一种水下环境治理作业机器人
技术领域
本实用新型涉及水利工程行业领域，具体为一种水下环境治理作业机器人。
背景技术
河道、涵洞、明渠清淤除污关系城镇居民身心健康和城乡环保的一大难题，特别是近二十年来，随着我国工业化进程的不断加快和经济的高速发展，使得河道积淤、阻塞、污染也愈加严重；国家对污染的治理和环境保护的政策和力度也不断加强，针对国内城市、农村市政建设，对河道、涵洞、明渠整治进行严格管理。
目前的清淤方法多为人工携带锹，车，泵等设备进入河道或者涵洞内进行作业，虽其中也有部分机械化作业，但远未实现从挖掘，输送到装车外运全过程的系统机械化。因而不仅清淤效率低下，劳动强度大，且因作业环境恶劣，极大的影响了施工人员健康。在这种现实情况下，所以有必要发明一种具有现代化的、高效的清淤设备。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
为解决以上问题，本实用新型提供了一种水下环境治理作业机器人，能代替人工进行清淤工作，实现水下环境治理。
(二)技术方案
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种水下环境治理作业机器人，包括支撑框架和设置在支撑框架底部的履带底盘，以及设置在支撑框架上的视觉模块，还包括铲斗模块、除杂模块、泵送模块、控制器和液压站；
所述支撑框架作为该机器人的整体骨架，其前端设有由伸缩液压缸驱动的平行四连杆机构，所述履带底盘作为行走机构；所述视觉模块与控制器电性连接，所述视觉模块包括照明灯和摄像头，且照明灯和摄像头均具有防水功能，以用于获取该器人在水下环境的图像，并通过控制器将获取的图像传输至地面的上位机；
铲斗模块，安装在所述支撑框架前端的平行四连杆机构上，所述铲斗模块包括钢板焊接本体、液压泵、旋转蛟龙和过滤网，所述钢板焊接本体内部设有朝外开口的蛟龙腔，所述旋转蛟龙可转动地安装在蛟龙腔内，所述液压泵安装在钢板焊接本体一侧，且液压泵输出轴与旋转蛟龙驱动连接，以驱使旋转蛟龙转动；所述过滤网安装在该开口上，用于盖合蛟龙腔，钢板焊接本体背部还设有与蛟龙腔接通的淤泥进口；
除杂模块，包括液压马达和旋转铲齿，所述液压马达安装在钢板焊接本体前端，且液压马达输出轴与旋转铲齿驱动连接，以带动旋转铲齿转动，进而将部分杂物搅拌清除；
泵送模块，包括抽泥部和输泥管道，所述抽泥部安装在支撑框架上，且其吸泥端与输泥管道第一端连接，其排泥端通过排泥管道延伸至地面，所述输泥管道第二端与钢板焊接本体上的淤泥进口连接；
控制器，安装在支撑框架内部，所述控制器信号接收端与上位机信号连接，以接收上位机的指令，所述控制器信号输出端与液压站信号连接；
液压站，安装在支撑框架内部，分别与履带底盘、铲板模块、除杂模块和泵送模块上的驱动源连接，控制箱将上位机的指令传输至液压站内，液压站根据指令分别控制履带底盘、铲板模块、除杂模块和泵送模块运作，以进行清淤工作；所述控制器和液压站均具备防水功能。
优选地，还包括牵引装置，所述牵引装置包括收揽机和救援绳，救援绳的一端缠绕在所述收揽机上，另一端与机器人相连；救援绳采用脐带缆，其内部包裹有凯夫拉纤维、光纤和电源线，所述控制器通过救援绳内部的光纤和电源线与地面上的上位机信号连接。
优选地，所述钢板焊接本体呈现梯形结构，即开口大，后端小的结构，以适应地形；且其位于前端且与地面接触的边缘呈圆角结构设计，以减少淤泥和水阻力，便于减少机器人前进阻力。
优选地，所述输泥管道第二端设有台阶缓存罩，台阶缓存罩口径由大变小，其大口径的一端安装在钢板焊接本体上的淤泥进口处，且其与还淤泥进口连接处还设有用于阻隔淤泥进口的滤泥层。
优选地，所述抽泥部为呈卧式安装的渣桨泵，所述渣桨泵的吸泥口与输泥管道第一端连接，渣桨泵的排泥口与排泥管道连接，并通过排泥管道延伸至水上的地面上的淤泥收集罐车处。
优选地，所述旋转铲齿包括固定盘和旋齿，所述固定盘与液压马达输出轴连接，所述旋齿设有多个且绕固定盘圆周方向设计。
