CN207058300U - 一种船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人，包括车架，所述车架上安装有行走自适应机构、清洁机构和推力吸附机构；所述行走自适应机构包括履带，履带套设在驱动轮和张紧轮上；所述张紧轮连接有伸缩调节机构；驱动轮和张紧轮之间安装有自适机构；所述自适机构包括弹簧，弹簧一端连接车架，另一端连接上支撑板，支撑板通过转轴与车架轴接；支撑板通过舵机连接有下支撑板，下支撑板连接有承重轮。本实用新型能够使得承重轮和履带板紧贴在船舶壁面保证永磁铁的吸附效果，可以适应船舶上各种壁面；克服了单一永磁吸附越障受限，材料限制等影响；清洁面积大，受力均匀，承载能力强，强度较高，可以很好的达到平衡状况，提高了的清洁效率。

Description

一种船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人

技术领域

本实用新型属于机械领域，尤其涉及一种船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人。

背景技术

传统的清洁机器方式都存在不同程度的问题。人工清洁耗时耗力，且清洁人员工作条件较差，不符合当今社会的自动化趋势；化学方法清洁容易导致较大的海洋生态环境污染，高压水射的方法清洁效果有限并且耗费较大的能量，而传统机器人单刷清洁在工作中随表面会产生振动，受表面条件所限。现代清洁船舶机器人清洁方式主要在国外有比较好的发展。

美国航空航天局和加州理工学院喷气推进实验室(NASA-JPL)研制了用于搭载船舶除锈清洗器的爬壁机器人M系列，但是此类机器人采用的永磁吸附如果在工作过程中退磁或者遇到非铁磁质表面会出现无法吸附的状况，同时吸附力受磁状况影响较大。采用高压水枪喷射导致工作载荷较大，同时影响吸附效果。

NASA-JPL联合卡耐基—梅隆大学机器人研究所研制了M3500类型机器人采用的钛合金和其他复合材料，以及关节状的适应机构，具有综合的优异的清洁效果，机械结构较为复杂同时材料成本较高。

Flow公司研制了Hydro-Cat和Hydro-Crawler。Hydro-Cat机器人采用的真空吸附结构导致吸附难度大，并且依赖船体曲面形状，以避免真空条件招致破坏。履带行走而缺乏自适应机构会导致行走吸附不可靠。

法国Cybernetix公司研制了Octopus机器人依旧采用的永磁吸附结构，同样有可能因退磁导致吸附不可靠。轮式行走方式越障性好，但是行走可靠性低。

西班牙卡塔赫纳科技大学DSIE研究室Iborra教授等研制了一种轨道式悬臂搭载爬壁除锈机器人EFTCOR。EFTCOR由于需要搭接轨道，并且只能清洁侧面较大平面，具有一定的局限性。

中国科学院沈阳自动化研究所王洪光等研制成功了多种爬壁机器人。研制了一种新式轮足复合式爬壁机器人，对行走研究较为深入，但是研究条件并非为水下状况，并且也不是用于清洁的机器人。

大连海事大学衣正尧等研制了两代用于搭载船舶除锈清洗器的爬壁机器人缺少自适应结构，同时采用的单清洁刷结构，导致工作时不平稳，容易出现振动噪声等问题。

综上所述，目前的爬壁清洁机器人研究主要采用永磁或电磁吸附，并因而导致会因为消磁所致的吸附不可靠。同时缺乏对自适应结构的设计,现有的履带不能适应较大曲率船的体表面,其清洁结构也不能适应船身曲面的结构。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人。本实用新型能够使得承重轮和履带板紧贴在船舶壁面保证永磁铁的吸附效果，保证履带机构的吸附可靠性和行驶安全性，可以适应船舶上各种壁面；克服了单一永磁吸附越障受限，材料限制等影响；清洁面积大，受力均匀，承载能力强，强度较高，可以很好的达到平衡状况，提高了的清洁效率。

为达到上述技术效果，本实用新型的技术方案是：

一种船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人，包括车架，所述车架上安装有行走自适应机构、清洁机构和推力吸附机构。

进一步的改进，所述行走自适应机构包括履带，履带套设在驱动轮和张紧轮上；所述张紧轮连接有伸缩调节机构；驱动轮和张紧轮之间安装有自适机构；所述自适机构包括弹簧，弹簧一端连接车架，另一端连接上支撑板，支撑板通过转轴与车架轴接；支撑板通过舵机连接有下支撑板，下支撑板连接有承重轮；

