CN110280506B - 一种弧面异物清理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弧面异物清理方法，其基于一弧面异物清理设备实现，弧面异物清理设备包括清理执行器和定位装置，定位装置与清理执行器连接，定位装置包括移动机构以及与移动机构连接的柔性自调节机构；方法包括如下步骤：提供一驱动力；定位装置在驱动力作用下，移动机构以一定压力压在弧面上并相对于弧面运动；清理执行器在定位装置的作用下相对于弧面运动以清理弧面上的异物；在异物清理过程中，柔性自调节机构根据弧面的表面结构对移动机构的反作用力产生形变以进行对弧面的表面结构的一次自适应。本发明简化了弧面异物清理设备的结构，降低控制系统复杂度，提高弧面异物清理设备非标准弧面自适应能力，最终提高弧面异物清理作业的可靠性。

Description

一种弧面异物清理方法

技术领域

本发明涉及弧面作业技术领域，具体涉及一种弧面异物清理方法。

背景技术

弧面清洗器是一种常见的大型的弧面清洗作业机械装置，例如用于隧洞附着海生物清理，其中，隧洞内表面理论上为弧面结构，但实际情况中例如隧洞等弧面结构内表面会存在一些非标准弧面，而非标准弧面影响清洗器对弧面结构的清洗工作，那么，现有弧面清洗器大多是由液压驱动的大扭矩低转速双圆盘刷清洗设备，工作时通过圆盘刷自身变形来适应非标准弧面。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有弧面清洗器至少存在以下技术问题：弧面异物清理过程中，清理设备对于非标准弧面自适应能力差、清理不干净且效率低等问题。

发明内容

本发明旨在提供一种弧面异物清理方法，提高弧面异物清理设备的非标准弧面自适应能力和弧面清理作业可靠性。

具体地，本发明实施例提供一种弧面异物清理方法，包括：

一种弧面异物清理方法，其基于一其弧面异物清理设备实现，所述弧面异物清理设备包括清理执行器和定位装置，所述定位装置与所述清理执行器连接，所述定位装置包括移动机构以及与所述移动机构连接的柔性自调节机构；

所述方法包括如下步骤：

提供一驱动力；

所述定位装置在所述驱动力作用下，所述移动机构以一定压力压在弧面上并相对于所述弧面运动；

所述清理执行器在所述定位装置的作用下相对于弧面运动以清理弧面上的异物；

其中，在进行异物清理的过程中，所述柔性自调节机构根据弧面的表面结构对所述移动机构的反作用力产生形变以进行对弧面的表面结构的一次自适应。

其中，所述清理执行器与所述定位装置柔性连接；

其中，所述清理执行器在所述定位装置的作用下相对于弧面运动以清理弧面上的异物包括：

在清理异物过程中，所述清理执行器根据其与异物和/或弧面结构的接触情况调整自身姿态，使得所述清理执行器相对于所述定位装置前后和/或左右运动一定位移以进行对弧面的表面结构的二次自适应。

其中，所述清理执行器包括支撑板以及连接于所述支撑板一侧的作业刀片，所述支撑板与所述定位装置连接；

其中，所述清理执行器根据其与异物的接触情况调整自身姿态包括：

所述清理执行器根据作业刀片与异物的接触情况调整自身姿态。

其中，所述定位装置还包括支撑架、活动关节和连接机构；其中，所述支撑架一侧设置所述移动机构，所述支撑架另一侧设置所述柔性自调节机构和所述活动关节，所述连接机构分别与所述柔性自调节机构和所述活动关节连接；

所述方法还包括：

所述定位装置在弧面的表面结构的反作用力下，通过所述活动关节调节支撑架姿态。

其中，所述柔性自调节机构包括若干第一弹簧元件，所述第一弹簧元件一端与所述连接机构连接，所述第一弹簧元件另一端与所述支撑架连接，所述若干第一弹簧元件分布所述连接机构前后左右四个侧部。

