本发明涉及管道清洗领域，特别是指一种管道清洗装置和系统。
背景技术：
目前众多领域都存在对于管道的应用，如排水、供热、天然气以及各种工业机器。管道在进行输送作业时，各种沉积物会沉积在管道内壁，影响管道输送功能。而现有的管道清洗方式通常是人工清洗，即人工手持高压水枪或将清洗工具伸进管道内部进行清洗。清洗效率低下，同时清洗效果不佳，更难以对于长距离的管道内壁进行清洗，面对顽固污垢、管道内径阶段性变化以及某些特殊形状管道的清洗问题束手无策。
中国专利文献cn110813957a公开了一种自进式管道清洗装置及清洗方法，包括喷头体为圆筒形结构，前端连接用于流体的接管，后端用堵头堵住；喷头体的外部安装有刷子，喷头体的外壁上开设有若干个喷孔，所述喷孔斜向后倾斜设置，并且各喷孔的倾斜方向一致，使流体通入喷头体内时喷头体在流体的作用下旋转并带动刷子转动。尽管可以在管道中自动前进，但并不能保证管道内的污垢完全被清洗，对于清洗效率有极大的不确定性。
因此急需一种清洁效率高、清洁效果优良、可以适应不同管道内径的自动化清洗设备。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于克服现有技术中管道内壁清洗工作低效、周期长、人力消耗大、清洗质量不高等问题，提出一种清洗效率高、低人力消耗的管道清洗装置和系统。
本发明采用如下技术方案：
一种管道清洗装置，包括套体，其特征在于：还包括第一驱动单元、主杆、清洗组件、第二驱动单元、第三驱动单元和移动组件；该第一驱动单元位于套体内，其连接驱动主杆伸缩；该清洗组件设有若干清洗单元，该若干清洗单元一端与主杆一端为可转动连接；该第二驱动单元连接于第一驱动单元和主杆之间以驱动主杆和清洗单元旋转；该第三驱动单元安装于主杆上且连接驱动若干清洗单元另一端相对主杆向外伸展或向内折叠；该移动组件与套体相连以驱动其移动。
优选的，所述第一驱动单元包括第一缸体和第一杆；该第一杆位于第一缸体内且其一端设置有第一活塞部，该第一活塞部与第一缸体内壁为密封滑动配合并使第一缸体内分成第一腔和第二腔，第一杆另一端与第二驱动单元相连。
优选的，所述第一腔或第二腔内设有清洗液；还包括至少一喷管，该喷管一端穿过所述套体与所述第一腔或第二腔连通；或者所述喷管设有调速阀。
优选的，所述清洗单元包括第二缸体、第二杆和刷头，该第二缸体一端与主杆为可转动连接，该第二杆位于第二缸体内且其一端设置有第二活塞部，该第二活塞部与第二缸体内壁为滑动配合，该第二杆另一端位于第二缸体外且与刷头相连，所述清洗单元旋转时第二杆可在向心力作用下相对第二缸体向外移动实现自适应调节。
优选的，所述第三驱动单元包括第一伸缩杆组和弹性件，该第一伸缩杆组位于主杆内且连接有卡环，该卡环滑动地设于主杆外，弹性件张顶于卡环与主杆另一端之间；所述若干清洗单元另一端通过牵引线与该卡环相连。
优选的，所述第一伸缩杆组包括第一电机、齿轮组、内管和外管；该齿轮组连接于第一电机与外管之间，该内管穿设于外管内且与之螺纹配合，所述卡环连接于内管一端。
优选的，所述移动组件包括若干第二伸缩杆组，该第二伸缩杆组一端与主杆相连，另一端连接有移动轮组。
优选的，所述第二伸缩杆组包括第二电机、齿轮组、内管和外管，该齿轮组连接于第二电机与外管之间，该内管穿设于外管内且与之螺纹配合；所述移动轮组包括固定架、滚轮和第三电机，该滚轮安装于固定架内，该第三电机连接驱动滚轮旋转。
一种管道清洗系统，包括控制模块，其特征在于：还包括识别模块、储存模块、若干图片传感器和上述的一种管道清洗装置，该管道清洗装置可放置于待清洗的管道内；该至少一图片传感器安装于所述套体一端，至少一图片传感器安装于所述清洗组件上；该识别模块与图片传感器相连以根据采集的图片信息判断管道内壁是否有污垢或管道内是否存在拐角或识别管道内径；该储存模块与识别模块相连以储存图片信息；该控制模块与识别模块相连以根据识别结果控制管道清洗装置移动和/或清洗。
