CN107585274B - 高海况船舶施救机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高海况船舶施救机器人，包括蝎钳、前身机架、后身机架、浮力块、角度调整缸、小吸盘腿部、电磁履带、大吸盘、推进器和蝎尾；蝎钳固定前身机架上，蝎尾固定于后身机架上，蝎尾的关节转动及蝎尾抓手驱动为步进电机；小吸盘腿部、大吸盘、大吸盘、电磁履带、推进器分别固定于前后身机架；小吸盘腿部连接于导杆上，腿部的运动动力源为液压缸，大吸盘固连于底部连接板，角度调整缸通过销钉连接高海况船舶施救机器人的前后机架，通过液压缸伸缩调整前后身的角度变化。本发明所设计的的各个部分结构巧妙，通过各个部分的协调合作，能使机器人在水中和船体壁以及甲板上前行，使高海况船舶施救机器人能够安全地运送救生设备至指定的地点。

Description

高海况船舶施救机器人

技术领域

本发明涉及一种高海况船舶施救机器人，是一种仿蝎救援领域机器人。

背景技术

在高海况的情况下，船舶容易出现抛锚、搁浅等状况，一般的救援装备在面对恶劣的海况环境很难达到预定的位置对船体进行解救，会耽误船舶的救援，从而使船体发生难以预料的财产损失甚至是生命损失；所以发明一种可靠的运送救生缆绳的设备十分必要。在现有的很多救生设备中，很少有既能在水中前进又能进行爬船体壁的装置，有些设置虽然满足要求，但是在爬壁过程中由于恶劣环境的影响，以及由于装置对船体的吸附力不够往往达不到预期的效果发生侧翻，使救生设备难以送达指定的位置。所以发明一种既能在水中前行，又能克服恶劣环境对吸附力的影响是高海况救生的关键技术。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种高海况船舶施救机器人。

本发明的目的是这样实现的：包括前身机架、通过机架连接销钉与前身机架铰接的后身机架、分别设置在前身机架两侧和后身机架两侧的电磁履带、分别驱动每个电磁履带的电机、分别设置在前身机架和后身机架下端的推进器，前身机架与后身机架之间还设置有角度调整缸，前身机架上端和后身机架上端分别设置有一个行进液压缸，前身机架上的行进液压缸的输出端连接有机器人前腿，后身机架上的行进液压缸的输出端连接有机器人后腿，前身机架上端和后身机架上端还分别设置有滑杆组，机器人前腿和机器人后腿分别安装在对应的滑杆组上，机器人前腿和机器人后腿的两个竖直段的端部分别设置有一小负压吸盘，前身机架和后身机架的下端的中间位置还分别设置有一大负压吸盘，后身机架的外端部设置有蝎尾固定座，蝎尾固定座上铰接有蝎尾大臂，蝎尾大臂的端部铰接有蝎尾小臂，蝎尾小臂的端部设置有蝎尾抓手，蝎尾抓手与后身机架上设置的蝎尾锁定杆配合。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.前身机架的外端部设置有蝎钳固定座，蝎钳固定座上铰接有蝎钳大臂，蝎钳的端部铰接有蝎钳小臂，蝎钳小臂的端部铰接有抱合手。

2.蝎尾大臂与蝎尾固定座的铰接轴、蝎尾大臂与蝎尾小臂的铰接轴、蝎钳大臂与蝎钳固定座的铰接轴、蝎钳大臂与蝎钳小臂的铰接轴、蝎钳小臂与蝎钳抱合手的铰接轴分别由对应的步进电机驱动；

所述蝎尾抓手包括与蝎尾小臂的端部固连的蝎尾安装座、设置在蝎尾小臂上的抓手电机、安装在抓手电机输出轴上的齿轮、与齿轮啮合的齿条、与齿条端部铰接的两个连杆、与每个连杆端部连接的连接轴、设置每个连接轴的两个端部的一对手部，每对手部与蝎尾安装座之间还通过连接件铰接，所述齿轮与齿条均设置在蝎尾小臂内，齿条的端部穿出至蝎尾安装座外。

