阅读说明：本技术 一种通风管道清理机器人的行走装置 (Walking device of ventilating duct cleaning robot ) 是由 廖泽武 郑漫 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种通风管道清理机器人的行走装置,包括：支撑结构、保持结构、驱动结构和控制系统；所述支撑结构包括前支撑结构和后支撑结构,所述保持结构包括前保持结构和后保持结构；所述前保持结构和后保持结构的一端分别与驱动结构的两端连接,所述前保持结构的另一端与前支撑结构连接,所述后保持结构的另一端与后支撑结构连接；所述支撑结构、保持结构、驱动结构通过信号传输单元与控制系统连接；本发明支撑结构、保持结构和驱动结构均采用电机驱动丝杠螺母机构来实现清理机器人在通风管道内的行走和支撑,其具有足够大的驱动牵引力、管径适应性、弯管通过能力和爬坡能力,能够满足各种通风管道的不同作业需求。(The invention discloses a walking device of a cleaning robot for a ventilating duct, which comprises: a support structure, a holding structure, a drive structure and a control system; the support structure comprises a front support structure and a rear support structure, and the retaining structure comprises a front retaining structure and a rear retaining structure; one end of each of the front retaining structure and the rear retaining structure is connected with two ends of the driving structure respectively, the other end of each of the front retaining structure and the rear retaining structure is connected with the front supporting structure, and the other end of each of the rear retaining structure and the rear supporting structure; the supporting structure, the holding structure and the driving structure are connected with the control system through the signal transmission unit; the supporting structure, the holding structure and the driving structure all adopt a motor to drive the screw nut mechanism to realize the walking and the supporting of the cleaning robot in the ventilation pipeline, have enough driving traction force, pipe diameter adaptability, bent pipe passing capacity and climbing capacity, and can meet different operation requirements of various ventilation pipelines.)

一种通风管道清理机器人的行走装置

技术领域

本发明涉及管道清洁领域，尤其涉及一种通风管道清理机器人的行走装置。

背景技术

随着社会的发展，越来越多的楼宇、别墅等采用中央空调，然而由于没有及时清洗风管所造成的空气污染却在危害着人们的身体健康，长期得不到清洁的风管为有害细菌提供了适宜的生存环境，它们会不断地滋生并随着四通八达的风管广泛传播，在室内造成空气的二次污染；建筑物空调通风系统所造成的人体健康危害和疾病可达几十种，只有做到定期的清洁，才可以使办公、生活环境得到保证。

目前大部分楼宇的中央空调都是在管道问题较严重时才着手解决，真正做到每年定期清洗的很少，由于国外的空调普及较早，因此关于管道清洁机器人的研究也较国内领先，瑞典的WintClean 机器人使用的行走部件为履带式，这种行走方式具有跨越障碍能力强、转弯半径小等优点，缺点是行走速度慢，结构复杂，加拿大的AIRTOX清扫机器人、韩国的Hanlin风管清扫机器人以及英国的Indoor清扫机器人都是采用类似的行走方式。

在国内，虽然专门针对建筑工程通风管道内部的移动清污机器人的研究起步较晚，但近年来也越来越多地应用机器人来清洁管道，包括利用机器人检查、机器人清洁、机器人收集和机器人消毒等，尽管清洁机器人的应用越来越普遍，但其在功能稳定性和环境适应性上还有很大的发展空间，比如清洁方式比较单一、清洁机器人成本较高且笨重等问题都急需改善。

发明内容

根据上述现有技术的不足，针对现有机器人的管径适应性、弯管通过能力及爬坡能力等问题，本发明的目的是提供一种通风管道清理机器人的行走装置，其具有足够大的驱动牵引力、管径适应性、弯管通过能力和爬坡能力，能够满足各种微小管道的不同作业需求。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一种通风管道清理机器人的行走装置，包括：支撑结构、保持结构、驱动结构和控制系统，所述支撑结构包括前支撑结构1和后支撑结构5，所述保持结构包括前保持结构2和后保持结构4；所述前支撑结构1与前保持结构2的一端连接，所述前保持结构2的另一端与驱动结构3一端连接，所述驱动结构3的另一端与所述后保持结构4的一端连接，所述后保持结构4的另一端与所述后支撑结构5连接，所述支撑结构、保持结构、驱动结构通过信号传输单元与控制系统连接。