优选的，还包括有位移传感器，其安装于所述清洗单元内以检测位移信息；所述识别模块与该位移传感器相连已根据位移信息获得管道内径，控制模块将该管道内径与通过图片传感器获得的管道内径进行对比，若不同，则报警。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明通过第一驱动单元为主杆提供所需的转速，从而为连接清洗刷头的清洗单元提供相应的向心力，利用清洗刷头接触管道内壁时产生的反作用力约束清洗管道内壁的半径，进而实现自动调节清洗半径以适应清洗不同内壁半径的管道。
2.本发明通过将清洗单元铰接在主杆上，同时令牵引线分别连接主杆上的卡环与清洗单元，通过第三驱动单元驱使清洗单元相对主杆向外伸展或向内折叠，既减小了本发明在不使用时的体积，同时在清洗某些如瓶形管道的特殊形状管道时，能够以折叠状态进入管口后再伸展出洗刷头，完成了适应清洗不同内径管道的要求。
3.本发明通过图片传感器采集前方图像，识别测定出管道内径，控制第二伸缩杆组伸展将清洗装置固定在管道内部，配合移动轮组的转动带动清洗装置移动。还可通过设置位移传感器，检测刷头伸出距离，与识别测定出的管道内径进行对比，判断刷头清洗状态，使本发明的清洗装置在管道内的移动更加精确，提高清洗装置的工作效率。
4.本发明在清洗装置套体内部设置第一缸体，通过控制进油和出油的流速进而得以控制主杆的轴向伸缩，在清洗装置检测出清洗后的位置仍存在污垢时，控制清洗单元的第一伸缩杆组伸缩，使刷头回到待清洗处进行重复清洗。
5.本发明设置喷管与第一缸体的第二腔连通，并将传统使用的液压油转变为清洁液，采用防锈型碳氢清洗剂，由于该清洗剂属于碳氢性清洗剂，不易燃，具备防锈功能，能够根据不同的需求改变类型，符合替代液压油的使用要求。利用腔内的压力将清洁液经过喷管喷射在清洁部位。喷管可安装有调速阀，当装置停止工作时，调节降低油口压力，使其低于调速阀设定压力即可关闭喷嘴；反之亦然。该设计优化了清洗装置自身的结构，简化了原本需要的清洁液喷射装置。
6.本发明通过设置检测部分和控制部分实现对管道内壁污垢的在线识别与清理，识别方法采用图像识别，通过图像采集、图像预处理、特征提取、图像识别获得结果；根据识别结果，向控制模块发送指令，从而控制装置各部位的运动机构。能够完成自动化清洗管道作业，保证管道的正常使用。
附图说明
图1是本发明装置的清洗结构示意图；
图2是本发明装置的整体结构示意图；
图3是本发明装置的移动组件示意图；
图4是本发明提供的卡环移动示意图；
图5是本发明系统的原理框图；
图6是本发明系统的污垢识别部分的流程图；
图7是本发明系统的固定与移动转向部分的流程图；
图8是本发明系统的刷头状态检测部分的流程图；
图9是本发明装置在管道中的工作示意图；
其中：
10、套体，11、基座，12、电池，20、第一驱动单元，21、第一缸体，22、第一杆，23、第一活塞部，24、第一腔，25、第二腔，26、喷管，27、油口，30、主杆，31、十字连接件，40、清洗组件，41、第二缸体，42、第二杆，43、刷头，44、第二活塞部，50、第二驱动单元，60、第三驱动单元，61、弹性件，62、卡环，63、牵引线，64、第一电机，65、齿轮组，66、内管，67、外管，70、移动组件，71、第二电机，72、固定架，73、滚轮，74、第三电机，80、控制模块，90、识别模块，100、储存模块，110、第一图片传感器，111、第二图片传感器，120、位移传感器。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
本发明中，对于术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于描述中，采用了“上”、“下”、“左”、“右”、“前”和“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
另外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
