CN106428459B - 空化射流清洁船体机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空化射流清洁船体机器人，属于船体防护机器人技术领域。空化射流清洁船体机器人包括主体框架、左侧伺服电机和右侧伺服电机，其特征在于，在主体框架左侧设置有左侧主履带和左侧越障履带，在主体框架右侧设置有右侧主履带和右侧越障履带，左侧伺服电机驱动左侧主履带运动；右侧伺服电机驱动右侧主履带运动。本发明提供的射流空化船体清洁机器人其稳定性与可靠性高，越障与防倾覆能力高。

Description

空化射流清洁船体机器人

技术领域

本发明涉及一种空化射流清洁船体机器人，属于船体防护和机器人技术领域。

背景技术

海运是国际贸易中的一种重要交通方式，具有货物运载量大，运输费用低等优点，但海洋中水生物种类繁多，船舶常年在水中航行，大量海生物会附着于船体之上。对船舶来讲，海洋生物的附着会产生很多不利的影响：1)它增大了船体表面的粗糙程度，增加了船舶在水中航行的阻力。经过实验测定，当航速为2-9节时，船体附着生物会使船舶的航行阻力增加3倍；2)海洋生物在螺旋桨上附着使螺旋桨的有效输出功率减小为原来的80％；3)船体附着生物随着时间的延长，其质量会不断增大，无形之中使得船舶运输的无效负荷增加；4)船体附着生物和铁细菌、硫酸盐还原细菌在海水环境中通过联合作用呈现出弱酸性，会对船体表面的防护层产生很强的电化学腐蚀作用，最终可能导致船体钢板的强烈腐蚀。

为了延长船舶的使用寿命，保证船舶的安全航行，船舶必须定期地进行船坞检查。但是，船坞数量不足，清理修复时间长等问题，无形之中增加了船舶的成本损耗和非运营时间。所以开发自动化机器人设备进行水上/水下船体清洁作业，采用新型清洁设备，提高船体清洁的自动化水平和降低船体庆祝作业对海洋环境的二次污染具有非常重要的实际意义和商业价值。为克服上述问题，现有技术中公开了一种搭载毛刷设备用于船体清洁的机器人，采用履带传动、永磁吸附的形式，包括左右两条履带，分别由电机整体驱动，这种驱动方式的机器人稳定性与可靠性差，越障与防倾覆能力差。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺点，本发明的发明目的是提供一种空化射流清洁船体机器人，其稳定性与可靠性高，越障与防倾覆能力强，清洁效率高且对海洋二次污染程度低。

为实现所述发明目的，本发明提供一种空化射流清洁船体机器人，其包括主体框架、左侧伺服电机和右侧左侧伺服电机，其特征在于，在主体框架左侧设置有左侧主履带和左侧越障履带，在主体框架右侧设置有右侧主履带和右侧越障履带，左侧伺服电机驱动左侧主履带运动；右侧伺服电机驱动右侧主履带运动。

优选地，左侧主履带和左侧越障履带通过左侧履带间链传动机构连接；右侧主履带和右侧越障履带通过右侧履带间链传动机构连接。

优选地，主履带包括主履带导向架、主履带驱动链轮、主履带从动链轮和主履带传动链条，其中，主履带驱动链轮和主履带从动链轮设置在主履带导向架后端和前端，主履带传动链条用于连接主履带驱动链轮和主履带从动链轮。

优选地，主履带导向架两侧上下端设置有链条导轨，导向架定位杆穿过导向架，且导向架定位杆两端设置于主履带内、外导向板上，实现磁体块吸附力的均匀分布与力学传递。

优选地，越障履带采用悬臂式安装，俯仰机构通过额外动力主动控制其俯仰。

优选地，在主体框架的下部设置有n个空化射流清洁盘，n为大于或者等于1的整数。

优选地，在主体框架上还设置有m个空化枪，m为大于或者等于1的整数。

优选地，在主体框架上还设置有k个摄像设备，k为大于或者等于1的整数。

与现有技术相比，本发明提供的射流空化船体清洁机器人具有如下优点：双侧履带都分为前后两段——越障履带和主履带，履带间通过链式齿轮机构传动，增强了机器人的越障与防倾覆能力；履带内设置有导向架，保证了履带受力的均匀性，增强了机器人的稳定性和可靠性；搭载空化清洁设备，提高了清洁效率、降低了二次污染程度。

