本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種船舶艦艇壁面爬壁清潔機(jī)器人。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的清潔機(jī)器方式都存在不同程度的問題。人工清潔耗時(shí)耗力，且清潔人員工作條件較差，不符合當(dāng)今社會(huì)的自動(dòng)化趨勢；化學(xué)方法清潔容易導(dǎo)致較大的海洋生態(tài)環(huán)境污染，高壓水射的方法清潔效果有限并且耗費(fèi)較大的能量，而傳統(tǒng)機(jī)器人單刷清潔在工作中隨表面會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，受表面條件所限。現(xiàn)代清潔船舶機(jī)器人清潔方式主要在國外有比較好的發(fā)展。

美國航空航天局和加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(nasa-jpl)研制了用于搭載船舶除銹清洗器的爬壁機(jī)器人m系列，但是此類機(jī)器人采用的永磁吸附如果在工作過程中退磁或者遇到非鐵磁質(zhì)表面會(huì)出現(xiàn)無法吸附的狀況，同時(shí)吸附力受磁狀況影響較大。采用高壓水槍噴射導(dǎo)致工作載荷較大，同時(shí)影響吸附效果。

nasa-jpl聯(lián)合卡耐基—梅隆大學(xué)機(jī)器人研究所研制了m3500類型機(jī)器人采用的鈦合金和其他復(fù)合材料，以及關(guān)節(jié)狀的適應(yīng)機(jī)構(gòu)，具有綜合的優(yōu)異的清潔效果，機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜同時(shí)材料成本較高。

flow公司研制了hydro-cat和hydro-crawler。hydro-cat機(jī)器人采用的真空吸附結(jié)構(gòu)導(dǎo)致吸附難度大，并且依賴船體曲面形狀，以避免真空條件招致破壞。履帶行走而缺乏自適應(yīng)機(jī)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致行走吸附不可靠。

法國cybernetix公司研制了octopus機(jī)器人依舊采用的永磁吸附結(jié)構(gòu)，同樣有可能因退磁導(dǎo)致吸附不可靠。輪式行走方式越障性好，但是行走可靠性低。

西班牙卡塔赫納科技大學(xué)dsie研究室iborra教授等研制了一種軌道式懸臂搭載爬壁除銹機(jī)器人eftcor。eftcor由于需要搭接軌道，并且只能清潔側(cè)面較大平面，具有一定的局限性。

中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所王洪光等研制成功了多種爬壁機(jī)器人。研制了一種新式輪足復(fù)合式爬壁機(jī)器人，對(duì)行走研究較為深入，但是研究條件并非為水下狀況，并且也不是用于清潔的機(jī)器人。

大連海事大學(xué)衣正堯等研制了兩代用于搭載船舶除銹清洗器的爬壁機(jī)器人缺少自適應(yīng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用的單清潔刷結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致工作時(shí)不平穩(wěn)，容易出現(xiàn)振動(dòng)噪聲等問題。

綜上所述，目前的爬壁清潔機(jī)器人研究主要采用永磁或電磁吸附，并因而導(dǎo)致會(huì)因?yàn)橄潘碌奈讲豢煽?。同時(shí)缺乏對(duì)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),現(xiàn)有的履帶不能適應(yīng)較大曲率船的體表面,其清潔結(jié)構(gòu)也不能適應(yīng)船身曲面的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種船舶艦艇壁面爬壁清潔機(jī)器人。本發(fā)明能夠使得承重輪和履帶板緊貼在船舶壁面保證永磁鐵的吸附效果，保證履帶機(jī)構(gòu)的吸附可靠性和行駛安全性，可以適應(yīng)船舶上各種壁面；克服了單一永磁吸附越障受限，材料限制等影響；清潔面積大，受力均勻，承載能力強(qiáng)，強(qiáng)度較高，可以很好的達(dá)到平衡狀況，提高了的清潔效率。

為達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種船舶艦艇壁面爬壁清潔機(jī)器人，包括車架，所述車架上安裝有行走自適應(yīng)機(jī)構(gòu)、清潔機(jī)構(gòu)和推力吸附機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述行走自適應(yīng)機(jī)構(gòu)包括履帶，履帶套設(shè)在驅(qū)動(dòng)輪和張緊輪上；所述張緊輪連接有伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)輪和張緊輪之間安裝有自適機(jī)構(gòu)；所述自適機(jī)構(gòu)包括彈簧，彈簧一端連接車架，另一端連接上支撐板，支撐板通過轉(zhuǎn)軸與車架軸接；支撐板通過舵機(jī)連接有下支撐板，下支撐板連接有承重輪；

