一种在水下复杂结构物表面作业的机器人及工作方法

1.本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种在水下复杂结构物表面作业的机器人及工作方法。


背景技术：

2.爬壁机器人(wall climbing robot)是可以在壁面上攀爬并完成作业的自动化机器人，机器人自动附着并爬行于各装备平台表面，高效完成结构物表面的侦察、检修、焊接、修补和表面喷砂、打磨及清洗等工作，将人类从恶劣危险的环境中解放出来，具有很高的经济和社会效益。
3.爬壁机器人按照吸附机构原理分类，可分为：真空吸附、磁力吸附、推力吸附和负压吸附四种方式。其中，磁力吸附采用永磁体或电磁线圈元件实现对结构物表面的附着，要求被吸附的结构物为导磁材料。负压吸附与真空吸附有一定相似性，利用涡扇、风机等装置形成高速流体内外压差，从而实现壁面吸附，该方式允许有一定流体泄漏。结合目前已知的应用场景结构物表面情况，最成熟和有效的方式是磁力吸附和负压吸附。
4.机器人要实现在水下桥墩、海底管道等带曲率的复杂结构物表面作业，前提在于必须稳固的附着在复杂结构物表面上并能根据复杂结构物表面的曲率变化自适应调整吸附高度及吸附角度，且需要在携带载荷情况下仍能抵抗外部扰动，这就要求机器人具备较高的吸附力及吸附高度角度调节能力。磁力吸附只适用于导磁的结构物表面，对壁面材料要求高，对于建筑物外墙、玻璃幕布及海洋平台的水泥桩基及大桥大坝的壁面不再适用，有很大的应用局限性。
5.常见的负压吸附方案有：申请号为202020165565.6的实用新型专利公开了一种海洋平台支架清污机器人，通过采用离心式叶轮吸盘的离心叶轮作用下高速旋转产生的离心作用形成负压，及永磁性履带和驱动小轮产生的磁吸力，使机器人稳定的吸附在海洋平台支柱表面。申请号为202023183543.1的实用新型专利公开了一种自稳式水下机器人，通过吸附机构实现水下机器人在水下作业时，吸附机构可以任意调整吸附距离。申请号为202011356092.9的发明专利公开了一种兼具游动与吸附功能的水下机器人，能够实现自由游动、吸附游动与定点吸附三种模式。现有的负压吸附方案基于伯努利负压吸附原理，不能根据复杂结构物表面的曲率变化随时自主调整负压吸附流道空间的高度及角度，无法实现机器人水下作业时在不同曲率表面都能保持较高的吸附力，在复杂的非结构性壁面上很容易因丧失部分甚至全部吸附力而导致机器人滑移和脱落。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种在水下复杂结构物表面作业的机器人，能进行吸附高度及吸附角度的自适应调整，以保证在不同曲率的复杂结构物表面都能保持稳定的吸附力，提高带载荷水平。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种在水下复杂结构物表面作业的
机器人，包括机器人本体以及对称安装于机器人本体下部的两组负压吸附组件；机器人本体用于安装固定机器人的各部件，负压吸附组件用于提供机器人所需的吸附力。
8.机器人本体至少包括架体、浮体、推进装置、控制装置，浮体固定安装于架体的顶部，推进装置设有多个，分别安装于架体的前端、后端以及顶部，用于机器人的向后、向前、向下推进，控制装置安装固定于架体内，推进装置与控制装置电气连接。
9.每组负压吸附组件包括框架模组、垂向调节模组、角度调节模组、吸附模组，角度调节模组安装于框架模组上，框架模组上均匀分布有若干吸附模组，角度调节模组与吸附模组连接，且角度调节模组能够带动吸附模组转动实现吸附模组的角度调节，框架模组的一侧滑动连接有多个垂向调节模组，垂向调节模组固定安装于架体上，垂向调节模组能够带动框架模组上下运动实现吸附模组的垂向位移调节。
10.进一步地，所述框架模组包括主支架、电机支架、导向支架、副支架，主支架横向设置，电机支架、导向支架固定连接于主支架的一侧，副支架固定连接于主支架的另一侧，电机支架、导向支架、副支架用于连接支撑角度调节模组。
11.进一步地，所述垂向调节模组包括导轨支架、导轨电机和滑块，导轨支架纵向设置，导轨支架与架体连接固定，导轨支架上纵向设有导轨，滑块与导轨配合滑动连接，滑块固定于框架模组上，导轨电机与控制装置电气连接实现动力驱动，导轨电机固定安装于滑块上，导轨电机的输出轴与导轨支架接触啮合，导轨电机带动滑块沿导轨支架垂向移动，进而带动连接于框架模组上的吸附模组垂向移动。
12.进一步地，所述角度调节模组包括导向电机、第一水平导向模块、第二垂向导向模块、转换机构以及同步机构，导向电机与控制装置电气连接，导向电机通过电机支架固定连接于主支架的一侧，导向电机的输出轴与第一水平导向模块的一端连接，第一水平导向模块的另一端与第二垂向导向模块的顶端铰接连接，第二垂向导向模块的底端通过转换机构与同步机构连接，同步机构与吸附模组通过支架固连，导向电机带动第一水平导向模块水平移动，进而带动第二垂向导向模块转动，通过转换机构的力传递转换作用，带动同步机构转动，进而带动与同步机构连接的吸附模组转动，实现吸附模组的角度翻转调节。