进一步的，所述前支撑结构1和后支撑结构5相同，均包括：调节电机17、压簧a14、滑块a16、螺母套a13、支撑丝杠18、功能模块连接座12、固定座11、轴承套、支撑连杆a8、支撑连杆b9、压簧b10和支撑导杆7；所述调节电机17与固定座11连接，所述固定座11与轴承套连接，所述支撑连杆a8一端与螺母套a13铰接，另一端与支撑连杆b9的一端铰接，所述支撑连杆b9的另一端与所述滑块a16铰接，所述调节电机17的输出轴通过轴承套和固定座11与驱动丝杠18连接，所述螺母套a13与所述驱动丝杠18螺纹连接，所述支撑导杆7一端与螺母套a13固定连接，另一端与固定座11连接，所述压簧a14通过支撑导杆7与螺母套a13和滑块a16连接，所述压簧b10通过支撑导杆7与滑块a16和固定座11连接。

进一步的，所述前保持结构2和后保持结构4相同，均包括：机架19、保持架24、保持连杆a20、保持连杆b22、保持轮21、压簧c23、支撑轴25、滑块b26和六角螺母27；所述保持架24与机架19连接，所述保持连杆a20一端与保持架24铰接，另一端与保持连杆b22的一端铰接，所述保持连杆b22的另一端与滑块b26铰接，所述支撑轴25的一端与通过滑块b26与保持架24连接，所述支撑轴25的另一端与六角螺母27螺纹连接，所述压簧c23通过支撑轴25分别固定于滑块b26和六角螺母27上。

所述前后支撑结构的支撑轮机构、前后保持结构的保持轮机构均有三组，均呈120°角分布。

进一步的，所述驱动结构3包括：万向节28、驱动电机29、驱动电机外壳30、挡圈32、轴承33、端盖34、驱动丝杠35、螺母套36和导向杆31；所述驱动电机29安装于驱动电机外壳30内，所述驱动电机外壳30一端与万向节28的端盖连接，另一端通过导向杆31与螺母套36相连，所述驱动丝杠35一端与驱动电机29的输出轴连接，另一端与螺母套36螺纹连接。

更进一步的，所述驱动电机外壳30上设置有导线窗。

更进一步的，所述驱动结构3还包括软轴，所述软轴的一端通过微型连接套与驱动电机输出轴连接，另一端与丝杠连接。

进一步的，所述控制系统安装于机器人运动控制箱中，所述控制系统通过无线通信单元接收控制箱发送的控制指令，实现机器人运动控制，包括前进、后退、停止运动、爬坡等，并把运行速度、电源模块当前电压、配网导线倾角等检测数据发送关外控制系统接收单元。

优选的，所述滑块a、滑块b上均安装有微型压力传感器。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明通过电机驱动丝杠螺母机构，将电机的转动转化为需要的运动形式，具有足够大的运动牵引力，头部和尾部均可根据需要安装各功能模块以满足不同的作业要求。

2. 本发明的通风管道清理机器人的行走装置设计了软轴驱动机构，保证了其具有弯管通过的能力。

3.本发明通过设置自主锁止机构，该机构不但可以根据实际需要调节锁止机构与管壁间的正压力以保证足够大的摩擦力，同时又可以增加对管径的适应能力；所述自主锁止机构由丝杠螺母副调节机构组成，采用连杆机构带动滑块压缩弹簧，以适应管径的变化；采用支撑轮与管壁接触，可以更好的适应复杂的管道环境，电机工作时，螺母套在螺纹副的作用下沿螺杆上下滑动，从而实现支撑机构撑紧或松开管壁，达到自主锁止的功能。

4. 本发明通过设置前后支撑结构和前后保持结构中的支撑轮和保持轮的支撑半径可通过调节电机和保持电机的正反转控制连杆机构在一定范围内变化，使得本发明可以在一定管径变化的微小管道中通行。