彈簧為上支撐板提供預(yù)緊力從而使得上支撐板繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)承重輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使得承重輪貼合支撐履帶；遇到凹陷時(shí)，伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)張緊輪后移，同時(shí)，舵機(jī)帶動(dòng)下支撐板轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與船體凹陷處的緊密貼合；遇到凸起時(shí)，舵機(jī)帶動(dòng)下支撐板反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使得履帶與保持與凸起處的緊密貼合；在船體的平整之處，伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)張緊輪后移前移，同時(shí)舵機(jī)帶動(dòng)下支撐板回復(fù)原位。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為液壓油缸；所述車架上固定有與上支撐板配合的限位銷；限位銷用于防止上支撐板向下轉(zhuǎn)動(dòng)影響下支撐板轉(zhuǎn)動(dòng)的地形適應(yīng)功能，保留了遇到障礙時(shí)彈簧的減震功能；上支撐板上成形有與限位銷配合的弧形槽。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述車架上還安裝有與履帶配合的托鏈輪

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述履帶的履帶鏈板通過永磁鐵支撐架固定有永磁鐵；所述下支撐板通過第一軸承連接承重輪，承重輪上固定有承重輪端蓋；所述轉(zhuǎn)軸外套設(shè)有第二軸承；驅(qū)動(dòng)輪連接有驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)；清潔機(jī)構(gòu)連接有清潔機(jī)構(gòu)電機(jī)。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述自適機(jī)構(gòu)不少于兩個(gè)。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述推力吸附機(jī)構(gòu)為螺旋槳，螺旋槳連接有螺旋槳電機(jī)。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述螺旋槳為兩個(gè)且分別位于車架兩側(cè)。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述清潔機(jī)構(gòu)包括太陽輪和行星架；太陽輪和行星架之間嚙合有行星齒輪，行星齒輪連接有清潔刷。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述行星齒輪與清潔刷之間安裝有調(diào)節(jié)彈簧。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為行走自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為自適機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為清潔機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下通過具體實(shí)施方式并且結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作具體說明。

實(shí)施例1

如圖1-圖2所示的一種船舶艦艇壁面爬壁清潔機(jī)器人，包括車架1，車架1上安裝有行走自適應(yīng)機(jī)構(gòu)2、清潔機(jī)構(gòu)3和推力吸附機(jī)構(gòu)4。

如圖3和圖4所示，行走自適應(yīng)機(jī)構(gòu)2包括履帶5，履帶5套設(shè)在驅(qū)動(dòng)輪6和張緊輪7上；張緊輪7連接有伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8，伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8為液壓油缸或其它伸縮裝置，如氣缸等。驅(qū)動(dòng)輪6和張緊輪7之間安裝有自適機(jī)構(gòu)；自適機(jī)構(gòu)包括彈簧9，彈簧9一端連接車架1，另一端連接上支撐板10，支撐板10通過轉(zhuǎn)軸14與車架1軸接；支撐板10通過舵機(jī)11連接有下支撐板12，下支撐板12連接有承重輪13；

彈簧9為上支撐板10提供預(yù)緊力從而使得上支撐板10繞轉(zhuǎn)軸14轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)承重輪13轉(zhuǎn)動(dòng)，使得承重輪13貼合支撐履帶5；遇到凹陷時(shí)，伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8帶動(dòng)張緊輪7后移，同時(shí)，舵機(jī)11帶動(dòng)下支撐板12轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與船體凹陷處的緊密貼合；遇到凸起時(shí)，舵機(jī)11帶動(dòng)下支撐板12反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使得履帶5與保持與凸起處的緊密貼合；在船體的平整之處，伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8帶動(dòng)張緊輪7后移前移，同時(shí)舵機(jī)11帶動(dòng)下支撐板12回復(fù)原位。

機(jī)器人根據(jù)行駛需求通過舵機(jī)控制釋放或約束支撐板自由度。控制雙支撐板伸縮使得承重輪和履帶板緊貼在船舶壁面保證永磁鐵的吸附效果。該機(jī)構(gòu)結(jié)合彈簧液壓裝置，保證履帶機(jī)構(gòu)的吸附可靠性和行駛安全性，可以適應(yīng)船舶上各種壁面。平面上移動(dòng)時(shí),上支撐板10和下支撐板12傾斜設(shè)置。

車架1上還安裝有與履帶5配合的托鏈輪15。履帶5的履帶鏈板16通過永磁鐵支撐架17固定有永磁鐵18；下支撐板12通過第一軸承19連接承重輪13，承重輪13上固定有承重輪端蓋21；轉(zhuǎn)軸14外套設(shè)有第二軸承20；驅(qū)動(dòng)輪6連接有驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)601；清潔機(jī)構(gòu)3連接有清潔機(jī)構(gòu)電機(jī)301。自適機(jī)構(gòu)不少于兩個(gè)，本實(shí)施例中選為三個(gè)，從而使得履帶總體能適應(yīng)多種地形。

