CN110861758A - 一种水下船体清扫机器人作业装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下船体清扫机器人作业装置，传动带两端滚动连接从动轴，且从动轴下端轴承转动连接机器人本体，从动轴上端滑动连接台阶轴下部，台阶轴上端转动连接横板，且台阶轴顶部固定连接转轴，转轴顶部固定连接清洁刷；机器人本体内部设置二号电机，二号电机下端转动连接主动轴，主动轴固定连接半圆锥齿轮；半圆锥齿轮啮合转向锥齿轮，转向锥齿轮固定连接双向丝杆。该机器人通过半圆锥齿轮实现双向丝杆的往复正反转动，且双向丝杆带动活动杆往复上下移动，活动杆一边使得套筒以及波纹桶内的压强变化吸附船体表面，一边带动横板往复上下移动使得清洁刷伸出与收缩清洁船体。该作业装置结构设计合理适用，显著提升了水下船体的清洁工作效率。

Description

一种水下船体清扫机器人作业装置

技术领域

本发明涉及水下作业的机械技术领域，具体是一种水下船体清扫机器人作业装置。

背景技术

随着海洋强国战略的实施，船舶在海洋工程及海运中发挥的作用越来越明显，但由于船舶长期处于具有强腐蚀性的海水中，以及海水中浮游生物较多使得船体表面会附着难以清除的贝类、海藻等海生物，导致船舶的船体底部等部位产生较多的锈皮和锈斑等。为了延长船舶的使用寿命,保证船舶的经济及安全运行,船舶必须定期进行清扫。而船体的清扫作业分为坞内清扫和水下清扫两类，坞内清扫占用船坞位置且增加船舶的停航损失，而水下清扫工作往往采用潜水员人工清洁方式，其清洁安全性有待提高，且清洁效率低下，由于工作环境为水下存在浮力作用，不易稳固，清洁效果不佳，水下船体清扫机器人就成为首选。

水下机器人技术已日趋成熟，而专门用于船体清扫的机器人需要解决清扫作业装置的两个关键问题：一是机器人船体吸附问题；二是清扫作业机具。近几年国内外出现了多种水下船体清扫机器人作业装，作业装置的组合形式多种多样，其吸附形式有吸附盘式、电磁吸附等吸附方式，作业机具包括行走单刷式、多刷式清扫装置、喷射式清扫装置等。然而受限制于水下机器人作业装置实用性及作业效率，清扫机器人却未走向实用化，急需研发一种高效率、普适性较高的的水下清扫机器作业装置，使其能搭载各种形式的水下机器人。

发明内容

为解决上述现有技术存在不足，发明人经过研发设计，提供了能够提升清洁效率和清洁品质的水下清扫机器人作业装置，具体的，本发明是这样实现的：

一种水下船体清扫机器人作业装置，包括密封结构的机器人本体、安装在机器人本体内的电机，以及通过传动部件连接至电机的清洁刷，还包括：至少两根能在电机驱动下持续转动的清洁刷，且清洁刷通过伸缩结构以可伸缩的方式纵向安装在机器人本体内，其刷头外露且能伸出后持续转动进行清洁工作；安装于机器人本体上与清洁刷的清洁方向相同部位的至少两套吸附装置，吸附装置能与清洁刷通过一套伸缩结构进行同步伸缩运动，且吸附装置具有通过外露的软吸盘在伸缩运动挤压排出内部水体后，从而产生负压吸附固定整个机器人作业装置的功能。

进一步的，所述电机包括一号电机和二号电机，一号电机置于机器人本体的中部或下方连接至清洁刷带动其转动；二号电机安装于电源箱上固定在机器人本体中部连接至所述吸附装置带动其伸缩。

进一步的，所述清洁刷包括转盘式刷头，转盘式刷头外露在机器人本体外侧，且连接至转轴一端，转轴的另一端以可伸缩可转动传动的方式连接至从动轴的一端，从动轴的另一端通过传动带连接至一号电机，所述转轴的末端连接至伸缩结构，在其作用下带动转轴和转盘式刷头做伸缩式移动。

进一步的，所述吸附装置包括：置于机器人本体两侧的活动杆，活动杆的尾端活动安装在活塞缸内，活动杆的前端安装有波纹桶，波纹桶的另一端连通安装套筒，套筒的前端外露在机器人本体外侧且安装连接至软吸盘，所述活动杆连接至伸缩结构，在其作用下带动套筒和软吸盘伸缩移动。

