一种用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人

本技术涉及桥梁维护，具体为一种用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人。

背景技术：

1、在现代交通基础设施建设中，大型桥梁作为区域经济发展的关键枢纽，其结构可靠性直接影响国民经济的可持续发展。随着桥梁建设数量的持续增长，桥墩在水下服役过程中面临着严峻的环境挑战。在海洋或大型水域环境下，桥墩长期承受洋流冲击力、海水化学侵蚀等物理化学作用，同时大量藻类、贝类等海洋生物在桥墩表面附着生长。研究表明，海洋生物附着后分泌的有机酸、酶类等生物活性物质，可致使桥墩表面防护涂层出现剥落破损，进而加速混凝土碳化、钢筋锈蚀等劣化过程，显著降低桥墩结构的服役寿命。

2、目前，传统的桥墩表面清理主要依赖人工潜水作业，该方式存在显著局限性。一方面，水下作业环境复杂，潜水员需承受高压、低温、强水流及生物侵害等多重风险，安全事故发生率高；另一方面，人工清理效率低，单人次每日有效作业面积小，且清理精度难以保证，存在大量清理盲区。此外，相比于目前常用的高压水枪清洁，该过程中产生的废水含大量生物残体及化学药剂，需进行三级处理才能达标排放；再比如空化射流技术虽减少化学污染，但高速射流可能导致生物碎片扩散，对周边生态造成潜在影响。传统水下维护常采用防污涂料等化学防护手段，含铜、有机锡等成分的涂料在水体中持续释放，对水生生态系统造成不可逆的污染。

3、cn114568996b中公开了一种蜘蛛清洁机器人，采用六个相同结构的机械腿，其中每个机械腿主要由3个舵机交替拼接而成，通过单片机来控制舵机工作以实现对机械腿的控制；而网孔的清洁工作由蜘蛛机械腿上套装而成的清洁刷以及配合顶部的储存水箱共同作用，实现了对网孔平面或物体清洁。所述清洁装置包括与直流电机连接的连接头、以及与连接头连接的清洁刷，所述连接头的中间位置设有与直流电机输出轴连接的轴孔，所述连接头内壁设有一圈内螺纹，所述连接头上设有若干个第二出水孔，若干个所述第二出水孔均匀间隔分布，且若干个第二出水孔与出水孔柱的底部连接。机体的上方设有用于储水的水箱，所述水箱的顶部设有一水箱进水口，所述水箱的内部底端设有一水箱出水口；所述水箱的内部一侧设有水泵组件，所述水泵组件的一端与水箱出水口连接，所述水泵组件的另一端与多个机械腿连接，所述水泵组件用于将水箱内的水抽送至机械腿下方的清洁装置内，从而便于清洁装置对网孔进行清洁。

4、清洁装置包括有位于电磁铁吸盘下方中心可摆动的刮刷盘，刮刷盘的一面设置有相间分布的刀片刷和刷毛。通过驱动机构驱动刮刷盘，以带动刀片刷及刷毛对船底附着物进行清理，其中，刀片刷用于刮除船底附着的小型生物如贝类，刷毛用于清刷附着于船底的污垢如淤泥。但上述刷头在清理桥墩时会对桥体造成不可逆的划伤和损坏，因为桥墩表面多为混凝土结构，其强度、硬度与船体钢质涂层差异巨大。而且，无论是高压水枪还是旋转刮刷盘/刷毛，其工作原理均依赖于物理剥离作用。剥离下来的生物残体（贝类外壳碎片、藻类碎屑）以及被破坏的混凝土碎屑，会直接被冲刷、高速抛撒至周围水体中。因此，亟需研发一种高效、安全、环保的桥墩表面清理技术。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本实用新型提供一种用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人。

2、本实用新型是通过以下技术方案来实现：

3、一种用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人，包括蜘蛛机器人本体，蜘蛛机器人本体的下部通过伸缩装置连接装载板，装载板的下方设置转动的刷盘，刷盘由多模驱动装置进行震动和旋转，多模驱动装置设置于装载板上方；刷盘下方设置倾斜的内侧刷毛和外侧刷毛，内侧刷毛为弯钩状，外侧刷毛的长度大于内侧刷毛的长度。

4、优选的，外侧刷毛与清洁表面呈60~75°夹角。

5、优选的，内侧刷毛与清洁表面呈30~45°夹角。

6、优选的，内侧刷毛的硬度大于外侧刷毛的硬度。

7、优选的，多模驱动装置包括减速单元和震动驱动单元，减速单元为蜗轮蜗杆式减速阀，包括蜗轮、蜗杆和从动轴，蜗杆与外部驱动连接，蜗轮与蜗杆配合进行传动，从动轴与蜗轮配合；震动单元包括曲轴、连杆和第一活塞，曲轴与从动轴连接，曲轴与连杆连接，连杆与第一活塞连接。

8、优选的，多模驱动装置还包括旋转驱动单元，旋转驱动单元包括线圈和磁铁，线圈固定于第一活塞的活动端，线圈与外部供电设备连接，磁铁通过压盖固定于刷盘上。

9、优选的，转动轴与装载盘转动连接，转动轴的一端与刷盘固定连接，另一端贯穿装载盘与压盖。

10、优选的，蜘蛛机器人本体包括上底座、下底座和六条蛛腿，上底座与下底座相对设置且连接，六条蛛腿的上端均转动连接于上底座与下底座之间，蛛腿的下端设置有吸附结构；六条蛛腿采用四足步态模式进行运动，伸缩装置的固定端安装于上底座下方，活动端贯穿下底座与装载板连接。