13.进一步地，所述第一水平导向模块包括摆臂、第一导向轴和导向轴承，第二垂向导向模块包括上导向摆臂、第二导向轴和下导向摆臂，转换机构包括第一转换轴、转换盘、第二转换轴、转换法兰、转换挡圈。
14.摆臂一端与导向电机输出轴连接，摆臂另一端与第一导向轴的一端铰接连接，第一导向轴的另一端与上导向摆臂的上端铰接连接，上导向摆臂的下端通过第二导向轴与下导向摆臂的上端固定连接，第一转换轴的一端与副支架铰接连接，第一转换轴与副支架连接的端部设有转换挡圈，第一转换轴的另一端与转换盘的一侧连接，转换盘套设于下导向摆臂的下端内部，转换盘的另一侧与第二转换轴的一端连接，第二转换轴的另一端穿过下导向摆臂后通过转换法兰连接固定，同步机构套设于第一转换轴上，且同步机构与下导向摆臂固定连接。
15.导向电机带动摆臂转动，进而带动第一导向轴水平移动，由于第一导向轴与上导向摆臂铰接连接，进而带动上导向摆臂转动，上导向摆臂、第二导向轴、下导向摆臂、同步机构依次固定连接，最终带动同步机构绕第一转换轴转动。
16.进一步地，所述摆臂包括前摆臂、后摆臂、摆臂导向轴、限位球头，第一导向轴包括
导向轴前臂、导向光轴、限位挡板、导向轴后臂；前摆臂的一端与导向电机的输出轴连接，前摆臂的另一端通过摆臂导向轴与后摆臂的一端连接，摆臂导向轴与前摆臂滑动连接，前摆臂上设有滑槽，摆臂导向轴的端部位于滑槽内且摆臂导向轴的端部设有防止摆臂导向轴脱出的限位球头，摆臂导向轴与后摆臂固定连接，后摆臂的另一端与导向轴前臂的一端铰接连接，导向轴前臂的另一端通过导向光轴与导向轴后臂的一端连接，导向光轴通过导向轴承与导向支架的顶部滑动连接，导向轴前臂和导向轴后臂上在与导向光轴连接处的上表面均设有限位挡板，导向轴后臂的另一端与上导向摆臂的上端铰接连接。
17.导向电机带动前摆臂转动，进而带动摆臂导向轴、后摆臂同向转动，转动过程中摆臂导向轴滑动伸缩，限位球头防止摆臂导向轴从前摆臂内脱出，后摆臂拉动导向轴前臂、导向光轴、导向轴后臂水平移动，限位挡板会防止导向光轴位移量过度，导向轴后臂拉动上导向摆臂移动。
18.本发明的另一实施方式中，还可以选择电气限位传感器替代限位挡板，电气限位可采用现有技术中的具体结构，包括但不限于电位器、接近开关等。
19.进一步地，所述同步机构包括第一同步l支架、第二同步l支架、同步横杆、同步端轴、同步端轴固定座、同步连接轴，第一同步l支架的底部与吸附模组固定连接，第一同步l支架的上部侧壁套设于第一转换轴上，且第一同步l支架的上部侧壁与下导向摆臂通过同步连接轴连接固定，第一同步l支架的上部侧壁固定连接于同步横杆上，同步横杆平行设有多组，同步横杆的两端分别与第二同步l支架的上部侧壁固定连接，第二同步l支架分为左右两套相对主支架左右对称布置，第二同步l支架上部侧壁通过同步端轴与同步端轴固定座铰接连接，同步端轴与第二同步l支架上部侧壁的连接处设有同步端轴挡圈，同步端轴与同步端轴固定座连接处设有同步端轴法兰，同步端轴固定座固定连接于主支架的端部下端面上。与第一同步l支架相似地，第二同步l支架的底部端面分别与各自对应的吸附模组固定连接，且吸附模组的数量与l支架数量一致。
20.进一步地，所述吸附模组包括水下电机和导流筒，导流筒的底部外周连接有吸附盘体，导流筒的外壁与第一同步l支架、第二同步l支架的底部连接固定，导流筒内设有螺旋桨，螺旋桨与水下电机的输出轴连接，水下电机安装于导流筒的顶部，水下电机与控制装置电气连接实现动力驱动。
21.进一步地，所述机器人本体底部设有运动机构，运动机构至少包括轮系，轮系固定于安装于架体的底部，用于实现机器人在水下壁面爬行移动。
22.进一步地，本发明的机器人还可以携带作业工具，作业工具安装于机器人本体上，可根据需要选择安装不同作业工具。
23.本发明的另一目的在于提供一种在水下复杂结构物表面作业的机器人的工作方法，包括机器人对水下复杂结构物表面的自适应可靠吸附的调整方法，具体步骤如下：
24.1)控制装置控制导轨电机正向转动，导轨电机带动导轨支架呈上升趋势，从而带动与滑块连接的框架模组上的吸附模组下降，实现吸附盘体与复杂结构物表面之间的间距高度减小；
25.2)控制装置控制导轨电机反向转动，步骤1)反向实施，从而实现吸附盘体与复杂结构物表面之间的间距高度增加；该状态下，还可通过提高吸附盘体相对壁面的高度，增加机器人在凸起、曲率等非平整性壁面上的附着移动性能；
26.3)控制装置控制导向电机正向转动，带动前摆臂向逆时针方向转动，进而带动摆臂导向轴、后摆臂向逆时针方向转动，转动过程中摆臂导向轴在前摆臂内滑动，后摆臂拉动导向轴前臂、导向光轴、导向轴后臂向靠近摆臂的方向水平移动，导向轴后臂拉动第二垂向导向模块的顶端向靠近摆臂的方向移动，第二垂向导向模块的底端逆时针向上转动，从而带动第一同步l支架绕第一转换轴逆时针向上转动，进而带动吸附模组逆时针向上转动，实现吸附盘体的角度调整；当控制两组负压吸附组件上的导向电机同步反向调整时，两组负压吸附组件同时调整，两组吸附盘体呈v型姿态，实现对复杂结构物表面为凹面的适应性调整吸附；
