CN101704241A - 一种船舶壁面除锈爬壁机器人及其工作方法 - Google Patents

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弓永军
王祖温
衣正尧
王兴如
张增猛
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Abstract

本发明公开了一种船舶壁面除锈爬壁机器人及其工作方法，所述的机器人包括框架、链条履带行走机构、永磁吸附单元、左上驱动电机、左上减速机、右下驱动电机、右下减速机，所述的链条履带行走机构由左右两条链条履带组成，所述的永磁吸附单元安装在链条履带行走机构上，超高压水射流真空除锈清洗器外接真空源和永磁吸附单元形成真空永磁混合吸附。所述的方法包括调整链条的张紧度、调节高度和运动控制的步骤。由于本发明采用永磁真空混合吸附方式设计爬壁机器人，有效利用回收锈渣真空的负压压力，并且结合永磁吸附力，使机器人吸附可靠、工作安全、吸附结构紧凑，可以实现爬壁机器人高空大负载作业。

Description

一种船舶壁面除锈爬壁机器人及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种爬壁机器人，特别是一种负载较大和本体重量较大的船舶壁面除锈爬壁机器人及其工作方法。
背景技术
船舶除锈是造船的重要步骤，也是修船的关键环节。船舶壁面爬壁机器人真空超高压射流成套技术是将超高压水射流除锈、真空系统吸附排渣、爬壁机器人作业三者协调设计于一体，用水除锈、真空抽干水分并回收除锈废渣，爬壁机器人搭载超高压水射流除锈清洗器作业。
基于永磁真空混合吸附原理的船舶壁面除锈爬壁机器人的主要功能是搭载超高压水射流除锈清洗器及其负载管路，使其在船舶壁面有效地进行船体钢质表面除锈。该清洗器质量很重，最小也有11kg，一般可达50kg以上。同时，根据爬壁机器人真空超高压水射流成套设备功能需求，爬壁机器人还要承担与除锈清洗器相连接的真空回收除渣管及超高压水射流管等管路的重力。由于管路重力比较大，当机器人爬壁高度在20米左右的时候，负载重力将达到60kg，较大的负载给爬壁机器人的研制带来了较大的困难，根据所掌握资料，船舶壁面除锈爬壁机器人本体重量一般都在80kg以上，故机器人所搭载的负载和机器人本体重力负载将达到140kg以上。这个负载重量要比我国目前所研制的一般爬壁机器人负载重量重很多。
目前，国内有研制的一种真空吸附原理的船舶壁面除锈爬壁机器人采用了真空吸附，本体搭载超高压水射流除锈清洗器质量较小，搭载负载管路的负载能力较低，且存在真空掉电脱落的危险，在船舶除锈领域很难达到实际应用效果。
发明内容
为解决现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种负载能力较高、除锈效率较大的船舶壁面除锈爬壁机器人及其工作方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种船舶壁面除锈爬壁机器人包括框架、链条履带行走机构、永磁吸附单元、左上驱动电机、左上减速机、右下驱动电机、右下减速机，其左上侧机构与右下侧机构相对于机器人两侧左右对角中心为对称结构，所述的左上驱动电机与左上减速机连接，安装在框架左上侧安装板上；所述的左上减速机通过左上联轴器与左上主动链轮连接，左上主动链轮通过滚动轴承安装在左上主动链轮轴上，左上主动链轮轴通过紧定螺钉固定在框架上，在左上减速机与框架连接处装有左上加强筋板；所述的右下驱动电机与右下减速机连接，安装在框架右下侧安装板上，右下减速机通过右下联轴器与右下主动链轮连接，右下主动链轮通过滚动轴承安装在右下主动链轮轴上，右下主动链轮轴通过紧定螺钉固定在框架上，在右下减速机与框架连接处装有右下加强筋板；所述的左上主动链轮和右下主动链轮分别通过链轮轴套固定；所述的链条履带行走机构由左右两条链条履带组成，左链条履带安装在左上主动链轮和左下从动链轮轴上，右链条履带安装在右下主动链轮轴和右上从动链轮上；在所述的左下从动链轮轴和右上从动链轮轴上分别设置有张紧螺钉，所述的张紧螺钉安装在链轮支架上，所述的链轮支架安装在从动链轮两侧、其两端还分别安装有锁紧螺母；左下从动链轮通过滚动轴承安装在左下从动链轮轴上，左下从动链轮轴通过紧定螺钉固定在框架上，右上从动链轮通过滚动轴承安装在右上从动链轮轴上，右上从动链轮轴通过紧定螺钉固定在框架上；所述的超高压水射流真空除锈清洗器通过清洗器安装板安装在框架的中心，所述的永磁吸附单元安装在链条履带行走机构上，超高压水射流真空除锈清洗器外接真空源和永磁吸附单元形成真空永磁混合吸附；所述的左安全栓、右安全栓、左右链罩和清洗器安装板分别安装在框架上.
