一种高能脉冲激波风洞用清洗机器人的制作方法

1.本发明涉及航天地面模拟试验技术领域，尤其是涉及一种高能脉冲激波风洞用清洗机器人。


背景技术：

2.通常，高能脉冲激波风洞在试验前需要在激波管内充以高压试验气体，在上游设备的压缩下，高压气体膨胀，产生向低压气体区域快速运动的激波。试验要求激波管内气体压力稳定，建立的流场均匀、恒定。但实际上，每次试验完成后，均会产生一定量的污垢、灰尘甚至是密封圈上老化的橡胶颗粒。当类似的杂质累积后，会影响激波管内的气体稳定性，也会对流场的品质造成破坏，。因此，当高能脉冲激波风洞进行完高温高压试验后，需要对管路产生的粉尘及时清洗。
3.目前，常用的清洗的方法为：在管内放置一个与管径相当的棉布球，人工在其表面上涂抹酒精、丙酮，通过一根拴在球上的绳拖拽的办法进行管壁清理。使用目前的清洗方法时，一方面拖拽棉布球的绳索在管道两侧的放置不易实施，操作不便，且每次清洗管道需要拖拽十次左右，人工清洗操作费力耗时；另一方面，酒精与丙酮属于易燃易爆品，且在封闭空间内与管壁产生摩擦，对于人身安全存在安全隐患，因此有必要对风洞吹风管体的清洗方式进行安全改造。
4.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高能脉冲激波风洞用清洗机器人，其能够有效解决高能脉冲激波风洞清洗难度大、油污多、敷设长度长、耗时费力等问题。
6.本发明提供一种高能脉冲激波风洞用清洗机器人，包括依次连接的刷辊系统、行走系统、集污系统和控制系统，刷辊系统包括刷辊和用于驱动刷辊旋转的刷辊电机，在刷辊的外壁分布有用于喷洒清洗介质的喷孔，行走系统包括用于行走的行走装置和用于向喷孔输送清洗介质的介质输送装置，介质输送装置通过介质输送管与喷孔连通，集污系统包括与风洞管道匹配的弹簧软管和设置在弹簧软管下游的集尘袋，控制系统通过线缆与刷辊电机和行走系统的动力机构连接以对其进行控制。
7.进一步地，刷辊可拆卸式地安装在刷辊电机的输出端，刷辊电机通过输送壳体与行走系统连接，刷辊电机的电源线和介质输送管经输送壳体分别与控制系统和介质输送装置连接。
8.进一步地，刷辊系统还包括设置在输送壳体上的推杆臂，推杆臂的一端固定在输送壳体上，推杆臂的另一端铰接在行走系统上。
9.进一步地，刷辊包括圆筒体，在圆筒体的中心设有中心孔，在圆筒体的侧壁设有多组喷孔，每组喷孔包括多个沿圆筒体轴向间隔设置的喷孔，在圆筒体的中心孔与圆筒体的侧壁之间设有多个介质输送通道，每一介质输送通道与一组喷孔连通。
10.进一步地，行走装置包括行走驱动电机和履带行走机构，履带行走机构包括履带半轴、履带轮毂和履带，行走驱动电机与履带半轴连接以驱动履带半轴旋转，履带套接在履带轮毂外部，履带半轴通过万向节与位于履带端部的履带轮毂连接。
11.进一步地，介质输送装置包括介质容器和介质输送电机，介质容器具有用于加入清洗介质的加料口，介质输送电机与介质容器连接以将介质容器中的清洗介质输送至喷孔。
12.进一步地，行走系统还包括壳体，行走装置和介质输送装置设置在壳体上，在壳体上还设有前后置高清摄像头，前后置高清摄像头通过高度调节支杆固定在壳体上并通过线缆与控制系统连接。
13.进一步地，在壳体上设有照明装置、吊环和线缆接口，照明装置通过线缆与控制系统连接，集污系统通过吊环与行走系统可拆卸式连接，线缆通过线缆接口与控制系统连接。
14.进一步地，控制系统包括控制箱，在控制箱中设有处理输出单元和与处理输出单元连接的高清显示器、刷辊控制开关、介质输送控制开关和行走控制摇杆。
15.进一步地，控制系统还包括收线盘，线缆缠绕在收线盘上并与处理输出单元连接。
16.本发明的实施，至少具有以下优势：
17.1、本发明的清洗机器人通过设置具有喷孔的刷辊和用于向喷孔输送清洗介质的介质输送装置，在刷辊上包裹泡棉和棉布即可实现自动喷洒清洗介质以浸湿泡棉和棉布，随时随地喷洒浸湿泡棉和棉布能够避免机器人在管道清洗过程中因清洗介质不够导致的返工问题，并且排除了人工浸湿棉布所存在的潜在危险，节约了时间，保证了人员安全，同时兼具实时性；
