CN109606494A - 工作曲面自适应轮毂和水下清理机器人 - Google Patents

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徐文龙
姜媛
陈伟
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Abstract

本发明公开了一种工作曲面自适应轮毂和水下清理机器人，属于水下机器人领域，该工作曲面自适应轮毂包括轮毂主体，轮毂主体为圆柱形，轮毂主体的柱面上开设有多个均匀分布的圆柱孔，其中：圆柱孔内设置有线圈支架，线圈支架外绕有励磁线圈，线圈支架的末端为球铰副，球铰副上安装有导磁吸附圆盘，励磁线圈外侧设置有能够沿着圆柱孔轴线方向移动的电磁铁外壳。本发明轮毂上的导磁吸附圆盘吸附到船舶壁面上，在球铰副的作用下导磁吸附圆盘始终垂直于曲面的法向方向，电磁铁外壳沿着圆柱孔轴线方向移动，保证磁铁末端可以时刻接触壁面，本发明将轮毂与壁面的点线接触转化为点阵面接触，极大的提高了吸附能力，并且可以自适应不同的曲面。

Description

工作曲面自适应轮毂和水下清理机器人
技术领域
本发明涉及水下机器人领域，特别是指一种工作曲面自适应轮毂和水下清理机器人。
背景技术
大型船舶在长时间航行之后，其与水接触的侧面底面容易被水中生物附着影响航行，或者出现微小缝隙小面积掉漆等影响船舶的安全性能，因此需要一种机器人来完成对船舶侧面底面进行清理等操作。
现有的船舶清理机器人大多为履带式，并在履带底部安装有永磁铁或者电磁铁以吸附在船舶上。由于船舶的侧面和底面是一种不规则的曲面，现有的履带式船舶清理机器人自适应能力有限，容易脱落。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种工作曲面自适应轮毂和水下清理机器人，本发明极大的提高了吸附能力，并且可以自适应不同的曲面。
本发明提供技术方案如下：
一种工作曲面自适应轮毂，包括轮毂主体，所述轮毂主体为圆柱形，所述轮毂主体的柱面上开设有多个均匀分布的圆柱孔，其中：
所述圆柱孔内设置有线圈支架，所述线圈支架外绕有励磁线圈，所述线圈支架的末端为球铰副，所述球铰副上安装有导磁吸附圆盘，所述励磁线圈外侧设置有能够沿着所述圆柱孔轴线方向移动的电磁铁外壳。
一种水下清理机器人，包括机架、悬挂臂和前述的工作曲面自适应轮毂，其中：
所述工作曲面自适应轮毂通过悬挂臂与所述机架连接，所述机架上设置有推进装置和执行装置。
进一步的，所述悬挂臂包括依次连接的第一级电机、悬挂伸缩杆、第二级电机和第三级电机，其中：
所述第一级电机固定在所述机架上，所述第一级电机能够带动所述悬挂伸缩杆摆动，所述悬挂伸缩杆能够伸缩带动所述第二级电机移动，所述第二级电机能够带动所述第三级电机摆动，所述第三级电机与所述工作曲面自适应轮毂连接，所述第三级电机能够带动所述工作曲面自适应轮毂摆动。
进一步的，所述第一级电机的轴线与所述机架的轴线平行，所述悬挂伸缩杆的轴线与所述第一级电机的轴线垂直，所述第二级电机位于所述悬挂伸缩杆的末端并且所述第二级电机的轴线与所述悬挂伸缩杆的轴线垂直，所述第三级电机的轴线与所述第二级电机的轴线垂直。
进一步的，所述悬挂臂为4个，4个悬挂臂成矩形顶点分布，每个悬挂臂均连接有一个工作曲面自适应轮毂。
进一步的，所述执行装置设置在所述机架前端，所述执行装置包括操作手摆动电机和操作手伸缩杆，所述操作手伸缩杆通过操作手摆动电机与所述机架连接，所述操作手伸缩杆末端连接有执行器。