附图说明

图1是本发明提供的空化射流清洁船体机器人系统组成框图；

图2A是本发明提供的空化射流清洁船体机器人结构俯视图；

图2B是本发明提供的空化射流清洁船体机器人结构侧视图；

图2C是本发明提供的空化射流清洁船体机器人结构立体图；

图3是本发明提供的空化射流清洁船体机器人左侧履带及连接结构图；

图4是本发明提供的空化射流清洁船体机器人左侧履带内部结构图；

图5是本发明提供的空化射流清洁船体机器人越障履带俯仰机结构图；

图6是本发明提供的空化射流清洁船体机器人主体框架结构图。

具体实施方式

下面将结合附图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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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的限制。术语“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方向是以机器人设置清洁枪的方位为参考的，设置清洁枪的方向为前，与其相反的方向为后，在左为左侧，在右为右侧。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1是本发明提供的空化射流清洁船体机器人系统组成框图，如图1所示，本发明提供的空化射流清洁船体机器人系统包括空化射流清洁机器人本体1(简称：机器人本体)、远程操控监视终端2、空化供水设备3、连接机器人本体与远程操控监视终端的供电通信缆4以及连接机器人本体与其空化供水设备的供水缆5，其中，机器人本体1为系统核心单元，搭载空化清洁设备执行清洁任务；远程操控监视终端2执行对机器人本体的任务规划、运动控制、状态监视等；空化供水设备3则为机器人本体搭载的空化清洁设备提供所需高压空化水流；远程操控监视终端通过供电通信缆4与机器人本体进行通信，并为机器人本体提供电能；通过供水缆5给机器人本体供水。

图2A、2B、2C分别是本发明提供的空化射流机器人结构的俯视图、侧视图、立体图，如图2A、2B和2C所示，本发明提供的空化射流清洁船体机器人本体1包括主体框架7，在主体框架左侧设置有左侧主履带8A和左侧越障履带9A，在主体框架右侧设置有右侧主履带8B和右侧越障履带9B；左侧主履带8A和左侧越障履带9A通过左侧履带间传动机构10A连接，右侧主履带8B和右侧越障履带9B通过右侧履带间传动机构10B连接。机器人本体还包括左侧伺服电机11A和右侧伺服电机11B，为了节省横向空间，左侧、右侧伺服电机与履带平行布置；左侧伺服电机11A通过左侧锥形齿轮机构12A驱动左侧主履带8A，右侧伺服电机11B通过右侧锥形齿轮机构12B驱动右侧主履带8B。主体框架7内-后部设置有电气密封箱13，其搭载机器人控制系统电路板及其他辅助电路、接插件等，完成机器人运动控制、清洁设备控制、传感信号接收以及与远程操控监视终端2的数据传输；电气密封箱13通过数据电缆与摄像设备、传感器设备、动力设备等连接。主体框架7内-前部搭载n个空化射流清洁盘(简称：空化盘，n为大于或者等于1的整数)，优选3个空化射流清洁盘14A、14B、14C，三个空化盘呈“三角型”布置并设置在机器人本体主体框架的下部，此布局能在最大化利用空化盘组成无缝清洁效果的同时，保证在空化盘负压作用下机器人动力学的均匀分布，促进系统的力学稳定性；在主体框架7的前段两侧位置设置有m个空化射流清洁枪(简称：空化枪)，m为大于或者等于1的整数，优选2个空化射流清洁枪15A、15B，通过凸轮导杆机构将空化枪与动力机构连接，从而驱动空化枪的左右往复摆动，实现机器人履带前向区域以及履带与空化盘间隙前向区域的清洁。在主体框架7的前后还设置有k个摄像设备，k为大于或者等于1的整数，优选4个强光摄像设备以获取机器人周围的视频信息，并将其通过数据电缆传输至电气密封箱13内的控制系统。

