(宋龙)下水道清淤机械手机构及伺服系统设计

第12期20l O 年12月’机械设计与制造M achi ner yD esi gn&M anuf act ur e165文章编号：100l 一3997(2010)12-0165_03基于A T89C 5l 控制的排水管道清淤机器人的设计嵇鹏程沈惠平(江苏工业学院机械与能源工程学院，常州213016)T he deSi gn O f C Ieani ng r O bO t f O r dr ai n pi peS bas edO nA T 89C 51JIPen 舭heng ，SH E N H ui -p i ng(C oU ege of M echani cal and E ner gy Engi neer i ng ，Ji angsu Po l ”echni c U ni V e r si t y ，C hangzhou 213016，C hi na)i 【摘要】研究了一种新型适应管径的排水管道清淤机器人，基于A T 89c51单片机，通过压力传i l 感器M cL -L 测量轮子对管壁的压力值与设定值进行比较，实现机器人的鲁棒性和适应性；通过光电传i i 感器G K 一430A 检测机器人是否到达检查井口，实现机器人的自主性和智能性；用超声波传感器实现i i 绞刀机构的径向移动，以满足不同管径清淤的需要。

方案论证表明：该系统适应性强、工作效率高、去淤；l 彻底。

li 关键词：清淤机器人；行走机构；绞刀机构；步进电机；控制系统il【A bst r act 】A 聊埘r 060t 埘溉p 咖e_di 册ef er 以印t n6i 以炒加r depos 如cze 帆￡凡g 讥d 顾，嘲8p 咖ezi 胎泌ll 盯砌如正‰AT89C51厶舭co 陀com roffer ．死e 删№胱∞Ⅱred 舭JP 嗍s 啪矿舭埘k 如肌舭埘趔l i 琥r o “砂t 船pr ess u 阳se 瑚D rM c L —L 蠡cD 啤，nr e d 埘讹t ks e ￡秽碰l 正e ，埘九记111．∞^如秽esr06琳f 聊ss 删础叩￡一《l 曲i 嘶矿砒r060f ．舭p 舶f oe 如cf 廊se 瑚D r G K -430A 蠡獬ed 幻如抛ct 叫k 舭r 池r 06优r enc^es f 胁l口Oi ckc 座i ng 训ezzkod ，伽^如^∞^沈t ，es 础幻，m ，ny 珊以锄ezf 诤，l ce 矿f 舷r 060丘77le 以t r 璐。

