一种宽适应高效智能环保清淤清浮疏浚机器人系统技术方案

本发明专利技术公开了一种宽适应高效智能环保清淤清浮疏浚机器人系统，其包括有自平衡可原地回转式防绞机身、可变角度防扩散同轴互逆螺旋式清淤清浮机构、低阻尼自浮式快速锁紧防堵输送机构、自适应清淤精控系统和智能控制及系统效率协同优化系统；本发明专利技术用于对水体进行清淤，解决现阶段清淤疏浚机器人本体结构优化设计、环保清淤关键技术、清淤精度控制、机器人控制技术等技术难题，大大提高了清淤疏浚智能机器人在各环境下的适用性，具有可靠性高、智能化程度高、舒适性好等优点。

A Wide Adaptation and High Efficiency Intelligent Environment-friendly Floating and Dredging Robot System

The invention discloses a wide adaptability and high efficiency intelligent environmental protection silt cleaning and dredging robot system, which comprises a self-balancing and in-situ rotary anti-winch body, a variable angle anti-proliferation coaxial reciprocal screw anti-silt cleaning and floating mechanism, a low damping self-floating fast locking anti-blocking conveying mechanism, an adaptive silt cleaning precision control system and an intelligent control and system efficiency collaborative optimization system. In order to solve the technical problems of body structure optimization design, key technology of environmental protection and silt removal, precision control of silt removal and robot control technology of silt removal and dredging robot at present stage, the applicability of intelligent robot for silt removal and dredging in various environments has been greatly improved. It has the advantages of high reliability, high intelligence and good comfort.