27.4)控制装置控制导向电机反向转动，带动前摆臂向顺时针方向转动，进而带动摆臂导向轴、后摆臂向顺时针方向转动，转动过程中摆臂导向轴在前摆臂内滑动，后摆臂推动导向轴前臂、导向光轴、导向轴后臂向远离摆臂的方向水平移动，限位挡板会防止移动过度，导向轴后臂推动第二垂向导向模块的顶端向远离摆臂的方向移动，第二垂向导向模块的底端顺时针转动，第二垂向导向模块的下导向摆臂与第一同步l支架固定连接，第一同步l支架与吸附模组固定连接，因此能够带动第一同步l支架绕第一转换轴顺时针转动，进而带动吸附模组顺时针向下转动，实现吸附盘体的角度调整；当控制两组负压吸附组件上的导向电机同步反向调整时，两组负压吸附组件与水平夹角同时反向调整，两组吸附盘体呈倒v型姿态，实现对复杂结构物表面为凸面的适应性吸附；
28.5)控制装置控制两组负压吸附组件中的导向电机同向转动，通过上述步骤中的动力传动过程，最终可实现两组吸附盘体与水平夹角同步调整，实现对某种特定的壁面结构实施贴合稳固附着。
29.本发明具有以下有益效果：本发明在水下复杂结构物表面作业的机器人通过角度调节模组实现吸附盘体的角度调整，可以根据需要调整成呈水平、v型或倒v型甚至其它特定位姿构型，实现对复杂结构物表面为平面、粗糙面、凹面或凸面甚至特定壁面结构的适应性和可靠性吸附，通过垂向调节模组实现吸附盘体与复杂结构物表面之间的吸附间距高度调整，可调整吸附盘体与壁面的间距进而改变机器人越障性能，适应带凸起、凹陷、曲率和裂缝的壁面环境。本发明的机器人能进行吸附高度及吸附角度的自适应调整，以保证在不同结构性、非结构性的复杂结构物表面都能保持稳定的吸附力，不再受限于结构物表面的材质，提高了水下作业机器人的应用范围和带负载能力。
附图说明
30.图1是本发明在水下复杂结构物表面作业的机器人的整体立体结构示意图。
31.图2是本发明机器人的左视结构示意图。
32.图3是本发明机器人的俯视结构示意图。
33.图4是本发明机器人的仰视结构示意图。
34.图5是本发明单组负压吸附组件的整体立体结构示意图。
35.图6是图5中a处局部结构放大图。
36.图7是图5中b处局部结构放大图。
37.图8是本发明负压吸附组件的主视结构示意图。
38.图9是本发明负压吸附组件的左视结构示意图。
39.图10是本发明负压吸附组件的右视结构示意图。
40.图11是本发明负压吸附组件的后视结构示意图。
41.图12是本发明负压吸附组件的俯视结构示意图。
42.图13是图12中c处局部结构放大图。
43.图14是图12中d处局部结构放大图。
44.图15是本发明负压吸附组件的仰视结构示意图。
45.图16是本发明负压吸附组件的吸附模组左斜效果示意图。
46.图17是本发明负压吸附组件的吸附模组右斜效果示意图。
47.图18是本发明负压吸附组件的吸附模组下降调节效果示意图。
48.图19是本发明负压吸附组件的吸附模组上升调节效果示意图。
49.图20是本发明机器人吸附模组上升调节时整体效果示意图。
50.图21是本发明机器人吸附模组下降调节时整体效果示意图。
51.图22是本发明机器人吸附盘体成倒v型的效果示意图。
52.图23是本发明机器人吸附盘体成v型的效果示意图。
53.图中，1、机器人本体，11、架体，12、浮体，13、推进装置，14、控制装置、15运动机构，2、负压吸附组件，21、框架模组，22、垂向调节模组，23、角度调节模组，24、吸附模组，211、主支架，212、电机支架，213、导向支架，214、副支架，221、导轨支架，222、导轨电机，223、滑块，231、导向电机，232、第一水平导向模块，233、第二垂向导向模块，234、转换机构，235、同步机构，2321、摆臂，2322、第一导向轴，2323、导向轴承，2321a、前摆臂，2321b、后摆臂，2321c、摆臂导向轴，2321d、限位球头，2322a、导向轴前臂，2322b、导向光轴，2322c、限位挡板，2322d、导向轴后臂，2331、上导向摆臂，2332、第二导向轴，2333、下导向摆臂，2341、第一转换轴，2342、转换盘，2343、第二转换轴，2344、转换法兰，2345、转换挡圈，2351、第一同步l支架，2352、第二同步l支架，2353、同步横杆，2354、同步端轴，2355、同步端轴法兰，2356、同步端轴挡圈，2357、同步端轴固定座，2358、同步连接轴，241、吸附盘体，242、导流筒，243、螺旋桨，244、水下电机。
具体实施方式
54.以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
