[发明专利]仿壁虎通风管道清扫机器人

说明书

本发明涉及一种仿壁虎通风管道清扫机器人，包括四足行走单元及吸附单元、具有适应圆形和方形管道的清扫装置及作为壁虎躯干的主体单元，行走单元采用对称式结构，吸附单元主要包括微型泵和电磁换向阀；主体单元包括躯干部；清扫装置包括伸缩杆、清扫刷与旋转套。为实现清扫机器人在封闭管道里自主运动和避障，所设计的清扫机器人还配置了测距传感器和单目视觉摄像机以获取管道内部环境信息，利用计算机对采集的图像进行分析处理，进而依据图像处理获得的信息结合测距信息来实现清扫机器人的自主避障，并依据图像检测结果确定机器人清扫方式。本发明除能完成对水平通风管道清扫外，还可以完成对竖直通风管道的清扫。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是一种应用于石油化工、动力工程、民用建筑等行业的仿壁虎通风管道清扫机器人。

背景技术

石化工业、动力工程等领域中使用的通风管道较多而且比较集中，众所周知的是，经长时间使用后的通风管道内部会集聚大量的灰尘、污垢等，进而衍生大量的细菌，这会极大地影响通风管道的通风性能，更严重的是细菌随送风系统吹进室内，污染室内的空气、传播疾病，严重影响人们身心健康。人群长期处于这样的环境空间里，易患呼吸道疾病，出现头晕、乏力，免疫力下降等状况，还容易感染皮肤病。因此，对通风管道的定期清扫是非常必要的。

早期大多采用机械、人工和机器人三种方式进行通风管道清洗和清扫，但由于通风管道的结构复杂，大小不一，若采用人工清洗，不仅效率低、成本高，还存在一定的安全隐患。所以对其进行清扫非人力所能及的。

在通风管道机器人清扫领域，对移动机器人研究已经较多，但结合仿生学研究来设计能够实现水平和垂直通风管道及复杂通风管道自主运动的仿壁虎通风管道清扫机器人的研究目前还未见报道，壁虎具有灵活性强、能够适应各种粗糙壁面三维运动的特点，也具有能够适应复杂多变的风管环境的重要特点。尤其是在管径较小或者垂直通风管道工作环境下，常用的管道清扫机器人很难完成清扫任务，而仿壁虎清扫机器人能够完成此类复杂的任务。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种结构简单、运动灵活、控制容易、适应能力强的仿壁虎通风管道清扫机器人，不仅能完成对水平管道的清扫，还能完成一般清扫机器人无法实现的对竖直管道的清扫作业。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种仿壁虎通风管道清扫机器人，具有主体单元、行走单元、吸附单元、清扫单元以及监控单元，其中：

主体单元：具有采用柔性杆件制作的躯干部；

行走单元：包括对称设在躯干部四角端并与躯干部活动连接的支腿，所述支腿底部铰接有脚掌；

吸附单元：具有与脚掌连接可吸附或脱离管道内壁的吸盘；

清扫单元：通过固定套安装在所述躯干部前端，包括旋转套，旋转套内设有可沿旋转套轴向移动的底盘，旋转套前方设有通过旋转实现清扫管道的清扫刷，底盘上连接有曲柄，清扫刷后端铰接有伸缩杆，旋转套与伸缩杆之间设有摇杆，摇杆后端与曲柄铰接，伸缩杆可调节与摇杆内孔配合连接，摇杆中部与旋转套前端活动连接；

监控单元：包括用于检测管道内障碍物的测距传感器、用于识别管道环境状况的单目视觉摄像机以及设在脚掌上防止机器人碰撞后在管道中卡死或损伤的触觉传感器。

对于圆形管道的清扫，所述的清扫单元包括设在固定套内驱动旋转套转动的第一电机，旋转套内安装有驱动底盘沿旋转套轴线移动的第二电机，旋转套前端具有周向均布的三个外凸夹板，所述外凸夹板通过销轴活动连接三个摇杆，三个摇杆分别通过伸缩杆轴向铰接有三个由旋转套带动旋转的清扫刷。

对于矩形管道的清扫，所述的清扫单元包括安装在旋转套内驱动底盘沿旋转套轴线移动的第二电机，位于旋转套前端具有周向均布的四个外凸夹板，所述外凸夹板通过销轴活动连接四个摇杆，所述摇杆上分别通过伸缩杆连接有电机座，电机座上安装有第三电机，第三电机两端的输出轴分别传动连接有清扫刷，所述的清扫刷呈矩形分布。