一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人的制作方法

1.本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人。


背景技术：

2.长期在海面上行驶的船舶，船舶底部都会生锈，甚至长满藤壶、苔藓和硅藻等海洋生物，生锈会导致船舶涂层破坏和基底材料的腐蚀，同时，附着的海洋生物会加重船舶的吃水，增大船舶航行的阻力，导致船舶的航速变慢，增大船舶的耗油量。因此，每艘船舶都需要定期进行人工清理，可是人工清理操作复杂，非常麻烦，清理效率低。
3.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人，结构简单，设计合理，永磁体实现机器人作业过程中的稳定吸附壁面与平稳运行，同时，扇形磁铁可以根据船舶的表面轮廓进行角度变化，增大与壁面的吸附力，使机器人紧贴壁面对船舶进行清理，极大程度提高提高清理效率和清理质量，适用范围广。
5.为了实现上述目的，本发明提供的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人，包括车架单元、驱动单元、随动转向单元和清洗盘单元；呈对称结构设置的车架单元包括支撑杆、横向杆、引导支架、车体连接板、后轮连接板、后轮安装板、高压水固定板、回收管固定板和控制盒；所述驱动单元和随动转向单元自外至内依次套设在支撑杆上，所述支撑杆的两端通过对称分布的燕尾板与呈u型结构的引导支架固定连接，所述横向杆垂直设置在支撑杆且安装有高压水固定板；所述支撑杆和引导支架之间设有安装有随动转向单元，后轮安装板一端与支撑杆固定连接，另一端通过依次通过后轮连接板和车体连接板与引导支架的横梁固定连接；所述后轮连接板上端面设有回收管固定板和控制盒；所述后轮连接板下端面与随动转向单元固定连接；所述驱动单元对称分布在车架单元两侧且与车架单元通过螺钉相连，所述驱动单元包括驱动轮、减速机、直流电机和永磁体；所述直流电机输出端通过电机法兰与减速机输入端相连，所述驱动轮设置在减速机输出端的两侧且分别通过轴法兰一和轴法兰二与减速机输出端相连；所述减速机通过直连接板与支撑杆连接，所述轴法兰一和轴法兰二固定在支撑杆上；所述永磁体通过永磁体连接板固定在减速机的下端面；所述随动转向单元包括旋转连接件、护板、随动轮、随动轮长轴和扇形磁铁；所述旋转连接件一端与后轮连接板固定连接，另一端通过连接板与护板相连，所述随动轮安装在相对设置的两护板内且套设在随动轮长轴上，所述随动轮长轴的两端水平向外延伸且分别穿过两护板，所述随动轮长轴的穿过两护板的部分具有外螺纹，所述扇形磁铁通过铝制螺母与随动轮长轴可拆卸连接，所述扇形磁铁的内侧与护板相连；所述清洗盘单元安装在俩驱动单元之间，所述清洗盘单元包括清洗盘固定件一、
清洗盘固定件二、清洗盘连接后板、清洗盘连接侧板、清洗盘连接底板、清洗盘一和清洗盘二；所述清洗盘二通过自下至上依次连接的清洗盘一、清洗盘连接底板、清洗盘连接侧板、清洗盘连接后板、清洗盘固定件二和清洗盘固定件一与支撑杆相连，所述清洗盘二呈环状结构且直径大于清洗盘一的直径，所述清洗盘一和清洗盘二之间依次通过限位压板、限位螺母和弹簧柔性连接；所述回收管接口、高压水管接口设置在清洗盘一的下端面，所述清洗盘一的下端面均布有若干与其活动连接的被动旋转体，所述被动旋转体上安装有倾斜设有若干喷头，用于喷头在高压水的作用下，所述被动旋转体实现高速自旋。
6.优选地，所述电机法兰外套设有用于保护直流电机的电机罩，所述电机法兰设置有密封槽；优选地，所述驱动轮的外层被天然橡胶包裹；优选地， 所述交叉滚子轴承分别设置在旋转连接件上下两端，所述连接短轴穿过交叉滚子轴承后与连接板固定连接；优选地，所述旋转连接件上设有用于防止污物进入交叉滚子轴承内部的防护外壳；优选地，所述清洗盘二的下端面安装有一圈用于防止漏水的毛刷；优选地，所述清洗盘连接侧板、清洗盘连接后板、清洗盘固定件二和清洗盘固定件一为两组且对称设置在清洗盘连接底板上；优选地，所述限位压板、限位螺母和弹簧为若干组且均布在清洗盘一和清洗盘二之间。