进一步的，所述伸缩结构包括：直连至二号电机的半圆锥齿轮，两个分别置于半圆锥齿轮两侧并与其契合传动连接的转向锥齿轮，转向锥齿轮分别连接至向机器人本体两侧横向延伸安装的双向丝杆，双向丝杆上均套装有适配的螺纹滑块，螺纹滑块上铰接连接有一根连杆，所述连杆能通过螺纹滑块的往复左右移动产生的位移带动吸附装置和清洁刷进行伸缩移动。

进一步的，所述连杆的另一端铰接安装在活动杆的内侧壁上，且两根活动杆内侧壁之间连接安装有横板，所述转轴的尾端安装在横板上，活动杆在连杆的推动下同时带动横板实现伸缩移动。

进一步的，所述从动轴上端滑动连接有台阶轴，台阶轴的上端固定连接至转轴，所述台阶轴的截面外表面上设有若干根凸棱，所述从动轴的内腔壁上凹陷设置有若干个与所述凸棱相适配的凹槽，台阶轴能在从动轴内滑动伸缩并传动转动。

进一步的，所述机器人本体内部固定安装有电机基座，电源箱通过螺栓固定在电机基座上，电源箱电连接至一号电机和二号电机供电，所述二号电机为双向电机。

进一步的，所述波纹桶为软质聚氯乙烯材料所制。

本发明的工作原理介绍：本发明利用一套伸缩结构的设计，同时驱动清洁刷和吸附装置中水体的伸缩，清洁刷能够伸缩运动的同时还能转动刷头，即利用伸缩形式完成吸附装置的水体的排出形成负压吸附，可以使本装置吸附固定在船体上，而刷头也能从轻到重的不断接触在船体表面，从而进行高效的清洁工作。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本装置通过半圆锥齿轮实现双向丝杆的往复正反转动，从而使得双向丝杆的转动通过连杆带动活动杆实现往复上下移动，上下移动的活动杆一边使得套筒以及波纹桶内的压强变化吸附船体表面，一边带动横板往复上下移动使得清洁刷伸出与收缩清洁船体。

(2)该装置结构设计合理适用，大大提升了水下船体的清洁工作效率，且工作稳定性有保障，自动化程度高，节约劳动力。

附图说明

图1为水下船体清扫机器人作业装置的结构示意图。

图2为水下船体清扫机器人作业装置中台阶轴伸出的结构示意图。

图3为水下船体清扫机器人作业装置中从动轴的剖视图。

图4为水下船体清扫机器人作业装置中台阶轴的剖视图。

其中：1-机器人本体；2-一号电机；3-驱动轴；4-传动带；5-从动轴；6-台阶轴；7-转轴；8-清洁刷；9-二号电机；10-电机基座；11-电源箱；12-主动轴；13-半圆锥齿轮；14-转向锥齿轮；15-双向丝杆；16-螺纹滑块；17-连杆；18-活塞缸；19-活动杆；20-横板；21-波纹桶；22-套筒；23-软吸盘；24-固定杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例1：一种水下船体清扫机器人作业装置，包括密封结构的机器人本体、安装在机器人本体内的电机，以及通过传动部件连接至电机的清洁刷，还包括：至少两根能在电机驱动下持续转动的清洁刷，且清洁刷通过伸缩结构以可伸缩的方式纵向安装在机器人本体内，其刷头外露且能伸出后持续转动进行清洁工作；安装于机器人本体上与清洁刷的清洁方向相同部位的至少两套吸附装置，吸附装置能与清洁刷通过一套伸缩结构进行同步伸缩运动，且吸附装置具有通过外露的软吸盘在伸缩运动挤压排出内部水体后，从而产生负压吸附固定整个机器人作业装置的功能。电机为本装置的伸缩结构和清洁刷转动提供动力，伸缩结构带动吸附装置前后伸缩排出软吸盘内的水体，然后适当回缩，利用软吸盘产生的负压完成装置的吸附固定，同时带动清洁刷伸出接触到船体表面，转动的清洁刷完成对船壁的清洁工作，