55.如图1-4所示，一种在水下复杂结构物表面作业的机器人，包括机器人本体1以及对称安装于机器人本体1下部的两组负压吸附组件2；机器人本体1用于安装固定机器人的各部件，负压吸附组件2用于提供机器人所需的吸附力。机器人本体1至少包括架体11、浮体12、推进装置13、控制装置14，架体11为开架式，方便流体通过，浮体12固定安装于架体11的顶部，浮体12用于使机器人本体1在水中产生浮力，推进装置13设有多个，分别安装于架体11的前端、后端以及顶部，架体11前端、后端的推进装置13为水平推进器，架体11顶部的推进装置13为垂向推进器，用于机器人的向后、向前、向下推进，推进装置13可以为螺旋桨式推进器，控制装置14安装固定于架体11内，推进装置13与控制装置14电气连接。
56.机器人本体1底部设有运动机构15，运动机构15至少包括轮系，轮系固定于安装于
架体11的底部，用于实现机器人在水下复杂结构物表面的移动。控制装置14根据需要控制前端、后端或顶部的推进装置13运行，推动机器人轮系向后、向前移动或将机器人向结构物表面推进。
57.本发明的机器人还可以包括作业工具，作业工具安装于机器人本体1上，可根据需要选择安装不同作业工具。
58.如图5、15所示，每组负压吸附组件2包括框架模组21、垂向调节模组22、角度调节模组23、吸附模组24，角度调节模组23安装于框架模组21上，框架模组21上均匀分布有若干吸附模组24，角度调节模组23与吸附模组24连接，且角度调节模组23能够带动吸附模组24转动实现吸附模组24的角度调节，框架模组21的一侧滑动连接有多个垂向调节模组22，垂向调节模组22固定安装于架体11上，垂向调节模组22能够带动框架模组21上下运动实现吸附模组24的垂向位移调节。
59.如图7、图9所示，框架模组21包括主支架211、电机支架212、导向支架213、副支架214，主支架211横向设置，电机支架212、导向支架213固定连接于主支架211的一侧，副支架214固定连接于主支架211的另一侧，电机支架212、导向支架213、副支架214用于连接支撑角度调节模组23。
60.如图8-10所示，垂向调节模组22包括导轨支架221、导轨电机222和滑块223，导轨支架221纵向设置，导轨支架221与架体11连接固定，导轨支架221上纵向设有导轨，滑块223与导轨配合滑动连接，滑块223固定于框架模组21上，导轨电机222与控制装置14电气连接实现动力驱动，导轨电机222固定安装于滑块223上，导轨电机222的输出轴与导轨支架221接触啮合，导轨电机22带动滑块223沿导轨支架221垂向移动，进而带动连接于框架模组21上的吸附模组24垂向移动。
61.本发明的一种实施方式中，导轨电机222的输出轴与导轨支架221通过齿轮齿条啮合连接，导轨电机222的输出轴上套设有驱动齿轮，导轨支架221上竖直方向设有从动齿条，驱动齿轮与从动齿条啮合连接，导轨电机222的输出轴带动驱动齿轮转动，通过驱动齿轮与从动齿条的啮合传导作用实现导轨支架221的垂向运动，由于导轨支架221与架体11固连，从而实现滑块223沿导轨支架221上的导轨相对于导轨支架221垂向运动。
62.作为另外一种实施例，所述垂向调节模组22中，除了本发明中所述的齿轮-齿条驱动方案外，还可采用包括但不限于滚珠丝杠滑台、气缸、同步带滑台等技术方案实现同等效果。
63.如图10-12所示，角度调节模组23包括导向电机231、第一水平导向模块232、第二垂向导向模块233、转换机构234以及同步机构235，导向电机231与控制装置14电气连接，导向电机231通过电机支架212固定连接于主支架211的一侧，导向电机231的输出轴与第一水平导向模块232的一端连接，第一水平导向模块232的另一端与第二垂向导向模块233的顶端铰接连接，第二垂向导向模块233的底端通过转换机构234与同步机构235连接，同步机构235与吸附模组24通过支架固连，导向电机231带动第一水平导向模块232水平移动，进而带动第二垂向导向模块233转动，通过转换机构234的力传递转换作用，带动同步机构235转动，进而带动与同步机构235连接的吸附模组24转动，实现吸附模组24的角度翻转调节。
64.如图6-14所示，第一水平导向模块232包括摆臂2321、第一导向轴2322和导向轴承2323，第二垂向导向模块233包括上导向摆臂2331、第二导向轴2332和下导向摆臂2333，转
换机构234包括第一转换轴2341、转换盘2342、第二转换轴2343、转换法兰2344、转换挡圈2345。
65.摆臂2321一端与导向电机231输出轴连接，摆臂2321另一端与第一导向轴2322的一端铰接连接，第一导向轴2322的另一端与上导向摆臂2331的上端铰接连接，上导向摆臂2331的下端通过第二导向轴2332与下导向摆臂2333的上端固定连接，第一转换轴2341的一端与副支架214铰接连接，第一转换轴2341与副支架214连接的端部设有转换挡圈2345，第一转换轴2341的另一端与转换盘2342的一侧连接，转换盘2342套设于下导向摆臂2333的下端内部，转换盘2342的另一侧与第二转换轴2343的一端连接，第二转换轴2343的另一端穿过下导向摆臂2333后通过转换法兰2344连接固定，同步机构235套设于第一转换轴2341上，且同步机构235与下导向摆臂2333固定连接。