一种机械式管道清淤机器人的设计沈体强摘要：文章设计了一种机械式管道清淤机器人，主要通过电动缸控制清淤斗升降和翻转的方式完成清淤工作。

介绍了清淤机器人的系统组成和工作原理，确定了主要技术参数。

该机械式管道清淤机器人的研究，开辟了一条解决排水管道淤积堵塞问题的道路。

关键词：机械式；管道清淤机器人；设计；研究1概述随着我国城市的建设和人民生活水平的提高，各省市的用水量不断增加，随之排水管道的排水量也不断增加。

而人们所排放的生活垃圾、工厂所排放的工业垃圾以及建筑垃圾等经常导致排水管道淤泥沉积，如果不按时清理，必然导致管道堵塞，污水溢流。

不仅会污染环境，还可能妨碍交通运输的正常运行，甚至给人们正常的生活带来困扰，损害市容市貌，给国家和人民造成巨大的经济损失。

我国排水管道的分布非常广泛，管道内部环境更是复杂多变，所以城市排水管道的清理和维护工作非常棘手。

目前，大多数情况下只能通过人工作业的方式进行清理，且清理效果不是很有效。

然而管道里往往含有一些有毒气体，给工人的工作带来了非常大的困难，而且容易对工人的身体健康造成伤害。

于是，我们设计了一种机械式管道清淤机器人，能够安全高效的清理管道淤泥，为城市管道清理工作提供了一种新的解决方法[1]-[3]。

2清淤机器人的系统组成及工作原理2.1清淤机器人的系统组成机械式管道清淤机器人主要由机械系统和控制系统两部分组成。

如图1所示，机器人的机械系统主要包括清淤斗清淤机构部分和一体化箱体结构。

机械式排水管道清淤机器人适用于管径300mm以上的排水管道，在管道内的空间是有限的，因此，机器人的整体结构参数要尽可能的小并且要保证输出稳定的清淤力[4]。

整机结构设计方面要着重考虑清淤机器人在管道中的密封问题，从机械设计的角度提高密封的可靠性，我们采用一体化箱式结构提高机器人的密封性[5]。

清淤机器人的总体结构设计采用轮式行走机构，以蓄电池为动力源，以电动缸驱动力控制清淤斗的升降和翻转。

城市下水道清淤机械手系统设计
龙泽明;崔国泰;周欣;王桂莲
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2003(000)011
【摘要】介绍了一种清理城市下水道淤泥的车载液压伺服机械手设备.由运载车提供液压动力和控制系统电源,使用手持操作控制器,通过电缆联接可编程控制器,控制机械手的各部分实现特定动作,并可重复记忆操作.
【总页数】2页(P42-43)
【作者】龙泽明;崔国泰;周欣;王桂莲
【作者单位】佳木斯大学,机械工程学院,黑龙江,佳木斯,154007;佳木斯大学,机械工程学院,黑龙江,佳木斯,154007;佳木斯大学,机械工程学院,黑龙江,佳木斯,154007;佳木斯大学,机械工程学院,黑龙江,佳木斯,154007
【正文语种】中文
【中图分类】U469.6+91;TH122
【相关文献】
1.丝杠式窨井清淤机械手的研究 [J], 樊鸿伟
2.窨井清淤机械手臂的研究 [J], 刘钊;李成群;董小雷
3.城市下水道清淤移动式机械手系统设计 [J], 顾立志;牛国玲;霍艳忠
4.基于物联网的下水道清淤预警及水力发电系统设计 [J], 邓坤祥; 白素丽; 赵亚冬; 冯鹏
5.压水堆安全保障水池全天候自动化池底清淤系统设计 [J], 李福春; 彭军; 余峰; 王小兵
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

排水管道清淤机器人的方案研究摘要：市政排水管道的使用情况与人民群众的生产生活密切相关，随着市政面积的增大，排水系统变得越来越复杂，对排水系统的管理和维修工作就变得越来越重要。

排水管道的淤堵会影响到排水的效率，严重时还会导致管道的断裂，从而给市政的基本运行和居民的日常生活带来很大的冲击。

随着机器人技术的快速发展，在排水管道清淤领域取得较大的发展。

本文对排水管道淤积的成因进行分析，详细介绍排水管道清淤机器人的设计与应用，确保市政排水管道运行更加稳定。

关键词：排水管道；清淤机器人；方案引言导致排水管道淤堵因素多种多样，特别是有些老旧的社区，因为基础设施不够健全，就更容易发生排水管道淤堵的情况。

此外，在进行排水管道的日常维修时，也要定期对排水管道进行疏通，这些特殊要求都推动了排水管道清淤技术的发展。

1 市政排水管道阻塞的成因1.1 不合理的设计和不规范的建造在旧建筑区的规划建设中，由于未充分重视原有的地下管道布局，导致在建设过程中，管道间存在着较多的交叉，从而造成工程建设中的临时处理计划不够完善。

在长期运行中，因外界荷载的影响或雨水引起的地基土沉降等原因，造成了管线的沉降。

管道污水流通断面、水流最小流速没有达到设计规范的要求，或者在设计中没有任何原则地对管径进行了扩大，违反了管径计算中80%的充满度的标准，使得排水流速下降，不能确保自净流速得到保障，这就会对排水管道的阻塞造成潜在的危害，造成污物和杂质容易在管底部沉淀。

随着时间的推移，最终形成了沉淀和阻塞。

一些施工单位在进行市政排水管道的设计时，没有充分考虑到施工地区地下管线的布置特征，导致工程不能适应施工要求。

市政排水管道在施工过程中，由于施工图纸的不正确，会造成排水管道的塌陷、破裂，1.2 使用不当，维修不及时在施工过程中，对其进行的管理存在着一定的问题。

比如，水泥砂浆、磨石浆、碎砖渣、木料等，都会在不经意间被丢弃到管道中，从而造成之后的管道出现堵塞，对排水造成不好的影响，并且难以进行疏通。

水下清淤机器人液压系统设计摘要：河道、明渠暗涵建筑物生活垃圾淤堵。

洪涝灾害治理，渠道和穿渠倒虹吸淤积物的清理，适用于渠道淤积和倒虹吸淤塞的不同类型环境装备，机器人通过地面远程遥控操作，控制水下液压源、阀组箱液压元件状态使各系统的执行元件动作，采用多泵独立控制各系统的应用，简化系统并有效解决水下机器人各负载动作的影响。