实施例2：

请参阅图1～4，本发明实施例中，一种水下船体清扫机器人作业装置，包括机器人本体1；所述机器人本体1主要是由驱动轴3、台阶轴6、清洁刷8、半圆锥齿轮13、双向丝杆15和波纹通21构成；所述机器人本体1下端设置一号电机2，一号电机2固定连接机器人本体1内壁，一号电机2上端转动连接驱动轴3下端，驱动轴3上端轴承转动连接机器人本体1，驱动轴3中部滚动连接传动带4中部，传动带4两端滚动连接从动轴5，且从动轴5下端轴承转动连接机器人本体1下部，一号电机2电性连接电源，一号电机2通电工作带动驱动轴3转动进而带动传动带4滚动，滚动的传动带4带动从动轴5转动；所述从动轴5上端滑动连接台阶轴6下部，台阶轴6上端转动连接横板20，且台阶轴20顶部固定连接转轴7，转轴7上部轴承转动连接机器人本体1上端，转轴7顶部固定连接清洁刷8，从动轴5内部为空心状并设置有凹槽，台阶轴6外表面设置条形凸台，通过凹槽和凸台使得台阶轴20可在从动轴5内部自由上下滑动而不能发生相对转动，转动的从动轴5带动台阶轴6跟随转动进而驱动转轴7同步转动使得清洁刷8转动清扫船体；所述机器人本体1内部设置二号电机9，二号电机9上端固定连接电机基座10，且电机基座10螺栓固定连接电源箱11，电源箱11固定连接机器人本体1上端，二号电机9电性连接电源，二号电机9下端转动连接主动轴12，主动轴12端部固定连接半圆锥齿轮13，二号电机9通电工作带动主动轴12转动进而驱动半圆锥齿轮13跟随转动。

所述半圆锥齿轮13啮合转向锥齿轮14，转向锥齿轮14固定连接双向丝杆15中部，双向丝杆15两端分别轴承转动连接活塞缸18，活塞缸18下端固定连接机器人本体1，双向丝杆15表面螺纹连接螺纹滑块16，且螺纹滑块16上端转动连接连杆17下端，连杆17上端转动连接活动杆19，活动杆19下端密封套接活塞缸18，转动的半圆锥齿轮13间歇啮合左右两端的转向锥齿轮14进而带动双向丝杆15往复正反转动，往复正反转动的双向丝杆15使得螺纹滑块16往复左右移动，通过连杆17带动活动杆19上下移动；所述活动杆19上端固定连接波纹桶21，波纹桶21为软质聚氯乙烯材料所制，波纹桶21上端固定连接套筒22，且套筒22侧壁固定连接固定杆24上端，固定杆24下端固定连接活塞缸18，套筒22上端固定连接软吸盘23，当连杆17带动活动杆19上下移动时使得波纹桶21以及套筒22内压强变化，软吸盘23吸附于船体表面，通过波纹桶21和套筒22使得软吸盘23吸附和分离船体表面；所述活动杆19上部固定连接横板20，横板20套接转轴7下端，当连杆17推动活动杆19向上移动时，波纹桶21被压缩，套筒22内的压强减小，由于软吸盘23吸附于船体表面，故在水压作用下软吸盘23内部产生较大的压力差使得其吸附于船体表面，且在活动杆19向上移动的同时带动横板20同步向上移动，横板20带动台阶轴6和转轴7向上移动使得清洁刷8贴紧船体，一号电机2带动清洁刷8清洁船体，当活动杆19向下移动时，水液进入软吸盘23内使得套筒22与水液连通，软吸盘23与船体表面分离，且横板20向下移动将清洁刷8收缩。

本发明的工作原理是：一号电机2电性连接电源，一号电机2通电工作带动驱动轴3转动进而带动传动带4滚动，滚动的传动带4带动从动轴5转动，从动轴5内部为空心状并设置有凹槽，台阶轴6外表面设置条形凸台，通过凹槽和凸台使得台阶轴20可在从动轴5内部自由上下滑动而不能发生相对转动，转动的从动轴5带动台阶轴6跟随转动进而驱动转轴7同步转动使得清洁刷8转动清扫船体，二号电机9通电工作带动主动轴12转动进而驱动半圆锥齿轮13跟随转动，转动的半圆锥齿轮13间歇啮合左右两端的转向锥齿轮14进而带动双向丝杆15往复正反转动，往复正反转动的双向丝杆15使得螺纹滑块16往复左右移动，通过连杆17带动活动杆19上下移动，当连杆17带动活动杆19上下移动时使得波纹桶21以及套筒22内压强变化，软吸盘23吸附于船体表面，通过波纹桶21和套筒22使得软吸盘23吸附和分离船体表面，当连杆17推动活动杆19向上移动时，波纹桶21被压缩，套筒22内的压强减小，由于软吸盘23吸附于船体表面，故在水压作用下软吸盘23内部产生较大的压力差使得其吸附于船体表面，且在活动杆19向上移动的同时带动横板20同步向上移动，横板20带动台阶轴6和转轴7向上移动使得清洁刷8贴紧船体，一号电机2带动清洁刷8清洁船体，当活动杆19向下移动时，水液进入软吸盘23内使得套筒22与水液连通，软吸盘23与船体表面分离，且横板20向下移动将清洁刷8收缩。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种水下船体清扫机器人作业装置，包括密封结构的机器人本体(1)、安装在机器人本体(1)内的电机，以及通过传动部件连接至电机的清洁刷(8)，其特征在于，还包括：