本发明所述的超高压水射流真空除锈清洗器下面设置有水射流真空密封圈。
本发明所述的左上主动链轮、右下主动链轮、左下从动链轮、右上从动链轮、两链条履带均为防水结构，在所述的框架上的链罩内安装有推进轮。
本发明所述的清洗器安装板为高度可调结构。
一种船舶壁面除锈爬壁机器人的工作方法包括以下步骤：
A、调整链条的张紧度：当链条太紧时，通过调整位于从动链轮两侧的张紧螺钉使从动链轮向靠近主动链轮的方向移动，从而减小两链轮的中心距，使链条放松；当链条太松时，通过调整位于从动链轮两侧的张紧螺钉，使从动链轮向远离主动链轮的方向移动，从而增大两链轮的中心距，使链条张紧；
B、调节高度：通过调节清洗器安装板的高度来调节超高压水射流真空除锈清洗器除锈射流高度；
C、运动控制：控制左上驱动电机正转、右下驱动电机以相同速度反转时，则机器人前进；控制左上驱动电机反转、右下驱动电机以相同速度正转时，则机器人后退；控制左上驱动电机正转、右下驱动电机以相同速度正转时，则机器人右转；控制左上驱动电机反转、右下驱动电机以相同速度反转时，则机器人左转。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、由于本发明采用永磁真空混合吸附方式设计爬壁机器人，有效利用回收锈渣真空的负压压力，并且结合永磁吸附力，使机器人吸附可靠、工作安全、吸附结构紧凑，可以实现爬壁机器人高空大负载作业。
2、由于本发明在超高压水射流真空除锈清洗器下面设置有水射流真空密封圈，实现射流安全和保障真空效果。
3、由于本发明的清洗器安装板为高度可调结构，通过调节清洗器安装板高度调节超高压水射流真空除锈清洗器除锈射流高度；
4、由于本发明的左上侧机构与右下侧机构关于机器人两侧左右对角中心对称布置安装方式，最大限度地降低了机器人的高度，同时，降低了对爬壁机器人吸附能力影响较大的重心高度，使机器人负载能力增强，爬壁高度增高。
5、本发明立足于负载能力大、除锈效率高、吸附性能好、驱动灵活、操作简易，在船舶壁面除锈等方面有广阔的应用前景。
附图说明
本发明共有附图3张，其中：
图1是船舶壁面除锈爬壁机器人本体结构图。
图2是船舶壁面除锈爬壁机器人左侧视图。
图3是船舶壁面除锈爬壁机器人的链条张紧装置结构示意图。
图中，1、右下主动链轮轴，2、右下主动链轮，3、右下联轴器，4、右下加强筋板，5、右下减速机，6、右下驱动电机，7、左下从动链轮，8、左下从动链轮轴，9、机器人框架，10、左安全栓，11、左上主动链轮轴，12、左上主动链轮，13、链罩，14、左上联轴器，15、左上加强筋板，16、左上减速机，17、左上驱动电机，18、超高压水射流真空除锈清洗器，19、清洗器安装板，20、右上从动链轮，21、右上从动链轮轴，22、右安全栓，23、永磁吸附单元，24、链条履带行走机构，25、锁紧螺母，26、张紧螺钉，27、链轮支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-3所示，一种船舶壁面除锈爬壁机器人包括框架9、链条履带行走机构24、永磁吸附单元23、左上驱动电机17、左上减速机16、右下驱动电机6、右下减速机5，其左上侧机构与右下侧机构相对于机器人两侧左右对角中心为对称结构，所述的左上驱动电机17与左上减速机16连接，安装在框架9左上侧安装板上；所述的左上减速机16通过左上联轴器14与左上主动链轮12连接，左上主动链轮12通过滚动轴承安装在左上主动链轮轴11上，左上主动链轮轴11通过紧定螺钉固定在框架9上，在左上减速机16与框架9连接处装有左上加强筋板15；所述的右下驱动电机6与右下减速机5连接，安装在框架9右下侧安装板上，右下减速