本實用新型涉及隧道機器人領(lǐng)域，尤其涉及一種大型隧洞附著海生物清理機器人。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中的大型隧洞附著海生物清理機器人因結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，主要存在如下技術(shù)缺陷：

1、現(xiàn)有大型隧洞附著海生物清理機器人的執(zhí)行裝置為仿隧洞直徑設(shè)計，對于非接近標(biāo)準(zhǔn)圓形隧洞并不適用，且當(dāng)隧洞直徑變化時，例如：隧洞直徑變小時，可能會發(fā)生卡死或破壞隧洞表面；或者，當(dāng)隧洞直徑變大時，清理效果會大大下降。

2、現(xiàn)有大型隧洞附著海生物清理機器人的清理方式一般為：車體移動帶動自轉(zhuǎn)的執(zhí)行裝置清洗隧洞，升降臺上下移動調(diào)整執(zhí)行裝置與隧洞的相對位置，整個機器人的自由度少，在車體跑偏的情況下很難獲得最佳清理效果。

3、現(xiàn)有大型隧洞附著海生物清理機器人對隧洞表面及執(zhí)行器自身缺少保護(hù)措施，存在一定的安全隱患。

4、此外，仍有大型隧洞附著海生物清理機器人的動力與通訊采用長臍帶纜傳輸?shù)姆绞?，在?shù)千米長隧洞工況下，有線方式動力輸送成本太高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種大型隧洞附著海生物清理機器人，能夠?qū)崟r感知自身的姿態(tài)及周圍環(huán)境信息，在高頻微變的狀況下可自適應(yīng)調(diào)整自身的姿態(tài)；精準(zhǔn)控制清理裝置與隧洞內(nèi)壁的接觸力，具有過載保護(hù)功能；清理裝置適應(yīng)性廣，可實現(xiàn)安全可靠、可視監(jiān)測及高效的清洗。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的實施例提供了一種大型隧洞附著海生物清理機器人，用以替代人工清理隧洞內(nèi)海生物、淤泥及其它雜質(zhì)，其特征在于，包括：可移動的車體；設(shè)置在車體上，用以獲取機器人在隧洞內(nèi)相對位置信息的距離傳感裝置；設(shè)置在車體上，能夠在俯仰、搖擺、旋轉(zhuǎn)以及伸縮方向進(jìn)行調(diào)整的清理機械臂；連接在清理機械臂上，用以清理隧洞內(nèi)壁的清理裝置，其中：清理裝置包括：用以清理隧洞頂壁的圓盤式清理裝置和用以清理隧洞側(cè)壁的滾筒式清理裝置，圓盤式清理裝置和滾筒式清理裝置可分別連接在清理機械臂的兼容連接口上且可進(jìn)行拆卸更換。

其中，距離傳感裝置位于車體前行方向的前部，設(shè)置在車體的兩側(cè)，其包括多個用以測量出與隧洞內(nèi)壁壁面距離的傳感器。

其中，清理機械臂包括：可旋轉(zhuǎn)的第一支撐臂，第一支撐壁上具有第一伸縮油缸；連接在第一支撐臂上，且可相對于第一支撐臂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的第二支撐臂；分別連接在第二支撐臂的兩端部，且可相對于第二支撐臂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的第三支撐臂，第三支撐臂上具有第二伸縮油缸，兼容連接口設(shè)置在第三支撐臂上；分別連接在第三支撐臂末端，且可相對于第三支撐臂進(jìn)行伸縮的第四支撐臂，其中：改變第一支撐臂、第二支撐臂、第三支撐臂以及第四支撐臂之間的相對位置以調(diào)整清理機械臂的姿態(tài)。

其中，兼容連接口為法蘭接口，圓盤式清理裝置和滾筒式清理裝置分別通過法蘭盤連接在法蘭接口上。

其中，清理機械臂設(shè)置在車體前行方向的后部。

其中，清理機械臂的末端設(shè)置壓力傳感器，根據(jù)壓力傳感器獲取的清理機械臂與隧洞內(nèi)壁的接觸力測量值與存儲的壓力參考值之間的差值，控制調(diào)節(jié)清理機械臂的姿態(tài)，使清理裝置與隧洞內(nèi)壁的接觸力保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

其中，清理裝置上設(shè)有用以補償清理機械臂的小變化量且高頻率偏心的偏心量的調(diào)節(jié)油缸；清理裝置上設(shè)有限位組件和防碰撞組件。

其中，圓盤式清理裝置上設(shè)有旋轉(zhuǎn)刀架，旋轉(zhuǎn)刀架上設(shè)有可拆卸的刀片，在相鄰兩刀片之間的區(qū)域設(shè)有硬質(zhì)毛刷。

