CN115320740B - 一种船舶壁面除锈爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于爬壁机器人相关技术领域，其公开了一种船舶壁面除锈爬壁机器人，爬壁机器人包括底盘及连接于底盘的升降式除锈机构，升降式除锈机构包括丝杆电机、丝杆、丝杆螺母、圆盘刷驱动电机、定制法兰、升降盘、圆盘刷定制轴、弹簧及圆盘刷，丝杆电机固定在升降盘上，其输出轴连接于丝杆的一端，丝杆螺母螺纹连接于丝杆；圆盘刷电机的输出轴依次穿过底盘及升降盘后连接于定制法兰的一端；圆盘刷定制轴的一端活动地连接于定制法兰的另一端，另一端连接于圆盘刷；定制法兰呈阶梯状，弹簧套设在定制法兰的一端及圆盘刷定制轴上，且其位于圆盘刷与定制法兰的台阶之间。本发明解决了现有的除锈爬壁机器人尺寸大、除锈装置复杂、运动不灵活等技术问题。

Description

一种船舶壁面除锈爬壁机器人

技术领域

本发明属于爬壁机器人相关技术领域，更具体地，涉及一种船舶壁面除锈爬壁机器人。

背景技术

随着对爬壁机器人研究的深入，在很多工业领域都出现了爬壁机器人的身影，壁面焊接、除锈、探伤等方面应用尤为广泛，并在这些领域展现出优越的工作能力，相比于人工而言，爬壁机器人在除锈工作方面具有效率高、质量好、成本低等特点。

但爬壁机器人作为特种机器人之一，特殊的工作环境与工作内容决定了其本身所必须具备的功能和本体结构，也限制了其大规模应用的速度，其需要在不同倾角、不同类别的壁面上具有良好的运动灵活性和吸附稳定性，而且还需要根据不同的工种搭载各种复杂的设备实现功能需求，这是爬壁机器人本体结构的设计与研制所必须解决的一个难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种船舶壁面除锈爬壁机器人，所述机器人简化了除锈装置，减轻了整体质量，降低了整体结构的复杂性和成本，采用恒力控制的方式保证了除锈质量，且其圆形结构和全向轮行走方式提高了运动灵活性，解决了现有的除锈爬壁机器人存在的质量重、尺寸大、除锈装置复杂、运动不灵活等技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种船舶壁面除锈爬壁机器人，所述爬壁机器人包括底盘及连接于所述底盘的升降式除锈机构，所述升降式除锈机构包括丝杆电机、丝杆、丝杆螺母、圆盘刷驱动电机、定制法兰、升降盘、圆盘刷定制轴、弹簧及圆盘刷，所述丝杆电机固定在所述升降盘上，其输出轴连接于所述丝杆的一端，所述丝杆螺母螺纹连接于所述丝杆，且其固定连接于所述升降盘；所述圆盘刷电机的输出轴依次穿过所述底盘及所述升降盘后连接于所述定制法兰的一端；所述圆盘刷定制轴的一端活动地连接于所述定制法兰的另一端，另一端连接于所述圆盘刷；所述定制法兰呈阶梯状，所述弹簧套设在所述定制法兰的一端及所述圆盘刷定制轴上，且其位于所述圆盘刷与所述定制法兰的台阶之间；

所述圆盘刷电机依次通过所述定制法兰及所述圆盘刷定制轴带动所述圆盘刷转动；所述丝杆电机用于带动所述升降盘及连接于所述升降盘的部件上下移动；所述圆盘刷定制轴能随壁面曲率变化相对于所述定制法兰进行伸缩。

进一步地，所述升降式除锈机构还包括接近开关，所述升降式除锈机构还包括接近开关，所述接近开关设置在所述底盘上，用于控制所述升降盘上下移动的距离。

进一步地，所述定制法兰与所述圆盘刷定制轴相连的一端开设有矩形孔，所述圆盘刷定制轴连接于所述定制法兰的一端呈矩型，其与所述矩形孔配合，使得所述圆盘刷定制轴活动地连接于所述定制法兰，并在所述定制法兰矩形孔端口处安装限位螺钉限制所述定制法兰与所述圆盘刷定制轴之间的伸缩距离。

