CN117182950B - 一种船体表面清理用高自由度机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及清理设备技术领域，具体为一种船体表面清理用高自由度机械臂，包括：机械手，机械手的下端转动安装有连接板，连接板的下表面转动安装有活动环；转轮的下端延伸至活动环下方，转轮的中部开设有球形的转动槽，转动槽的内壁活动镶嵌有滚动体；球形件的表面开设有与滚动体对应的弧形滚动槽，滚动体位于弧形滚动槽槽底并与之滚动连接；有益效果为：通过在连接板下侧转动安装有活动环，转轮转动时带动球形件及安装在球形件外侧的毛刷辊旋转，实现对船体表面的清理，而毛刷辊通过球形件可自动调节自身角度，并始终保持与船体表面齐平，从而增大本装置对船体表面清理时的接触面积，有效提高了清理效率。

Description

一种船体表面清理用高自由度机械臂

技术领域

本发明涉及清理设备技术领域，具体为一种船体表面清理用高自由度机械臂。

背景技术

船舶长期在强腐蚀性海水和强附着力的海洋生物环境中航行，船体表面易粘附海藻等微生物，以及锈皮和锈斑等，难以及时清理。

公开号为CN110435845A的中国发明公开了一种旋转式船体清污机器人，其洗刷装置依靠第一电机驱动刷盘旋转来实现对船体的清理。

但目前，多数船体的表面为圆弧形的曲面，而传统洗刷装置的自由度较小，在对船体表面清理时，与船体表面之间的接触面积较小，清理效率较低。为此，本发明提出一种船体表面清理用高自由度机械臂用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船体表面清理用高自由度机械臂，以解决上述背景技术中提出的船体清理效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种船体表面清理用高自由度机械臂，包括：

机械手，所述机械手的下端转动安装有连接板，所述连接板的下表面转动安装有活动环，所述活动环的侧面开设有阶梯槽，且阶梯槽的下端在活动环的下表面形成缺口；

转轮，所述转轮转动安装于阶梯槽的内腔并与之相适配，所述转轮的下端延伸至活动环下方，所述转轮的中部开设有球形的转动槽，所述转动槽的内壁活动镶嵌有滚动体；

球形件，所述球形件转动安装于转动槽内腔并与之相适配，所述球形件的表面开设有与滚动体对应的弧形滚动槽，所述滚动体位于弧形滚动槽槽底并与之滚动连接，所述球形件的中部固定贯穿设置有轴体，所述轴体的两端均安装有毛刷辊。

优选的，所述阶梯槽和转轮均设置有多个并围绕活动环呈环形阵列分布，所述滚动体和弧形滚动槽均设置有多个并分别围绕转轮和球形件呈环形阵列分布。

优选的，所述转轮的外侧面开设有摩擦纹，所述转动槽的两端开口处均设置有倒角，所述轴体的两端分别穿过转动槽的两端开口并延伸至转轮的两侧，所述阶梯槽的一侧开口处设置有对转轮进行限位的侧挡板，且侧挡板设置成下部具有开口的圆环状，所述侧挡板与活动环之间通过螺栓固定连接。

优选的，所述活动环侧面的上部开设有环形凹槽，所述连接板的边缘向下翻折形成翻边，所述翻边的截面设置成“L”字形，所述翻边卡进环形凹槽的内腔并与之滑动连接，所述环形凹槽和翻边的贴合连接处设置有用于减小摩擦力的滚珠。

优选的，所述活动环内壁的上部固定设置有与环形凹槽位于同一水平位置的环形齿，所述环形齿的下方设置有与活动环内壁固定连接的隔板，所述隔板的上表面转动安装有驱动齿轮，且驱动齿轮与环形齿啮合传动。

优选的，所述驱动齿轮至少设置有两个并围绕活动环呈环形阵列分布，所述连接板的上表面固定安装有与多个驱动齿轮一一对应的驱动电机，且驱动电机的输出端与驱动齿轮中心轴的上端固定连接，所述驱动电机的外侧设置有与之匹配的防护罩。

优选的，所述机械手包括安装环和固定在安装环中部的连接杆，所述连接杆与外部的机械臂连接，所述安装环的外侧固定安装有多个呈环形阵列分布的安装座，所述安装座的外侧通过销轴转动安装有连杆一，所述连杆一的一端通过销轴转动安装有连杆二，所述连杆二的一端与连接板上表面的边缘处转动连接。