18.2、本发明的清洗机器人能够通过控制系统对刷辊转速、清洗介质喷洒量、行走速度等参数进行调节，用户可根据清洗需要进行调节，例如在风洞管道某一区域油污较多时增大刷辊转速、喷洒适量清洗介质等方式提高清洗效果，操作简便；
19.3、本发明的清洗机器人将刷辊和弹簧软管可拆卸式地连接在行走系统上，从而可以根据不同风洞管体的内径更换不同直径的刷辊和弹簧软管，应用范围广；此外，通过在风洞管道入口处布置收线盘，有效避免了回收机器人时拉拽绳对管体某一处的持续损伤，可快速高效地回收机器人；
20.4、本发明的清洗机器人能够通过控制系统对行走装置进行控制，从而同时适用于风洞管道两端开口或一端开口工况的清洗，当风洞管道两端开口时，机器人可从一端进入，另一端驶出；当风洞管道一端开口时，机器人在行走到另一端的尽头可倒退返回进口端，从而满足了不同用户需求的可操作性；
21.5、本发明的清洗机器人通过在履带半轴上安装万向节使履带能够适应不同管径壁面弧度，可有效增大履带与管道壁面的接触面积，大幅提高了清洗机器人在不同工况下的通过性；此外，通过设置高清摄像头，不仅可以实时为机器人操作人员提供路况信息，使用人员也可同时监控风洞管道内的使用情况(如出现裂纹缺陷、出现路障的类型等)，为技术人员设计、运营、维护风洞提供了有力根据；
22.6、本发明的清洗机器人能够解决高能脉冲激波风洞清洗难度大、油污多、敷设长度长、耗时费力等问题，具有清洗管道、回收风洞试验产生的污垢、适应风洞管径、通过性高、自动喷洒清洗介质等特点，生产前景广，可实施性好，操作简单，可安全、快速、有效地清
洗整个高能脉冲激波风洞管体，清洗效率高，清洗效果好。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为一实施方式的高能脉冲激波风洞用清洗机器人的结构示意图；
25.图2为一实施方式的刷辊系统的结构示意图；
26.图3为一实施方式的行走系统的结构示意图；
27.图4为一实施方式的集污系统的结构示意图；
28.图5为一实施方式的控制系统的结构示意图。
29.附图标记说明：
30.1：刷辊系统；101：刷辊；102：刷辊电机；103：输送壳体；104：推杆臂；
31.2：行走系统；201：前后置高清摄像头；202：支撑板；203：连接板；204：壳体；205：吊环；206：照明装置；207：线缆接口；208：履带半轴；209：履带轮毂；210：履带；211：介质输送电机；212：介质容器；213：行走驱动电机；
32.3：集污系统；301：钢绳；302：弹簧软管；303：集尘袋；
33.4：控制系统；401：线缆；402：收线盘；403：控制箱；404：高清显示器；405：介质输送控制开关；406：行走控制摇杆；407：刷辊控制开关；408：照明装置开关；409：推杆臂控制开关；410：电源线。
具体实施方式
34.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
35.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技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“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。
36.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
37.实施例1
38.结合图1至图5所示，本实施例的高能脉冲激波风洞用清洗机器人包括依次连接的刷辊系统1、行走系统2、集污系统3和控制系统4，刷辊系统1包括刷辊101和用于驱动刷辊101旋转的刷辊电机102，在刷辊101的外壁分布有用于喷洒清洗介质的喷孔，行走系统2包括用于行走的行走装置和用于向喷孔输送清洗介质的介质输送装置，介质输送装置通过介