进一步地，所述升降式除锈机构还包括导向杆，所述导向杆的一端连接于所述底盘，另一端穿过所述丝杆螺母。

进一步地，所述爬壁机器人还包括永磁吸附装置，所述永磁吸附装置通过螺栓连接于所述底盘，通过该螺栓来调节所述永磁吸附装置与所述底盘之间的间距。

进一步地，所述永磁吸附装置包括三个磁吸附单元，三个所述磁吸附单元绕所述底盘的中心轴均匀排布；所述磁吸附单元包括第一铰接零件、第二铰接零件及永磁体组件；所述第一铰接零件连接于该螺栓，所述第二铰接零件的一端与所述第一铰接零件之间形成转动连接，另一端螺纹连接于所述永磁体组件。

进一步地，所述永磁体组件包括弧形轭铁、第一弧形永磁体、第二弧形永磁体、弧形装置容器、弧形隔磁板及弧封装板；所述弧形装置容器形成有收容槽，所述弧形轭铁设置在所述收容槽的内侧，所述第一弧形永磁体及所述第二弧形永磁体间隔设置在所述收容槽内且挨着所述弧形轭铁；所述弧形隔磁板设置在所述第一弧形永磁体与所述第二弧形永磁体之间；所述弧形封装板设置在所述收容槽上。

进一步地，所述爬壁机器人还包括电机驱动机构及全向轮行走机构，所述全向轮行走机构通过所述电机驱动机构连接于所述底盘。

进一步地，所述电机驱动机构的数量与所述全向轮行走机构的数量相同，均为多个，多个所述全向轮行走机构绕所述底盘的中心轴均匀排布。

进一步地，所述爬壁机器人还包括外壳，所述底盘连接于所述外壳，且所述底盘位于所述外壳内；所述外壳为筒形，其顶部设置有总开关，外周分别设置有前端控制窗口、后端控制窗口、接线孔、及托举孔。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的船舶壁面除锈爬壁机器人主要具有以下有益效果：

1.与现有的除锈爬壁机器人相比，本发明的爬壁机器人的尺寸小，质量轻，结构简单，成本低。

2.所述电机驱动机构和所述全向轮行走机构配合，三个全向轮行走机构在壁面上具有较好的稳定性，结合全向轮的优点，利用控制系统控制电机的转速、转向可以使得爬壁机器人在壁面上进行全方位移动，提高了爬壁机器人的运动灵活性。

3.所述永磁吸附装置通过铰接件固定于底盘上，磁吸附单元可以绕铰接零件旋转，以适应工作壁面的曲率变化，调节磁吸附力，铰接零件与底盘通过螺栓连接，通过调节螺栓相对于底盘的高度来改变磁吸附装置距工作壁面的距离，控制磁吸附力大小。

4.所述升降式除锈机构通过丝杆电机控制升降盘升降，利用圆盘刷定制轴相对于定制法兰的可伸缩性，当圆盘刷接触壁面后，采用接近开关和弹簧控制伸缩距离，进而控制除锈力的大小，由此升降式除锈机构实现了恒力控制，可以通过升降距离的控制对壁面施加不同的除锈力，继而应用于不同的工作环境，扩大了除锈爬壁机器人的工作范围。