3.所述角度调整缸的缸筒铰接在后身机架上、输出端铰接在前身机架上。

4.机器人前腿和机器人后腿的结构相同，均包括水平段和设置在水平段两端的两个竖直段。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明高海况船舶施救机器人能够实现机器人在水中行进，并且在攀爬船体过程中能够提供足够的吸附力，使救生绳缆能够安全可靠的送达指定位置并将救生绳挂指定位置。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的俯视图(运动状态1)。

图3为本发明的俯视图(运动状态2)。

图4为本发明的仰视图。

图5为本专利发明的右视图。

图6为本发明的翻越示意图(A是前身、B是后身、C是船体)。

图7为本发明的“蝎钳”示意图。

图8为本发明的“蝎尾”示意图。

图9为本发明的蝎尾抓手的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1-图9，本发明的目的是设计一种能实现稳定高效传送救生设备的机器人，本发明的高海况船舶施救机器人主要组成包括1、蝎钳，2、滑杆座，3、滑杆，4、小负压吸盘，5、机器人前腿，6、电磁履带轮，7、电磁履带，8、行进液压缸，9、前身机架,10、机架连接销钉，11、后身机架，12、机器人后腿，13、蝎尾锁定杆，14、蝎尾，15、角度调整缸，16、连接法兰,17电机支承架，18、浮力块，19、推进器，20、角度调整缸连接销钉，21、电机，22、大负压吸盘23、底部连接板；1-1、蝎钳抱合手，1-2、蝎钳小臂，1-3步进电机、1-4、蝎钳大臂，1-5、蝎钳固定座；14-1、蝎尾抓手，14-2、齿条，14-3齿轮，14-4蝎尾步进电机、14-5、蝎尾小臂，14-6、蝎尾固定座，14-7、蝎尾大臂。

所述的蝎钳固定前身机架上，蝎钳的关节转动驱动为步进电机，通过控制步进电机控制蝎钳的各个关节的角度来实现蝎钳的抱合，达到辅助固定和增加牵引力的目的。所述的蝎尾固定于后身机架上，蝎尾的关节转动及蝎尾抓手驱动为步进电机，通过控制尾巴各个关节的步进电机的角度来实现蝎尾的弯曲状态，也即通过步进电机驱动蝎尾卷起，通过控制尾部的步进电机带动齿轮齿条机构完成夹取的动作达到可靠锁定和定位，在到达指定位置后蝎尾作为挂绳机械手，将绳缆挂到指定位置；所述的小吸盘腿部连接于导杆上，腿部的运动动力源为液压缸，所述的小吸盘腿部通过法兰盘与推力液压缸固连，通过液压缸实现腿部的运动，当腿部运行至最前端时小吸盘吸住，液压缸回缩驱动机器人前进；所述的大吸盘固连于底部连接板，所述的电磁履带通过螺钉固定于前后机架的侧面，电磁履带链轮通过联轴器与电机相连，通过电机的正反转实现履带的前进与后退；所述的推进器通过螺纹连接的方式固连于前后底部连接板，通过控制螺旋桨的转动推动高海况船舶施救机器人在水中的前进，通过单独控制推进的电机实现机器人的转弯，所述的角度调整缸通过销钉连接高海况船舶施救机器人的前后机架，通过调整液压缸的活塞杆伸出长度来调整前身机架和后身机架的角度来适应船体壁和甲板的角度。上述各部分之间紧密配合构成高海况船舶施救机器人。

本发明的高海况船舶施救机器人的工作过程主要分为以下五个步骤：

第一个步骤为挂绳，将救生绳缆挂于高海况船舶施救机器人的蝎尾锁定杆13，蝎尾14卷起达到蝎尾锁定杆13位置，在步进电机14-4的驱动下带动齿轮14-3使齿条14-2进行直线运动从而使蝎尾抓手14-1抓取蝎尾锁定杆13进行锁定挂绳完毕。