弹簧为上支撑板提供预紧力从而使得上支撑板绕转轴转动进而带动承重轮转动，使得承重轮贴合支撑履带；遇到凹陷时，伸缩调节机构带动张紧轮后移，同时，舵机带动下支撑板转动，从而实现与船体凹陷处的紧密贴合；遇到凸起时，舵机带动下支撑板反向转动，使得履带与保持与凸起处的紧密贴合；在船体的平整之处，伸缩调节机构带动张紧轮后移前移，同时舵机带动下支撑板回复原位。

进一步的改进，所述伸缩调节机构为液压油缸；所述车架上固定有与上支撑板配合的限位销；限位销用于防止上支撑板向下转动影响下支撑板转动的地形适应功能，保留了遇到障碍时弹簧的减震功能；上支撑板上成形有与限位销配合的弧形槽。

进一步的改进，所述车架上还安装有与履带配合的托链轮

进一步的改进，所述履带的履带链板通过永磁铁支撑架固定有永磁铁；所述下支撑板通过第一轴承连接承重轮，承重轮上固定有承重轮端盖；所述转轴外套设有第二轴承；驱动轮连接有驱动轮电机；清洁机构连接有清洁机构电机。

进一步的改进，所述自适机构不少于两个。

进一步的改进，所述推力吸附机构为螺旋桨，螺旋桨连接有螺旋桨电机。

进一步的改进，所述螺旋桨为两个且分别位于车架两侧。

进一步的改进，所述清洁机构包括太阳轮和行星架；太阳轮和行星架之间啮合有行星齿轮，行星齿轮连接有清洁刷。

进一步的改进，所述行星齿轮与清洁刷之间安装有调节弹簧。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的俯视结构示意图；

图3为行走自适应机构的结构示意图；

图4为自适机构的结构示意图；

图5为清洁机构的结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式并且结合附图对本实用新型的技术方案作具体说明。

实施例1

如图1-图2所示的一种船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人，包括车架1，车架1上安装有行走自适应机构2、清洁机构3和推力吸附机构4。

如图3和图4所示，行走自适应机构2包括履带5，履带5套设在驱动轮6和张紧轮7上；张紧轮7连接有伸缩调节机构8，伸缩调节机构8为液压油缸或其它伸缩装置，如气缸等。驱动轮6和张紧轮7之间安装有自适机构；自适机构包括弹簧9，弹簧9一端连接车架1，另一端连接上支撑板10，支撑板10通过转轴14与车架1轴接；支撑板10通过舵机11连接有下支撑板12，下支撑板12连接有承重轮13；

弹簧9为上支撑板10提供预紧力从而使得上支撑板10绕转轴14转动进而带动承重轮13转动，使得承重轮13贴合支撑履带5；遇到凹陷时，伸缩调节机构8带动张紧轮7后移，同时，舵机11带动下支撑板12转动，从而实现与船体凹陷处的紧密贴合；遇到凸起时，舵机11带动下支撑板12反向转动，使得履带5与保持与凸起处的紧密贴合；在船体的平整之处，伸缩调节机构8带动张紧轮7后移前移，同时舵机11带动下支撑板12回复原位。

机器人根据行驶需求通过舵机控制释放或约束支撑板自由度。控制双支撑板伸缩使得承重轮和履带板紧贴在船舶壁面保证永磁铁的吸附效果。该机构结合弹簧液压装置，保证履带机构的吸附可靠性和行驶安全性，可以适应船舶上各种壁面。平面上移动时,上支撑板10和下支撑板12倾斜设置。

车架1上还安装有与履带5配合的托链轮15。履带5的履带链板16通过永磁铁支撑架17固定有永磁铁18；下支撑板12通过第一轴承19连接承重轮13，承重轮13上固定有承重轮端盖21；转轴14外套设有第二轴承20；驱动轮6连接有驱动轮电机601；清洁机构3连接有清洁机构电机301。自适机构不少于两个，本实施例中选为三个，从而使得履带总体能适应多种地形。

所述车架1上固定有与上支撑板10配合的限位销22；限位销22用于防止上支撑板10向下转动影响下支撑板12转动的地形适应功能，保留了遇到障碍时弹簧9的减震功能。上支撑板10上成形有与限位销22配合的弧形槽。

如图1所示，推力吸附机构4为螺旋桨，螺旋桨连接有螺旋桨电机。螺旋桨为两个且分别位于车架1两侧。永磁铁吸附结合螺旋桨推力吸附机构的吸附方式。提高了机器人在不同环境下的可靠性和工作稳定性。机器人依靠磁力将机器人吸附于壁面。磁吸附方式的爬壁机器人要求壁面必须是导磁材料，但是结构简单，且对壁面的凹凸适应性强。当机器人行驶过程接触到消磁材料永磁吸附力会部分失效，为了保证机器人不会从壁面剥落，螺旋桨产生的负压吸附是一种依靠气流负压力将机器人压附于壁面的方式，产生负压力除了产生将机器人压附于壁面的法向作用力以外，同时它还依靠其壁面切向分量使机器人克服自身重力和壁面摩擦力而前进。克服了单一永磁吸附越障受限，材料限制等影响。采用双螺旋保证力平衡和运动平衡。