7.本发明提供的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人，具有如下有益效果：1.驱动单元和随动转向单元的驱动轮和随动轮之间间距较近，随动轮为万向轮结构，使机器人实现灵活转向，可实现不规则曲面的跨越，适应多种船体结构。
8.2、随动转向单元的吸附机构为扇形磁铁，由于船舶外壁面存在大量的藤壶等海生物且少数海生物外壳较硬，扇形磁铁整体为弧形，可以跨越海生物，不会出现机器人碰到藤壶等突起卡住从而造成电机堵转等现象。而且扇形磁铁的的角度可调，在需要在曲面进行作业时，可将扇形磁铁调节一个角度，使扇形磁铁前高后低，增大与壁面的吸附力，保证机器人尾部不被翘起，极大程度提高了除锈效率。
9.3、清洗盘单元包括可以上下浮动的柔性连接的清洗盘一和清洗盘二，保证清洗盘二始终与壁面压紧，不漏水的同时配合清洗盘一的回收管等组件，将污水进行回收处理。
附图说明
10.图1为本发明提供的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人的结构示意图。
11.图2为图1的正视图。
12.图3为本发明提供的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人的驱动单元的结构示意图。
13.图4为图3的a-a剖视图。
14.图5为本发明提供的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人的随动转向单
元的结构示意图。
15.图6为图5的俯视图。
16.图7为图6的a-a剖视图。
17.图8为图6的b-b剖视图。
18.图9为本发明提供的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人的清洗盘单元的结构示意图。
19.图10为图9的仰视图。
20.图中：1.车架单元101.支撑杆102.横向杆103.引导支架104.燕尾板105.车体连接板106后轮连接板107.后轮安装板108.高压水固定板109.回收管固定板110.控制盒；2.驱动单元201.驱动轮202.轴法兰一203.轴法兰二204减速机205.电机法兰206.直流电机207.电机罩208.永磁体连接板209.永磁体210直连接板211.轴卡子一212.轴卡子二；3.随动转向单元301.防护外壳302.旋转连接件303.交叉滚子轴承304.连接短轴305.连接板306.护板307.随动轮308.随动轮长轴309.铝制螺母310.扇形磁铁；4.清洗盘单元401.清洗盘固定件一402.清洗盘固定件二403.清洗盘连接后板404.清洗盘连接侧板405.清洗盘连接底板406.清洗盘一407.清洗盘二408.回收管接口409.高压水管接口410.限位压板411.限位螺母412.弹簧413.被动旋转体。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。
22.如图1-10所示，为本发明提供的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人，包括车架单元1、驱动单元2、随动转向单元3和清洗盘单元4；如图1-2所示，所述车架单元1构成机器人骨架，为机器人提供足够的刚性支撑。呈对称结构设置的车架单元1包括支撑杆101、横向杆102、引导支架103、车体连接板105、后轮连接板106、后轮安装板107、高压水固定板108、回收管固定板109和控制盒110。