质输送管与喷孔连通，集污系统3包括与风洞管道匹配的弹簧软管302和设置在弹簧软管302下游的集尘袋303，控制系统4通过线缆401与刷辊电机102和行走系统2的动力机构连接以对其进行控制。
39.刷辊系统1包括刷辊101和用于驱动刷辊101旋转的刷辊电机102，在刷辊101的外壁分布有用于喷洒清洗介质的喷孔。在使用时，可以采用泡棉外层包裹棉布的方式将清洗材料包裹在刷辊101上，清洗介质可以通过喷孔喷洒到泡棉和棉布表面，该方式能够使刷辊101与风洞管道管壁充分接触，具有减轻整体重量、弹性调节间隙的有益效果；同时，在刷辊101上包裹泡棉和棉布即可实现自动喷洒清洗介质以浸湿泡棉和棉布，随时随地喷洒浸湿泡棉和棉布能够避免机器人在管道清洗过程中因清洗介质不够导致的返工问题，并且排除了人工浸湿棉布所存在的潜在危险，节约了时间，保证了人员安全，同时兼具实时性。
40.对刷辊101的具体结构不作严格限制，只要能够实现上述清洗功能即可。具体地，刷辊101可以包括圆筒体，在圆筒体的中心设有中心孔；在圆筒体的侧壁设有多组喷孔，每组喷孔包括多个沿圆筒体轴向间隔设置的喷孔，在圆筒体的中心孔与圆筒体的侧壁之间设有多个介质输送通道，每一介质输送通道与一组喷孔连通。此外，可以在刷辊101上开设与喷孔一一对应的矩形凹槽，每一个喷孔可以设置在其对应的矩形凹槽内。对矩形凹槽和喷孔的数量不作严格限制，可以根据用户需要加工适宜的数量来控制泡棉和棉布内酒精等清洗介质的含量，例如可以在圆筒体的侧壁设置四组喷孔，四组喷孔均布在圆筒体的周向上。
41.刷辊101可以可拆卸式地安装在刷辊电机102的输出端，从而便于根据风洞管体内径的不同更换不同直径的刷辊101，以便扩大清洗机器人的应用范围；具体地，刷辊101与刷辊电机102之间可以通过杆件和法兰进行连接，刷辊电机102的电源线经输送壳体103连接于行走系统2内部。此外，刷辊电机102可以布置在刷辊101的下游，从而可以直接驱动刷辊101旋转，避免了机械损失和效率损失。
42.进一步地，刷辊电机102可以通过输送壳体103与行走系统2连接，此时刷辊电机102的电源线和介质输送管可以设置在输送壳体103中，并经输送壳体103分别与控制系统4和介质输送装置连接。此外，刷辊系统1还可以包括设置在输送壳体103上的推杆臂104，用于必要时由电机驱动升降清扫；推杆臂104的一端可以固定在输送壳体103上，推杆臂104的另一端可以铰接在行走系统2上；更具体地，刷辊系统1可以通过设置在输送壳体103下游的锥齿轮与行走系统2中行走驱动电机213上的动力齿轮相啮合实现推杆臂104抬起的动力传递。推杆臂104用来在机器人抬起时，灵活控制抬起高度，从而控制抬起角度，可根据用户要求定制推杆臂104长度来实现多角度清洗。
43.行走系统2主要包括用于行走的行走装置和用于向喷孔输送清洗介质的介质输送装置；对行走装置和介质输送装置的具体结构不作严格限制，只要能够实现所需的行走功能及清洗介质输送功能即可。
44.具体地，行走装置可以包括行走驱动电机213和履带行走机构，履带行走机构包括履带半轴208、履带轮毂209和履带210，行走驱动电机213与履带半轴208连接以驱动履带半轴208旋转，履带210套接在履带轮毂209外部，履带半轴208通过万向节与位于履带210端部的履带轮毂209连接。行走系统2以履带半轴208、履带轮毂209、履带210作为机器人的行走部件，通过在履带半轴208上安装万向节的方式使履带210适应不同管径壁面弧度，可有效增大履带210与管道壁面的接触面积，增大抓地力和越障能力，大幅提高了机器人在不同工
况下的通过性。