5.所述爬壁机器人整体为圆柱形，可以在较为复杂的壁面上进行运动，不会因为障碍物的阻挡而无法转向，提高了运动灵活性。

附图说明

图1是本发明提供的一种船舶壁面除锈爬壁机器人除去外壳后的示意图；

图2中的(a)、(b)、(c)分别是本发明提供的船舶壁面除锈爬壁机器人的三个角度的示意图；

图3是本发明提供的船舶壁面除锈爬壁机器人的局部示意图；

图4中的(a)、(b)分别是本发明提供的船舶壁面除锈爬壁机器人的永磁吸附装置不同角度的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-升降式除锈机构，2-全向轮行走机构，3-电机驱动机构，4-永磁吸附装置，5-底盘，6-总开关，7-外壳，8-后端控制窗口，9-接线孔，10-前端控制窗口，11-托举孔，101-圆盘刷驱动电机，102-丝杆电机，103-丝杆，104-定制法兰，105-升降盘，106-丝杆螺母，107-导向杆，108-接近开关，109-弹簧，110-圆盘刷定制轴，111-圆盘刷，401-弧形轭铁，402-第一弧形永磁体，403-第二弧形永磁体，404-弧形装置容器，405-第一铰接零件，406-第二铰接零件，407-弧形隔磁板，408-弧形封装板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1及图2，本发明提供了一种船舶壁面除锈爬壁机器人，所述机器人整体为圆柱形，通过电机驱动实现爬壁机器人的壁面运动、除锈功能及除锈装置的升降，通过远程控制实现；该爬壁机器人在壁面上稳定吸附主要依靠永磁吸附装置提供支持力来实现，通过与底盘之间的铰接实现磁力的被动控制；利用弹簧、接近开关实现除锈时的恒力控制，使其在工作过程中能根据不同锈迹施加不同大小的除锈力，既能有效保证除锈质量，也能防止划伤壁面；圆形的整体结构可以使其在壁面上运动更加灵活，在狭窄环境内便于转向。

所述机器人包括升降式除锈机构1、全向轮行走机构2、电机驱动机构3、永磁吸附装置4、底盘5及外壳7，所述升降式除锈机构1、所述全向轮行走机构2、所述电机驱动机构3、所述永磁吸附装置4、所述底盘5收容在所述外壳7内。所述升降式除锈机构1、所述全向轮行走机构2、所述电机驱动机构3及所述永磁吸附装置4分别直接或者间接连接于所述底盘5。

所述全向轮行走机构2通过所述电机驱动机构3连接于底盘5，且多个所述全向轮行走机构2绕所述底盘5的中心轴均匀排布。所述升降式除锈机构1位于多个所述全向轮行走机构2之间，所述永磁吸附装置4连接于所述底盘5，且其位于所述升降式除锈机构1与所述全向轮行走机构2之间。

其中，所述全向轮行走机构2和所述电机驱动机构3之间通过紧定螺钉固定，所述全向轮行走机构2的数量为三个，三个所述全向轮行走机构2绕所述底盘5的几何中心均匀分布。所述全向轮行走机构2在所述电机驱动机构3的控制下通过改变轮速的大小和方向使得该爬壁机器人能够在壁面完成自行、转向等运动形式。

所述外壳7为筒形，所述总开关6设置在所述外壳7的顶部，所述后端控制窗口8、所述接线孔9、所述前端控制窗口10及所述托举孔11分别设置在所述外壳7的四周。所述外壳7与所述底盘5之间通过螺栓连接固定，筒形的所述外壳7有利于爬壁机器人在复杂壁面上转向，提高了运动灵活性。