66.导向电机231带动摆臂2321转动，进而带动第一导向轴2322水平移动，由于第一导向轴2322与上导向摆臂2331铰接连接，进而带动上导向摆臂2331转动，上导向摆臂2331、第二导向轴2332、下导向摆臂2333、同步机构235依次固定连接，最终带动同步机构235绕第一转换轴2341转动。
67.如图6、7所示，摆臂2321包括前摆臂2321a、后摆臂2321b、摆臂导向轴2321c、限位球头2321d，第一导向轴2322包括导向轴前臂2322a、导向光轴2322b、限位挡板2322c、导向轴后臂2322d。前摆臂2321a的一端与导向电机231的输出轴连接，前摆臂2321a的另一端通过摆臂导向轴2321c与后摆臂2321b的一端连接，摆臂导向轴2321c与前摆臂2321a滑动连接，前摆臂2321a上设有滑槽，摆臂导向轴2321c的端部位于滑槽内且摆臂导向轴2321c的端部设有防止摆臂导向轴2321c脱出的限位球头2321d，摆臂导向轴2321c与后摆臂2321b固定连接，后摆臂2321b的另一端与导向轴前臂2322a的一端铰接连接，导向轴前臂2322a的另一端通过导向光轴2322b与导向轴后臂2322d的一端连接，导向光轴2322b通过导向轴承2323与导向支架213的顶部滑动连接，导向轴前臂2322a和导向轴后臂2322d上在与导向光轴2322b连接处的上表面均设有限位挡板2322c，导向轴后臂2322d的另一端与上导向摆臂2331的上端铰接连接。
68.导向电机231带动前摆臂2321a转动，进而带动摆臂导向轴2321c、后摆臂2321b同向转动，转动过程中摆臂导向轴2321c滑动伸缩，限位球头2321d防止摆臂导向轴2321c从前摆臂2321a内脱出，后摆臂2321b拉动导向轴前臂2322a、导向光轴2322b、导向轴后臂2322d水平移动，限位挡板2322c会防止导向光轴2322b位移量过度，导向轴后臂2322d拉动上导向摆臂2331移动。
69.本发明的另一实施方式中，还可以选择电气限位传感器替代限位挡板2322c，电气限位可采用现有技术中的具体结构，包括但不限于电位器、接近开关等。
70.如图11-14所示，同步机构235包括第一同步l支架2351、第二同步l支架2352、同步横杆2353、同步端轴2354、同步端轴固定座2357、同步连接轴2358，第一同步l支架2351的底部与吸附模组24固定连接，第一同步l支架2351的上部侧壁套设于第一转换轴2341上，且第一同步l支架2351的上部侧壁与下导向摆臂2333通过同步连接轴2358连接固定，第一同步l支架2351的上部侧壁固定连接于同步横杆2353上，同步横杆2353平行设有多组，同步横杆2353的两端分别与第二同步l支架2352的上部侧壁固定连接，第二同步l支架2352分为左右两套且相对主支架211左右对称布置，第二同步l支架2352的上部侧壁通过同步端轴2354与
同步端轴固定座2357铰接连接，同步端轴2354与第二同步l支架2352上部侧壁的连接处设有同步端轴挡圈2356，同步端轴2354与同步端轴固定座2357连接处设有同步端轴法兰2355，同步端轴固定座2357固定连接于主支架211的端部下端面上。与第一同步l支架2351相似地，第二同步l支架2352的底部端面分别与各自对应的吸附模组24固定连接，且吸附模组24的数量与l支架数量一致。
71.下导向摆臂2333带动第一同步l支架2351绕第一转换轴2341转动，第一同步l支架2351与第二同步l支架2352通过同步横杆2353连接固定，第二同步l支架2352通过同步端轴2354与同步端轴固定座2357铰接连接，进而通过同步横杆2353带动第二同步l支架2352绕同步端轴2354同步转动，第一同步l支架2351与第二同步l支架2352均与吸附模组24连接固定，因此能带动第一同步l支架2351与第二同步l支架2352上的所有吸附模组24同步转动，实现角度调节一致。
72.本发明的实施方式中每组负压吸附组件2设有三个吸附模组24，相应的，第一同步l支架2351设有一个，位于同步横杆2353的中部，第二同步l支架2352有两个，分别设置于同步横杆2353的两端。当吸附模组24为n个时，第一同步l支架2351为一个，第二同步l支架2352为n-1个，第一同步l支架2351位于同步横杆2353的靠近中部，第二同步l支架2352均匀分布。
73.作为另外一种实施例，第二同步l支架2352的数量n≥1。
74.作为优选的，为合理配置吸附模组24数量，第二同步l支架2352的数量n可以为偶数个。
75.如图10所示，吸附模组24包括水下电机244和导流筒242，导流筒242的底部外周连接有吸附盘体241，导流筒242的外壁与第一同步l支架2351、第二同步l支架2352的底部连接固定，导流筒242内设有螺旋桨243，螺旋桨243与水下电机244的输出轴连接，水下电机244安装于导流筒242的顶部，水下电机244与控制装置14电气连接实现动力驱动。控制装置14控制水下电机244运转，水下电机244驱动螺旋桨243运转，带动流体从底部的吸附盘体241经导流筒242向顶部流动，基于伯努利效应形成负压吸附力。