机5通过右下联轴器3与右下主动链轮2连接，右下主动链轮2通过滚动轴承安装在右下主动链轮轴1上，右下主动链轮轴1通过紧定螺钉固定在框架9上，在右下减速机5与框架9连接处装有右下加强筋板4；所述的左上主动链轮12和右下主动链轮2分别通过链轮轴套固定；所述的链条履带行走机构24由左右两条链条履带组成，左链条履带安装在左上主动链轮12和左下从动链轮轴8上，右链条履带安装在右下主动链轮轴1和右上从动链轮20上；在所述的左下从动链轮轴8和右上从动链轮轴21上分别设置有张紧螺钉26，所述的张紧螺钉26安装在链轮支架27上，所述的链轮支架27安装在从动链轮两侧、其两端还分别安装有锁紧螺母25；左下从动链轮7通过滚动轴承安装在左下从动链轮轴8上，左下从动链轮轴8通过紧定螺钉固定在框架9上，右上从动链轮20通过滚动轴承安装在右上从动链轮轴21上，右上从动链轮轴21通过紧定螺钉固定在框架9上；所述的超高压水射流真空除锈清洗器18通过清洗器安装板19安装在框架9的中心，所述的永磁吸附单元23安装在链条履带行走机构24上，超高压水射流真空除锈清洗器18外接真空源和永磁吸附单元23形成真空永磁混合吸附；所述的左安全栓10、右安全栓22、左右链罩13和清洗器安装板19分别安装在框架9上。所述的超高压水射流真空除锈清洗器18下面设置有水射流真空密封圈。所述的左上主动链轮12、右下主动链轮2、左下从动链轮7、右上从动链轮20、两链条履带均为防水结构，在所述的框架9上的链罩13内安装有推进轮。所述的清洗器安装板19为高度可调结构。
一种船舶壁面除锈爬壁机器人的工作方法包括以下步骤：
A、调整链条的张紧度：当链条太紧时，通过调整位于从动链轮两侧的张紧螺钉26使从动链轮向靠近主动链轮的方向移动，从而减小两链轮的中心距，使链条放松；当链条太松时，通过调整位于从动链轮两侧的张紧螺钉26，使从动链轮向远离主动链轮的方向移动，从而增大两链轮的中心距，使链条张紧；
B、调节高度：通过调节清洗器安装板19的高度来调节超高压水射流真空除锈清洗器18除锈射流高度；
C、运动控制：控制左上驱动电机17正转、右下驱动电机6以相同速度反转时，则机器人前进；控制左上驱动电机17反转、右下驱动电机6以相同速度正转时，则机器人后退；控制左上驱动电机17正转、右下驱动电机6以相同速度正转时，则机器人右转；控制左上驱动电机17反转、右下驱动电机6以相同速度反转时，则机器人左转。
基于本发明原理设计的一款船舶壁面除锈爬壁机器人，外形尺寸735mm×752mm×280mm，自重84kg，负载能力80kg。当机器人爬壁高度较低，拖带真空回收除渣管及超高压水射流管等管路的重量较小的时候，可以通过永磁吸附单元23作用在船壁表面实现吸附；当机器人爬壁高度较高，拖带真空回收除渣管及超高压水射流管等管路的重量较大的时候，可以通过永磁吸附单元23和真空回收管路同时吸附。当永磁力和负压产生后，机器人对船舶壁面的压力大部分作用在推进轮上，此时驱动两台驱动电机可以实现机器人前进、后退和旋转等动作。

Claims (5)

1.一种船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：包括框架(9)、链条履带行走机构(24)、永磁吸附单元(23)、左上驱动电机(17)、左上减速机(16)、右下驱动电机(6)、右下减速机(5)，其左上侧机构与右下侧机构相对于机器人两侧左右对角中心为对称结构，所述的左上驱动电机(17)与左上减速机(16)连接，安装在框架(9)左上侧安装板上；所述的左上减速机(16)通过左上联轴器(14)与左上主动链轮(12)连接，左上主动链轮(12)通过滚动轴承安装在左上主动链轮轴(