驱动单元2和随动转向单元3自外至内依次套设在支撑杆101上，支撑杆101的两端通过对称分布的燕尾板104与呈u型结构的引导支架103固定连接，横向杆102垂直设置在支撑杆101且安装有高压水固定板108，横向杆102与支撑杆101焊接在一起，引导支架103与支撑杆101通过对称分布的燕尾板104固定在一起，燕尾板104与引导支架103为焊接固定。支撑杆101和引导支架103之间设有安装有随动转向单元3，后轮安装板107一端与支撑杆101固定连接，另一端通过依次通过后轮连接板106和车体连接板105与引导支架103的横梁固定连接。车体连接板105上端面与引导支架103通过螺钉连接，下端面通过螺钉与后轮连接板106连接，后轮安装板107一端与支撑杆101连接，后轮安装板107另一端与后轮连接板106固定连接。后轮连接板106上端面设有回收管固定板109和控制盒110。后轮连接板106下端面与随动转向单元3固定连接。车架单元1为左右对称结构，使得机器人在作业过程中平稳运行，并且在机器人发生坠落事故时可对机器人的自身零部件和控制盒110进行保护，另一方面也方便作业时的搬运。
23.如图3-4所示，驱动单元2通过螺钉连接在车架单元1，通过控制直流电机206使机
器人实现灵活移动。驱动单元2对称分布在车架单元1两侧且与车架单元1通过螺钉相连，驱动单元2包括驱动轮201、减速机204、直流电机206和永磁体209。直流电机206输出端通过电机法兰205与减速机204输入端相连，电机罩207固定在电机法兰205上，电机法兰205设置有密封槽，保护直流电机206不受影响。直流电机206与控制盒110的控制器电性连接。驱动轮201的外层被天然橡胶包裹，增大驱动轮201的滑动摩擦力。驱动轮201设置在减速机204输出端的两侧且分别通过轴法兰一202和轴法兰二203与减速机204输出端相连。轴法兰一202和轴法兰二203分别以键连接安装在减速机204两侧输出孔内，轴法兰一202和轴法兰二203分别通过螺钉连接两个相同的驱动轮201。减速机204通过直连接板210与支撑杆101连接，轴法兰一202和轴法兰二203固定在支撑杆上。永磁体209通过永磁体连接板208固定在减速机204的下端面，可通过增加或减少垫片实现对磁力大小的简易调节。驱动单元2对称安装在机器人的两侧，通过安装在底部的永磁体209，可实现机器人作业过程中的稳定吸附与平稳运行。
24.如图5-8所示，随动转向单元3辅助机器人实现稳定转向，为机器人提供良好的支撑。随动转向单元3包括旋转连接件302、护板306、随动轮307、随动轮长轴308和扇形磁铁310。旋转连接件302一端与后轮连接板106固定连接，另一端通过连接板305与护板306相连。交叉滚子轴承303分别设置在旋转连接件302上下两端，连接短轴304穿过交叉滚子轴承303后与连接板305固定连接，即两个完全相同的交叉滚子轴承303分别固定在旋转连接件302上下两侧，连接短轴穿过交叉滚子轴承303内孔与连接305板固定，两个完全相同的护板306固定在连接板305底部槽内，随动轮307通过随动轮长轴308固定在两个完全相同的护板306中间。随动轮307安装在相对设置的两护板306内且套设在随动轮长轴308上，随动轮长轴308的两端水平向外延伸且分别穿过两护板306，随动轮长轴308的穿过两护板306的部分具有外螺纹，扇形磁铁310通过铝制螺母309与随动轮长轴308可拆卸连接，铝制螺母309可通过内外螺纹直接固定在随动轮长轴308上，扇形磁铁310套在铝制螺母309上，扇形磁铁310的内侧与护板306相连，即通过自带的通孔固定在护板306上，需要在曲面进行作业时，可将扇形磁铁310调节一个角度，使扇形磁铁310前高后低，增大与壁面的吸附力，保证机器人尾部不被翘起。旋转连接件302上设有用于防止污物进入交叉滚子轴承303内部的防护外壳301，防止作业过程中污物进入交叉滚子轴承303内部，延长交叉滚子轴承303使用寿命。