使自动清淤机器人可以代替人工进行地下管道的清淤疏通，不但提高了工作效率又降低了成本，有效地解决了市政、污水、供排水、工矿企业地下疏通的难题。

关键词：液压源、恒压变量控制、水下机器人、清淤前言水下机器人能够在水下执行多种作业，因此不仅有着广泛的军事用途，而且还是开发海洋资源的重要工具。

近年来，水下机器人的研究倍受重视，已成为发达国家军事海洋技术研究的前沿。

由于水下环境复杂，影响运动的因素较多，因此如何设计机器人的运动控制系统是一个复杂的问题[1]。

水下清淤机是由多个执行元件组成，要求协调作业。

要求清淤机具有适应水底工作环境和有效清理淤泥的能力，因此其液压控制系统的设计就显得尤为重要[2]。

本文从水下清淤机器人液压控制系统控制出发，通过对机器人的功能要求进行液压系统的原理设计，让机器人实现不同的动作，从而满足机器人的各个工作任务。

1.水下清淤机器人主要组成及作用图1：水下清淤机器人主要组成示意图1、履带行走底盘；2、液压源；3、液压阀组箱；4清淤蛟龙装置；5、五轴机械臂1、履带行走底盘：采用带机械制动的液压马达减速机驱动，采用高耐磨橡胶式履带，接地面积大，接地比压小，采用特殊齿形防止打滑；2、液压源：为行走底盘五轴液压机械臂和清淤蛟龙装置提供液压动力源。

3、液压阀箱:通过地面控制信号来驱动液压阀动作以完成液压执行机构（液压缸、马达）相应的作业任务；4、清淤蛟龙装置：为渣浆泵入口清理粉碎杂物（绞龙中间淤泥入口处装有粉碎机，用来粉碎淤泥中的塑料衣服等）；5、五轴液压机械臂：适应复杂环境下，清理绞龙前面的杂物如清理涵洞内的木块、树枝、塑料袋、废弃的线缆等。

基于STM32的智能下水道清理机器人的设计摘要：近年来，随着城镇化进程迅速，城市下水管网不断延伸膨胀。

城市排水系统是否畅通，不仅关乎城市防洪排涝，更直接影响着广大市民的日常生活和身心健康。

目前市面上有机器代替人工的设备，仅仅只能满足于简单的视频拍摄，进行对下水道内部结构的检测，并不能完全的代替手工进行全自动的淤泥下水道疏通工作，机械化、自动化程度较低。

因此本文主要对一种能够在城市下水管道内代替人工工作的一种智能全自动下水道清理机器人，能够利用多种传感器进行组合，完成视频监控，堵塞物清理，疏通管道等功能，极大的提高了疏通管道的效率。

其中各个部分的结构与功能将在下面中解答。

关键词：城市排水系统下水道淤泥清理机器人一、绪论1.城市排水管道改造的必要性自1978 年改革开放至今，中国的城镇化道路已走过45余年。

2011年，中国的城镇化率达到52%。

然而，随着城镇化的深入发展，一些难题日渐浮出水面，城市下水道问题首当其冲。

每逢雨季，城市便成为一片汪洋泽国，交通阻断，雨污横流，给人民群众的生产生活带来了极大的不便。

目前，我国下水道清理淤泥的方法少之又少，目前大多数人采用人工手动清理的方式，目前市面上的下水道机器人，也仅仅只能满足于简单的视频监控，并不能完全的替代手工进行全自动的淤泥下水道疏通工作,机械化、自动化程度较低。

因此本项目主要对一种能够在城市下水管道内代替人工工作的一种智能全自动下水道清理机器人，能够利用多种传感器进行组合，完成视频监控，堵塞物清理，疏通管道等功能，将会极大的提高疏通管道的效率。