其中，所述支撑架上还设置有预紧调节机构，所述预紧调节机构包括若干第二弹簧元件，所述第二弹簧元件一端与述支撑板连接，所述第二弹簧元件另一端与述支撑架连接，所述若干第一弹簧元件依次等间距分布于所述支撑板一侧。

其中，所述清理执行器还包括前后摆动机构和左右摆动机构，所述支撑板、左右摆动机构、前后摆动机构以及支撑架依次连接；

所述清理执行器根据其与异物和/或弧面结构的接触情况调整自身姿态包括：

所述清理执行器在异物和/或弧面结构的反作用力下，通过所述左右摆动机构调整所述支撑板相对于所述支撑架左右摆动，并通过所述前后摆动机构调整所述支撑板相对于所述支撑架前后摆动。

其中，所述左右摆动机构包括摆动板和旋转轴，所述旋转轴设置于所述支撑板上，且所述旋转轴穿设于所述摆动板中，所述前后摆动机构与所述摆动板连接；

所述清理执行器根据其与异物和/或弧面结构的接触情况调整自身姿态包括：

所述清理执行器在异物和/或弧面结构的反作用力下，所述支撑板绕所述旋转轴转动实现左右摆动。

其中，所述前后摆动机构包括第一摆动元件和第二摆动元件，所述第一摆动元件和所述第二摆动元件铰接，所述第一摆动元件与所述摆动板连接，所述第二摆动元件与所述支撑架连接；

所述清理执行器根据其与异物和/或弧面结构的接触情况调整自身姿态包括：

所述清理执行器在异物和/或弧面结构的反作用力下，所述支撑板通过第一摆动元件实现相对于第二摆动元件前后摆动。

其中，所述支撑板上设置有一限位机构，所述限位机构与所述支撑板之间形成一限位槽，所述摆动板上设置有限位块，所述限位块容纳于所述限位槽中，且所述限位块可相对于所述支撑板移动。

本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供一种弧面异物清理方法，其基于一其弧面异物清理设备实现，所述弧面异物清理设备包括清理执行器和定位装置，所述定位装置与所述清理执行器连接，所述定位装置包括移动机构以及与所述移动机构连接的柔性自调节机构。本发明实施例具体应用过程中，通过一驱动装置提供驱动力以驱动所述定位装置的移动机构以一定压力压在已清理的弧面上，当所述移动机构接触到非标准的弧面时，移动机构受到非标准弧面结构的反作用力，此时，柔性自调节机构产生形变，以缓冲非标准弧面结构的反作用力，从而实现清理设备在弧面异物清理过程中对非标准弧面的自适应。综上，本发明实施例本简化了弧面异物清理设备的结构，降低控制系统复杂度，提高弧面异物清理设备非标准弧面自适应能力，最终提高弧面异物清理作业的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中弧面异物清理方法流程图。

图2为本发明一实施例中弧面异物清理设备结构示意图。

图3为本发明一实施例中弧面异物清理设备运动方向示意图。

图4为本发明一实施例中作业刀片及支撑板结构示意图。

图5为本发明一实施例中定位装置结构示意图。

图6为本发明一实施例中清理执行器结构示意图。

附图标记：

清理执行器1，作业刀片11，支撑板12，预紧调节机构13，前后摆动机构14，第一摆动元件141，第二摆动元件142，左右摆动机构15，摆动板151，旋转轴152，限位块16，限位机构17；

定位装置2，移动机构21，柔性自调节机构22，支撑架23，活动关节24，连接机构25；

驱动装置3；

弧面4；

异物5。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段、元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

如图1所示，本发明实施例提供一种弧面异物清理方法，其基于一其弧面异物清理设备实现，所述弧面异物清理设备如图2所示，所述弧面异物清理设备包括清理执行器和定位装置，所述定位装置与所述清理执行器连接，所述定位装置包括移动机构以及与所述移动机构连接的柔性自调节机构；

