动带轮和从动带轮，驱动轮111经驱动轮轴114和主动带轮刚性同轴连接，驱动轮轴114和驱动装置摇杆106以转动副连接安装，主动带轮和从动带轮通过同步带110带传动连接，从动带轮和蜗杆109同轴固接；蜗杆109以转动副安装在齿轮箱体107侧部上，蜗杆109和蜗轮108以蜗轮蜗杆副传动连接，且各个弹性扩幅驱动组件的蜗杆109相对于齿轮箱体107的轴线沿圆周呈周向均布。

驱动装置弹簧105为拉伸弹簧，始终产生将驱动装置滑块103和齿轮箱体107相互靠拢的作用力，促使多个弹性扩幅驱动组件的驱动装置摇杆106末端向管道4内壁方向向外延伸，驱动装置摇杆106末端上的驱动轮111同时向外撑开，迫使各个驱动装置摇杆106末端的多个驱动轮111始终弹性地紧贴除尘管道4的内壁滚动连接，适应除尘管道管径的变化。

当除尘管道内的风力吹动迎风板101让驱动装置1沿着除尘管道轴线移动时，多个驱动轮111沿着除尘管道4内壁做纯滚动；并且通过同步带110的带传动将驱动轮111的纯滚动传递给蜗杆109，再通过蜗杆109和蜗轮108传动将运动传给驱动装置输出轴113。

驱动轮111到蜗杆109之间的通过同步带110的运动传递的带传动，还可以替换为链传动或者多级齿轮传动。

如图6所示，清扫装置2包括清扫装置驱动轴201、清扫装置滑块206、清扫装置摇杆固定座202、清扫装置弹簧205和多个清扫连杆组件；清扫装置驱动轴201靠近驱动装置1的一端通过柔性联轴器6和驱动装置1的驱动装置输出轴113同步旋转连接，将驱动装置输出轴113的动力耦合到清扫装置2的清扫装置驱动轴201，清扫装置摇杆固定座202与清扫装置驱动轴201靠近驱动装置1的一端同轴刚性套接，清扫装置驱动轴201远离驱动装置1的一端同轴活动套装有清扫装置滑块206，且清扫装置滑块206沿清扫装置驱动轴201轴向相对滑动；清扫装置滑块206和清扫装置摇杆固定座202之间的清扫装置驱动轴201外套装有清扫装置弹簧205，清扫装置弹簧205的两端分别连接到清扫装置滑块206和清扫装置摇杆固定座202，多个清扫连杆组件在清扫装置驱动轴201圆周周围沿周向均布。

每个清扫连杆组件包括清扫装置连杆204和清扫装置摇杆203，清扫装置连杆204一端与清扫装置滑块206以转动副连接，另一端与清扫装置摇杆203中部以转动副连接；清扫装置摇杆203相对于清扫装置驱动轴201径向布置，清扫装置摇杆203在靠近清扫装置驱动轴201的一端作为根部端并与清扫装置摇杆固定座202以转动副连接，在远离清扫装置驱动轴201的一端作为末端并以转动副安装有清扫头207。

清扫装置弹簧205为拉伸弹簧，始终产生将清扫装置滑块206和清扫装置摇杆固定座202相互靠拢的作用力，促使多个清扫连杆组件的清扫装置摇杆203末端向管道4内壁方向向外延伸，清扫装置摇杆203末端上的清扫头207同时向外撑开，迫使各个清扫装置摇杆203末端的多个清扫头207始终弹性地紧贴除尘管道4的内壁摩擦连接，适应除尘管道管径的变化。

清扫装置驱动轴201旋转经清扫装置摇杆固定座202带动各个清扫连杆组件上的清扫头207绕清扫装置驱动轴201周向同步旋转运动，将除尘管道4内壁积聚的粉尘5清扫干净。

如图7所示，支撑装置3包括支撑装置驱动轴301、支撑装置滑块306、支撑装置摇杆固定座302、支撑装置弹簧305和多个支撑连杆组件；支撑装置驱动轴301靠近清扫装置2的一端通过柔性联轴器6和清扫装置2的清扫装置驱动轴201以转动副连接，支撑装置摇杆固定座302与支撑装置驱动轴301靠近驱动装置1的一端同轴刚性套接，支撑装置驱动轴301远离驱动装置1的一端同轴活动套装有支撑装置滑块306，且支撑装置滑块306沿支撑装置驱动轴301轴向相对滑动；支撑装置滑块306和支撑装置摇杆固定座302之间的支撑装置驱动轴301外套装有支撑装置弹簧305，支撑装置弹簧305的两端分别连接到支撑装置滑块306和支撑装置摇杆固定座302，多个支撑连杆组件在支撑装置驱动轴301圆周周围沿周向均布。

每个支撑连杆组件包括支撑装置连杆304和支撑装置摇杆303，支撑装置连杆304一端与支撑装置滑块306以转动副连接，另一端与支撑装置摇杆303中部以转动副连接；支撑装置摇杆303相对于支撑装置驱动轴301径向布置，支撑装置摇杆303在靠近支撑装置驱动轴301的一端作为根部端并与支撑装置摇杆固定座302以转动副连接，在远离支撑装置驱动轴301的一端作为末端并以转动副安装有支撑轮307。

支撑装置弹簧305为拉伸弹簧，始终产生将支撑装置滑块306和支撑装置摇杆固定座302相互靠拢的作用力，促使多个支撑连杆组件的支撑装置摇杆303末端向管道4内壁方向向外延伸，支撑装置摇杆303末端上的支撑轮307同时向外撑开，迫使各个支撑装置摇杆303末端的多个支撑轮307始终弹性地紧贴除尘管道4的内壁滚动连接，适应除尘管道管径的变化。

支撑装置驱动轴301不旋转，各个支撑连杆组件上的支撑轮307在除尘管道4内壁上支撑滚动。

机器人整体工作情况下，迎风板101推动驱动装置1沿管线行走的同时，驱动装置1中的多个驱动轮111沿着管道内壁做纯滚动，这些纯滚动经过驱动力传动链汇总到驱动装置输出轴113，并使驱动装置输出轴113产生旋转运动，驱动后面的清扫装置2进行清灰作业。