参见图1和图2，一种管道清洗装置，包括套体10，还包括第一驱动单元20、主杆30、清洗组件40、第二驱动单元50、第三驱动单元60和移动组件70；该第一驱动单元20位于套体10内，其连接驱动主杆30伸缩；该清洗组件40设有若干清洗单元，该若干清洗单元一端与主杆30一端为可转动连接；该第二驱动单元50连接于第一驱动单元20和主杆30之间以驱动主杆30和清洗单元旋转；该第三驱动单元60安装于主杆30上且连接驱动若干清洗单元另一端相对主杆30向外伸展或向内折叠；该移动组件70与套体10相连以驱动其移动。
本发明中，套体10为一端开口的中空结构，第一驱动单元20包括第一缸体21和第一杆22；该第一杆22位于第一缸体21内且其一端设置有第一活塞部23，该第一活塞部23与第一缸体21内壁为密封滑动配合并使第一缸体21内分成第一腔24和第二腔25，第一杆22另一端与第二驱动单元50相连。本发明的第一驱动单元20为液压驱动结构，例如液压缸。
进一步的，本发明的第一腔24或第二腔25内设有清洗液；还包括至少一喷管26，该喷管26一端穿过套体10与第一腔24或第二腔25连通，喷管26的喷液口位于套体10外。其中，第一腔24和第二腔25分别通过油口27连接油管，包括进油口和出油口，清洁液可通过油管进入第一腔24或第二腔25，或者从第一腔24或第二腔25流出，清洗剂可采用防锈型碳氢清洗剂。优选的，第一腔内为液压油，第二腔内为清洗液，喷管26与第二腔25连通，则当第一杆22相对第一缸体21移动伸出时，第二腔25内的清洗液可经喷管26的喷液口喷出。通过控制油口27的流速进而调节喷管26喷射清洁液的流量，实际应用中，喷管26可采用市场上常见的清洗喷头，在此不作限定。
为了更好地控制喷管26的开关，在喷管26的进液端可设置设有调速阀(图中未示出)，当本发明装置停止工作时，通过调节降低第二腔25的油口27压力，使其低于调速阀预设压力，则喷管26的喷液口关闭，否则喷管26的喷液管开启。该第一驱动单元20将原本的液压油变为了清洁液，简化了原本应有的清洁液喷射装置，令清洗装置结构更加简单。
本发明第二驱动单元50可采用旋转电机，主杆30位于套体10外的开口一端，通过该旋转电机连接驱动主杆30旋转带动，进一步带动清洗单元旋转。
清洗单元包括第二缸体41、第二杆42和刷头43，该第二缸体41一端与主杆30为可转动连接，该第二杆42位于第二缸体41内且其一端设置有第二活塞部44，该第二活塞部44与第二缸体41内壁为滑动配合，该第二杆42另一端位于第二缸体41外且与刷头43相连。通过刷头43对管道内污渍高效清洁。第二杆42在离心力的作用下伸长直至与管道内壁接触，达到清洁效果，接触内壁后由于内壁对清洗刷头43的反作用力使得第二杆42的伸缩长度得以稳定，从而实现适应清洁不同管道内径的要求。
实际应用中，多个清洗单元为圆周分布于主杆30外，在主杆30一端可固定十字连接件31，多个第二缸体41一端可与十字连接件31铰接从而实现相对主杆30可转动，第二缸体41另一端开口以供第二杆42另一端穿过。
第三驱动单元60包括第一伸缩杆组和弹性件61，该第一伸缩杆组位于主杆30内且连接有卡环62，该卡环62滑动地设于主杆30外。弹性件61张顶于卡环62与主杆30另一端之间，起到缓冲作用。若干清洗单元另一端通过牵引线63与该卡环62相连，即牵引线63一端连接第二缸体41，另一端连接卡环62。参见图4，其中，卡环62设有与第一伸缩杆组连接的连接部，主杆30沿第一伸缩杆伸缩方向开设有让位槽，连接部穿过该让位槽，使得卡环62在第一伸缩杆的作用下相对主杆30滑动。
进一步的，第一伸缩杆组包括第一电机64、齿轮组65、内管66和外管67；该齿轮组65连接于第一电机64与外管67之间以传动，该内管66穿设于外管67内且与之螺纹配合，卡环62连接于内管66一端。当第一电机64工作时，带动齿轮组65旋转，进一步驱动外管67正向旋转或反向旋转，则内管66相对外管67向外伸出或向内缩回。
本发明通过控制卡环62在主杆30上的滑动即可控制清洗单元的折叠与伸展，不仅能够适应某些需要清洗装置折叠的场合，还减少了清洗装置的占用空间，提高了清洗装置的便捷性。