其中，滾筒式清理裝置上設(shè)有旋轉(zhuǎn)滾刷，旋轉(zhuǎn)滾刷上間隔設(shè)置可拆卸的刀片和硬質(zhì)毛刷；滾筒式清理裝置上還具有位于旋轉(zhuǎn)滾刷外側(cè)的硬質(zhì)刮片。

其中，還包括：設(shè)置在車體中部位置和/或清理機械臂頂部的用以檢測隧洞內(nèi)海生物生長情況，且可對清理后效果進(jìn)行評價的視頻裝置。

本實用新型所提供的大型隧洞附著海生物清理機器人，具有如下有益效果：

第一、清理裝置包括用以清理隧洞頂壁的圓盤式清理裝置和用以清理隧洞側(cè)壁的滾筒式清理裝置，圓盤式清理裝置和滾筒式清理裝置可分別連接在清理裝置的兼容連接口上且可進(jìn)行拆卸更換，兩種清理裝置適用于清理大直徑標(biāo)準(zhǔn)圓形或非標(biāo)準(zhǔn)圓形隧洞，可對隧洞內(nèi)壁附著的海生物進(jìn)行多重清理，清掃適應(yīng)性更強；能夠?qū)崟r感知自身的姿態(tài)及周圍環(huán)境信息，在高頻微變的狀況下可自適應(yīng)調(diào)整自身的姿態(tài)。

第二、車體及清理機械臂上設(shè)置攝像裝置和傳感裝置，能夠根據(jù)傳感器獲取的清理機械臂與隧洞內(nèi)壁的接觸力測量值與存儲的壓力參考值之間的差值，控制調(diào)節(jié)清理機械臂的姿態(tài)，使清理裝置與隧洞內(nèi)壁的接觸力保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，同時解決可視檢測的問題。

第三，結(jié)構(gòu)精簡，可實現(xiàn)安全、高效及可靠的清洗，具有過載保護(hù)功能。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型實施例大型隧洞附著海生物清理機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型實施例大型隧洞附著海生物清理機器人的圓盤式清理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型實施例大型隧洞附著海生物清理機器人的圓盤式清理裝置的作業(yè)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實用新型實施例大型隧洞附著海生物清理機器人的滾筒式清理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本實用新型實施例大型隧洞附著海生物清理機器人的滾筒式清理裝置的作業(yè)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本實用新型實施例大型隧洞附著海生物清理機器人的兩種清理裝置的清掃范圍示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

結(jié)合參見圖1-圖6所示，為本實用新型大型隧洞附著海生物清理機器人的實施例一。

本實施例中的大型隧洞附著海生物清理機器人1，用以替代人工清理無水條件下的大直徑隧洞內(nèi)的海生物、淤泥及其它雜質(zhì)，以便海生物收集車進(jìn)行收集，運出隧洞。其包括：車體11、距離傳感裝置12、清理機械臂13、清理裝置14以及視頻裝置15。

具體地，車體11能夠在隧洞內(nèi)移動，本實施例中是通過在車體11的底部安裝移動履帶實現(xiàn)，其它實施方式中，不限定車體的1的形狀以及使其移動的具體結(jié)構(gòu)。

距離傳感裝置12的作用是獲取機器人在隧洞內(nèi)的相對位置信息，通過獲取位置信息能夠評估出機器人偏離理論位置，例如隧洞的中心的程度，再輔助清理機器人所具有的控制系統(tǒng)及時對機器人的運動方向進(jìn)行調(diào)整，防止機器人跑偏。本實施例中的距離傳感裝置12位于車體11前行方向的前部，設(shè)置在車體11前部的相對兩側(cè)，其包括多個用以測量出與隧洞內(nèi)壁壁面距離的傳感器。

進(jìn)一步的，清理機械臂13的作用是在清理機器人所具有的控制系統(tǒng)的控制下帶動清理裝置14移動，例如俯仰、搖擺、旋轉(zhuǎn)以及伸縮等動作，使清理裝置能夠與隧洞內(nèi)壁相適應(yīng)。

本實施例中的清理機械臂13為可折疊伸縮式多自由度的機械臂結(jié)構(gòu)，其包括：連接在車體11且可相對于車體11進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的第一支撐臂131，第一支撐壁上131具有第一伸縮油缸131a，在第一伸縮油缸131a的作用下可實施第一支撐臂131相對于車體11所進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)；

連接在第一支撐臂131的端部上，且可相對于第一支撐臂131進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的第二支撐臂132；其中，第二支撐臂132相對于第一支撐臂131進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的角度范圍在0-360°；

分別連接在第二支撐臂132的兩端部，且可相對于第二支撐臂132進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的第三支撐臂133，第三支撐臂133上具有第二伸縮油缸133a，在第二伸縮油缸133a的作用下可實施第三支撐臂133相對于第二支撐臂132所進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)。