优选地，所述液压站包括液压箱、液压控制单元、液压总缸和油缸，所述液压箱安装在支撑框架内部，所述液压控制单元和油缸均安装在液压箱内部，所述液压总缸安装在液压箱外部；所述液压控制单元与控制器电性连接，且还分别连接液压总缸和油缸，以驱使油缸为液压总缸提供液压油，并控制液压总缸运行；液压控制单元上还设有多个控制端头，所述控制端头通过液压管分别与履带底盘、铲板模块上的液压泵、除杂模块上的液压马达和泵送模块上的渣桨泵连接，以通过控制器分别控制履带底盘、铲板模块、除杂模块和泵送模块运行。
优选地，所述液压箱包括箱体、防水法兰、盖板和密封条，所述箱体采用不锈钢板无缝焊接技术，箱体内部设有朝上开口的安装腔，所述盖板通过密封条与该开口相盖合，液压控制单元设置在安装腔内；油缸则设置在安装腔底部，箱体侧边还设有多个接通油缸的高压油管接口，箱体法兰也通过密封条与该高压油管接口相盖合。
(三)有益效果
本实用新型提供的一种水下环境治理作业机器人，能代替人工进行清淤工作，实现水下环境治理,且具备如下的优点：
1.铲斗模块加入了过滤网，防止较大的杂物，包括树枝、塑料件、杂石头进入蛟龙腔，避免淤泥进口的堵塞。
2.铲斗模块前端加入了除杂模块，能有效的搅碎淤泥块，且可将部分杂物清除，有效的提高清淤的效率、提高机器人前进的稳定性。
3.输泥管道第二端设有台阶缓存罩，能有效地缓存淤泥，有助于淤泥的抽取不间断；而淤泥进口处的滤泥层设计则可以进一步地阻隔较大的淤泥，防止其进入抽送部内。
4.该机器人的视觉模块、控制器、液压箱和液压总缸均采用防水结构，避免机器人在水下作业时子器件进水，减少故障。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制, 在附图中：
图1示出了本实用新型的运行流程图；
图2示出了本实用新型的整体机构示意图一；
图3示出了本实用新型的整体机构示意图二；
图4示出了本实用新型的整体机构示意图三；
图5示出了本实用新型的整体机构示意图四；
图6示出了本实用新型铲斗模块的示意图；
图7示出了图6的剖视图；
图8示出了本实用新型的部分结构示意图一；
图9示出了本实用新型的部分结构示意图二；
图10示出了本实用新型的部分结构示意图三；
图11示出了本实用新型的结构结构示意图四。
图中：1支撑框架、10伸缩液压缸、2履带底盘、3视觉模块、31照明灯、 32摄像头、4铲斗模块、41钢板焊接本体、410蛟龙腔、411淤泥进口、42液压泵、43旋转蛟龙、44过滤网、5除杂模块、51液压马达、52旋转铲齿、521 固定盘、522旋齿、6泵送模块、61抽泥部、61a排泥管道、62输泥管道、620 台阶缓存罩、621滤泥层、7控制器、8液压站、81液压箱、811箱体、811a安装腔、811b高压油管接口、812防水法兰、813盖板、814密封条、82液压控制单元、控制端头82a、83液压总缸、84油缸、9牵引装置、91收揽机、92救援绳。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参阅附图1-附图11，一种水下环境治理作业机器人，包括支撑框架1和设置在支撑框架1底部的履带底盘2，以及设置在支撑框架1上的视觉模块3，还包括铲斗模块4、除杂模块5、泵送模块6、控制器7和液压站8；
支撑框架1作为该机器人的整体骨架，其前端设有由伸缩液压缸10驱动的平行四连杆机构，履带底盘2作为该机器人整体的行走机构；视觉模块3与控制器7电性连接，视觉模块3包括照明灯31和摄像头32，且照明灯31和摄像头32均具有防水功能，以用于获取该器人在水下或其他所在环境的图像，并通过控制器7将获取的图像传输至地面的上位机；
铲斗模块4安装在支撑框架1前端的平行四连杆机构上，铲斗模块4包括钢板焊接本体41、液压泵42、旋转蛟龙43和过滤网44，钢板焊接本体41内部设有朝外开口的蛟龙腔410，旋转蛟龙43可转动地安装在蛟龙腔410内，液压泵42安装在钢板焊接本体41一侧，且液压泵42输出轴与旋转蛟龙43驱动连接，以驱使旋转蛟龙43转动；过滤网44安装在该开口上，用于盖合蛟龙腔410，钢板焊接本体41背部还设有与蛟龙腔410接通的淤泥进口411；具体的，平行四连杆机构通过伸缩液压缸10调节铲斗高低，有利于淤泥流进蛟龙腔410体内，开口带有过滤网44防止较大的杂物，包括树枝、塑料件、杂石头，有效的防止淤泥进口411的堵塞；