优选的，所述连杆二的一端固定安装有连接球，所述连接板的表面边缘处固定安装有与多个连接球一一对应的连接壳，所述连接壳的内部开设有供连接球转动安装的球形仓，所述连杆一和连杆二之间设置有气缸，所述气缸的两端通过销轴分别与连杆一和连杆二转动连接，且连杆一、连杆二和气缸三者形成三角形结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在连接板下侧转动安装有活动环，活动环底面转动安装有转轮，转轮中部开设有转动槽并转动安装有球形件，球形件表面开设有弧形滚动槽，转动槽内壁转动安装有滚动体且滚动体位于弧形滚动槽槽底，转轮转动时带动球形件及安装在球形件外侧的毛刷辊旋转，实现对船体表面的清理，而毛刷辊通过球形件可自动调节自身角度，并始终保持与船体表面齐平，从而增大本装置对船体表面清理时的接触面积，有效提高了清理效率。

附图说明

图1为本发明整体结构立体示意图；

图2为本发明机械手结构立体示意图；

图3为本发明活动环和连接板结构分离示意图；

图4为本发明活动环和连接板结构半剖示意图；

图5为本发明球形件、转轮和活动环结构爆炸示意图；

图6为本发明转轮结构剖开示意图；

图7为本发明图4中A处结构放大示意图。

图中：1、机械手；11、安装环；12、安装座；13、连杆一；14、连杆二；15、气缸；16、连接球；17、连接杆；2、连接板；21、连接壳；22、球形仓；23、驱动电机；24、驱动齿轮；25、翻边；3、活动环；31、阶梯槽；32、侧挡板；33、环形凹槽；34、环形齿；35、隔板；4、转轮；41、转动槽；42、滚动体；43、摩擦纹；5、球形件；51、弧形滚动槽；52、轴体；53、毛刷辊。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。

请参阅图1至图7，本发明提供一种技术方案：

实施例一，一种船体表面清理用高自由度机械臂，包括：机械手1，转轮4和球形件5。

具体的，在机械手1的下端转动安装有连接板2，连接板2的转动方式为倾斜，用于适应不同倾角的船体表面，连接板2的下表面转动安装有活动环3，活动环3围绕自身的中心轴线转动，用于对船体表面进行清扫，活动环3的侧面开设有阶梯槽31，且阶梯槽31的下端在活动环3的下表面形成缺口，阶梯槽31的形状如图5所示；

其次，转轮4转动安装于阶梯槽31的内腔并与之相适配，转轮4的下端延伸至活动环3下方，如图4和图5所示，当活动环3靠近船体表面时转轮4的外侧能够与船体表面接触，此时活动环3转动能够带动转轮4在船体表面滚动，转轮4的中部开设有球形的转动槽41，转动槽41的内壁活动镶嵌有滚动体42，滚动体42位于转动槽41内壁的中部，自身能够旋转，但不会发生位置偏移；

进一步的，球形件5转动安装于转动槽41内腔并与之相适配，球形件5的表面开设有与滚动体42对应的弧形滚动槽51，滚动体42位于弧形滚动槽51槽底并与之滚动连接，如图6所示，转轮4转动时，通过滚动体42与弧形滚动槽51之间的配合能够带动球形件5进行同步转动，球形件5的中部固定贯穿设置有轴体52，轴体52的两端均安装有毛刷辊53，由于弧形滚动槽51呈长条形可供滚动体42滚动，因此轴体52可与转轮4的轴线方向发生倾斜，且不影响球形件5的正常转动，因此当活动环3靠近船体表面时，轴体52端部首先接触船体表面，并受船体表面的压力而自动调节自身的倾斜角度，确保轴体52两端的毛刷辊53都能够尽可能的压在船体表面，接着活动环3转动带动转轮4在船体表面滚动，进而带动球形件5同步旋转，此时毛刷辊53转动即可对船体表面进行清理，且无论船体表面处于倾斜还是呈现弧形，轴体52的倾斜角度都能够自动进行调节，使得本装置的毛刷辊53与船体表面始终保持最大接触面积，进而提高清理效率。

为了进一步提高对船体表面的清理效率，本申请的阶梯槽31和转轮4均设置有多个并围绕活动环3呈环形阵列分布，滚动体42和弧形滚动槽51均设置有多个并分别围绕转轮4和球形件5呈环形阵列分布，如图3和图6所示，多个转轮4的设置可供安装多个球形件5，进而能够在活动环3下方安装多组毛刷辊53，以确保对船体表面的清理效率更高，多个弧形滚动槽51的设置与多个滚动体42一一对应配合，在轴体52调节自身角度时，保证转轮4与球形件5之间的传动连接稳定，即转轮4在船体表面滚动时能够带动球形件5同步旋转。