45.履带半轴208、履带轮毂209、履带210是机器人的行走部件，风洞地面模拟实验可能会涉及到不同的工作介质，致使一些管体内壁面由于成百上千次的使用后累计了过多的油污、积灰甚至大块的橡胶颗粒等。传统的轮式行走可能出现卡死、打滑等现象，其通过性不能满足风洞管道内的环境，而履带式行走具有较好的抓地力和越障能力，此外还可以较好地适应内壁面弧度。因此，采取履带半轴208、履带轮毂209、履带210作为机器人的行走部件可以产生较佳的行走效果；同时，在履带半轴208上设置万向节，可以适应半轴在任何方向上的旋转。
46.介质输送装置可以包括介质容器212和介质输送电机211，介质容器212具有用于加入清洗介质的加料口以及用于行走驱动电机213连接的输出口，介质输送电机211与介质容器212连接以将介质容器212中的清洗介质输送至喷孔，介质输送电机211经介质输送管将带有压力的流动清洗介质输出至喷孔。
47.进一步地，行走系统2还可以包括壳体204，行走装置和介质输送装置可以设置在壳体204上，行走驱动电机213可将动力输出至履带半轴208和输送壳体103上；此外，在壳体204上设有支撑板202，其可用于对推杆臂104进行支撑。在壳体204上还设有前后置高清摄像头201，前后置高清摄像头201可以为一体化摄像头，也可以为单独的前置高清摄像头和后置高清摄像头，前置高清摄像头和后置高清摄像头可以通过连接板203连接；此外，前后置高清摄像头201可以通过高度调节支杆固定在壳体204上并通过线缆401与控制系统4连接，此时摄像头为可伸缩式摄像头，可以通过支杆升降实现高清摄像头的径向高度可调。设置前后置高清摄像头201可实时为机器人操作人员提供路况信息，使用人员可同时监控风洞管道内的使用情况(如出现裂纹缺陷、出现路障的类型、风洞管体内壁面的缺陷等)，给操控人员及时反馈行走路况，为技术人员设计、运营、维护风洞提供有力根据。
48.此外，在壳体204上还可以设置照明装置206、吊环205和线缆接口207，照明装置206可以选用led灯，可降低能量功耗，在壳体204前后两侧分别布置2个led灯，行走照明光线可使高清摄像头清晰地观察到风洞管道内的实际情况，照明装置206通过线缆401与控制系统4连接。吊环205用于与集污系统3连接，集污系统3通过吊环205与行走系统2可拆卸式连接。线缆接口207用于将刷辊电机102控制信号、介质输送电机211控制信号、行走驱动电机213控制信号、前后置高清摄像头201信号输出至控制系统4，各线缆401可以通过线缆接口207与控制系统4连接。
49.更具体地，壳体204可以由上壳体和下壳体两部分组成，在上壳体上可以加工下壳体安装孔、吊环螺纹孔；在下壳体上可以加工有前、后led灯安装孔、线缆安装孔、履带半轴安装孔。上壳体和下壳体加工好后可以通过螺栓连接装配。此外，介质输送电机211、介质容器212、行走驱动电机213可以设置在下壳体内部。
50.集污系统3主要包括钢绳301、弹簧软管302和集尘袋303。钢绳301可与行走装置上的吊环205连接；弹簧软管302外径可与管道内径相匹配，从而起到较好的支撑作用；弹簧软管302下游的集尘袋303可以快速打开，在集尘袋303内设置有装配孔，线缆401穿过装配孔从集尘袋303穿出接到下游的控制系统4，从而实现行走系统2、集污系统3和控制系统4相连。弹簧软管302可以可拆卸的方式进行安装，从而便于根据不同管体内径更换不同直径的弹簧软管302，应用范围更加广泛。
51.控制系统4用于对其它各系统进行控制，控制系统4包括控制箱403，在控制箱403中设有处理输出单元和与处理输出单元连接的高清显示器404、介质输送控制开关405、行走控制摇杆406和刷辊控制开关407。
52.更具体地，在控制箱403内可以设置航插接口、外壳体204、处理输出单元、高清显示器404、介质输送控制开关405、行走控制摇杆406、刷辊控制开关407、照明装置控制开关408和推杆臂控制开关409。处理输出单元一方面用来处理线缆401传来的刷辊电机102控制信号、介质输送电机211控制信号、行走驱动电机213控制信号、前后置高清摄像头201信号，另一方面将输出的介质输送控制开关405信号、刷辊101控制信号、行走控制信号分别传送至介质输送控制开关405、刷辊控制开关407和行走控制摇杆406，用户可以在运行过程中对刷辊101的转速、机器人的行走速度等多项参数进行实时调节。控制箱403内还设有电源线410，电源可以采用36v输入电压，其小于人体安全电压，安全性好。