移动组件70包括若干第二伸缩杆组，该第二伸缩杆组一端与主杆30相连，另一端连接有移动轮组。其中，第二伸缩杆组的结构可与第一伸缩杆组相同或不同，例如第二伸缩杆组包括第二电机71、齿轮组、内管66和外管67，该齿轮组连接于第二电机71与外管67之间，该内管66穿设于外管67内且与之螺纹配合。当第二电机71工作时，带动齿轮组旋转，进一步驱动外管67正向旋转或反向旋转，则内管66相对外管67向外伸出或向内缩回。参见图3，移动轮组包括固定架72、滚轮73和第三电机74，该滚轮73安装于固定架72内，该第三电机74连接驱动滚轮73旋转。
本发明还提出一种管道清洗系统，参见图5和图9，包括控制模块80、识别模块90、储存模块100、若干图片传感器和上述的管道清洗装置，该管道清洗装置可放置于待清洗的管道内；该至少一图片传感器安装于套体10一端，至少一图片传感器安装于清洗组件40上；该识别模块90与图片传感器相连以根据采集的图片信息判断管道内壁是否有污垢或管道内是否存在拐角或识别管道内径；该储存模块100与识别模块90相连以储存图片信息；该控制模块80与识别模块90相连以根据识别结果控制管道清洗装置移动和/或清洗。
本发明中，套体10不具有开口的一端连接有基座11，基座11内安装有电池12，用于为各个部件供电。安装于清洗组件40的图片传感器作为第一图片传感器110，可固定于第二缸体41外周靠近管道内壁一侧，用于采集管道内壁图片。套体10一端的图片传感器作为第二图片传感器111，可固定于该基座11上，用于采集管道清洗装置前方的管道内壁图片。实际应用中，图片传感器可采用ccd相机或其它图片采集装置。
进一步的，本发明还包括有位移传感器120，其安装于清洗单元内以检测位移信息；识别模块90与该位移传感器120相连以根据位移信息获得管道内径，控制模块80将该管道内径与通过图片传感器获得的管道内径进行对比，若不同，则报警。其中，位移传感器120可选用容栅传感器，用于检测第二杆42伸出的长度变化，具有体积小、结构简单、分辨率和准确度高、测量速度快、功耗小、成本低、对使用环境要求不高等突出的特点。
本发明的控制模块80可用于控制旋转电机、第一电机64、第二电机71、第三电机74的转速和转向，配合识别模块90能实现对管道内壁污垢的在线识别，使清洗装置能够在管道内自动化清洗，其可采用tms320lf2407a+stc89c52，其他可实现同样功能的控制器同样可采用。本发明系统的工作原理如下：
参见图6，识别模块90采集瞬时图像，根据第一图片传感器110发送过来的图片信息，识别管道内壁清洗位置是否留有污垢即污垢点，如果识别到管道内壁清洗位置仍留有污垢即符合清理要求，则控制模块80控制移动轮组停止移动，通过第一驱动单元20控制主杆30伸缩使刷头43移动至待清洗处，配合第二驱动单元50驱动清洗单元旋转进行重复清洗，直至无污垢残留，刷头43退回，重新进行清理作业；如果没有留有污垢，则继续前进进行清理作业。
参见图7，识别模块90根据第二图片传感器111发送过来的图片信息，识别清洗装置轴向方向前方是否有拐角，若存在拐角，则根据管道拐角特征控制移动轮组与第二伸缩杆组协作完成转向动作；若不存在拐角，则根据采集到的图像识别处前方管道内径，控制移动轮组与第二伸缩杆组完成在管道内的固定或移动动作。
参见图8，当识别模块90根据位移传感器120检测第二杆42位移距离，与通过图像识别得到的管道内径进行对比，若二者相同，则继续进行清洗作业；若二者不同，则向工作人员发出故障警报。
本发明通过识别模块在线识别管道内壁清洗位置的清洗情况，若仍有污垢，利用第一驱动单元调节清洗装置轴向伸缩用以实现重复清洗，实现对管道内壁污垢的在线识别与清理，保证管道的正常使用。其中，清洗部分利用主杆旋转为刷头提供的离心力清洗管道内壁，同时能够自动调节清洗半径，设计折叠机构可令清洗装置折叠起来以通过小半径管道口；套体上设置可伸缩移动组件达到清洗长距离、内径不同管道的目的。将清洁液作为液压装置中的液体介质，简化了清洗装置的整体结构。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