进一步的，所述悬挂伸缩杆和操作手伸缩杆均为伸缩气缸。
进一步的，所述推进装置设置在所述机架后端，所述推进装置为矢量喷水装置。
进一步的，所述机架中部两侧设置有扰流板。
本发明具有以下有益效果：
本发明在使用时，将工作曲面自适应轮毂安装到水下清洗机器人上，励磁线圈通电，将工作曲面自适应轮毂调节到合适的位置，轮毂上的导磁吸附圆盘吸附到船舶壁面上，在球铰副的作用下导磁吸附圆盘始终垂直于曲面的法向方向，电磁铁外壳沿着圆柱孔轴线方向移动，保证磁铁末端可以时刻接触壁面，本发明将轮毂与壁面的点线接触转化为点阵面接触，极大的提高了吸附能力，并且可以自适应不同的曲面。
附图说明
图1为本发明的工作曲面自适应轮毂的示意图；
图2为本发明的水下清理机器人的示意图。
其中，各部件的编号为：工作曲面自适应轮毂100、轮毂主体110、线圈支架120、励磁线圈130、球铰副140、导磁吸附圆盘150、电磁铁外壳160、机架1、悬挂臂2、推进装置3、执行装置4、第一级电机5、悬挂伸缩杆6、第二级电机7、第三级电机8、操作手摆动电机9、操作手伸缩杆10、执行器11、扰流板12。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一方面，本发明实施例提供一种工作曲面自适应轮毂，如图1所示，该工作曲面自适应轮毂100包括轮毂主体110，轮毂主体110为圆柱形，轮毂主体110的柱面上开设有多个均匀分布的圆柱孔，圆柱孔的数量和间隔可以根据需要以及轮毂主体的直径灵活设定，其中：
圆柱孔内设置有线圈支架120，线圈支架120外绕有励磁线圈130，线圈支架120的末端为球铰副140，球铰副140上安装有导磁吸附圆盘150，导磁吸附圆盘为导磁材料，当励磁线圈通电时，在电磁铁的作用下，导磁吸附圆盘可以吸附于曲面上，并且在球铰副的作用下，导磁吸附圆盘始终垂直于曲面的法线方向。励磁线圈130外侧设置有能够沿着圆柱孔轴线方向移动的电磁铁外壳160。
本发明在使用时，将工作曲面自适应轮毂安装到水下清洗机器人上，励磁线圈通电，将工作曲面自适应轮毂调节到合适的位置，轮毂上的导磁吸附圆盘吸附到船舶壁面上，在球铰副的作用下导磁吸附圆盘始终垂直于曲面的法向方向，电磁铁外壳沿着圆柱孔轴线方向移动，保证磁铁末端可以时刻接触壁面，本发明将轮毂与壁面的点线接触转化为点阵面接触，极大的提高了吸附能力，并且可以自适应不同的曲面。
另一方面，本发明实施例提供一种水下清理机器人，如图2所示，包括机架1、悬挂臂2和前述的工作曲面自适应轮毂100，其中：
工作曲面自适应轮毂100通过悬挂臂2与机架1连接，机架1上设置有推进装置3和执行装置4。
本发明在使用时，悬挂臂将轮毂调节到合适的位置，轮毂上的导磁吸附圆盘吸附到船舶壁面上，在球铰副的作用下导磁吸附圆盘始终垂直于曲面的法向方向，电磁铁外壳沿着圆柱孔轴线方向移动，保证磁铁末端可以时刻接触壁面，本发明将轮毂与壁面的点线接触转化为点阵面接触，极大的提高了吸附能力，并且可以自适应不同的曲面。机器人姿势确定之后，轮毂处于固定状态，此时执行装置进行动作，提高了执行精度。
作为本发明的一种改进，悬挂臂2包括依次连接的第一级电机5、悬挂伸缩杆6、第二级电机7和第三级电机8，其中：
第一级电机5固定在机架1上，第一级电机5能够带动悬挂伸缩杆6摆动，悬挂伸缩杆6能够伸缩带动第二级电机7移动，第二级电机7能够带动第三级电机8摆动，第三级电机8与工作曲面自适应轮毂100连接，第三级电机8能够带动工作曲面自适应轮毂100摆动，悬挂臂具有三个旋转自由度和一个移动自由度。