除杂模块5包括液压马达51和旋转铲齿52，液压马达51安装在钢板焊接本体41前端，且液压马达51输出轴与旋转铲齿52驱动连接，以带动旋转铲齿 52转动，进而将部分杂物清除；有效的提高清淤的效率、提高机器人前进的稳定性；
泵送模块6包括抽泥部61和输泥管道62，抽泥部61安装在支撑框架1上，且其吸泥端与输泥管道62第一端连接，其排泥端通过排泥管道61a延伸至地面，输泥管道62第二端与钢板焊接本体41上的淤泥进口411连接；
控制器7安装在支撑框架1内部，控制器7信号接收端与上位机信号连接，以接收上位机的指令，控制器7信号输出端与液压站8信号连接；
液压站8安装在支撑框架1内部，分别与履带底盘2、铲板模块、除杂模块 5和泵送模块6上的驱动源连接，控制箱将上位机的指令传输至液压站8内，液压站8根据指令分别控制履带底盘2、铲板模块、除杂模块5和泵送模块6运作，以进行清淤工作；所述控制器7和液压站8均具备防水功能。
综上所述，该机器人的工作方式如下，使用时，通过控制器7控制液压站8 启动，进而有液压站8驱使履带底盘2运动，该机器人在履带底盘2的作用下进入涵洞或水下后，通过控制器7启动视觉模块3对周围的环境进行观察，并将观察到的图像数据传输至地面上的上位机处，工作人员根据图像数据来向控制器7发送指令，控制器7将指令传输给液压站8后，液压站8根据指令分别控制履带底盘2、铲板模块、除杂模块5和泵送模块6运作，以进行清淤工作。
具体的，该机器人通过液压站8控制铲板模块上的液压泵42启动，使液压泵42输出轴转动，以带动旋转蛟龙43转动，进而将淤泥抽至蛟龙腔410内；同时启动泵送模块6上的抽泥部61，抽泥部61通过输泥管道62与钢板焊接本体41背部的淤泥进口411接通，启动抽泥部61即可将蛟龙腔410内的淤泥抽送至抽泥部61处，并最终经抽泥部61的排泥端排放至水上的地面；
在工作的过程中，若遇到较大的杂物，包括树枝、塑料件、杂石头等时，在过滤网44的作用下杂物将被隔离，防止因杂物进入蛟龙腔410内而导致淤泥进口411堵塞；若遇到成块的淤泥时，通过液压站8启动除杂模块5上的液压马达51，驱使旋转铲齿52转动，旋转铲齿52对淤泥块进行搅拌，使淤泥块散开，以便于铲板模块抽送淤泥。
参阅附图1-附图11，还包括牵引装置9，牵引装置9包括收揽机91和救援绳92，救援绳92的一端缠绕在收揽机91上，另一端与机器人相连；救援绳92 采用脐带缆，其内部包裹有凯夫拉纤维、光纤和电源线，控制器7通过救援绳 92内部的光纤和电源线与地面上的上位机信号连接。
综上所述，穿渠涵洞是一种极端的环境，该种涵洞呈倒梯形，常常处于满水状态，且水流浑浊，当该机器人进入这种涵洞时，需要使用到牵引装置9，即自动收揽机91和救援绳92，作业时将自动收揽机91置于地面上，通过救援绳92连接机器人，根据机器人行走的距离收揽机91自动收放线缆的长度；收揽机 91采用脐带缆，具有3000kg以上的拉力，足够将机器人送进涵洞内进行清淤工作，以及能在机器人出现故障时通过脐带缆拉回地面。救援绳92内包括有凯夫拉纤维、光纤和电源线，光纤和电源线用于连接上位机和控制器7，以为两者之间的信息交换提供通道和电力，而凯夫拉纤维则为了加强该救援带的任性和抗拉强度。
另一方面，视觉模块3包括照明灯31和摄像头32，涵洞内光线昏暗，通过照明灯31可为摄像头32提供足够的光源，方便人员在终端操作平台看清楚路况；照明灯31和摄像头32均具备防水功能，且照明灯31可通过控制器7调节灯光高度；此外，由于控制器7和液压站8均具备防水功能，以保证该机器人能在水下进行作业。
参阅附图1-附图11，钢板焊接本体41呈现梯形结构，即开口大，后端小的结构，以适应地形；且其位于前端且与地面接触的边缘呈圆角结构设计，以减少淤泥和水阻力，便于减少机器人前进阻力。
