CN113650745A - 一种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置 - Google Patents

Abstract

一种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置，包含输水管、水枪、机架、臂杆、主动杆、连杆、直线驱动器，输水管为刚性管，包括第一、第二输水管，所述臂杆包括第一、第二臂杆；机架、第一臂杆、第二臂杆、主动杆、连杆、直线驱动器构成平面两自由度连杆机构；第一输水管固定安装在第一臂杆上，第二输水管固定安装在第二臂杆上；第一臂杆、机架、直线驱动器构成第一闭环回路，主动杆、第一臂杆、第二臂杆、连杆组成第二闭环回路；第一输水管一端连通高压水路，另一端通过软管与第二输水管一端连通，第二输水管另一端与水枪连通。该种壁面清洗机器人清洁工作装置可使水枪相对机架两自由度可控运动，利用高压水流实现竖立面的清洁作业。

Description

一种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置

技术领域

本发明涉及壁面清洗机器人领域，特别是一种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置。

背景技术

爬壁机器人是一种主要应用于竖立面维护、检查、清洗等极限作业为主的移动机器人，壁面清洗机器人在壁面移动机器人中是最具前景的应用之一。当前，壁面清洗主要有三种方式：人工清洗、吊篮清洗、自动化设备清洗，前两种清洗方式完全依赖工人清洗，劳动强度大，而且存在安全隐患，自动化设备进行竖立面清洗也离不开人工干预，同时设备造价高昂。以上介绍的避免清洗方式在陆地环境下尚难以广泛使用，在环境更为特殊的水下环境下更难以适用。船舶等海洋设备长期在海洋环境中，水线以下往往附着大量的海生物，为使设备维持良好的工作状态，需要定期清除附着物，以降低阻力以及油耗，维持设备性能，提高设备效率。当前船舶等海洋设备海生物的清除作业主要有两种方式：一类是依赖潜水员进行人工清洗，该方式清洁效率低，危险系数大；另一类是船舶等海洋设备进坞清洁，该方式成本高，耗时长。上述各方面原因影响制约了水下清洁作业，随着海洋贸易的持续发展，如何在水下爬壁机器人基础上，研发设计一种清洁该种装置，灵活高效的对船舶等海洋设备的水下竖立面进行清洁作业，已成为行业内一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于已有技术存在的问题提供一种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置，一方面，在爬壁机器人基础上，通过水枪两自由度可控平动，完成竖立面的清洁作业；另一方面，清洁工作装置需具有承压能力强、运动平稳、装配方便、结构强度高，稳定性能好等优点。

本发明通过以下技术方案来达到上述目的：一种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置，包含输水管、水枪、机架、臂杆、主动杆、连杆、直线驱动器，所述输水管为刚性管，包括第一输水管、第二输水管，所述臂杆包括第一臂杆、第二臂杆，所述机架、第一臂杆、第二臂杆、主动杆、连杆、直线驱动器构成平面两自由度连杆机构，所述第一输水管固定安装在第一臂杆上，第二输水管固定安装在第二臂杆上，所述第一臂杆、机架、直线驱动器构成第一闭环回路，所述第一臂杆通过第一转动副与机架连接，直线驱动器一端通过第二转动副与机架连接，另一端通过第三转动副与第一臂杆连接；直线驱动器为伺服电动缸，通过直线驱动器的伸缩运动，可实现第一臂杆绕第一转动副上下摆动。

所述主动杆、第一臂杆、第二臂杆、连杆组成第二闭环回路，所述主动杆通过第四转动副与机架连接，所述连杆一端通过第五转动副与主动杆连接，另一端通过第六转动副与第二臂杆连接，所述第二臂杆通过第七转动副安装在第一臂杆上；所述主动杆由伺服电机驱动，在伺服电机驱动下，主动杆相对机架可控摆动，进而实现第二臂杆运动，由于第二臂杆上固定安装有第二输水管，因此通过主动杆的受控摆动，可实现第二输水管的可控运动；所述第一转动副和第四转动副构成复合铰链，所述第四转动副与第五转动副之间的孔心距，它与第六转动副和第七转动副之间的孔心距相等，因此，主动杆、第一臂杆、第二臂杆、连杆构成平行四边形机构，当主动杆根据工作要求，调整好姿态后锁止，第二臂杆随着第一臂杆的转动而维持平动，即当主动杆保持不动时，第二臂杆平动，进而保证第二输水管倾斜角度不变。

第一输水管一端连通高压水路，另一端通过软管与第二输水管一端连通，第二输水管另一端与水枪连通；所述机架通过第八转动副与爬壁机器人连接，在动力装置驱动下，机架可相对爬壁机器人可控转动。该种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置作业过程中，水枪在直线驱动器、主动杆协同配合下，可实现两自由度姿态调整，在机架可控转动下，水枪可进一步实现三自由度可控调整，高压水路中的高压水流通过第一输水管、第二输水管后，通过水枪喷出，利用高压水流，灵活高效的实现对船舶等海洋设备的水下竖立面进行清洁作业。

本发明突出优点在于：

1、相比现有水枪通过全软管连接，输水管线在海水腐蚀性等复杂环境下，易损坏、老化、破裂，该种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置的输水管为刚性管，不仅提高了管道抗压能力，而且提高了输水管道的可靠性，降低了故障率，保证了水枪的作业稳定性和水下环境适应性；刚性管固定在臂杆上，臂杆之间通过转动副连接，不仅结构简单、成本低，而且刚性大，输水通道稳定性好。