【技术实现步骤摘要】
一种宽适应高效智能环保清淤清浮疏浚机器人系统
本专利技术涉及水体清淤
，具体为一种宽适应高效智能环保清淤清浮疏浚机器人系统。
技术介绍
我国水系发达，由于近些年经济发展迅速，沿河工业和生活污染物的排入导致河道水土流失和水体污染严重，据统计每年大约有14亿吨泥沙淤积在自然或人工水体中。另外，伴随着工业化的迅速发展，大量的工业废水和生活污水排入河道，泥沙的淤积和进入河流的污染物会使自然水体的自净功能严重减弱，重金属、有害颗粒物等在底泥中富集，污染物往往高出上覆水体几个数量级，引起水体富营养化或黑臭现象。目前，在我国港口、航道、内河以及湖泊清淤工程中，主要是通过排干清淤、水下清淤等途径进行疏浚和清淤。其中，排干清淤是通过临时围堰施工排干河道中的流水后进行清淤工作；水下清淤是利用抓斗式或泵吸式清淤船进行河道清淤疏浚。常规的河道清淤疏浚方法都存在一定的不足之处，主要表现为：（1）清淤船等清淤设备体积过大，不适合小型水域作业的要求，同时对环境适应性低；（2）清淤装置清淤过程流场较大，容易形成二次污染；（3）清淤船回转半径大，功能性单一；（4）清淤垂直精度、平面精度把控不精确；（5）智能清淤设备的模块化设计整体协同优化程度不高。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术提供一种宽适应高效智能环保清淤清浮疏浚机器人系统。本专利技术的技术方案是提供一种宽适应高效智能环保清淤清浮疏浚机器人系统，其特征在于，其包括：自平衡可原地回转式防绞机身，包括有推进系统、自平衡系统及电气设备控制系统，所述自平衡系统包括有旋转浮体和机身，所述旋转浮体设置为“U”字型，所述机身设置于所述旋转浮体内，所述旋转浮体和所述机身之间通过活动轴承连接；所述推进系统包括有推进器、涡轮蜗杆机构和电机，所述推进器设置有两个且分别位于所述机身的两侧，所述推进器的一端均设置有一涡轮蜗杆机构，所述电机设置于所述机身内且分别连接所述推进器；通过两个推进器和涡轮蜗杆机构的设置，采用轴流直喷式推进的方式配合防绞式驱动系统，研究水生植物缠绕、淤泥粘滞阻力、淤泥层软硬不均和管道摩擦阻力等行进阻碍对设驱动系统的影响，实现清淤过程的连贯性，保证装备0.6m/s的前进速度，续航时间达10h；采用并列后置式布局，设计可原地回转式推进运动装置，研究行进间动力分配方式以及行走阻力与转弯阻力矩，实现小半径转弯和原地回转；设计浮筒与旋转浮体相配合的自适应平衡装置，研究电机与电气设备控制系统的布置方式以及前置清淤系统自身重力和工作时的反作用力对设备整体稳定性的影响规律，解决侧倾角度在60°以下时的自适应调整，实现清淤清浮疏浚机器人的自平衡运行。可变角度防扩散同轴互逆螺旋式清淤清浮机构，包括有清淤铰刀、抽吸泵以及关节臂，所述抽吸泵设置于所述固定座上，所述固定座设置于所述机身上，所述固定座的一端连接所述关节臂，所述关节臂的前端连接所述清淤铰刀，所述清淤铰刀的尾端连接有输泥管，所述输泥管连接所述抽吸泵；通过清淤铰刀、抽吸泵以及关节臂的设置，设计同轴互逆螺旋式清除装置，在保证破碎能力的前提下最大限度降低清淤铰刀对污泥的搅动，同时减小对抽吸泵吸入性能的影响；设置的多个抽吸口则用于防涡流扩散，吸附力、吸口布置数量与模式对破碎淤泥吸附以及水面浮萍抽吸的影响规律，有效控制污染物扩散范围≤1m3，提高疏浚清淤效率≥20%；研究河底淤泥形貌分布对铰刀自由度变换的要求，设计可变角度清淤机构，满足清淤铰刀的多角度变换作业，并在固定座周围水平位置设置抽吸口，实现对水面浮萍的清除作业与淤泥清除作业的同时进行，实现清淤清浮作业的高效化。自适应清淤精控系统，包括有超声波测深模块、高精度GPS-RTK定位模块和红外测距模块，采用多信号分析，设计各模块信号之间相互协调方案，对三个模块的信号进行融合优化处理，配合实现清淤精度的控制；低阻尼自浮式快速锁紧防堵输送机构，包括有柔性管道和连接装置，所述柔性管道表面设置有一层表面浮体层；智能控制及系统效率协同优化系统，包括有主控制模块、效率协同优化模块和实时监控模块。优选的，所述连接装置包括有公接头，所述公接头的前端连接有锁紧套，所述锁紧套的内侧壁的前段开设有一圈凹槽，所述凹槽内并列设置有若干弹簧，所述凹槽的前侧于所述锁紧套的前端边缘设置有限位销，所述锁紧套的前端通过所述限位销连接有母接头。优选的，所述母接头的侧面设置有一轴向限位滑道。优选的，所述公接头的后端连接所述柔性管道，所述柔性管道添加有PEN纤维织物。优选的，所述柔性管道的外侧面设置有一圈所述表面浮体层，所述表面浮体层优选为闭孔PE发泡材料层。优选的，所述机身的一端连接有一浮筒，所述浮筒位于所述旋转浮体内。优选的，所述固定座的侧面间隔设置有多个抽吸口。优选的，所述清淤铰刀的上部设置有罩壳。优选的，所述主控制模块采用CAN总线和集中处理单元，结合清淤清浮疏浚机器人系统的运作方式，建立影响清淤疏浚效率和精度的多参数复杂关联关系，提高控制程序的适应性与准确性。优选的，所述效率协同优化模块包括有驱动系统、清淤系统和精控系统，采用效率优化调控策略，实现各系统之间效率协同优化。本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种宽适应高效智能环保清淤清浮疏浚机器人系统设置有自平衡可原地回转式防绞机身、可变角度防扩散同轴互逆螺旋式清淤清浮机构、低阻尼自浮式快速锁紧防堵输送机构、自适应清淤精控系统和智能控制及系统效率协同优化系统来对水体进行清淤，解决现阶段清淤疏浚机器人本体结构优化设计、环保清淤关键技术、清淤精度控制、机器人控制技术等技术难题，大大提高了清淤疏浚智能机器人在各环境下的适用性，具有可靠性高、智能化程度高、舒适性好等优点。针对清淤机器人侧倾失衡的问题，设计浮筒与旋转浮体相配合的自适应平衡结构，解决侧倾角度在60°以下时的自适应调整，实现设备自平衡。针对控制精度低的问题，设计自适应清淤精控系统，运用超声波技术以及GPS-RTK平面定位技术，保证挖掘垂直精度≤±5～10cm，平面定位精度≤±30cm，优化清淤路径规划。针对清淤疏浚效率低、控制不稳定的问题，采用CAN总线和集中处理单元，结合清淤疏浚智能机器人运作方式，建立影响清淤疏浚效率和精度的多参数复杂关联关系，提高控制系统的适应性与准确性。附图说明图1是本专利技术的自平衡可原地回转式防绞机身的结构示意图；图2是本专利技术的可变角度防扩散同轴互逆螺旋式清淤清浮机构的结构示意图；图3是本专利技术的清淤铰刀及罩壳装配示意图；图4是本专利技术的低阻尼自浮式快速锁紧防堵输送机构的结构示意图；图5是本专利技术的自适应清淤精控系统和智能控制及系统效率协同优化系统的技术框图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。如图1至图5所示，本专利技术的一种宽适应高效智能环保清淤清浮疏浚机器人系统，其特其包括：自平衡可原地回转式防绞机身12、可变角度防扩散同轴互逆螺旋式清淤清浮机构、低阻尼自浮式快速锁紧防堵输送机构、自适应清淤精控系统和智能控制及系统效率协同优化系统。如图1所示，自平衡可原地回转式防绞机身12，包括有推进系统1、自平衡系统10及电气设备控制系统，所述自平衡系统10包括有旋转浮体11和机身12，所述旋转浮体11设置为“U”字型，所述机身12设置于所述旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽适应高效智能环保清淤清浮疏浚机器人系统，其特征在于，其包括：自平衡可原地回转式防绞机身，包括有推进系统、自平衡系统及电气设备控制系统，所述自平衡系统包括有旋转浮体和机身，所述旋转浮体设置为“U”字型，所述机身设置于所述旋转浮体内，所述旋转浮体和所述机身之间通过活动轴承连接；所述推进系统包括有推进器、涡轮蜗杆机构和电机，所述推进器设置有两个且分别位于所述机身的两侧，所述推进器的一端均设置有一涡轮蜗杆机构，所述电机设置于所述机身内且分别连接所述推进器；可变角度防扩散同轴互逆螺旋式清淤清浮机构，包括有清淤铰刀、抽吸泵以及关节臂，所述抽吸泵设置于所述固定座上，所述固定座设置于所述机身上，所述固定座的一端连接所述关节臂，所述关节臂的前端连接所述清淤铰刀，所述清淤铰刀的尾端连接有输泥管，所述输泥管连接所述抽吸泵；自适应清淤精控系统，包括有超声波测深模块、高精度GPS‑RTK定位模块和红外测距模块，采用多信号分析，设计各模块信号之间相互协调方案，对三个模块的信号进行融合优化处理，配合实现清淤精度的控制；低阻尼自浮式快速锁紧防堵输送机构，包括有柔性管道和连接装置，所述柔性管道表面设置有一层表面浮体层；智能控制及系统效率协同优化系统，包括有主控制模块、效率协同优化模块和实时监控模块。...