所述方法包括如下步骤：

步骤S1、提供一驱动力；

步骤S2、所述定位装置在所述驱动力作用下，所述移动机构以一定压力压在弧面上并相对于所述弧面运动；

步骤S3、所述清理执行器在所述定位装置的作用下相对于弧面运动以清理弧面上的异物；

其中，在进行异物清理的过程中，所述柔性自调节机构根据弧面的表面结构对所述移动机构的反作用力产生形变以使所述移动机构适应弧面的表面结构，此处为本实施例方法中对弧面结构(包括标准弧面和非标准弧面)的一次自适应。

其中，所述柔性自调节机构22由柔性材料制成，其在所述弧面结构的反作用力下产生形变。

具体而言，本实施例中定位装置2用于对所述清理执行器1的位置进行定位，所述清理执行器1安装于所述定位装置2的前端，维护及保养方便。当所述定位装置2通过移动机构21实现相对于弧面运动过程中，带动所述清理执行器1运动以对弧面4表面的异物 5进行清理；同时，在移动机构21运动过程中，所述驱动装置3提供一驱动力驱动所述定位装置2的移动机构21以一定压力压在已清理的弧面上并使得移动机构21相对于已清理的弧面运动，其中，定位装置2的运动方向可参阅图3。

其中，本实施例弧面异物清理设备可适用多样的作业驱动力形式，如直线式、步进旋转式以及螺旋式等。

其中，所述柔性自调节机构22具有弹性形变能力，在所述定位装置2运动过程中，当遇到非标准弧面的情况下，非标准弧面会有一个反作用力作用于所述移动机构21，此时，所述柔性自调节机构 22会产生形变，例如非标准弧面为一突起结构的情况，柔性自调节机构22会进行弹性收缩，待移动机构21运动通过非标准弧面之后，则柔性自调节机构22在弹性恢复力的作用下恢复至原来状态，使得定位装置2能够根据弧面结构情况进行自适应调整，保持对弧面的压力以及顺畅地在弧面上运动和清理异物，避免清理执行器1损伤待作业弧面。

基于以上内容可知，本实施例提供的弧面异物清理方法单次清理效率高，能够很好地适用于大面积非标准弧面清理。

在一实施例中，根据现场作业需求，所述移动机构21优选但不限于是定向轮、万向轮或其它结构形式的脚轮，材料可以是橡胶或金属。所述脚轮直接与弧面接触，通过驱动装置3的作用，工作时以一定的压力压于已清理好的弧面上。

在一实施例中，所述清理执行器与所述定位装置柔性连接；

其中，所述清理执行器在所述定位装置的作用下相对于弧面运动以清理弧面上的异物包括：

在清理异物过程中，所述清理执行器根据其与异物和/或弧面结构的接触情况调整自身姿态，使得所述清理执行器相对于所述定位装置前后和/或左右运动一定位移以进行对弧面的表面结构的二次自适应。

具体而言，本实施例中所述柔性连接指的是通过具有一定弹性形变能力的连接部件进行连接，使得清理执行器1可以相对于定位装置2做一定的位移调整，其中，本实施例中清理执行器1相对于定位装置2的位移调整方向为清理执行器1运动方向的前后方向和/ 或左右方向。

需说明的是，本实施例中所述前后方向为图3箭头所示运动方向。

在一实施例中，如图4所示，所述清理执行器1包括支撑板12 以及连接于所述支撑板12一侧的作业刀片11，所述支撑板12与所述定位装置2活动连接。

具体而言，在本实施例中，所述作业刀片11用于弧面异物的清理，优选但不限于采用耐磨性材料加工，其可以通过螺栓等连接件安装于所述支撑板12的前端。

其中，所述清理执行器根据其与异物的接触情况调整自身姿态包括：

所述清理执行器根据作业刀片与异物的接触情况调整自身姿态。

可以理解的是，所述作业刀片11可以根据驱动装置3作业形式的不同，可以进行相应的防弧形设计。

在一实施例中，如图5所示，所述定位装置2还包括支撑架23、活动关节24和连接机构25；其中，所述支撑架23一侧设置所述移动机构21，所述支撑架23另一侧设置所述柔性自调节机构22一端和所述活动关节24一端，所述连接机构25分别与所述柔性自调节机构22另一端和所述活动关节24另一端连接。