76.具体吸附原理如下：
77.1)水下电机244转动，带动螺旋桨243旋转，螺旋桨243带动流体流动，流体从吸附盘体241与结构物表面之间的流道流入，进入导流筒242中向顶部流动。
78.2)根据流体质量守恒定律，吸附盘体241与结构物表面之间流道中靠近吸附盘体241外沿的流道截面积大，流速慢；而靠近吸附盘体中心的流道截面积小，流速快，故在吸附盘体与结构物表面的流道间隙内的流体流速相对机器人本体1外部的流体流速快；
79.3)根据伯努利方程：知：流速大的压强小，流速小的地方压强大，因此，吸附盘体241与结构物表面之间的流道内部的流体压力较外部小，从而实现流体的压强将吸附盘体241挤压于结构物表面上，机器人实现负压吸附功能。
80.进一步地，所述机器人本体1底部设有运动机构15，运动机构15至少包括轮系，轮系固定于安装于架体11的底部，用于实现机器人在水下壁面爬行移动。
81.进一步地，本发明的机器人还可以携带作业工具，作业工具安装于机器人本体1
上，可根据需要选择安装不同作业工具。
82.一种在水下复杂结构物表面作业的机器人的工作方法，包括机器人对水下复杂结构物表面的自适应可靠吸附的调整方法，具体步骤如下：
83.1)控制装置14控制导轨电机222正向转动，导轨电机222带动导轨支架221上升，由于导轨支架221与架体11固连，进而带动滑块223相对于导轨支架221下降，如图18所示，从而带动与滑块223连接的框架模组21上的吸附模组24下降，如图21所示，实现吸附盘体241与复杂结构物表面之间的间距高度减小；
84.2)控制装置14控制导轨电机222反向转动，步骤1)反向实施，如图19所示，带动滑块223相对于导轨支架221上升，如图20所示，从而实现吸附盘体241与复杂结构物表面之间的间距高度增加；该状态下，还可通过提高吸附盘体241相对壁面的高度，增加机器人在凸起、曲率等非平整性壁面上的附着移动性能；
85.3)控制装置14控制导向电机231正向转动，带动前摆臂2321a向逆时针方向转动，进而带动摆臂导向轴2321c、后摆臂2321b向逆时针方向转动，转动过程中摆臂导向轴2321c在前摆臂2321a内滑动，后摆臂2321b拉动导向轴前臂2322a、导向光轴2322b、导向轴后臂2322d向靠近摆臂2321的方向水平移动，导向轴后臂2322d拉动第二垂向导向模块233的顶端向靠近摆臂2321的方向移动，第二垂向导向模块233的底端逆时针向上转动，从而带动第一同步l支架2351绕第一转换轴2341逆时针向上转动，进而带动吸附模组24逆时针向上转动，如图16所示，实现吸附盘体241的角度调整；当控制两组负压吸附组件2上的导向电机231同步反向调整时，两组负压吸附组件2同时调整，两组吸附盘体241呈v型姿态，如图23所示，实现对复杂结构物表面为凹面的适应性调整吸附；
86.4)控制装置14控制导向电机231反向转动，带动前摆臂2321a向顺时针方向转动，进而带动摆臂导向轴2321c、后摆臂2321b向顺时针方向转动，转动过程中摆臂导向轴2321c在前摆臂2321a内滑动，后摆臂2321b推动导向轴前臂2322a、导向光轴2322b、导向轴后臂2322d向远离摆臂2321的方向水平移动，限位挡板2322c会防止移动过度，导向轴后臂2322d推动第二垂向导向模块233的顶端向远离摆臂2321的方向移动，第二垂向导向模块233的底端顺时针转动，第二垂向导向模块233的下导向摆臂2333与第一同步l支架2351固定连接，第一同步l支架2351与吸附模组24固定连接，因此能够带动第一同步l支架2351绕第一转换轴2341顺时针转动，进而带动吸附模组24顺时针向下转动，如图17所示，实现吸附盘体241的角度调整；当控制两组负压吸附组件2上的导向电机231同步反向调整时，两组负压吸附组件2与水平夹角同时反向调整，两组吸附盘体241呈倒v型姿态，如图22所示，实现对复杂结构物表面为凸面的适应性吸附；
87.5)控制装置14控制两组负压吸附组件2中的导向电机231同向转动，通过上述步骤中的动力传动过程，最终可实现两组吸附盘体241与水平夹角同步调整，实现对某种特定的壁面结构实施贴合稳固附着。
88.作为另外一种实施例，当机器人吸附于壁面时，所述推进装置13中的垂向推进器可提供特定推力从而辅助机器人壁面吸附，提高机器人附着力强度进而提升带载荷能力。
89.作为优选实施例，当机器人入水悬停观测或作业时，除了所述推进装置13提供悬停或水中运动的推力外，本发明中的螺旋桨243同样可提供特定强度的矢量推力，具体步骤为：
90.1)当吸附盘体241水平且平行于机器人的架体11时，水下电机244正转或反转，两组负压吸附组件2提供垂直向上或向下的推力；
91.2)改变任意一组吸附盘体241对应的水下电机244转速或转向，可为机器人提供横滚姿态调整所需的推力；