第二个步骤为水中行进，高海况船舶施救机器人的推进器19分别与前身和后身的底部连接块23固连，推进器的分布为前后各分布两个其位置如图4、图5所示，高海况船舶施救机器人的底部装有浮力块18使机器人在行进过程中能悬浮于水中。将高海况船舶施救机器人放入水中，通过控制四个推进器19的转速，使其相互配合，协调合作推进以实现控制高海况船舶施救机器人在水中的前进以及转弯等动作，使机器人达到预定的位置。

第三个步骤为爬船体壁，在爬船体壁过程中，能否保证机器人正常工作不倾覆是一个关键问题，在此方案中提出了使用负压吸盘与电磁履带复合吸附的方式来达到增加机器人对船体的吸附力的目的。当高海况船舶施救机器人达到指定的位置后，通电使电磁履带7产生磁性，从而使机器人能吸附于船体表面，为机器人提供初始的吸附力；在爬升的过程中，首先，大负压吸盘22吸附船体，机器人主体不运动，如图2(运动状态1)；行进液压缸8推动带有小吸盘的前后腿5、12在滑杆3上同时向前运动一段距离，如图3(运动状态2)，然后小负压吸盘4吸附船体表面，大负压吸盘22取消吸附，电机21驱动电磁履带7，在行进液压缸8收缩的力和电磁履带7前进的动力作用下，高海况船舶施救机器人的主体向前运动，运动至图2状态，以此往复使机器人运动至甲板的高度，在运动过程中蝎钳1遇到凸起物时亦可起到抱合凸起物的作用使高海况船舶施救机器人更加稳固。

第四个步骤为翻越甲板，翻越甲板是高海况船舶施救机器人运送救生绳的另一关键步骤，对于从船体壁过度到甲板的过程中由于角度变化很大，机器人的前后身必须提供可靠的力来支撑翻越过程，否则会出现机器人掉落的危险，在本专利中高海况船舶施救机器人依靠电磁履带7、大小负压吸盘4、22以及蝎钳1的共同作用提供可靠的吸附固定力。当前半身运动至前身伸出甲板高度后，后半身大小负压吸盘4、22和电磁履带7全部吸附船体表面，这时控制角度调整缸15使其回缩，则能使高海况船舶施救机器人的前身与后身产生一定的的角度，将角度调整至船体壁与甲板的角度，使前身完全吸附作用于甲板上，如图6，然后前身的大小负压吸盘和电磁履带同时吸附于甲板，蝎钳1抱合，然后后身吸盘取消吸附，电磁履带断电，角度调整缸15伸出调整使后身转至与前身同一高度，继续前行翻越完成。

第五个步骤为挂绳，当高海况船舶施救机器人运动到指定位置后，蝎尾抓手14-1松开蝎尾锁定杆13，并将挂于其上的救生绳取下，蝎尾抓手14-1将救生绳挂至指定位置，挂绳完成。