附图说明

图1为本发明一种通风管道清理机器人的行走装置的主要结构示意图；

图2为本发明一种通风管道清理机器人的行走装置的轴向示意图；

图3为本发明一种通风管道清理机器人的行走装置中前后支撑结构的示意图；

图4为本发明一种通风管道清理机器人的行走装置中前后保持结构的示意图；

图5为本发明一种通风管道清理机器人的行走装置中驱动结构的示意图；

图6为本发明一种通风管道清理机器人的行走装置中力卸载结构的示意图。

附图标记说明：1.前支撑结构；2.前保持结构；3.驱动结构；4.后保持结构；5.后支撑结构；6.管壁；7.支撑导杆；8.支撑连杆a；9.支撑连杆b；10.压簧b；11.固定座；12.功能模块连接座；13.螺母套a；14.压簧a；15.支撑轮；16.滑块a；17.调节电机；18.支撑丝杠；19.机架；20.保持连杆a；21.保持轮；22.保持连杆b；23.压簧c；24.保持架；25.支撑轴；26.滑块b；27.六角螺母；28.万向节；29.驱动电机；30.驱动电机外壳；31.导向杆；32.挡圈；33.轴承；34.端盖；35.驱动丝杠；36.螺母套；37.外挡圈；38.球轴承；39.导气孔；40.内挡圈；41.电机输出轴。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，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，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例一

参照图1，本发明一种通风管道清理机器人的行走装置，包括：支撑结构、保持结构、驱动结构和控制系统，所述支撑结构包括前支撑结构1和后支撑结构5，所述保持结构包括前保持结构2和后保持结构4；所述前支撑结构1与前保持结构2的一端连接，所述前保持结构2的另一端与驱动结构3的一端连接，所述驱动结构3的另一端与所述后保持结构4的一端连接，所述后保持结构4的另一端与所述后支撑结构5连接；所述支撑结构、保持结构、驱动结构通过信号传输单元与控制系统连接；所述支撑结构和驱动结构均用直流电机驱动，支撑机构可以实现与管壁的自主锁止，保证行走的可靠性。

参照图3，本发明所述支撑结构包括：调节电机17、压簧a14、滑块a16、螺母套a13、支撑丝杠18、功能模块连接座12、固定座11、轴承套、支撑连杆a8、支撑连杆b9、压簧b10和支撑导杆7；所述调节电机17与固定座11连接，所述固定座11与轴承套连接，所述支撑连杆a8一端与螺母套a13铰接，另一端与支撑连杆b9的一端铰接，所述支撑连杆b9的另一端与所述滑块a16铰接，所述调节电机17的输出轴通过轴承套和固定座11与驱动丝杠18连接，所述螺母套a13与所述驱动丝杠18螺纹连接，所述支撑导杆7一端与螺母套a13固定连接，另一端与固定座11连接，所述压簧a14通过支撑导杆7与螺母套a13和滑块a16连接，所述压簧b10通过支撑导杆7与滑块a16和固定座11连接；所述支撑结构设计了自主锁止机构，该机构不但可以根据实际需要调节锁止机构与管壁6间的正压力以保证足够大的摩擦力，同时又可以增加对管径的适应能力；所述自主锁止机构由丝杠螺母副调节机构组成，采用连杆机构带动滑块压缩弹簧，以适应管径的变化；采用支撑轮15与管壁6接触，可以更好的适应复杂的管道环境，所述支撑轮15呈120°对称分布，如图2；电机工作时，螺母套a13在螺纹副的作用下沿支撑丝杠18滑动，从而实现支撑机构撑紧或松开管壁6，达到自主锁止的功能；另外，在滑块a16上装有微型压力传感器，可以直接测量在撑紧过程中滑块a16所受的力，从而得到支撑轮15与管壁6间的正压力，这不仅保证了支撑机构以恒定的压力撑紧在管壁上，同时也对调节电机17起过载保护的作用。