25.如图9-10所示，清洗盘单元4安装在俩驱动单元2之间，清洗盘单元4安装在车架单元中间位置，配合高压水，具有极强的清洗能力。清洗盘单元4包括清洗盘固定件一401、清洗盘固定件二402、清洗盘连接后板403、清洗盘连接侧板404、清洗盘连接底板405、清洗盘一406和清洗盘二407。清洗盘二407通过自下至上依次连接的清洗盘一406、清洗盘连接底板405、清洗盘连接侧板404、清洗盘连接后板403、清洗盘固定件二402和清洗盘固定件一401与支撑杆101相连，清洗盘固定件一401、清洗盘固定件二402通过螺钉连接并固定在支撑杆101上，清洗盘连接后板403、清洗盘连接侧板404和清洗盘连接底板405连接在一起，清洗盘连接后板403固定在清洗盘固定件二402上，清洗盘连接后板403可根据实际情况进行上下调节。清洗盘二407呈环状结构且直径大于清洗盘一406的直径，清洗盘一406和清洗盘二407之间依次通过限位压板410、限位螺母411和弹簧412柔性连接，在清洗盘二407压在壁面时，清洗盘一406与清洗盘二407之间可进行相对移动。回收管接口408、高压水管接口409设置在清洗盘一406的下端面，作业时可根据现场要求对清洗后的污水进行回收，保证绿色
作业。清洗盘一406的下端面均布有若干与其活动连接的被动旋转体413，被动旋转体413上安装有倾斜设有若干喷头，用于喷头在高压水的作用下，被动旋转体413实现高速自旋。清洗盘二407的下端面安装有一圈用于防止漏水的毛刷。清洗盘连接侧板404、清洗盘连接后板403、清洗盘固定件二402和清洗盘固定件一401为两组且对称设置在清洗盘连接底板405上。限位压板410、限位螺母411和弹簧412为若干组且均布在清洗盘一406和清洗盘二407之间。
26.本发明在实际应用中的工作流程是：将机器人竖直底部靠近壁面，由于驱动单元2底部的永磁体209的作用，将机器人紧紧吸附在壁面上，通过控制直流电机206的转速与方向，驱动驱动轮201带动机器人的直行和转弯等动作。清洗盘一406上高压水管通入高压水后，由于清洗盘二407内的被动旋转体413安装有带角度的喷头，喷头在高压水的作用下，被动旋转体413实现高速自旋，从而对船舶外壁面进行作业。
27.机器人在壁面作业时，清洗盘一406相对于壁面的上下高度是可以调节的，当清洗盘二407的毛刷变形过大时，可以通过将清洗盘连接后板403与清洗盘固定件二402的螺钉往上移动或者往下移动进而调节清洗盘二407的高度，在保证毛刷与壁面紧密结合的情况下，尽量减少毛刷与壁面之间的摩擦力。机器人在作业过程中，可以进行自动纠偏和自动前进等功能，机器人设置有五档速度，可以根据实际的除锈效果调节机器人的速度以达到最高的作业效率与最好的作业效果。
28.本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人，其特征在于，包括车架单元、驱动单元、随动转向单元和清洗盘单元；呈对称结构设置的车架单元包括支撑杆、横向杆、引导支架、车体连接板、后轮连接板、后轮安装板、高压水固定板、回收管固定板和控制盒；所述驱动单元和随动转向单元自外至内依次套设在支撑杆上，所述支撑杆的两端通过对称分布的燕尾板与呈u型结构的引导支架固定连接，所述横向杆垂直设置在支撑杆且安装有高压水固定板；所述支撑杆和引导支架之间设有安装有随动转向单元，后轮安装板一端与支撑杆固定连接，另一端通过依次通过后轮连接板和车体连接板与引导支架的横梁固定连接；所述后轮连接板上端面设有回收管固定板和控制盒；所述后轮连接板下端面与随动转向单元固定连接；所述驱动单元对称分布在车架单元两侧且与车架单元通过螺钉相连，所述驱动单元包括驱动轮、减速机、直流电机和永磁体；所述直流电机输出端通过电机法兰与减速机输入端相连，所述驱动轮设置在减速机输出端的两侧且分别通过轴法兰一和轴法兰二与减速机输出端相连；所述减速机通过直连接板与支撑杆连接，所述轴法兰一和轴法兰二固定在支撑杆上；所述永磁体通过永磁体连接板固定在