【技术特征摘要】
1.一种宽适应高效智能环保清淤清浮疏浚机器人系统，其特征在于，其包括：自平衡可原地回转式防绞机身，包括有推进系统、自平衡系统及电气设备控制系统，所述自平衡系统包括有旋转浮体和机身，所述旋转浮体设置为“U”字型，所述机身设置于所述旋转浮体内，所述旋转浮体和所述机身之间通过活动轴承连接；所述推进系统包括有推进器、涡轮蜗杆机构和电机，所述推进器设置有两个且分别位于所述机身的两侧，所述推进器的一端均设置有一涡轮蜗杆机构，所述电机设置于所述机身内且分别连接所述推进器；可变角度防扩散同轴互逆螺旋式清淤清浮机构，包括有清淤铰刀、抽吸泵以及关节臂，所述抽吸泵设置于所述固定座上，所述固定座设置于所述机身上，所述固定座的一端连接所述关节臂，所述关节臂的前端连接所述清淤铰刀，所述清淤铰刀的尾端连接有输泥管，所述输泥管连接所述抽吸泵；自适应清淤精控系统，包括有超声波测深模块、高精度GPS-RTK定位模块和红外测距模块，采用多信号分析，设计各模块信号之间相互协调方案，对三个模块的信号进行融合优化处理，配合实现清淤精度的控制；低阻尼自浮式快速锁紧防堵输送机构，包括有柔性管道和连接装置，所述柔性管道表面设置有一层表面浮体层；智能控制及系统效率协同优化系统，包括有主控制模块、效率协同优化模块和实时监控模块。2.根据权利要求1所述的一种宽适应高效智能环保清淤清浮疏浚机器人系统，其特征在于：所述连接装置包括有公接头，所述公接头的前端连接有锁紧套，所述锁紧套的内侧壁的前段开设有一圈凹槽，所述凹槽内并列设置有若干弹簧，所述凹槽的前侧于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张善文，
申请(专利权)人：苏州凯财速诚电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32