92.3)调节导向电机231的角度，控制任意一组吸附盘体241和导流筒242的指向角度，可为机器人提供左右横移等位姿调整所需的推力分量。
93.作为本发明的其中一个实施例，所述运动机构15可以是被动轮结构，通过本发明中推进装置13中水平推进器的推力推动效果，使机器人在壁面上通过该机构滑动运动。
94.作为另外一种实施例，所述运动机构15可以是主动驱动轮结构或主动轮-被动轮复合结构，运动机构15与控制装置14电气连接，通过主动驱动轮结构的动力源实现轮系转动，带动机器人在壁面上爬行作业。
95.本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
96.本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

技术特征：
1.一种在水下复杂结构物表面作业的机器人，其特征在于，包括机器人本体以及对称安装于机器人本体下部的两组负压吸附组件；机器人本体用于安装固定机器人的各部件，负压吸附组件用于提供机器人所需的吸附力；机器人本体至少包括架体、浮体、推进装置、控制装置，浮体固定安装于架体的顶部，推进装置设有多个，分别安装于架体的前端、后端以及顶部，用于机器人的向后、向前、向下推进，控制装置安装固定于架体内，推进装置与控制装置电气连接；每组负压吸附组件包括框架模组、垂向调节模组、角度调节模组、吸附模组，角度调节模组安装于框架模组上，框架模组上均匀分布有若干吸附模组，角度调节模组与吸附模组连接，且角度调节模组能够带动吸附模组转动实现吸附模组的角度调节，框架模组的一侧滑动连接有多个垂向调节模组，垂向调节模组固定安装于架体上，垂向调节模组能够带动框架模组上下运动实现吸附模组的垂向位移调节。2.如权利要求1所述的在水下复杂结构物表面作业的机器人，其特征在于，所述框架模组包括主支架、电机支架、导向支架、副支架，主支架横向设置，电机支架、导向支架固定连接于主支架的一侧，副支架固定连接于主支架的另一侧，电机支架、导向支架、副支架用于连接支撑角度调节模组。3.如权利要求1或2所述的在水下复杂结构物表面作业的机器人，其特征在于，所述垂向调节模组包括导轨支架、导轨电机和滑块，导轨支架纵向设置，导轨支架与架体连接固定，导轨支架上纵向设有导轨，滑块与导轨配合滑动连接，滑块固定于框架模组上，导轨电机与控制装置电气连接实现动力驱动，导轨电机固定安装于滑块上，导轨电机的输出轴与导轨支架接触啮合，导轨电机带动滑块沿导轨支架垂向移动，进而带动连接于框架模组上的吸附模组垂向移动。4.如权利要求2所述的在水下复杂结构物表面作业的机器人，其特征在于，所述角度调节模组包括导向电机、第一水平导向模块、第二垂向导向模块、转换机构以及同步机构，导向电机与控制装置电气连接，导向电机通过电机支架固定连接于主支架的一侧，导向电机的输出轴与第一水平导向模块的一端连接，第一水平导向模块的另一端与第二垂向导向模块的顶端铰接连接，第二垂向导向模块的底端通过转换机构与同步机构连接，同步机构与吸附模组通过支架固连，导向电机带动第一水平导向模块水平移动，进而带动第二垂向导向模块转动，通过转换机构的力传递转换作用，带动同步机构转动，进而带动与同步机构连接的吸附模组转动，实现吸附模组的角度翻转调节。5.如权利要求4所述的在水下复杂结构物表面作业的机器人，其特征在于，所述第一水平导向模块包括摆臂、第一导向轴和导向轴承，第二垂向导向模块包括上导向摆臂、第二导向轴和下导向摆臂，转换机构包括第一转换轴、转换盘、第二转换轴、转换法兰、转换挡圈；摆臂一端与导向电机输出轴连接，摆臂另一端与第一导向轴的一端铰接连接，第一导向轴的另一端与上导向摆臂的上端铰接连接，上导向摆臂的下端通过第二导向轴与下导向摆臂的上端固定连接，第一转换轴的一端与副支架铰接连接，第一转换轴与副支架连接的端部设有转换挡圈，第一转换轴的另一端与转换盘的一侧连接，转换盘套设于下导向摆臂的下端内部，转换盘的另一侧与第二转换轴的一端连接，第二转换轴的另一端穿过下导向摆臂后通过转换法兰连接固定，同步机构套设于第一转换轴上，且同步机构与下导向摆臂固定连接；
导向电机带动摆臂转动，进而带动第一导向轴水平移动，由于第一导向轴与上导向摆臂铰接连接，进而带动上导向摆臂转动，上导向摆臂、第二导向轴、下导向摆臂、同步机构依次固定连接，最终带动同步机构绕第一转换轴转动。6.如权利要求5所述的在水下复杂结构物表面作业的机器人，其特征在于，所述摆臂包括前摆臂、后摆臂、摆臂导向轴、限位球头，第一导向轴包括导向轴前臂、导向光轴、限位挡板、导向轴后臂；前摆臂的一端与导向电机的输出轴连接，前摆臂的另一端通过摆臂导向轴与后摆臂的一端连接，摆臂导向轴与前摆臂滑动连接，前摆臂上设有滑槽，摆臂导向轴的端部位于滑槽内且摆臂导向轴的端部设有防止摆臂导向轴脱出的限位球头，摆臂导向轴与后摆臂固定连接，后摆臂的另一端与导向轴前臂的一端铰接连接，导向轴前臂的另一端通过导向光轴与导向轴后臂的一端连接，导向光轴通过导向轴承与导向支架的顶部滑动连接，导向轴前臂和导向轴后臂上在与导向光轴连接处的上表面均设有限位挡板，导向轴后臂的另一端与上导向摆臂的上端铰接连接；导向电机带动前摆臂转动，进而带动摆臂导向轴、后摆臂同向转动，转动过程中摆臂导向轴滑动伸缩，限位球头防止摆臂导向轴从前摆臂内脱出，后摆臂拉动导向轴前臂、导向光轴、导向轴后臂水平移动，限位挡板会防止导向光轴位移量过度，导向轴后臂拉动上导向摆臂移动。