进一步的，第一级电机5的轴线与机架1的轴线平行，悬挂伸缩杆6的轴线与第一级电机5的轴线垂直，第二级电机7位于悬挂伸缩杆6的末端并且第二级电机7的轴线与悬挂伸缩杆6的轴线垂直，第三级电机8的轴线与第二级电机7的轴线垂直。
悬挂臂优选为4个，4个悬挂臂成矩形顶点分布，每个悬挂臂均连接有一个工作曲面自适应轮毂。
本发明的执行装置4设置在机架1前端，执行装置4包括操作手摆动电机9和操作手伸缩杆10，操作手伸缩杆10通过操作手摆动电机9与机架连接，操作手摆动电机控制操作手伸缩杆摆动，操作手伸缩杆10末端连接有执行器11。机器人姿势确定之后，四个轮毂处于固定状态，与机架形成并联系统，此时末端操作手进行动作，提高了末端执行器的精度。
优选的，悬挂伸缩杆6和操作手伸缩杆10均为伸缩气缸。
推进装置3优选设置在机架1后端，推进装置3为矢量喷水装置，机器人的驱动方式采用矢量喷水推进的方式。
机架1中部两侧设置有扰流板12，辅助调整姿态。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种工作曲面自适应轮毂，其特征在于，包括轮毂主体，所述轮毂主体为圆柱形，所述轮毂主体的柱面上开设有多个均匀分布的圆柱孔，其中：
所述圆柱孔内设置有线圈支架，所述线圈支架外绕有励磁线圈，所述线圈支架的末端为球铰副，所述球铰副上安装有导磁吸附圆盘，所述励磁线圈外侧设置有能够沿着所述圆柱孔轴线方向移动的电磁铁外壳。
2.一种水下清理机器人，其特征在于，包括机架、悬挂臂和权利要求1所示的工作曲面自适应轮毂，其中：
所述工作曲面自适应轮毂通过悬挂臂与所述机架连接，所述机架上设置有推进装置和执行装置。
3.根据权利要求2所述的水下清理机器人，其特征在于，所述悬挂臂包括依次连接的第一级电机、悬挂伸缩杆、第二级电机和第三级电机，其中：
所述第一级电机固定在所述机架上，所述第一级电机能够带动所述悬挂伸缩杆摆动，所述悬挂伸缩杆能够伸缩带动所述第二级电机移动，所述第二级电机能够带动所述第三级电机摆动，所述第三级电机与所述工作曲面自适应轮毂连接，所述第三级电机能够带动所述工作曲面自适应轮毂摆动。
4.根据权利要求3所述的水下清理机器人，其特征在于，所述第一级电机的轴线与所述机架的轴线平行，所述悬挂伸缩杆的轴线与所述第一级电机的轴线垂直，所述第二级电机位于所述悬挂伸缩杆的末端并且所述第二级电机的轴线与所述悬挂伸缩杆的轴线垂直，所述第三级电机的轴线与所述第二级电机的轴线垂直。
5.根据权利要求2-4任一所述的水下清理机器人，其特征在于，所述悬挂臂为4个，4个悬挂臂成矩形顶点分布，每个悬挂臂均连接有一个工作曲面自适应轮毂。
6.根据权利要求5所述的水下清理机器人，其特征在于，所述执行装置设置在所述机架前端，所述执行装置包括操作手摆动电机和操作手伸缩杆，所述操作手伸缩杆通过操作手摆动电机与所述机架连接，所述操作手伸缩杆末端连接有执行器。
7.根据权利要求6所述的水下清理机器人，其特征在于，所述悬挂伸缩杆和操作手伸缩杆均为伸缩气缸。
8.根据权利要求5所述的水下清理机器人，其特征在于，所述推进装置设置在所述机架后端，所述推进装置为矢量喷水装置。
9.根据权利要求8所述的水下清理机器人，其特征在于，所述机架中部两侧设置有扰流板。
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