2.智能下水道清理机器人简介本作品是由四轮驱动，螺旋滚筒收集结构，拨片收集结构，高清摄像头和淤泥排出结构组成（如图1）。

四轮驱动的每个轮子的动力都来自不同的动力源。

这样就能灵活的控制小车的前后左右，使之能够适应更加艰苦的环境。

前部的拨片收集结构通过两个6v直流电机进行驱动，并且利用L298n驱动模块能进行PWM调速，拨片的高度也能通过两个数字舵机进行调整，使之能够将垃圾废物收集起来。

水下清刷机械手的总体设计及方案分析水下清刷机械手是一种专门用于清洗海水中器械和设备的机械手，具有非常高的实用性和安全性。

在设计和建造水下清刷机械手之前，需要认真分析所有相关因素，如使用环境、功能要求和技术细节等。

下面将给出一个水下清刷机械手的总体设计及方案分析。

1. 设计目标水下清刷机械手需能够对海底设备进行彻底清洗，安全可靠且易于操作。

此外，该机械手需适用于不同的水深和不同类型的海底设备，因此还需要具备灵活性和适应性。

2. 总体设计水下清刷机械手需要具有以下主要部分：2.1 机械手臂和清洗手段机械手臂是机械手的核心部件，需要能够灵活地调整和控制。

清洗手段包括高压水枪、清洗刷子和吸尘器等，以清洗器械和设备表面。

2.2 控制系统控制系统是该机械手的重要组成部分，需要能够实现精确的机械手臂和清洗手段的操作。

控制系统需要与机械手臂和清洗手段紧密配合，以确保机械手的高效运作。

2.3 供电系统机械手需要大量的电力才能持续运转，因此需要具备稳定的供电系统，以确保机械手的正常运转。

供电系统需要能够适应不同的水深环境和潜水时间，以便供电完整。

3. 方案分析在设计水下清刷机械手时，需要综合考虑诸多方面的问题，包括使用环境、使用频率和维护成本等。

以下是一些值得考虑的建议方案。

3.1 机械手臂机械手臂应该采用轻巧且高强度材料，例如碳纤维或钛合金等。

机械手臂应该有可调控的长度和角度，以适应不同的设备和水深。

此外，机械手臂还应该具有机械臂识别的功能，以方便操作员控制。

3.2 清洗手段清洗手段可以采用高压水枪、清洗刷子和吸尘器等。

这些手段能够有效清除海底设备表面的藻类和生物污垢。

清洗手段需要能够充分清洗设备表面，以确保清洗效果，同时还需要具备高效率和安全性。

3.3 控制系统控制系统需要具备稳定性和准确性。

将传感器集成到机械手臂和清洗手段中，以检测机械手运动和机器清洗的细节。

这些传感器能够提供重要的信息，帮助操作员更好地掌握机械手的运转情况。

一种新型排水管道清淤机器人控制系统的设计
嵇鹏程;沈惠平;邓嘉鸣;朱伟;许建国;计玉根
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2010()7
【摘要】介绍了一种用于排水管道清淤和检测的机器人机构及工作原理,该机器人采用了履带式行走机构和管道直径调节机构,以ST89C58单片机为控制核心,通过压力传感器的反馈值,自主地控制管道直径调节机构。

同时对驱动电动机控制、速度传感器以及光电编码器在机器人中的应用进行了详细介绍。

经论证表明:该系统具有结构紧凑、适应性强、牵引力大、去淤彻底等特点。

【总页数】4页(P64-66)
【关键词】清淤机器人;测速发电机;排水管道;单片机;PWM
【作者】嵇鹏程;沈惠平;邓嘉鸣;朱伟;许建国;计玉根
【作者单位】江苏工业学院机械与能源工程学院;常州运控电子有限公司;常州市水利局
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.新型排水管道清淤机器人的结构设计与分析 [J], 嵇鹏程;韩红波;计玉根;沈惠平
2.新型轮腿配合式排水管道检测机器人控制系统设计 [J], 高宏;黄民;李天剑;肖晶晶;韩春茂
3.一种新型管道清淤机器人的设计 [J], 孙林峰;沈兴全;樊文欣;程志刚
4.一种新型的全方位移动机器人运动控制系统的设计 [J], 覃嘉恒;
5.一种新型机器人智能控制系统设计 [J], 朱玉娥; 杨羊
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。