为了对转轮4进行限位，本申请还具有在转轮4的外侧面开设有摩擦纹43，用于增大转轮4在船体表面滚动时受到的摩擦力，避免发生打滑，转动槽41的两端开口处均设置有倒角，如图6所示，倒角的设置用于增大轴体52倾斜时可供调节的角度范围，轴体52的两端分别穿过转动槽41的两端开口并延伸至转轮4的两侧，阶梯槽31的一侧开口处设置有对转轮4进行限位的侧挡板32，且侧挡板32设置成下部具有开口的圆环状，侧挡板32与活动环3之间通过螺栓固定连接，如图5和图7所示，侧挡板32通过螺栓固定后，可抵在转轮4的侧面边缘处对转轮4形成限位，避免转轮4从阶梯槽31内腔中脱落，同时又不影响转轮4的正常滚动。

为了将活动环3转动安装在连接板2下表面，本申请还具有在活动环3侧面的上部开设有环形凹槽33，连接板2的边缘向下翻折形成翻边25，翻边25的截面设置成“L”字形，翻边25卡进环形凹槽33的内腔并与之滑动连接，如图5和图7所示，翻边25和环形凹槽33的配合用于将活动环3转动安装在连接板2下表面，环形凹槽33和翻边25的贴合连接处设置有用于减小摩擦力的滚珠，确保活动环3的转动更加顺利。

为了驱动活动环3转动，本申请还具有在活动环3内壁的上部固定设置有与环形凹槽33位于同一水平位置的环形齿34，环形齿34的设置可降低活动环3上部沿环形凹槽33处发生弯折变形的可能，环形齿34的下方设置有与活动环3内壁固定连接的隔板35，避免船体表面的杂物飞溅到环形齿34上导致环形齿34生锈损坏，隔板35的上表面转动安装有驱动齿轮24，且驱动齿轮24与环形齿34啮合传动，驱动齿轮24转动时用于驱动环形齿34进行转动，进而带动活动环3进行转动。

为了驱动驱动齿轮24转动，本申请的驱动齿轮24至少设置有两个并围绕活动环3呈环形阵列分布，多个驱动齿轮24的设置可确保环形齿34各个位置受力平衡，确保活动环3在转动时更加稳定，连接板2的上表面固定安装有与多个驱动齿轮24一一对应的驱动电机23，且驱动电机23的输出端与驱动齿轮24中心轴的上端固定连接，驱动电机23用于驱动驱动齿轮24进行旋转，进而驱动活动环3转动，多个驱动电机23由一个控制器进行控制，确保多个驱动齿轮24的转动同步，驱动电机23的外侧设置有与之匹配的防护罩，用于对驱动电机23进行防水防撞击。

为了通过机械手1调节连接板2的倾角，本申请的机械手1包括安装环11和固定在安装环11中部的连接杆17，连接杆17与外部的机械臂连接，机械臂使用现有公知技术中的结构，机械臂主要用于调节机械手1的高度和位置，安装环11的外侧固定安装有多个呈环形阵列分布的安装座12，安装座12的外侧通过销轴转动安装有连杆一13，连杆一13仅能够围绕安装座12上的销轴进行旋转，连杆一13的一端通过销轴转动安装有连杆二14，连杆二14自身的位置可随连杆一13的转动而改变，而且，连杆二14仅能够围绕连杆一13端部的销轴进行旋转，即连杆一13和连杆二14都能够转动，但不会向侧面发生偏移，连杆二14的一端与连接板2上表面的边缘处转动连接，如图1所示，机械手1整体通过控制不同位置的连杆一13和连杆二14进行转动，能够调节连接板2的倾角，以及连接板2与机械手1之间的间距。

为了将连接板2与连杆二14转动连接，本申请还具有在连杆二14的一端固定安装有连接球16，连接板2的表面边缘处固定安装有与多个连接球16一一对应的连接壳21，连接壳21的内部开设有供连接球16转动安装的球形仓22，如图1、图2和图3所示，连接球16在球形仓22内腔中能够进行任意方向的旋转，因此连接板2与机械手1连接后，连接板2自身的倾角可调节，连杆一13和连杆二14之间设置有气缸15，气缸15的两端通过销轴分别与连杆一13和连杆二14转动连接，且连杆一13、连杆二14和气缸15三者形成三角形结构，如图2所示，气缸15的设置用于控制连杆二14与连杆一13之间的相对转动，当气缸15长度固定时，连杆一13、连杆二14和气缸15三者形成一个固定的结构，且该结构的上端通过销轴与安装环11转动连接、下端通过连接球16与连接板2转动连接，而由于该结构设置有四组能够相互限制转动，因此本装置的机械手1在气缸15长度固定后，能够保持结构稳定，避免连接板2随意晃动，在需要调节连接板2角度时，通过控制不同位置的气缸15进行伸缩即可。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种船体表面清理用高自由度机械臂，其特征在于：包括：