所述車架1上固定有與上支撐板10配合的限位銷22；限位銷22用于防止上支撐板10向下轉(zhuǎn)動(dòng)影響下支撐板12轉(zhuǎn)動(dòng)的地形適應(yīng)功能，保留了遇到障礙時(shí)彈簧9的減震功能。上支撐板10上成形有與限位銷22配合的弧形槽。

如圖1所示，推力吸附機(jī)構(gòu)4為螺旋槳，螺旋槳連接有螺旋槳電機(jī)。螺旋槳為兩個(gè)且分別位于車架1兩側(cè)。永磁鐵吸附結(jié)合螺旋槳推力吸附機(jī)構(gòu)的吸附方式。提高了機(jī)器人在不同環(huán)境下的可靠性和工作穩(wěn)定性。機(jī)器人依靠磁力將機(jī)器人吸附于壁面。磁吸附方式的爬壁機(jī)器人要求壁面必須是導(dǎo)磁材料，但是結(jié)構(gòu)簡單，且對(duì)壁面的凹凸適應(yīng)性強(qiáng)。當(dāng)機(jī)器人行駛過程接觸到消磁材料永磁吸附力會(huì)部分失效，為了保證機(jī)器人不會(huì)從壁面剝落，螺旋槳產(chǎn)生的負(fù)壓吸附是一種依靠氣流負(fù)壓力將機(jī)器人壓附于壁面的方式，產(chǎn)生負(fù)壓力除了產(chǎn)生將機(jī)器人壓附于壁面的法向作用力以外，同時(shí)它還依靠其壁面切向分量使機(jī)器人克服自身重力和壁面摩擦力而前進(jìn)。克服了單一永磁吸附越障受限，材料限制等影響。采用雙螺旋保證力平衡和運(yùn)動(dòng)平衡。

如圖5所示，清潔機(jī)構(gòu)3包括太陽輪302和行星架303；太陽輪302和行星架303之間嚙合有行星齒輪304，行星齒輪304連接有清潔刷305。行星齒輪304與清潔刷305之間安裝有調(diào)節(jié)彈簧306。太陽輪302通過第三軸承307與行星齒輪304連接；太陽輪302上套設(shè)軸用擋圈308；太陽輪連接有太陽輪軸309，太陽輪軸309嚙合有錐齒輪軸310，錐齒輪軸310連接清潔機(jī)構(gòu)電機(jī)301。

這樣通過太陽輪302帶動(dòng)行星齒輪304公轉(zhuǎn)，行星齒輪304再通過嚙合齒的動(dòng)力進(jìn)行自轉(zhuǎn)，通過公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)結(jié)合均勻的對(duì)船體進(jìn)行除銹。在行星齒輪的下端接上刷盤，軸向上加裝彈簧裝置，彈簧有一定預(yù)緊力。此結(jié)構(gòu)使得刷盤能夠沿著軸向移動(dòng)，保持刷絲能緊貼船體表面，并有提供一定正壓力，確保除銹的順利進(jìn)行。在機(jī)器人行駛的過程中完成清刷作業(yè)。相對(duì)于一般的單刷盤，該機(jī)構(gòu)清潔面積大，受力均勻，承載能力強(qiáng)，強(qiáng)度較高，可以很好的達(dá)到平衡狀況，提高了的清潔效率。

機(jī)器人通過控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)選用51單片機(jī)系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的核心。它根據(jù)機(jī)器人在行駛過程中的各種傳感器接收的信號(hào)，對(duì)信號(hào)作出處理，傳送的初始化參數(shù)和動(dòng)作指令進(jìn)行路徑規(guī)劃，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)減速步進(jìn)電機(jī)(驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)601)，從而控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)；獲得傾角傳感器的反饋信號(hào)，控制機(jī)器人的姿態(tài)，防止由于船體表面的凸凹不平，造成機(jī)器人移動(dòng)時(shí)左右履帶的軌跡不同，使機(jī)器人出現(xiàn)爬偏現(xiàn)象，保證機(jī)器人沿規(guī)定的路徑行走。驅(qū)動(dòng)普通水下電機(jī)(清潔機(jī)構(gòu)電機(jī)301)，完成清刷機(jī)構(gòu)的作業(yè)。驅(qū)動(dòng)螺旋槳的步進(jìn)電機(jī)，必要時(shí)實(shí)現(xiàn)螺旋槳推力機(jī)構(gòu)的輔助吸附作用。遇到無法跨越的障礙和凹陷，由紅外線傳感器接收信號(hào)反饋到控制中心，指揮機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。通過可視化系統(tǒng)判別清潔效果確定是否需要進(jìn)行二次清潔。

上述僅為本發(fā)明的一個(gè)具體導(dǎo)向?qū)嵤┓绞?，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明的保護(hù)范圍的行為。