所述方法还包括：

所述定位装置在弧面的表面结构的反作用力下，通过所述活动关节调节支撑架姿态。

其中，所述活动关节24用于调整支撑架23前后姿态，所述柔性自调节机构22用于调整支撑架23的前后左右姿态，其中，当遇到非标准弧面的情况下，非标准弧面会有一个反作用力作用于所述移动机构21，此时所述活动关节24对支撑架23进行前后姿态调整，同时，所述柔性自调节机构22会适应性地进行弹性收缩，以适应所述活动关节24的调节，从而实现对支撑架23的前后姿态调整；此外，不可避免的，由于各机械部件之间存在一定的间隙，因此，在弧面异物清理设备清理过程中，利用所述柔性自调节机构22的弹性伸缩能力，能够对支撑架23的左右姿态进行微调。

具体而言，本实施例中支撑架23可以由矩形管和/或其它承力结构组装而成。其中，所述活动关节24包括第一活动件和第二活动件，所述第一活动件连接所述连接机构25，所述第二活动件连接所述支撑架23，所述第一活动件和第二活动件铰接，使得支撑架23 可以通过所述活动关节24实现相对于所述连接机构25做前后姿态调整。在本实施例中，所述活动关节24根据前端清理执行器1有效作业宽度不同而设计不同，当前端作业宽度较小时，选用单向铰接，即沿清理执行器1方向前后摆动；当前端作业宽度较大时，则选用定制十字铰接机构，可前后和左右方向摆动。

在本实施例中，所述连接机构25用于连接所述定位装置2与所述驱动装置3，具体地，所述连接机构25一端通过所述活动关节24 与所述支撑架23连接，另一端通过快换机构与所述驱动装置3连接；其中，所述快换机构根据需求，优选但不限于是机械式螺栓连接、电液式快换接头或其它具有快换功能的机构。

在一实施例中，所述柔性自调节机构22包括若干第一弹簧元件，所述第一弹簧元件一端与所述连接机构25连接，所述第一弹簧元件另一端与所述支撑架23连接，所述若干第一弹簧元件分布所述连接机构25前后左右四个侧部。

在本实施例中，第一弹簧元件优选但不限于为四个，所述柔性自调节机构22基于弹簧机理设计，如图5所示，四个第一弹簧元件均布于所述活动关节24摆动方向，用于在非作业状态下平衡作业机构自重导致的活动关节24运动，同时在作业工况下，在外力作用下，可自动伸缩调节，使支撑架23根据所压弧面的变化而前后或左右姿态调整。

在一实施例中，如图6所示，所述支撑架23上还设置有预紧调节机构13，所述预紧调节机构13包括若干第二弹簧元件，所述第二弹簧元件一端与述支撑板12连接，所述第二弹簧元件另一端与述支撑架23连接，所述若干第一弹簧元件依次等间距分布于所述支撑板12一侧。

具体而言，图6中所述预紧调节机构13一侧安装于支撑板12 上方，另一侧以一定的预紧力压于所述定位装置2的所述支撑架23 上。所述预紧调节机构13基于弹簧机理设计，作用力及行程可自动调节，工作时为前端作业刀片11提供一定的压紧力。

其中，清理执行器1的作业刀片11在预紧调节机构13的作用下以一定的压力压在弧面上方，同时在不规则弧面的反作用下前后、左右调节清理执行器1的姿态，使得作业刀片11以最佳姿态贴合弧面。在清理过程中，作业刀片11在预紧调节机构13的作用下压紧力可在一定范围内浮动控制，确保清理过程中不损伤弧面。