请参阅图3，所述升降式除锈机构1包括圆盘刷驱动电机101、丝杆电机102、丝杆103、定制法兰104、升降盘105、丝杆螺母106、导向杆107、接近开关108、弹簧109、圆盘刷定子轴110及圆盘刷111。所述丝杆电机102固定在所述底盘5上，其输出轴连接于所述丝杆103，所述丝杆螺母106螺纹连接于所述丝杆103。所述丝杆螺母106固定连接于所述升降盘105。所述升降盘105呈阶梯状，所述导向杆107的一端穿过所述丝杆螺母106后连接于所述底盘5。所述圆盘刷驱动电机101的输出轴依次穿过所述底盘5及所述升降盘105后连接于所述定制法兰104。所述定制法兰104呈阶梯状，其远离所述升降盘105的一端开设有矩形孔。所述圆盘刷定制轴110呈阶梯状，其一端连接于所述圆盘刷111，另一端呈矩型，且与所述矩形孔相配合，使得所述圆盘刷定制轴110活动地连接于所述定制法兰104，所述圆盘刷定制轴110能够沿着所述矩形孔移动。所述定制法兰104上还设置有至少三个紧定螺钉，至少三个所述紧定螺钉的一端沿所述定制法兰104的径向伸入所述矩形孔内，且位于同一个圆周上，以用于对所述圆盘刷定子轴110进行限位，防止发生倾斜而导致其中心轴相对于所述定制法兰104的中心轴发生偏移。所述接近开关108设置在所述升降盘105远离所述底盘5的表面上。所述弹簧109套设在所述定制法兰104的一端及所述圆盘刷定子轴110上，其位于所述定制法兰104与所述圆盘刷111之间。

其中，所述丝杆电机102带动所述丝杆103转动以带动所述丝杆螺母106、所述升降盘105、所述定制法兰104、所述接近开关108、所述圆盘刷定子轴110及所述圆盘刷111上下移动。所述导向杆107用于限制所述升降盘105的旋转自由度，同时可以为所述丝杆电机102承担部分横向力矩。

所述圆盘刷驱动电机101的输出轴通过所述定制法兰104及所述圆盘刷定制轴110带动所述圆盘刷111转动。根据需要可以调整所述接近开关108距离所述底盘5的距离，当所述升降盘105上下运动时，所述圆盘刷111接触壁面产生的力也随之改变，继而使得所述圆盘刷定制轴110相对于所述定制法兰104发生伸缩运动，所述弹簧109的压缩力发生改变。当需要某个除锈力时，可以通过所述丝杆电机102调节所述接近开关108距离所述底盘5的距离，继而控制所述升降盘105的位移，使得所述弹簧109的弹力等于所需除锈力，实现恒力控制。本实施方式中，所述升降式除锈机构通过接近开关108和弹簧109进行升降距离的控制，实现不同工作情况下的除锈力的控制；通过弹簧109的压缩程度实现在不同壁面曲率下除锈力的控制，避免划伤壁面。

请参阅图4，所述永磁吸附装置4包括三个磁吸附单元，三个所述磁吸附单元分别连接于所述底盘5，且三者绕所述底盘5的中心轴均匀排布。所述磁吸附单元包括弧形轭铁401、第一弧形永磁体402、第二弧形永磁体403、弧形装置容器404、第一铰接零件405、第二铰接零件406、弧形隔磁板407及弧形封装板408。所述弧形装置容器404形成收容槽，所述弧形轭铁402设置在所述收容槽的内侧，所述第一弧形永磁体402及所述第二弧形永磁体403间隔设置，且均紧挨着所述弧形轭铁402。所述弧形隔磁板407设置在所述第一弧形永磁体402与所述第二弧形永磁体403之间，防止所述第一弧形永磁体402与所述第二弧形永磁体403之间直接形成磁回路。最后采用所述弧形封装板408将所述收容槽封装。其中，采用螺栓螺母将所述弧形装置容器404和所述弧形封装板408进行连接固定。

所述第二铰接零件406上形成有螺纹，与所述弧形装置容器404的螺孔进行配合。所述第一铰接零件405与所述第二铰接零件406之间通过螺栓螺母连接，使得所述第二铰接零件406相对于所述第一铰接零件405具有旋转自由度，使得所述磁吸附单元能够根据吸附壁面曲率的变化进行旋转，实现磁吸附力的被动控制。所述第一铰接零件405通过螺栓固定在所述底盘5的下方，通过所述螺栓调节所述磁吸附单元与所述底盘5之间的距离。通过所述第二铰接零件406可以使得所述磁吸附单元绕所述第一铰接零件405做小范围旋转，根据壁面的曲率变化实现磁吸附力的被动控制。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：