技术特征：
1.一种管道清洗装置，包括套体，其特征在于：还包括第一驱动单元、主杆、清洗组件、第二驱动单元、第三驱动单元和移动组件；该第一驱动单元位于套体内，其连接驱动主杆伸缩；该清洗组件设有若干清洗单元，该若干清洗单元一端与主杆一端为可转动连接；该第二驱动单元连接于第一驱动单元和主杆之间以驱动主杆和清洗单元旋转；该第三驱动单元安装于主杆上且连接驱动若干清洗单元另一端相对主杆向外伸展或向内折叠；该移动组件与套体相连以驱动其移动。
2.如权利要求1所述的一种管道清洗装置，其特征在于：所述第一驱动单元包括第一缸体和第一杆；该第一杆位于第一缸体内且其一端设置有第一活塞部，该第一活塞部与第一缸体内壁为密封滑动配合并使第一缸体内分成第一腔和第二腔，第一杆另一端与第二驱动单元相连。
3.如权利要求2所述的一种管道清洗装置，其特征在于：所述第一腔或第二腔内设有清洗液；还包括至少一喷管，该喷管一端穿过所述套体与所述第一腔或第二腔连通；或者所述喷管设有调速阀。
4.如权利要求1所述的一种管道清洗装置，其特征在于：所述清洗单元包括第二缸体、第二杆和刷头，该第二缸体一端与主杆为可转动连接，该第二杆位于第二缸体内且其一端设置有第二活塞部，该第二活塞部与第二缸体内壁为滑动配合，该第二杆另一端位于第二缸体外且与刷头相连，所述清洗单元旋转时第二杆可在向心力作用下相对第二缸体向外移动实现自适应调节。
5.如权利要求1所述的一种管道清洗装置，其特征在于：所述第三驱动单元包括第一伸缩杆组和弹性件，该第一伸缩杆组位于主杆内且连接有卡环，该卡环滑动地设于主杆外，弹性件张顶于卡环与主杆另一端之间；所述若干清洗单元另一端通过牵引线与该卡环相连。
6.如权利要求5所述的一种管道清洗装置，其特征在于：所述第一伸缩杆组包括第一电机、齿轮组、内管和外管；该齿轮组连接于第一电机与外管之间，该内管穿设于外管内且与之螺纹配合，所述卡环连接于内管一端。
7.如权利要求1所述的一种管道清洗装置，其特征在于：所述移动组件包括若干第二伸缩杆组，该第二伸缩杆组一端与主杆相连，另一端连接有移动轮组。
8.如权利要求7所述的一种管道清洗装置，其特征在于：所述第二伸缩杆组包括第二电机、齿轮组、内管和外管，该齿轮组连接于第二电机与外管之间，该内管穿设于外管内且与之螺纹配合；所述移动轮组包括固定架、滚轮和第三电机，该滚轮安装于固定架内，该第三电机连接驱动滚轮旋转。
9.一种管道清洗系统，包括控制模块，其特征在于：还包括识别模块、储存模块、若干图片传感器和权利要求1至8中任一项所述的一种管道清洗装置，该管道清洗装置可放置于待清洗的管道内；该至少一图片传感器安装于所述套体一端，至少一图片传感器安装于所述清洗组件上；该识别模块与图片传感器相连以根据采集的图片信息判断管道内壁是否有污垢或管道内是否存在拐角或识别管道内径；该储存模块与识别模块相连以储存图片信息；该控制模块与识别模块相连以根据识别结果控制管道清洗装置移动和/或清洗。
10.如权利要求9所述的一种管道清洗系统，其特征在于：还包括有位移传感器，其安装于所述清洗单元内以检测位移信息；所述识别模块与该位移传感器相连已根据位移信息获得管道内径，控制模块将该管道内径与通过图片传感器获得的管道内径进行对比，若不同，则报警。
技术总结
一种管道清洗装置和系统，包括套体，其特征在于：还包括第一驱动单元、主杆、清洗组件、第二驱动单元、第三驱动单元和移动组件；该第一驱动单元位于套体内，其连接驱动主杆伸缩；该清洗组件设有若干清洗单元，该若干清洗单元一端与主杆一端为可转动连接；该第二驱动单元连接于第一驱动单元和主杆之间以驱动主杆和清洗单元旋转；该第三驱动单元安装于主杆上且连接驱动若干清洗单元另一端相对主杆向外伸展或向内折叠；该移动组件与套体相连以驱动其移动。本发明利用主杆旋转为清洗单元提供的离心力清洗管道内壁，同时能够自动调节清洗半径，通过第三驱动单元驱使清洗装置折叠起来以通过小半径管道口；清洁效率高、清洁效果优良。
技术开发人、权利持有人：方从富;魏绍鹏