7.如权利要求5所述的在水下复杂结构物表面作业的机器人，其特征在于，所述同步机构包括第一同步l支架、第二同步l支架、同步横杆、同步端轴、同步端轴固定座、同步连接轴，第一同步l支架的底部与吸附模组固定连接，第一同步l支架的上部侧壁套设于第一转换轴上，且第一同步l支架的上部侧壁与下导向摆臂通过同步连接轴连接固定，第一同步l支架的上部侧壁固定连接于同步横杆上，同步横杆平行设有多组，同步横杆的两端分别与第二同步l支架的上部侧壁固定连接，第二同步l支架分为左右两套且相对主支架左右对称布置，第二同步l支架上部侧壁通过同步端轴与同步端轴固定座铰接连接，同步端轴与第二同步l支架上部侧壁的连接处设有同步端轴挡圈，同步端轴与同步端轴固定座连接处设有同步端轴法兰，同步端轴固定座固定连接于主支架的端部下端面上，第二同步l支架的底部端面分别与各自对应的吸附模组固定连接，且吸附模组的数量与l支架数量一致。8.如权利要求7所述的在水下复杂结构物表面作业的机器人，其特征在于，所述吸附模组包括水下电机和导流筒，导流筒的底部外周连接有吸附盘体，导流筒的外壁与第一同步l支架、第二同步l支架的底部连接固定，导流筒内设有螺旋桨，螺旋桨与水下电机的输出轴连接，水下电机安装于导流筒的顶部，水下电机与控制装置电气连接实现动力驱动。9.如权利要求1所述的在水下复杂结构物表面作业的机器人，其特征在于，所述机器人本体底部设有运动机构，运动机构至少包括轮系，轮系固定于安装于架体的底部，用于实现机器人在水下壁面爬行移动。10.一种在水下复杂结构物表面作业的机器人的工作方法，其特征在于，包括机器人对水下复杂结构物表面的自适应可靠吸附的调整方法，具体步骤如下：1)控制装置控制导轨电机正向转动，导轨电机带动导轨支架呈上升趋势，从而带动与滑块连接的框架模组上的吸附模组下降，实现吸附盘体与复杂结构物表面之间的间距高度减小；2)控制装置控制导轨电机反向转动，步骤1)反向实施，从而实现吸附盘体与复杂结构
物表面之间的间距高度增加；3)控制装置控制导向电机正向转动，带动前摆臂向逆时针方向转动，进而带动摆臂导向轴、后摆臂向逆时针方向转动，转动过程中摆臂导向轴在前摆臂内滑动，后摆臂拉动导向轴前臂、导向光轴、导向轴后臂向靠近摆臂的方向水平移动，导向轴后臂拉动第二垂向导向模块的顶端向靠近摆臂的方向移动，第二垂向导向模块的底端逆时针向上转动，从而带动第一同步l支架绕第一转换轴逆时针向上转动，进而带动吸附模组逆时针向上转动，实现吸附盘体的角度调整；当控制两组负压吸附组件上的导向电机同步反向调整时，两组负压吸附组件同时调整，两组吸附盘体呈v型姿态，实现对复杂结构物表面为凹面的适应性调整吸附；4)控制装置控制导向电机反向转动，带动前摆臂向顺时针方向转动，进而带动摆臂导向轴、后摆臂向顺时针方向转动，转动过程中摆臂导向轴在前摆臂内滑动，后摆臂推动导向轴前臂、导向光轴、导向轴后臂向远离摆臂的方向水平移动，限位挡板会防止移动过度，导向轴后臂推动第二垂向导向模块的顶端向远离摆臂的方向移动，第二垂向导向模块的底端顺时针转动，第二垂向导向模块的下导向摆臂与第一同步l支架固定连接，第一同步l支架与吸附模组固定连接，因此能够带动第一同步l支架绕第一转换轴顺时针转动，进而带动吸附模组顺时针向下转动，实现吸附盘体的角度调整；当控制两组负压吸附组件上的导向电机同步反向调整时，两组负压吸附组件与水平夹角同时反向调整，两组吸附盘体呈倒v型姿态，实现对复杂结构物表面为凸面的适应性吸附；5)控制装置控制两组负压吸附组件中的导向电机同向转动，通过上述步骤中的动力传动过程，最终实现两组吸附盘体与水平夹角同步调整，实现对某种特定的壁面结构实施贴合稳固附着。

技术总结
本发明属于机器人技术领域，涉及一种在水下复杂结构物表面作业的机器人及工作方法，包括机器人本体以及对称安装于机器人本体下部的两组负压吸附组件，负压吸附组件包括框架模组、垂向调节模组、角度调节模组、吸附模组，垂向调节模组、角度调节模组、吸附模组均安装于框架模组上。通过角度调节模组实现吸附盘体的角度调整，根据需要调整成呈水平、V或倒V型位姿，实现对复杂结构物表面为凹面或凸面的适应性可靠吸附，通过垂向调节模组实现吸附盘体与复杂结构物表面之间的吸附间距高度调整，实现机器人壁面越障能力和附着力强度的调整，增强吸附力强度进而提高带载荷水平，提高了水下作业机器人在非结构性复杂壁面上的应用范围。业机器人在非结构性复杂壁面上的应用范围。业机器人在非结构性复杂壁面上的应用范围。


技术研发人员：郭亭亭 韩华伟 宋大雷 刘秀燕 姜迁里 麻怡凯 郑金明 贾云博
受保护的技术使用者：烟台大学
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/6/12