在一实施例中，可参阅图6，所述清理执行器1还包括前后摆动机构14和左右摆动机构15，所述支撑板12、左右摆动机构15、前后摆动机构14以及支撑架23依次连接。

其中，所述清理执行器根据其与异物和/或弧面结构的接触情况调整自身姿态包括：

所述清理执行器在异物和/或弧面结构的反作用力下，通过所述左右摆动机构调整所述支撑板相对于所述支撑架左右摆动，并通过所述前后摆动机构调整所述支撑板相对于所述支撑架前后摆动。

具体而言，所述左右摆动机构15和前后摆动机构14优选但不限于为铰接连接件。通过左右摆动机构15和前后摆动机构14，使得清理执行器1在进行弧面异物清理过程中，能够根据弧面结构情况进行一定范围内的前后、左右姿态调整。

在一实施例中，可参阅图6，所述左右摆动机构15包括摆动板 151和旋转轴152，所述旋转轴152设置于所述支撑板12上，且所述旋转轴152穿设于所述摆动板151中，所述支撑板12通过所述旋转轴152相对于所述摆动板151转动；所述前后摆动机构14与所述摆动板151连接。

所述清理执行器根据其与异物和/或弧面结构的接触情况调整自身姿态包括：

所述清理执行器在异物和/或弧面结构的反作用力下，所述支撑板绕所述旋转轴转动实现左右摆动。

具体而言，本实施例中摆动板151与前后摆动机构14连接，摆动轴设置于支撑板12上，使得支撑板12可以通过所述所述旋转轴 152相对于前后摆动机构14和摆动板151旋转，由于前后摆动机构 14与支撑架23连接，前后摆动机构14和摆动板151以及支撑架23 在左右方向上同步运动，因此，支撑板12可以相对于支撑架23进行左右姿态调整。

在一实施例中，可参阅图6，所述前后摆动机构14包括第一摆动元件141和第二摆动元件142，所述第一摆动元件141和所述第二摆动元件142铰接，所述第一摆动元件141与所述摆动板151连接，所述第二摆动元件142与所述支撑架23连接。

其中，所述清理执行器根据其与异物和/或弧面结构的接触情况调整自身姿态包括：

所述清理执行器在异物和/或弧面结构的反作用力下，所述支撑板通过第一摆动元件实现相对于第二摆动元件前后摆动。

具体而言，本实施例中第一摆动元件141与摆动板151连接，所述第二摆动元件142与所述支撑架23连接，摆动板151与支撑板 12连接，摆动板151与支撑板12在前后方向上同步运动，因此，支撑板12可以相对于支撑架23进行前后姿态调整。

其中，所述第一摆动元件141和所述第二摆动元件142铰接方式优选但不限与为单铰接，其由两组深沟球轴承组成。

在一实施例中，所述支撑板上设置有一限位机构17，所述限位机构17与所述支撑板12之间形成一限位槽，所述摆动板151上设置有限位块16，所述限位块16容纳于所述限位槽中，且所述限位块16可相对于所述支撑板12移动。

具体而言，本实施例中限位机构17具有四个侧部，其中两个相对的侧部与所述支撑板12构成封闭，所述限位槽的容纳空腔相对于所述限位块16而言足够大，当所述限位块16容纳于所述限位槽中时，限位块16与限位机构17之间存在一定间隙裕度，使得支撑板 12能够相对于所述摆动板151绕所述旋转轴152左右摆动，同时，其左右摆动范围受到限位机构17的所述两个相对的侧部的限制。

其中，在工作状态下，在驱动装置3的旋转或直线行走驱动下，实现弧面异物的清理，在清理过程中，驱动装置3始终以恒力的压力输出，确保定位装置2始终压在弧面上。所述定位装置2在弧面反作用下，自动调节柔性自调节机构22的姿态，使运动脚轮均压在弧面上。在非工作状态下，所述定位装置2在柔性自调节机构22的作用下，达到平衡状态，前端的清理执行器1的前后俯仰动作被定位装置2的限位装置约束，左右摆动在预紧调节机构13的作用下，达到平衡状态。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (5)