連接在第三支撐臂末端的第四支撐臂134，在第四支撐臂134上具有第三伸縮油缸，使得第四支撐臂134相對于第三支撐臂133進(jìn)行一定位移的變化。

具體實施時，通過改變第一支撐臂131、第二支撐臂132、第三支撐臂133以及第四支撐臂134之間的相對位置便能夠調(diào)整清理機械臂13的姿態(tài)。也就是說，通過上述結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)可折疊伸縮式多自由度的機械臂結(jié)構(gòu)，完成例如俯仰、搖擺、旋轉(zhuǎn)以及伸縮等動作。如此，也能夠同時補償變化量較大的機械臂偏心量，保證清理裝置14到達(dá)隧洞內(nèi)壁待清理位置，保證清理效率?？梢岳斫獾氖?，通過設(shè)置第一伸縮油缸131a、二伸縮油缸133a以及第三伸縮油缸134a，使得清理機械臂具有一定的伸縮功能，使得清理機器人在直徑變化的隧洞內(nèi)依然能夠適用。

優(yōu)選的，清理機械臂13設(shè)置在車體11前行方向的后部。如此，清理下來的海生物不會阻礙機器人前進(jìn)的道路。

進(jìn)一步的，清理機械臂13末端設(shè)置壓力傳感器，例如：設(shè)置在第三支撐臂133和清理裝置14之間。實施時，根據(jù)上述壓力傳感器的作用是獲取清理機械臂13與隧洞內(nèi)壁的接觸力測量值，清理機器人所具有的控制系統(tǒng)根據(jù)上述接觸力測量值與其自身存儲的壓力參考值之間的差值，控制調(diào)節(jié)清理機械臂13的姿態(tài)，也就是上述第一支撐臂131、第二支撐臂132、第三支撐臂133以及第四支撐臂之間的相對位置，使清理裝置14與隧洞內(nèi)壁的接觸力保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

清理裝置14是用以清理隧洞內(nèi)壁上附著的海生物的裝置。本實施例中的清理裝置14設(shè)置為以下的兩種結(jié)構(gòu)，一種是用以清理隧洞頂壁的圓盤式清理裝置141和用以清理隧洞側(cè)壁的滾筒式清理裝置142。

圓盤式清理裝置141清理的位置大致為隧洞頂壁0-30°的壁面范圍T1，其上設(shè)有旋轉(zhuǎn)刀架1411，旋轉(zhuǎn)刀架1411上設(shè)有可拆卸的刀片1412，在相鄰兩刀片1412之間的區(qū)域設(shè)有硬質(zhì)毛刷。具體實施時，旋轉(zhuǎn)刀架1411上具有多條設(shè)有一定弧度的條狀刀片1412，本實施例中為4條，且其相互之間等距均勻設(shè)置，用以在圓盤式清理裝置141自轉(zhuǎn)時形成均勻且穩(wěn)定的清理和粉碎隧洞表面堅硬、附著力強的海生物的清除外力。此外，條狀刀片1412因其設(shè)置一定的弧度，使其在圓盤式清理裝置141自轉(zhuǎn)時形成一弧面，該弧面的弧度與待清理隧洞頂壁的弧度大致相同，作用是：可以實現(xiàn)對隧洞頂壁的圓弧面進(jìn)行大面積的清理，提升清理效率。

此外，刀片1412設(shè)為可拆卸，以便于維修和維護(hù)。進(jìn)一步的，毛刷設(shè)置在相鄰的兩條刀片1412之間的區(qū)域，本實施例中的毛刷為用以深度刷洗殘余海生物的硬質(zhì)毛刷。具體實施時，刀片1412可以將隧洞表面堅硬、附著力強的頑固海生物進(jìn)行清理或者粉碎，而硬質(zhì)毛刷可以對隧洞殘余的體型較小、易粘附在隧洞表面的海生物進(jìn)行深度刷洗，兩者互補可對隧洞面交替進(jìn)行多重方式清洗，解決了單一清洗元件對多種海生物清理效果不同而產(chǎn)生的清理效果不均勻的問題，可實現(xiàn)對隧洞內(nèi)壁的高質(zhì)量清洗。

滾筒式清理裝置142清理的位置大致為隧洞側(cè)壁緊鄰頂壁T1的150°的壁面范圍T2，滾筒式清理裝置142上設(shè)有旋轉(zhuǎn)滾刷1421，旋轉(zhuǎn)滾刷1421上間隔設(shè)置可拆卸的刀片1422和硬質(zhì)毛刷1423；滾筒式清理裝置142上還具有位于旋轉(zhuǎn)滾刷外側(cè)的硬質(zhì)刮片1424。具體實施時，可拆式刀片1422和硬質(zhì)毛刷1423等距均勻設(shè)置，可拆式刀片1422可以將隧洞表面堅硬、附著力強的頑固海生物進(jìn)行清理或者粉碎，硬質(zhì)毛刷1423可以對隧洞殘余的體型較小、易粘附在隧洞表面的海生物進(jìn)行深度刷洗，兩者互補可實現(xiàn)對隧洞海水物實現(xiàn)高質(zhì)量清洗。