53.此外，控制系统4还包括收线盘402，线缆401经集尘袋303穿出后接到收线盘402上，线缆401缠绕在收线盘402上并与处理输出单元连接。由于风洞管道一般较长，收集控制线缆401较为困难，且若行走系统2运行出故障时较难回收机器人，因此在风洞管体的出口端位置设置一个收线盘402，可以有效避免以上情况的出现。
54.本发明的高能脉冲激波风洞用清洗机器人的工作过程如下：
55.①
在刷辊101上套上泡棉，在泡棉外层包裹棉布固定；
56.②
向介质容器212中加入足量的清洗介质；
57.③
插好线缆401，将机器人放入管道内的合适位置，固定好收线盘402、集污系统3，插入电源线410，控制箱403开机，打开照明装置206(若需调整推杆臂104高度，则开启推杆臂控制开关409)；
58.④
开启介质输送控制开关405，将清洗介质充分喷洒至泡棉和棉布内，使其浸湿后关闭；
59.⑤
开启刷辊控制开关407，调整刷辊101转速至合适的数值后，控制行走控制摇杆406前进或后退至合适位置清扫管道内污垢；
60.⑥
在一个回合清洗完毕后，若管道两端开口，直接行使至另一出口回收机器人；若管道一端开口，则控制机器人后退驶至入口处回收机器人；
61.⑦
依次关闭刷辊控制开关407、照明装置控制开关408，关闭电源，摘下泡棉、棉布、集尘袋303并清洗或更换。
62.本实施例的清洗机器人通过设置具有喷孔的刷辊101和用于向喷孔输送清洗介质的介质输送装置，在刷辊101上包裹泡棉和棉布即可实现自动喷洒清洗介质以浸湿泡棉和棉布，随时随地喷洒浸湿泡棉和棉布能够避免机器人在管道清洗过程中因清洗介质不够导致的返工问题，并且排除了人工浸湿棉布所存在的潜在危险，节约了时间，保证了人员安全，同时兼具实时性。
63.本实施例的清洗机器人能够通过控制系统4对刷辊101转速、清洗介质喷洒量、行走速度等参数进行调节，用户可根据清洗需要进行调节，例如在风洞管道某一区域油污较多时增大刷辊101的转速、喷洒适量的清洗介质等方式提高清洗效果，操作简便。
64.本实施例的清洗机器人将刷辊101和弹簧软管302可拆卸式地连接在行走系统2上，从而可以根据不同风洞管体的内径更换不同直径的刷辊101和弹簧软管302，应用范围
广；此外，通过在风洞管道入口处布置收线盘402，有效避免了回收机器人时拉拽绳对管体某一处的持续损伤，可快速高效地回收机器人。
65.本实施例的清洗机器人能够通过控制系统4对行走装置进行控制，从而同时适用于风洞管道两端开口或一端开口工况的清洗，当风洞管道两端开口时，机器人可从一端进入，另一端驶出；当风洞管道一端开口时，机器人在行走到另一端的尽头可倒退返回进口端，从而满足了不同用户需求的可操作性。
66.本实施例的清洗机器人通过在履带半轴208上安装万向节使履带210能够适应不同管径壁面弧度，可有效增大履带210与管道壁面的接触面积，大幅提高了清洗机器人在不同工况下的通过性；此外，通过设置高清摄像头，不仅可以实时为机器人操作人员提供路况信息，使用人员也可同时监控风洞管道内的使用情况(如出现裂纹缺陷、出现路障的类型等)，为技术人员设计、运营、维护风洞提供了有力根据。
67.本实施例的清洗机器人能够解决高能脉冲激波风洞清洗难度大、油污多、敷设长度长、耗时费力等问题，具有清洗管道、回收风洞试验产生的污垢、适应风洞管径、通过性高、自动喷洒清洗介质等特点，生产前景广，可实施性好，操作简单，可安全、快速、有效地清洗整个高能脉冲激波风洞管体，清洗效率高，清洗效果好。
68.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。