1、下水道清淤機器人設計背景：近年來，城鎮化進程迅速，城市規模日益擴大，城市下水管網不斷延伸膨脹。 城市排水系統是否暢通，不僅關乎城市防洪排澇，更直接影響著廣大市民的日常 生活和身心健康。目前，我國城市下水管道清淤方法常用有：絞車清淤法、高壓 水射流清淤法和水沖清淤法，絞車清淤法是最普遍采用的方法。 這些方法需要工 人井下作業，存在著工作環境惡劣、裝配復雜、清淤效果不佳等缺陷。中國城市 規劃在最初規劃時，考慮的都是用圓形管道作為城市的下水道管網， 而這些管道 的管徑都比較小，小的只有二三十公分，大的也不過一米左右。這就不像外國城 市規劃那樣采用的基本上都是那種大型管網，大的能有兩米多高，最小的起碼

2、也能夠讓在里面行走，這樣就能讓人在里面進行清淤工作。但是中國的就不一樣， 由于管網過小，工作人員進不去，而且里面還有沼氣等有毒氣體，就更加增加了 工作的難度。綜上就迫切需要一款能夠勝任管道清淤的機器人， 由此我們產生有 設計這款機器人的想法。行走部分：此機器人所采用的是輪式四輪驅動，每個輪子的動力都來自不同的動力源。 這樣就能克服更加艱苦的環境。支撐輪子的軸承是固定在不同支架上， 支架可以 90度自由旋轉和自由伸縮。這樣的設計，能夠使機器人在環境惡劣的下水道里 面更加行走自如，如果下水道中有沉淀的淤泥，機器人就可以通過操縱桿控制， 讓機器人的四只旋轉車臂向上旋轉， 使四只輪子緊貼著下水道管壁行

3、走， 讓機器 人的主體部分不至于觸碰到下水道里沉淀的淤泥，從而獲得比較好的工作環境。 然而，車臂上的液壓裝置主要是用來使機器人適應不同管徑的下水道管道，比如有的管徑只有300mm這時只需要短的車臂就足以將機器人的底盤抬高到預定的 高度，然而如果下次要清理的是，很大的管徑的下水道里面的淤泥， 這時光靠車 臂本身的長度就不能夠將機器人的底盤抬高到預定的高度。 這個時候，我們所設 計的可自由伸縮和旋轉的車臂就能夠很好的解決這樣的問題。支撐部分：支撐部分是一塊PVC發泡板。工業生產的PVC分子量一般在5萬12萬范 圍內，具有較大的多分散性，分子量隨聚合溫度的降低而增加；無固定熔點，80 85 C開始軟

4、化，130C變為粘彈態，160180 C開始轉變為粘流態；有較好的機 械性能，抗張強度60MPa左右，沖擊強度510kJ/m2;有優異的介電性能。但 對光和熱的穩定性差，在100C以上或經長時間陽光曝曬，就會分解而產生氯化 氫，并進一步自動催化分解，引起變色，物理機械性能也迅速下降，在實際應用 中必須加入穩定劑以提高對熱和光的穩定性。PVG艮堅硬，溶解性也很差，只能溶于環己酮、二氯乙烷和四氫呋喃等少數 溶劑中，對有機和無機酸、堿、鹽均穩定，化學穩定性隨使用溫度的升高而降低。 PVC溶解在丙酮-二硫化碳或丙酮-苯混合溶劑中，用于干法紡絲或濕法紡絲而 成纖維，稱氯綸，具有難燃、耐酸堿、抗微生物、耐

5、磨、環保的特性并具有較好 的保暖性和彈性。在PVC板上按照設計預先打好螺紋孔，為以后面組裝時，固定 電機和其他的零件和裝置。機械臂：考慮到下水道清淤作業要更加全面和更加徹底，此機器人的機械臂部分采用 的是360度全自由度機械臂（六自由度機械臂），它可以在下水道管道內，再難 清理的地方機械臂都能夠到進行清理。機械手是模仿人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現自動操作或有操縱桿來操縱的機械裝置。其主要由執行機構、驅動機構和控制機構等組成。其機械臂大概原理圖如下圖所示：圖1 六自由度機械臂機械結構清淤部分：清淤機構是由機械臂上的一個清淤刀盤和另一個機械臂上的一個松淤裝置組成。清淤刀盤由一塊鋸齒狀

6、的圓刀片 （鋸齒比較小，且在刀盤的邊緣不是平整 的，而是有一定的凹凸，這樣小鋸齒設計可以防止下水道里面的那些繩線和塑料 垃圾把刀盤纏繞住無法正常工作）和一個高速馬達組成（高速馬達可以提供高轉 速的旋轉，使切割更加容易）。松淤裝置由一個震動馬達和一個探針組成。工作 原理是：先由清淤刀盤上的旋轉刀片把下水管道中的淤泥和里面的樹枝、垃圾等先切割一遍，再由松淤裝置將已經經切割過的淤泥、 樹枝和垃圾進行松動，最后 再經高壓水槍的水壓沖擊清理淤泥。沖洗部分：沖洗部分我們設計的是采用高壓水槍進行沖洗，在清淤機械手把下水道管道 里面的淤泥清理松動之后，這時松動的淤泥還不能順利地向下排淤。 這時高壓水 槍噴射出

7、來的水沖擊到淤泥上就能很輕松的將其沖洗干凈，從而達到下水道管道 清淤的目的。控制部分：1視頻傳輸：在這方面我們采用的是兩個高清攝像頭和一個強光電筒，經 過電纜信號線傳輸到控制中心來，由一個顯示屏來實時監測下水道里的清淤工 作。2、整個控制采用單片機控制和點控結合的控制方式，來控制機械臂、機械 手和高壓水槍的工作狀態和工作動作。零部件選用：1、橡膠車輪：直徑100mm4個2、PVC發泡板：1塊（孔按設計要求自行打孔）3、小型液壓缸：4個 （其他的配套設備自行選用）4、驅動馬達（低速強轉矩）：4個5、高清攝像頭：2個 720P （ 1280*720）6 強光燈：BXD6018徴卜徑X長度40mm< 208mm重量280克。7、 振動馬達：1個 長51mm直徑27.7mm震動頭直徑13mm厚度8mm8、各種電源線和信號線：若干9、顯示屏：1塊個人總結:經過一個多月的努力，終于完成了下水道清淤機器人的簡單思路構想和 設計。在上本課程的時候，老師上課提到設計系統要包含液壓系統、電氣控制系 統、機械傳動系統。我們結合現實生活中有關下水道問題， 想出了設計下水道清 淤機器人。我們之后去圖書館借了幾本相關書籍， 然后確定了大概結構，過程中 也遇到了很多問題，我們