参阅附图1-附图11，输泥管道62第二端设有台阶缓存罩620，台阶缓存罩 620口径由大变小，其大口径的一端安装在钢板焊接本体41上的淤泥进口411 处，且其与还淤泥进口411连接处还设有用于阻隔淤泥进口411的滤泥层621。
具体的，旋转蛟龙43转动时前段和末端将淤泥带入中间汇集，在抽泥部61 的作用下经过淤泥进口411流入台阶缓存罩620内，台阶缓存罩620口径由大变小设计，能有效地缓存淤泥，有助于淤泥的抽取不间断；而淤泥进口411处的滤泥层621设计则可以进一步地阻隔较大的淤泥，防止其进入抽送部内。
参阅附图1-附图11，抽泥部61为呈卧式安装的渣桨泵，渣桨泵的吸泥口与输泥管道62第一端连接，渣桨泵的排泥口与排泥管道61a连接，并通过排泥管道61a延伸至水上的地面上的淤泥收集罐车处；渣浆泵通过支架呈卧式固定车体支架上，泵体的中心减低，相对整车的稳定性有明显的提高，降低车身的抖动。
参阅附图1-附图11，旋转铲齿52包括固定盘521和旋齿522，固定盘521 与液压马达51输出轴连接，旋齿522设有多个且绕固定盘521圆周方向设计；使用时，液压马达51带动固定盘521转动，将旋齿522对准淤泥块，在固定盘 521的高速转动下，旋齿522将不断地对淤泥块进行搅拌破坏，使淤泥块散开，而旋齿522的数量决定旋转铲齿52整体的破坏能力，本实用新型中优选为三个旋齿522，三个旋齿522相对稳定，破坏能力高。
参阅附图1-附图11，液压站8包括液压箱81、液压控制单元82、液压总缸83和油缸84，液压箱81安装在支撑框架1内部，液压控制单元82和油缸 84均安装在液压箱81内部，液压总缸83安装在液压箱81外部；液压控制单元 82与控制器7电性连接，且还分别连接液压总缸83和油缸84，以驱使油缸84 为液压总缸83提供液压油，并控制液压总缸83运行；液压控制单元82上还设有多个控制端头82a，控制端头82a通过液压管分别与履带底盘2、铲板模块上的液压泵42、除杂模块5上的液压马达51和泵送模块6上的渣桨泵连接。
具体的，为了保证该机器人能在水下进行作业，液压箱81和液压总缸83 均具备防水功能；液压箱81的防水设计可以为其内部的油缸84和液压控制单元82提供良好的工作环境，使用过程中，通过控制器7向液压控制单元82发送指令，液压控制单元82从油缸84内提取液压油至液压总缸83处，使液压总缸83运行，而液压总缸83则为液压控制单元82上的多个控制端头82a提供液压；进一步地，液压控制单元82根据指令通过控制端头82a驱使履带底盘2、铲板模块上的液压泵42、除杂模块5上的液压马达51和泵送模块6上的渣桨泵分别运行，进而控制履带底盘2、铲板模块、除杂模块5和泵送模块6运行
参阅附图1-附图11，液压箱81包括箱体811、防水法兰812、盖板813和密封条814，箱体811采用不锈钢板无缝焊接技术，箱体811内部设有朝上开口的安装腔8110，盖板813通过密封条814与该开口相盖合，液压控制单元82设置在安装腔8110内；油缸84则设置在安装腔8110底部，箱体811侧边还设有多个接通油缸84的高压油管接口8111，箱体811法兰也通过密封条814与该高压油管接口8111相盖合。
具体的，箱体811采用不锈钢板无缝焊接技术，具备良好的隔水效果；箱体811内部设有朝上开口的安装腔8110，该开口用于安装或拆换液压控制单元 82上的各种零部件，安装完毕后，用盖板813盖合该开口即可，而为了保证箱体811整体的防水性，避免水流侵入安装腔8110内，本实用新型实施例中采用了密封条814，将密封条814固定安装于盖板813与该开口的连接处即可；
箱体811侧面的高压油管接口8111则用于为油缸84添加液压油，为了避免油缸84漏油和防止水流进入油缸84内，因此采用了防水法兰812盖合该高压油管接口8111，同理防水法兰812与高压油管接口8111连接处也设有密封条 814。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