图3是本发明提供的空化射流清洁船体机器人左侧履带及连接结构图，如图3所示，本发明提供的机器人左侧履带包括左侧主履带8A、左侧越障履带9A、以及用于链接左侧主履带8A和左侧越障履带9A的左侧履带间传动机构；左侧履带间传动结构包括链轮23A、链轮23B(在图3中，设置在越障履带驱动轴连接件16内)和用于链接链轮23A和链轮23B的链条10A，其中，链轮23A通过轴承机构18设置在左侧主履带从动轴21上，链轮23B通过轴承机构19设置在左侧越障履带驱动轴22上，从而实现主履带8A和越障履带9A之间的力学传递。左侧履带间传动结构至少还包括左侧主履带从动轴连接件15和左侧越障履带驱动轴连接件16，它们均与主体框架7焊接。

左侧主履带8A包括主履带内导向板25、主履带外导向板26和主履带上护板27，它们形成只有下端具有开口的壳体，用于容纳左侧主履带传动机构。左侧主履带8A还包括左侧主履带主动轴连接件14，左侧主履带的主动轴20通过轴承17设置于其的贯通孔中。

左侧越障履带9A包括越障履带内导向板35、越障履带外导向板36和越障履带上护板37，它们形成只有下端具有开口的壳体，用于容纳左侧越障履带传动机构。

本发明提供的机器人本体的右侧履带及其连接结构与左侧履带及连接结构组成及结构相同，且镜像对称。

图4是本发明提供的空化射流清洁船体机器人左侧履带内部结构图，如图4所示，本发明提供的机器人左侧主履带8A至少包括主履带传动机构，主履带传动机构包括主履带驱动轴20、主履带从动轴21、设置在主履带驱动轴20上的主履带驱动链轮28、主履带从动轴21上的主履带从动链轮29、主履带导向架30和主履带传动链条32，其中，主履带驱动轴20和主履带从动轴21分别设置在主履带导向架30的后端和前端。主履带传动链条32由多节链节组成，用于主履带主动链轮和主履带从动链轮间的连接和传动。主履带导向架30至少包括K(K 大于或者等于3)段沿轴向设置有通孔的导向体，每段导向体至少设置有穿过通孔的导向架定位杆31。主履带导向架30沿周向至少设置有多节链节磁体33。导向架定位杆31两端分别固定于内导向板和外导向板，实现链节磁体33，吸附力的均匀分布与力学传递；封装磁体块设置辐板，代替链条一侧的外链板与链轴连接，实现随动与力学传动。

本发明提供的机器人左侧越障履带9A至少包括越障履带传动机构，越障履带传动机构包括越障履带驱动轴22、越障履带从动轴34、设置在越障履带驱动轴22上的越障履带驱动链轮41、设置在从动轴34上的从动链轮42、越障履带导向架44和越障履带传动链条43，其中，越障履带驱动轴22和越障履带从动轴34分别设置在越障履带导向架44的后端和前端。越障履带传动链条43由多节链节组成，用于越障履带主动链轮41和越障履带从动链轮42间的连接和传动。越障履带导向架至少包括M(M大于或者等于3)段沿轴向设置有通孔的导向体，每段导向体至少设置有穿过通孔的导向架定位杆47。越障履带导向架沿周向至少设置有多节链节磁体。导向架定位杆两端分别固定于内导向板和外导向板，实现链节磁，吸附力的均匀分布与力学传递；封装磁体块设置辐板，代替链条一侧的外链板与链轴连接，实现随动与力学传动。

主履带驱动链轮28由伺服电机11A通过齿轮机构12A、主履带驱动轴20驱动，通过主履带传动链条32带动主履带从动链轮、主履带从动轴，从而带动履带间链传动机构来驱动越障履带驱动链轮。即，电机驱动主履带驱动链轮转动时，通过链条带动从动链轮旋转，从动链轮通过履带间链传动机构带动越障履带驱动链轮旋转，越障履带通过链条带动越障履带从动链轮旋转，从而机器人运动。