進(jìn)一步的，圓盤式清理裝置141和滾筒式清理裝置142可分別連接在清理機械臂的兼容連接口上且可進(jìn)行拆卸更換。具體實施時，兼容連接口設(shè)置在第三支撐臂133上，兼容連接口為法蘭接口，圓盤式清理裝置141和滾筒式清理裝置142分別通過法蘭盤連接在該法蘭接口上。如此設(shè)置，精簡結(jié)構(gòu)的同時，能夠使清掃幅度最大化，提高清理效率。

進(jìn)一步的，清理裝置上設(shè)有用以補償清理機械臂的小變化量且高頻率偏心的偏心量的調(diào)節(jié)油缸；清理裝置上設(shè)有限位組件和防碰撞組件。如此，可以使清理裝置與隧洞內(nèi)壁的接觸力保持在最佳清理效果時的接觸力范圍，解決了力反饋高效清理的問題，并能夠防止清理裝置損壞隧洞內(nèi)壁。

進(jìn)一步的，還包括視頻裝置15：視頻裝置15設(shè)置在車體中部位置和/或清理機械臂頂部，其作用是檢測隧洞內(nèi)海生物生長情況，且可對清理后效果進(jìn)行評價。例如：實時監(jiān)測海生物的清理情況，對機器人周邊環(huán)境的實時觀察，并計算機器人在隧洞中的相對位置等。

本實用新型的大型隧洞附著海生物清理機器人在具體實施時，清理機器人步進(jìn)至隧洞的入口，視頻裝置15對隧洞內(nèi)壁海生物的生長情況及隧洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視，初步判斷隧洞內(nèi)壁海生物的生長情況。緊接著，安裝圓盤式清理裝置141，展開清理機械臂13，將圓盤式清理裝置141抵靠在隧洞內(nèi)壁上，并保持一定的接觸力。清理機械臂13動作，機器人前進(jìn)，同時圓盤式清理裝置141自轉(zhuǎn)，帶動刀片1412和毛刷旋轉(zhuǎn)，將隧洞內(nèi)壁頂部區(qū)域T1的海生物清理下來至T3區(qū)域。

圓盤式清理裝置141將隧洞頂部清理完后，快換滾筒式清理裝置142，清理機械臂13，滾筒式清理裝置142到位，清理機械臂13前進(jìn)并旋轉(zhuǎn)，滾筒式清理裝置142的旋轉(zhuǎn)滾刷1421自轉(zhuǎn)，帶動刀片1422和硬質(zhì)毛刷1423，將隧洞內(nèi)壁上區(qū)域T2的海生物清理下來至底部區(qū)域T3，清理海生物后可通過視頻裝置15對隧洞內(nèi)壁的清理效果進(jìn)行評估。

在此過程中，視頻裝置15可自動錄像保存、控制系統(tǒng)的的操作可自動生成日志文件,并以無線方式傳輸?shù)剿矶赐獾慕K端。同時，上述流程可以選擇手動模式或自動模式，自動模式下機器人可按照預(yù)設(shè)置的程序自動作業(yè)。手動模式可以駕駛操作，也可以依賴于無線通訊在隧洞外遠(yuǎn)程遙控操作。

實施本實用新型的大型隧洞附著海生物清理機器人，具有如下有益效果：

第一、清理裝置包括用以清理隧洞頂壁的圓盤式清理裝置和用以清理隧洞側(cè)壁的滾筒式清理裝置，圓盤式清理裝置和滾筒式清理裝置可分別連接在清理裝置的兼容連接口上且可進(jìn)行拆卸更換，兩種清理裝置適用于清理大直徑標(biāo)準(zhǔn)圓形或非標(biāo)準(zhǔn)圓形隧洞，可對隧洞內(nèi)壁附著的海生物進(jìn)行多重清理，清掃適應(yīng)性更強；能夠?qū)崟r感知自身的姿態(tài)及周圍環(huán)境信息，在高頻微變的狀況下可自適應(yīng)調(diào)整自身的姿態(tài)。

第二、車體及清理機械臂上設(shè)置攝像裝置和傳感裝置，能夠根據(jù)傳感器獲取的清理機械臂與隧洞內(nèi)壁的接觸力測量值與存儲的壓力參考值之間的差值，控制調(diào)節(jié)清理機械臂的姿態(tài)，使清理裝置與隧洞內(nèi)壁的接觸力保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，同時解決可視檢測的問題。

第三，結(jié)構(gòu)精簡，可實現(xiàn)安全、高效及可靠的清洗，具有過載保護(hù)功能。