参照图4，所述保持结构包括：机架19、保持架24、保持连杆a20、保持连杆b22、保持轮21、压簧c23、支撑轴25、滑块b26和六角螺母27；所述保持架24与机架19连接，所述保持连杆a20一端与保持架24铰接，另一端与保持连杆b22的一端铰接，所述保持连杆b22的另一端与滑块b26铰接，所述支撑轴25的一端与通过滑块b26与保持架24连接，所述支撑轴25的另一端与六角螺母27螺纹连接，所述压簧c23通过支撑轴25分别固定于滑块b26和六角螺母27上；保持机构主要起管道内自定心作用，3个保持轮21呈120º对称分布，如图2；其中保持轮21轴线始终与管壁母线保持垂直，工作时，保持轮沿管壁6滚动，这样就减小了运动摩擦阻力；当机器人在不同直径的管道内运动时，压簧c23的伸长和缩短带动滑块b26滑动，并通过连杆机构的作用使保持轮21始终贴紧管壁6，达到适应不同管径的目的；这样机器人在管内运动时，其中心线基本与管道的中心线保持一致，保证各单元与管壁的夹角在稳定运动的范围内。

参照图5，所述驱动结构3包括：万向节28、驱动电机29、驱动电机外壳30、挡圈32、轴承33、端盖34、驱动丝杠35、螺母套36和导向杆31；所述驱动电机29安装于驱动电机外壳30内，所述驱动电机外壳30一端与万向节28的端盖连接，另一端通过导向杆31与螺母套36相连，所述驱动丝杠35一端与驱动电机29的输出轴连接，另一端与螺母套36螺纹连接；为了保证本发明所述的通风管道清理机器人能够顺利通过弯管，所述驱动结构3还包括软轴，所述驱动结构中的驱动电机通过软轴传递转矩，软轴长度为16mm左右，所述软轴的一端通过微型连接套与驱动电机29的输出轴连接，另一端与驱动丝杠35连接。

所述控制系统安装于机器人运动控制箱中，所述控制系统通过无线通信单元接收控制箱发送的控制指令，实现机器人运动控制，包括前进、后退、停止运动、爬坡等，并把运行速度、电源模块当前电压、配网导线倾角等检测数据发送关外控制系统接收单元。

其在机器人头部或者尾部的功能模块安装座12上安装功能扩展模块——如传感器、微型 CCD摄像头、微型操作手等装置就可以实现功能扩展，使机器人具有管内作业功能。

实施例二

如图1、2、3、4、5所示，本实施例与实施例1的结构原理类似，与实施例1的不同之处在于，为了保护驱动电机，所述驱动电机29的输出轴上设计了力卸载机构，所述力卸载机构是将电机输出轴与驱动丝杠35通过胶接配合传递扭矩，轴承38由内外挡圈轴向定位，该结构具体如图6所示；当驱动电机29输出轴承受轴向载荷时，力的传递路径为：当承受压力时，力由驱动丝杠35依次传递到轴承38、外挡圈37、驱动电机29、驱动电机外壳30；当承受拉力时，力由驱动丝杠35依次传递到轴承38、内挡圈40、驱动电机外壳30；这样，把轴向载荷传递给了驱动电机外壳30，达到了保护驱动电机29的输出轴的目的。

本发明一种通风管道清理机器人的行走装置的运动机理为：

步骤1：前支撑结构1的调节电机17正转，支撑连杆机构回收，支撑轮15离开管壁6；

步骤2：驱动机构3的驱动电机29正转，螺母套36在螺纹副的作用下沿导向杆31的方向运动，并推动机器人头部单元向前爬行；

步骤3：前支撑结构1的调节电机17反转，支撑连杆撑开，支撑轮15压紧管壁6；

步骤4：后支撑结构5的调整电机17正转，支撑连杆机构回收，支撑轮15离开管壁6；

步骤5：驱动机构3的驱动电机29反转，驱动丝杠35在螺纹副的作用下拖动驱动电机29及尾部单元沿螺母套36向前爬行；

步骤6：后支撑结构5的调整电机17反转，支撑连杆机构撑开，支撑轮15压紧管壁6。

重复上述动作，所述机器人就能在管道内向前爬行了，反向运动时，类似于上述步骤，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明电机进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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发明实施例技术方案。