减速机的下端面；所述随动转向单元包括旋转连接件、护板、随动轮、随动轮长轴和扇形磁铁；所述旋转连接件一端与后轮连接板固定连接，另一端通过连接板与护板相连，所述随动轮安装在相对设置的两护板内且套设在随动轮长轴上，所述随动轮长轴的两端水平向外延伸且分别穿过两护板，所述随动轮长轴的穿过两护板的部分具有外螺纹，所述扇形磁铁通过铝制螺母与随动轮长轴可拆卸连接，所述扇形磁铁的内侧与护板相连；所述清洗盘单元安装在俩驱动单元之间，所述清洗盘单元包括清洗盘固定件一、清洗盘固定件二、清洗盘连接后板、清洗盘连接侧板、清洗盘连接底板、清洗盘一和清洗盘二；所述清洗盘二通过自下至上依次连接的清洗盘一、清洗盘连接底板、清洗盘连接侧板、清洗盘连接后板、清洗盘固定件二和清洗盘固定件一与支撑杆相连，所述清洗盘二呈环状结构且直径大于清洗盘一的直径，所述清洗盘一和清洗盘二之间依次通过限位压板、限位螺母和弹簧柔性连接；所述回收管接口、高压水管接口设置在清洗盘一的下端面，所述清洗盘一的下端面均布有若干与其活动连接的被动旋转体，所述被动旋转体上安装有倾斜设有若干喷头，用于喷头在高压水的作用下，所述被动旋转体实现高速自旋。2.根据权利要求1所述的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人，其特征在于，所述电机法兰外套设有用于保护直流电机的电机罩，所述电机法兰设置有密封槽。3.根据权利要求1所述的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人，其特征在于，所述驱动轮的外层被天然橡胶包裹。4.根据权利要求1所述的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人，其特征在于， 所述交叉滚子轴承分别设置在旋转连接件上下两端，所述连接短轴穿过交叉滚子轴承后与连接板固定连接。5.根据权利要求1所述的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人，其特征在于，所述旋转连接件上设有用于防止污物进入交叉滚子轴承内部的防护外壳。6.根据权利要求1所述的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人，其特征在于，所述清洗盘二的下端面安装有一圈用于防止漏水的毛刷。7.根据权利要求1所述的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人，其特征在于，
所述清洗盘连接侧板、清洗盘连接后板、清洗盘固定件二和清洗盘固定件一为两组且对称设置在清洗盘连接底板上。8.根据权利要求1所述的一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人，其特征在于，所述限位压板、限位螺母和弹簧为若干组且均布在清洗盘一和清洗盘二之间。

技术总结
本发明公开了一种用于不同船舶外壁面的高压水除锈机器人，包括车架单元、驱动单元、随动转向单元和清洗盘单元；呈对称结构设置的车架单元包括支撑杆、横向杆、引导支架、车体连接板、后轮连接板、后轮安装板、高压水固定板、回收管固定板和控制盒；所述驱动单元对称分布在车架单元两侧且与车架单元通过螺钉相连，所述驱动单元包括驱动轮、减速机、直流电机和永磁体；所述随动转向单元包括旋转连接件、护板、随动轮、随动轮长轴和扇形磁铁；所述清洗盘单元安装在俩驱动单元之间，所述清洗盘单元包括清洗盘固定件一、清洗盘固定件二、清洗盘连接后板、清洗盘连接侧板、清洗盘连接底板、清洗盘一和清洗盘二。和清洗盘二。和清洗盘二。


技术研发人员：张明路 王存 杨磊 张超 李锦坤 李满宏 张轩
受保护的技术使用者：彼合彼方机器人（天津）有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/4/18