如图5所示，清洁机构3包括太阳轮302和行星架303；太阳轮302和行星架303之间啮合有行星齿轮304，行星齿轮304连接有清洁刷305。行星齿轮304与清洁刷305之间安装有调节弹簧306。太阳轮302通过第三轴承307与行星齿轮304连接；太阳轮302上套设轴用挡圈308；太阳轮连接有太阳轮轴309，太阳轮轴309啮合有锥齿轮轴310，锥齿轮轴310连接清洁机构电机301。

这样通过太阳轮302带动行星齿轮304公转，行星齿轮304再通过啮合齿的动力进行自转，通过公转与自转结合均匀的对船体进行除锈。在行星齿轮的下端接上刷盘，轴向上加装弹簧装置，弹簧有一定预紧力。此结构使得刷盘能够沿着轴向移动，保持刷丝能紧贴船体表面，并有提供一定正压力，确保除锈的顺利进行。在机器人行驶的过程中完成清刷作业。相对于一般的单刷盘，该机构清洁面积大，受力均匀，承载能力强，强度较高，可以很好的达到平衡状况，提高了的清洁效率。

机器人通过控制系统进行控制，控制系统选用51单片机系统，是实现机器人运动控制的核心。它根据机器人在行驶过程中的各种传感器接收的信号，对信号作出处理，传送的初始化参数和动作指令进行路径规划，驱动两个减速步进电机(驱动轮电机601)，从而控制机器人的运动；获得倾角传感器的反馈信号，控制机器人的姿态，防止由于船体表面的凸凹不平，造成机器人移动时左右履带的轨迹不同，使机器人出现爬偏现象，保证机器人沿规定的路径行走。驱动普通水下电机(清洁机构电机301)，完成清刷机构的作业。驱动螺旋桨的步进电机，必要时实现螺旋桨推力机构的辅助吸附作用。遇到无法跨越的障碍和凹陷，由红外线传感器接收信号反馈到控制中心，指挥机器人的运动。通过可视化系统判别清洁效果确定是否需要进行二次清洁。

上述仅为本实用新型的一个具体导向实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型的保护范围的行为。

Claims (9)

1.一种船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人，包括车架(1)，其特征在于，所述车架(1)上安装有行走自适应机构(2)、清洁机构(3)和推力吸附机构(4)，所述清洁机构(3)包括太阳轮(302)和行星架(303)；太阳轮(302)和行星架(303)之间啮合有行星齿轮(304)，行星齿轮(304)连接有清洁刷(305)。

2.如权利要求1所述的船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人，其特征在于，所述行走自适应机构(2)包括履带(5)，履带(5)套设在驱动轮(6)和张紧轮(7)上；所述张紧轮(7)连接有伸缩调节机构(8)；驱动轮(6)和张紧轮(7)之间安装有自适机构；所述自适机构包括弹簧(9)，弹簧(9)一端连接车架(1)，另一端连接上支撑板(10)，支撑板(10)通过转轴(14)与车架(1)轴接；支撑板(10)通过舵机(11)连接有下支撑板(12)，下支撑板(12)连接有承重轮(13)。

3.如权利要求2所述的船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人，其特征在于，所述伸缩调节机构(8)为液压油缸；所述车架(1)上固定有与上支撑板(10)配合的限位销(22)；上支撑板(10)上成形有与限位销(22)配合的弧形槽。

4.如权利要求2所述的船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人，其特征在于，所述车架(1)上还安装有与履带(5)配合的托链轮(15)。

5.如权利要求2所述的船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人，其特征在于，所述履带(5)的履带链板(16)通过永磁铁支撑架(17)固定有永磁铁(18)；所述下支撑板(12)通过第一轴承(19)连接承重轮(13)，承重轮(13)上固定有承重轮端盖(21)；所述转轴(14)外套设有第二轴承(20)；驱动轮(6)连接有驱动轮电机(601)；清洁机构(3)连接有清洁机构电机(301)。

6.如权利要求2所述的船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人，其特征在于， 所述自适机构不少于两个。

7.如权利要求1所述的船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人，其特征在于，所述推力吸附机构(4)为螺旋桨，螺旋桨连接有螺旋桨电机。

8.如权利要求7所述的船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人，其特征在于，所述螺旋桨为两个且分别位于车架(1)两侧。

9.如权利要求1所述的船舶舰艇壁面爬壁清洁机器人，其特征在于，所述行星齿轮(304)与清洁刷(305)之间安装有调节弹簧(306)。