所述爬壁机器人包括底盘及连接于所述底盘的升降式除锈机构，所述升降式除锈机构包括丝杆电机、丝杆、丝杆螺母、圆盘刷驱动电机、定制法兰、升降盘、圆盘刷定制轴、弹簧及圆盘刷，所述丝杆电机固定在所述升降盘上，其输出轴连接于所述丝杆的一端，所述丝杆螺母螺纹连接于所述丝杆，且其固定连接于所述升降盘；所述圆盘刷驱动电机的输出轴依次穿过所述底盘及所述升降盘后连接于所述定制法兰的一端；所述圆盘刷定制轴的一端活动地连接于所述定制法兰的另一端，另一端连接于所述圆盘刷；所述定制法兰呈阶梯状，所述弹簧套设在所述定制法兰的一端及所述圆盘刷定制轴上，且其位于所述圆盘刷与所述定制法兰的台阶之间；

所述圆盘刷驱动电机依次通过所述定制法兰及所述圆盘刷定制轴带动所述圆盘刷转动；所述丝杆电机用于带动所述升降盘及连接于所述升降盘的部件上下移动；所述圆盘刷定制轴能随壁面曲率变化相对于所述定制法兰进行伸缩。

2.如权利要求1所述的船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：所述升降式除锈机构还包括接近开关，所述接近开关设置在所述底盘上，其用于控制所述升降盘上下移动的距离。

3.如权利要求1所述的船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：所述定制法兰与所述圆盘刷定制轴相连的一端开设有矩形孔，所述圆盘刷定制轴连接于所述定制法兰的一端呈矩型，其与所述矩形孔配合，使得所述圆盘刷定制轴活动地连接于所述定制法兰，并安装限位螺钉来限制所述定制法兰与所述圆盘刷定制轴之间的伸缩距离。

4.如权利要求1所述的船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：所述升降式除锈机构还包括导向杆，所述导向杆的一端连接于所述底盘，另一端穿过所述丝杆螺母。

5.如权利要求1所述的船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：所述爬壁机器人还包括永磁吸附装置，所述永磁吸附装置通过螺栓连接于所述底盘，通过该螺栓来调节所述永磁吸附装置与所述底盘之间的间距。

6.如权利要求5所述的船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：所述永磁吸附装置包括三个磁吸附单元，三个所述磁吸附单元绕所述底盘的中心轴均匀排布；所述磁吸附单元包括第一铰接零件、第二铰接零件及永磁体组件；所述第一铰接零件连接于该螺栓，所述第二铰接零件的一端与所述第一铰接零件之间形成转动连接，另一端螺纹连接于所述永磁体组件。

7.如权利要求6所述的船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：所述永磁体组件包括弧形轭铁、第一弧形永磁体、第二弧形永磁体、弧形装置容器、弧形隔磁板及弧形封装板；所述弧形装置容器形成有收容槽，所述弧形轭铁设置在所述收容槽的内侧，所述第一弧形永磁体及所述第二弧形永磁体间隔设置在所述收容槽内且挨着所述弧形轭铁；所述弧形隔磁板设置在所述第一弧形永磁体与所述第二弧形永磁体之间；所述弧形封装板设置在所述收容槽上。

8.如权利要求1-5任一项所述的船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：所述爬壁机器人还包括电机驱动机构及全向轮行走机构，所述全向轮行走机构通过所述电机驱动机构连接于所述底盘。

9.如权利要求8所述的船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：所述电机驱动机构的数量与所述全向轮行走机构的数量相同，均为多个，多个所述全向轮行走机构绕所述底盘的中心轴均匀排布。

10.如权利要求8所述的船舶壁面除锈爬壁机器人，其特征在于：所述爬壁机器人还包括外壳，所述底盘连接于所述外壳，且所述底盘位于所述外壳内；所述外壳为筒形，其顶部设置有总开关，外周分别设置有前端控制窗口、后端控制窗口、接线孔、及托举孔。