11)上，左上主动链轮轴(11)通过紧定螺钉固定在框架(9)上，在左上减速机(16)与框架(9)连接处装有左上加强筋板(15)；所述的右下驱动电机(6)与右下减速机(5)连接，安装在框架(9)右下侧安装板上，右下减速机(5)通过右下联轴器(3)与右下主动链轮(2)连接，右下主动链轮(2)通过滚动轴承安装在右下主动链轮轴(1)上，右下主动链轮轴(1)通过紧定螺钉固定在框架(9)上，在右下减速机(5)与框架(9)连接处装有右下加强筋板(4)；所述的左上主动链轮(12)和右下主动链轮(2)分别通过链轮轴套固定；所述的链条履带行走机构(24)由左右两条链条履带组成，左链条履带安装在左上主动链轮(12)和左下从动链轮轴(8)上，右链条履带安装在右下主动链轮轴(1)和右上从动链轮(20)上；在所述的左下从动链轮轴(8)和右上从动链轮轴(21)上分别设置有张紧螺钉(26)，所述的张紧螺钉(26)安装在链轮支架(27)上，所述的链轮支架(27)安装在从动链轮两侧、其两端还分别安装有锁紧螺母(25)；左下从动链轮(7)通过滚动轴承安装在左下从动链轮轴(8)上，左下从动链轮轴(8)通过紧定螺钉固定在框架(9)上，右上从动链轮(20)通过滚动轴承安装在右上从动链轮轴(21)上，右上从动链轮轴(21)通过紧定螺钉固定在框架(9)上；所述的超高压水射流真空除锈清洗器(18)通过清洗器安装板(19)安装在框架(9)的中心，所述的永磁吸附单元(23)安装在链条履带行走机构(24)上，超高压水射流真空除锈清洗器(18)外接真空源和永磁吸附单元(23)形成真空永磁混合吸附；所述的左安全栓(10)、右安全栓(22)、左右链罩(13)和清洗器安装板(19)分别安装在框架(9)上。
2.根据权利要求1所述的船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：所述的超高压水射流真空除锈清洗器(18)下面设置有水射流真空密封圈。
3.根据权利要求1所述的船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：所述的左上主动链轮(12)、右下主动链轮(2)、左下从动链轮(7)、右上从动链轮(20)、两链条履带均为防水结构，在所述的框架(9)上的链罩(13)内安装有推进轮。
4.根据权利要求1所述的船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：所述的清洗器安装板(19)为高度可调结构。
5.一种船舶壁面除锈爬壁机器人的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、调整链条的张紧度：当链条太紧时，通过调整位于从动链轮两侧的张紧螺钉(26)使从动链轮向靠近主动链轮的方向移动，从而减小两链轮的中心距，使链条放松；当链条太松时，通过调整位于从动链轮两侧的张紧螺钉(26)，使从动链轮向远离主动链轮的方向移动，从而增大两链轮的中心距，使链条张紧；
B、调节高度：通过调节清洗器安装板(19)的高度来调节超高压水射流真空除锈清洗器(18)除锈射流高度；
C、运动控制：控制左上驱动电机(17)正转、右下驱动电机(6)以相同速度反转时，则机器人前进；控制左上驱动电机(17)反转、右下驱动电机(6)以相同速度正转时，则机器人后退；控制左上驱动电机(17)正转、右下驱动电机(6)以相同速度正转时，则机器人右转；控制左上驱动电机(17)反转、右下驱动电机(6)以相同速度反转时，则机器人左转.
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