至少两根能在电机驱动下持续转动的清洁刷(8)，且清洁刷(8)通过伸缩结构以可伸缩的方式纵向安装在机器人本体(1)内，其刷头外露且能伸出后持续转动进行清洁工作；

安装于机器人本体(1)上与清洁刷(8)的清洁方向相同部位的至少两套吸附装置，吸附装置能与清洁刷(8)通过一套伸缩结构进行同步伸缩运动，且吸附装置具有通过外露的软吸盘(23)在伸缩运动挤压排出内部水体后，从而产生负压吸附固定整个机器人作业装置的功能。

2.根据权利要求1所述的一种水下船体清扫机器人作业装置，其特征在于，所述电机包括一号电机(2)和二号电机(9)，一号电机(2)置于机器人本体(1)的中部或下方连接至清洁刷(8)带动其转动；二号电机(9)安装于电源箱(11)上固定在机器人本体(1)中部连接至所述吸附装置带动其伸缩。

3.根据权利要求2所述的一种水下船体清扫机器人作业装置，其特征在于，所述清洁刷(8)包括转盘式刷头，转盘式刷头外露在机器人本体(1)外侧，且连接至转轴(7)一端，转轴(7)的另一端以可伸缩可转动传动的方式连接至从动轴(5)的一端，从动轴(5)的另一端通过传动带(4)连接至一号电机(2)，所述转轴(7)的末端连接至伸缩结构，在其作用下带动转轴(7)和转盘式刷头做伸缩式移动。

4.根据权利要求2所述的一种水下船体清扫机器人作业装置，其特征在于，所述吸附装置包括：置于机器人本体(1)两侧的活动杆(19)，活动杆(19)的尾端活动安装在活塞缸(18)内，活动杆(19)的前端安装有波纹桶(21)，波纹桶(21)的另一端连通安装套筒(22)，套筒(22)的前端外露在机器人本体(1)外侧且安装连接至软吸盘(23)，所述活动杆(19)连接至伸缩结构，在其作用下带动套筒(22)和软吸盘(23)伸缩移动。

5.根据权利要求3或4所述的一种水下船体清扫机器人作业装置，其特征在于，所述伸缩结构包括：直连至二号电机(9)的半圆锥齿轮(13)，两个分别置于半圆锥齿轮(13)两侧并与其契合传动连接的转向锥齿轮(14)，转向锥齿轮(14)分别连接至向机器人本体(1)两侧横向延伸安装的双向丝杆(15)，双向丝杆(15)上均套装有适配的螺纹滑块(16)，螺纹滑块(16)上铰接连接有一根连杆(17)，所述连杆(17)能通过螺纹滑块(16)的往复左右移动产生的位移带动吸附装置和清洁刷(8)进行伸缩移动。

6.根据权利要求5所述的一种水下船体清扫机器人作业装置，其特征在于，所述连杆(17)的另一端铰接安装在活动杆(19)的内侧壁上，且两根活动杆(19)内侧壁之间连接安装有横板(20)，所述转轴(7)的尾端安装在横板(20)上，活动杆(19)在连杆(17)的推动下同时带动横板(20)实现伸缩移动。

7.根据权利要求6所述的一种水下船体清扫机器人作业装置，其特征在于，所述从动轴(5)上端滑动连接有台阶轴(6)，台阶轴(6)的上端固定连接至转轴(7)，所述台阶轴(6)的截面外表面上设有若干根凸棱，所述从动轴(5)的内腔壁上凹陷设置有若干个与所述凸棱相适配的凹槽，台阶轴(6)能在从动轴(5)内滑动伸缩并传动转动。

8.根据权利要求2所述的一种水下船体清扫机器人作业装置，其特征在于，所述机器人本体(1)内部固定安装有电机基座(10)，电源箱(11)通过螺栓固定在电机基座(10)上，电源箱(11)电连接至一号电机(2)和二号电机(9)供电，所述二号电机(9)为双向电机。

9.根据权利要求4所述的一种水下船体清扫机器人作业装置，其特征在于，所述波纹桶(21)为软质聚氯乙烯材料所制。

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