1.一种弧面异物清理方法，其基于一弧面异物清理设备实现，所述弧面异物清理设备包括清理执行器和定位装置，所述定位装置与所述清理执行器连接，所述定位装置包括移动机构以及与所述移动机构连接的柔性自调节机构；所述清理执行器与所述定位装置柔性连接；所述清理执行器包括支撑板以及连接于所述支撑板一侧的作业刀片，所述支撑板与所述定位装置连接；所述定位装置还包括支撑架、活动关节和连接机构；其中，所述支撑架一侧设置所述移动机构，所述支撑架另一侧设置所述柔性自调节机构和所述活动关节，所述连接机构分别与所述柔性自调节机构和所述活动关节连接；所述清理执行器还包括前后摆动机构和左右摆动机构，所述支撑板、左右摆动机构、前后摆动机构以及支撑架依次连接；所述左右摆动机构包括摆动板和旋转轴，所述旋转轴设置于所述支撑板上，且所述旋转轴穿设于所述摆动板中，所述前后摆动机构与所述摆动板连接；

所述方法包括如下步骤：

提供一驱动力；

所述定位装置在所述驱动力作用下，所述移动机构以一定压力压在弧面上并相对于所述弧面运动；

所述清理执行器在所述定位装置的作用下相对于弧面运动以清理弧面上的异物；

其中，在进行异物清理的过程中，所述柔性自调节机构根据弧面的表面结构对所述移动机构的反作用力产生形变以进行对弧面的表面结构的一次自适应；所述清理执行器根据其与异物或弧面结构的接触情况调整自身姿态，使得所述清理执行器相对于所述定位装置前后或左右运动一定位移以进行对弧面的表面结构的二次自适应；所述清理执行器根据作业刀片与异物或弧面结构的接触情况调整自身姿态；所述定位装置在弧面的表面结构的反作用力下，通过所述活动关节调节支撑架姿态；

其中，所述清理执行器根据其与异物或弧面结构的接触情况调整自身姿态包括：所述清理执行器在异物或弧面结构的反作用力下，通过所述左右摆动机构调整所述支撑板绕所述旋转轴转动，以使所述支撑板相对于所述支撑架左右摆动，并通过所述前后摆动机构调整所述支撑板相对于所述支撑架前后摆动。

2.如权利要求1所述的弧面异物清理方法，其特征在于，所述柔性自调节机构包括若干第一弹簧元件，所述第一弹簧元件一端与所述连接机构连接，所述第一弹簧元件另一端与所述支撑架连接，所述若干第一弹簧元件分布所述连接机构前后左右四个侧部。

3.如权利要求1所述的弧面异物清理方法，其特征在于，所述支撑架上还设置有预紧调节机构，所述预紧调节机构包括若干第二弹簧元件，所述第二弹簧元件一端与所述支撑板连接，所述第二弹簧元件另一端与所述支撑架连接，所述若干第二弹簧元件依次等间距分布于所述支撑板一侧。

4.如权利要求3所述的弧面异物清理方法，其特征在于，所述前后摆动机构包括第一摆动元件和第二摆动元件，所述第一摆动元件和所述第二摆动元件铰接，所述第一摆动元件与所述摆动板连接，所述第二摆动元件与所述支撑架连接；

所述清理执行器根据其与异物或弧面结构的接触情况调整自身姿态包括：

所述清理执行器在异物或弧面结构的反作用力下，所述支撑板通过第一摆动元件实现相对于第二摆动件前后摆动。

5.如权利要求4所述的弧面异物清理方法，其特征在于，所述支撑板上设置有一限位机构，所述限位机构与所述支撑板之间形成一限位槽，所述摆动板上设置有限位块，所述限位块容纳于所述限位槽中，且所述限位块可相对于所述支撑板移动。

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