综上，本发明设计的是一种用于救生的高海况船舶施救机器人，设计的目的是设计一种可靠的运送救生绳的船舶救生机器人，它的结构主要包括蝎钳、前身机架、后身机架、浮力块、角度调整缸、小吸盘腿部、电磁履带、大吸盘、推进器和蝎尾；所述的蝎钳固定前身机架上，蝎钳的关节转动驱动为步进电机；所述的蝎尾固定于后身机架上，蝎尾的关节转动及蝎尾抓手驱动为步进电机；所述的小吸盘腿部，大吸盘，电磁履带，推进器分别固定于前后身机架；所述的蝎钳固定前身机架上，通过步进电机驱动各个关节的旋转运动使蝎钳抱合；所述的蝎尾固定于后身机架上，通过步进电机驱动蝎尾卷起，通过步进电机带动齿轮齿条机构使蝎尾夹住锁定，到达指定位置后具有挂绳机械手的作用；所述的小吸盘腿部连接于导杆上，腿部的运动动力源为液压缸，小吸盘为负压吸盘。所述的大吸盘固连于底部连接板，为负压磁盘；所述的电磁履带固定于前身机架和后身机架侧面，电磁履带行进通过电机进行驱动；所述的推进器分别固定于前后身机架，所述的角度调整缸通过销钉连接高海况船舶施救机器人的前后机架，通过液压缸伸缩调整前后身的角度变化。本发明在水中的前进驱动为推进器，在船体壁上的前进驱动为吸盘和履带共同作用，还可以依靠蝎钳抱紧来辅助固定，通过液压缸伸缩来实现前后身角度变化实现翻越。本发明所设计的的各个部分结构巧妙，通过各个部分的协调合作，能使机器人在水中和船体壁以及甲板上前行，使高海况船舶施救机器人能够安全地运送救生设备至指定的地点。

Claims (6)

1.高海况船舶施救机器人，其特征在于：包括前身机架、通过机架连接销钉与前身机架铰接的后身机架、分别设置在前身机架两侧和后身机架两侧的电磁履带、分别驱动每个电磁履带的电机、分别设置在前身机架和后身机架下端的推进器，前身机架与后身机架之间还设置有角度调整缸，前身机架上端和后身机架上端分别设置有一个行进液压缸，前身机架上的行进液压缸的输出端连接有机器人前腿，后身机架上的行进液压缸的输出端连接有机器人后腿，前身机架上端和后身机架上端还分别设置有滑杆组，机器人前腿和机器人后腿分别安装在对应的滑杆组上，机器人前腿和机器人后腿的两个竖直段的端部分别设置有一小负压吸盘，前身机架和后身机架的下端的中间位置还分别设置有一大负压吸盘，后身机架的外端部设置有蝎尾固定座，蝎尾固定座上铰接有蝎尾大臂，蝎尾大臂的端部铰接有蝎尾小臂，蝎尾小臂的端部设置有蝎尾抓手，蝎尾抓手与后身机架上设置的蝎尾锁定杆配合。

2.根据权利要求1所述的高海况船舶施救机器人，其特征在于：前身机架的外端部设置有蝎钳固定座，蝎钳固定座上铰接有蝎钳大臂，蝎钳大臂的端部铰接有蝎钳小臂，蝎钳小臂的端部铰接有蝎钳抱合手。

3.根据权利要求2所述的高海况船舶施救机器人，其特征在于：蝎尾大臂与蝎尾固定座的铰接轴、蝎尾大臂与蝎尾小臂的铰接轴、蝎钳大臂与蝎钳固定座的铰接轴、蝎钳大臂与蝎钳小臂的铰接轴、蝎钳小臂与蝎钳抱合手的铰接轴分别由对应的步进电机驱动；

所述蝎尾抓手包括与蝎尾小臂的端部固连的蝎尾安装座、设置在蝎尾小臂上的抓手电机、安装在抓手电机输出轴上的齿轮、与齿轮啮合的齿条、与齿条端部铰接的两个连杆、与每个连杆端部连接的连接轴、设置在每个连接轴的两个端部的一对手部，每对手部与蝎尾安装座之间还通过连接件铰接，所述齿轮与齿条均设置在蝎尾小臂内，齿条的端部穿出至蝎尾安装座外。

4.根据权利要求1或2或3所述的高海况船舶施救机器人，其特征在于：所述角度调整缸的缸筒铰接在后身机架上、输出端铰接在前身机架上。

5.根据权利要求1或2或3所述的高海况船舶施救机器人，其特征在于：机器人前腿和机器人后腿的结构相同，均包括水平段和设置在水平段两端的两个竖直段。

6.根据权利要求4所述的高海况船舶施救机器人，其特征在于：机器人前腿和机器人后腿的结构相同，均包括水平段和设置在水平段两端的两个竖直段。