2、该种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置可实现两自由度姿态调整，满足复杂竖立面海生物的清除作业要求，在机架可控转动下，水枪可进一步实现三自由度可控调整，高压水路中的高压水流通过水枪喷出，利用高压水流，灵活高效的实现对船舶等海洋设备的水下竖立面进行清洁作业。

3、该种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置具有较低的机构耦合度，主动杆、第一臂杆、第二臂杆、连杆构成平行四边形机构，当主动杆根据工作要求，调整好姿态后锁止不动时，第二臂杆可维持平动，进而保证第二输水管及水枪平动升降，使水枪以同样的倾斜角度进行船舶等海洋设备的水下竖立面清除作业，同时工作装置控制难度低。

附图说明

图1为本发明所述的一种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置示意图。

图2为本发明所述的水下壁面清洗机器人示意图。

图3为本发明所述的一种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置水枪平动升降示意图之一。

图4为本发明所述的一种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置水枪平动升降示意图之二。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

对照图1、图2，本发明所述的一种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置，包含输水管、水枪7、机架1、臂杆、主动杆10、连杆12、直线驱动器15，所述输水管为刚性管，包括第一输水管3、第二输水管5，所述臂杆包括第一臂杆4、第二臂杆6，所述机架1、第一臂杆4、第二臂杆6、主动杆11、连杆12、直线驱动器15构成平面两自由度连杆机构，所述第一输水管3固定安装在第一臂杆4上，第二输水管5固定安装在第二臂杆6上，所述第一臂杆3、机架1、直线驱动器15构成第一闭环回路，所述第一臂杆4通过第一转动副9与机架1连接，直线驱动器15一端通过第二转动副14与机架1连接，另一端通过第三转动副16与第一臂杆4连接；直线驱动器15为伺服电动缸，通过直线驱动器15的伸缩运动，可实现第一臂杆4绕第一转动副9上下摆动。

对照图1、图2、图3、图4，所述主动杆10、第一臂杆4、第二臂杆6、连杆12组成第二闭环回路，所述主动杆通过第四转动副18与机架1连接，所述连杆12一端通过第五转动副11与主动杆10连接，另一端通过第六转动副13与第二臂杆6连接，所述第二臂杆6通过第七转动副8安装在第一臂杆4上；所述主动杆10由伺服电机驱动，在伺服电机驱动下，主动杆10相对机架1摆动，进而实现第二臂杆6运动，由于第二臂杆6上固定安装有第二输水管5，因此通过主动杆10的受控摆动，可实现第二输水管5的可控运动；所述第一转动副9和第四转动副18构成复合铰链，所述第四转动副18与第五转动副11之间的孔心距，它与第六转动副13和第七转动副8之间的孔心距相等，因此，主动杆10、第一臂杆4、第二臂杆6、连杆12构成平行四边形机构，当主动杆10根据工作要求，调整好姿态后锁止，第二臂杆6随着第一臂杆4的转动而维持平动，即当主动杆10保持不动时，第二臂杆6平动，进而保证第二输水管5倾斜角度不变。

对照图1、图2、图3、图4，第一输水管3一端连通高压水路，另一端通过软管与第二输水管5一端连通，第二输水管5另一端与水枪7连通；所述机架1通过第八转动副2与爬壁机器人17连接，在动力装置驱动下，机架1可相对爬壁机器人17可控转动。该种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置作业过程中，水枪7在直线驱动器15、主动杆10协同配合下，可实现两自由度姿态调整，在机架1可控转动下，水枪7可进一步实现三自由度可控调整，高压水路中的高压水流通过第一输水管3、第二输水管5后，通过水枪喷出，利用高压水流，灵活高效的实现对船舶等海洋设备的水下竖立面进行清洁作业。

Claims (2)

1.一种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置，包含输水管、水枪、机架、臂杆、主动杆、连杆、直线驱动器，其特征在于：所述输水管为刚性管，包括第一输水管、第二输水管，所述臂杆包括第一臂杆、第二臂杆，所述机架、第一臂杆、第二臂杆、主动杆、连杆、直线驱动器构成平面两自由度连杆机构，所述第一输水管固定安装在第一臂杆上，第二输水管固定安装在第二臂杆上，所述第一臂杆、机架、直线驱动器构成第一闭环回路，所述主动杆、第一臂杆、第二臂杆、连杆组成第二闭环回路，第一输水管一端连通高压水路，另一端通过软管与第二输水管一端连通，第二输水管另一端与水枪连通。

2.根据权利要求1所述的一种水下壁面清洗机器人两自由度清洁工作装置，其特征在于：所述第一臂杆通过第一转动副与机架连接，直线驱动器一端通过第二转动副与机架连接，另一端通过第三转动副与第一臂杆连接；直线驱动器为伺服电动缸；

所述主动杆通过第四转动副与机架连接，所述连杆一端通过第五转动副与主动杆连接，另一端通过第六转动副与第二臂杆连接，所述第二臂杆通过第七转动副安装在第一臂杆上；所述主动杆由伺服电机驱动；所述第一转动副和第四转动副构成复合铰链，所述第四转动副与第五转动副之间的孔心距，它与第六转动副和第七转动副之间的孔心距相等；

所述机架通过第八转动副与爬壁机器人连接。

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