机械手（1），所述机械手（1）的下端转动安装有连接板（2），所述连接板（2）的下表面转动安装有活动环（3），所述活动环（3）的侧面开设有阶梯槽（31），且阶梯槽（31）的下端在活动环（3）的下表面形成缺口；

转轮（4），所述转轮（4）转动安装于阶梯槽（31）的内腔并与之相适配，所述转轮（4）的下端延伸至活动环（3）下方，所述转轮（4）的中部开设有球形的转动槽（41），所述转动槽（41）的内壁活动镶嵌有滚动体（42）；

球形件（5），所述球形件（5）转动安装于转动槽（41）内腔并与之相适配，所述球形件（5）的表面开设有与滚动体（42）对应的弧形滚动槽（51），所述滚动体（42）位于弧形滚动槽（51）槽底并与之滚动连接，所述球形件（5）的中部固定贯穿设置有轴体（52），所述轴体（52）的两端均安装有毛刷辊（53）。

2.根据权利要求1所述的一种船体表面清理用高自由度机械臂，其特征在于：所述阶梯槽（31）和转轮（4）均设置有多个并围绕活动环（3）呈环形阵列分布，所述滚动体（42）和弧形滚动槽（51）均设置有多个并分别围绕转轮（4）和球形件（5）呈环形阵列分布。

3.根据权利要求1所述的一种船体表面清理用高自由度机械臂，其特征在于：所述转轮（4）的外侧面开设有摩擦纹（43），所述转动槽（41）的两端开口处均设置有倒角，所述轴体（52）的两端分别穿过转动槽（41）的两端开口并延伸至转轮（4）的两侧，所述阶梯槽（31）的一侧开口处设置有对转轮（4）进行限位的侧挡板（32），且侧挡板（32）设置成下部具有开口的圆环状，所述侧挡板（32）与活动环（3）之间通过螺栓固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种船体表面清理用高自由度机械臂，其特征在于：所述活动环（3）侧面的上部开设有环形凹槽（33），所述连接板（2）的边缘向下翻折形成翻边（25），所述翻边（25）的截面设置成“L”字形，所述翻边（25）卡进环形凹槽（33）的内腔并与之滑动连接，所述环形凹槽（33）和翻边（25）的贴合连接处设置有用于减小摩擦力的滚珠。

5.根据权利要求4所述的一种船体表面清理用高自由度机械臂，其特征在于：所述活动环（3）内壁的上部固定设置有与环形凹槽（33）位于同一水平位置的环形齿（34），所述环形齿（34）的下方设置有与活动环（3）内壁固定连接的隔板（35），所述隔板（35）的上表面转动安装有驱动齿轮（24），且驱动齿轮（24）与环形齿（34）啮合传动。

6.根据权利要求5所述的一种船体表面清理用高自由度机械臂，其特征在于：所述驱动齿轮（24）至少设置有两个并围绕活动环（3）呈环形阵列分布，所述连接板（2）的上表面固定安装有与多个驱动齿轮（24）一一对应的驱动电机（23），且驱动电机（23）的输出端与驱动齿轮（24）中心轴的上端固定连接，所述驱动电机（23）的外侧设置有与之匹配的防护罩。

7.根据权利要求1所述的一种船体表面清理用高自由度机械臂，其特征在于：所述机械手（1）包括安装环（11）和固定在安装环（11）中部的连接杆（17），所述连接杆（17）与外部的机械臂连接，所述安装环（11）的外侧固定安装有多个呈环形阵列分布的安装座（12），所述安装座（12）的外侧通过销轴转动安装有连杆一（13），所述连杆一（13）的一端通过销轴转动安装有连杆二（14），所述连杆二（14）的一端与连接板（2）上表面的边缘处转动连接。

8.根据权利要求7所述的一种船体表面清理用高自由度机械臂，其特征在于：所述连杆二（14）的一端固定安装有连接球（16），所述连接板（2）的表面边缘处固定安装有与多个连接球（16）一一对应的连接壳（21），所述连接壳（21）的内部开设有供连接球（16）转动安装的球形仓（22），所述连杆一（13）和连杆二（14）之间设置有气缸（15），所述气缸（15）的两端通过销轴分别与连杆一（13）和连杆二（14）转动连接，且连杆一（13）、连杆二（14）和气缸（15）三者形成三角形结构。