本发明提供的机器人至少还包括越障履带俯仰机，下面结合图5详细说明。

图5是本发明提供的空化射流清洁船体机器人越障履带俯仰机构图，如图3和5所示，机器人越障履带俯仰机构至少包括越障履带连杆39，起到轴间距定位和力学强化作用越障履带连杆39具有平行于越障履带内导向板的纵板和两根垂直设置在纵板上的两个横柱，两横柱通过连接板固定连接。纵板前端和后端分别设置有装配孔，越障履带的主动轴22设置在前端装配孔内，越障履带的从动轴设置在后端装配孔内。越障履带俯仰机构至少还包括一个套筒，其与纵板上后端的通孔同轴连接，越障履带的从动轴依次从套筒和纵板上后端的装配孔穿过。机器人越障履带俯仰机构至少还包括垂直设置于套筒上的弹簧安装杆46和蜗杆连接件45。机器人越障履带俯仰机构至少还包括减速涡轮机构44，蜗杆连接件45与减速涡轮机构44的输出蜗杆组成蜗杆机构。机器人越障履带俯仰机构至少还包括驱动电机，其设置在连接件38内，电机输出轴通过联轴器与减速涡轮机构44的输入轴连接，减速涡轮机构44的输出蜗杆与蜗杆连接件45连接。由此，电机旋转驱动减速涡轮机构44旋转，减速涡轮机构44输出蜗杆转动驱动蜗杆连接件45上下运动，从而带动越障履带轴的上下运动，即越障履带的俯仰；弹簧安装杆46装配弹簧后起到机构预紧和定位作用。机器人越障俯仰机构的使用使得越障履带具有一定角度的摆动能力，能够使得机器人越障时，越障履带在主动控制下趋向于被吸附壁面，增强了机器人的越障能力及越障过程中的稳定性与可靠性。

图6是本发明提供的空化射流清洁船体机器人本体框架结构图，如图6所示，本发明提供机器人的本体支撑机构采用框架式，在左右两侧对称设置有主履带主动轴连接件14、主履带从动轴连接件15、越障履带主动轴连接件16，在框架的中前部设置有加载空化盘的连接件48，至少可以设置三个空化盘，在框架的前端还设置有用于装配空化枪、摄像设备的连接件/孔；在框架的中后端设置有用于安装电气密封箱13的支架49，在支架49的两端分别设置有安装驱动电动机的支架。框架式结构有利于机器人清洁船体作业中清洁剥落海生物按照预定的流场方向扩散。

以上结合附图，详细说明了本发明的工作原理。但是本领域的普通技术人员应当明白，说明书仅是用于解释权利要求书。但本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明批露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种射流空化船体清洁机器人，其包括主体框架、左侧伺服电机和右侧左侧伺服电机，在主体框架左侧设置有左侧主履带和左侧越障履带，左侧主履带和左侧越障履带通过左侧履带间链传动机构连接；在主体框架右侧设置有右侧主履带和右侧越障履带，右侧主履带和右侧越障履带通过右侧履带间链传动机构连接；左侧伺服电机驱动左侧主履带运动；右侧伺服电机驱动右侧主履带运动；主履带包括主履带导向架、主履带驱动链轮、主履带从动链轮和主履带传动链条，其中，主履带驱动链轮和主履带从动链轮设置在主履带导向架后端和前端，主履带传动链条用于连接主履带驱动链轮和主履带从动链轮，其特征在于，主履带导向架（30）至少包括K段沿轴向设置有通孔的导向体，每段导向体至少设置有穿过通孔的导向架定位杆（31）；主履带导向架（30）沿周向至少设置有多节链节磁体（33）；导向架定位杆（31）两端分别固定于内导向板和外导向板，实现链节磁体吸附力的均匀分布与力学传递，K 为大于或者等于3的整数。

2.根据权利要求1所述的射流空化船体清洁机器人，其特征在于，越障履带采用悬臂式安装，俯仰机构通过额外动力主动控制其俯仰。

3.根据权利要求1-2任一项所述的射流空化船体清洁机器人，其特征在于，在主体框架的下部设置有n个空化射流清洁盘，n为大于或者等于1的整数。

4.根据权利要求3所述的射流空化船体清洁机器人，其特征在于，在主体框架上还设置有m个空化枪，m为大于或者等于1的整数。

5.根据权利要求4所述的射流空化船体清洁机器人，其特征在于，在主体框架上还设置有k个摄像设备，k为大于或者等于1的整数。