11、优选的，吸附结构包括利用导管连接的供气单元、吸附单元和储气单元，供气单元包括电动活塞、气缸、挡气板、电刷滑环，电动活塞和挡气板分别设置于气缸的两侧，挡气板位于气缸内部，电刷滑环位于气缸外部，且电刷滑环与挡气板连接；吸附单元包括上挡块、弹簧、第二活塞、真空发生器、吸盘，真空发生器设置于蛛腿的下腿内部，上挡块设置于真空发生器内部，且上挡块通过导管与供气单元的气缸和储气单元连接，上挡块的下方连接弹簧，弹簧的下方连接第二活塞的上端，第二活塞的下端位于吸盘中，吸盘的上端与真空发生器的下端连接，下端与桥面接触。

12、优选的，储气单元采用柔性伸缩袋，放置于上底座与下底座之间。

13、与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

14、本实用新型一种用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人通过对刷毛进行设计来实现藻类、贝类及微生物的同时清理，对刷毛的形状、安装角度、材质、硬度以及长度均进行针对性设计，从而提高了清洁的效率，降低了清洁的难度，使作业的质量大大提高。其中外部刷毛可以清理桥墩上附着的藻类物质以及微生物，弯钩状的内部刷毛使刷毛尖端容易深入作业表面与附着贝类之间的缝隙，提高清洁率。同时，刷盘通过多模驱动装置进行转动和振动进行更深层次的清理，震动模式可瓦解顽固污渍，旋转模式实现大面积清扫，二者协同显著提高清洁效率。

15、进一步的，振动单元中以蜗轮蜗杆组成减速单元将外部扭矩进行转化，之后通过从动轴、曲轴和连杆的传递驱动第一活塞进行直线往复运动，第一活塞对刷盘进行敲击实现振动，以此破坏贝类、藤壶等硬质生物与桥墩表面粘附力，相较于纯旋转刷头需要长时间、高压力摩擦来清除硬物，震动模式可以在更短时间、相对较低的平均压力下实现清除，可以降低刷毛的磨损和提升清洁效率。

16、进一步的，旋转单元中利用线圈通电产生磁场与磁铁相互作用将电能直接转化为机械能，同时刷盘的旋转驱动可以不受活塞震动的影响而持续工作，从而实现震动与旋转的独立或协同工作模式。

17、进一步的，蜘蛛机器人本体采用四足步态模式结合吸附结构使得该机器人可以以任意姿态附着在桥墩表面，具有灵活的使用性。

1.一种用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人，其特征在于，包括蜘蛛机器人本体，蜘蛛机器人本体的下部通过伸缩装置连接装载板(4)，装载板(4)的下方设置转动的刷盘(5)，刷盘(5)由多模驱动装置(13)进行震动和旋转，多模驱动装置(13)设置于装载板(4)上方；刷盘(5)下方设置倾斜的内侧刷毛(18)和外侧刷毛(17)，内侧刷毛(18)为弯钩状，外侧刷毛(17)的长度大于内侧刷毛(18)的长度。

2.根据权利要求1所述的用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人，其特征在于，外侧刷毛(17)与清洁表面呈60~75°夹角。

3.根据权利要求1所述的用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人，其特征在于，内侧刷毛(18)与清洁表面呈30~45°夹角。

4.根据权利要求1所述的用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人，其特征在于，内侧刷毛(18)的硬度大于外侧刷毛(17)的硬度。

5.根据权利要求1所述的用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人，其特征在于，多模驱动装置(13)包括减速单元和震动驱动单元，减速单元为蜗轮(24)蜗杆(26)式减速阀，包括蜗轮(24)、蜗杆(26)和从动轴(25)，蜗杆(26)与外部驱动连接，蜗轮(24)与蜗杆(26)配合进行传动，从动轴(25)与蜗轮(24)连接；震动单元包括曲轴(29)、连杆(30)和第一活塞(21)，曲轴(29)与从动轴(25)连接，曲轴(29)与连杆(30)连接，连杆(30)与第一活塞(21)连接。

6.根据权利要求5所述的用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人，其特征在于，多模驱动装置(13)还包括旋转驱动单元，旋转驱动单元包括线圈(32)和磁铁(31)，线圈(32)固定于第一活塞(21)的活动端，线圈(32)与外部供电设备连接，磁铁(31)通过压盖(22)固定于刷盘(5)上。

7.根据权利要求6所述的用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人，其特征在于，转动轴与装载盘转动连接，转动轴的一端与刷盘(5)固定连接，另一端贯穿装载盘与压盖(22)。

8.根据权利要求1所述的用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人，其特征在于，蜘蛛机器人本体包括上底座(2)、下底座(3)和六条蛛腿，上底座(2)与下底座(3)相对设置且连接，六条蛛腿的上端均转动连接于上底座(2)与下底座(3)之间，蛛腿的下端设置有吸附结构；六条蛛腿采用四足步态模式进行运动，伸缩装置的固定端安装于上底座(2)下方，活动端贯穿下底座(3)与装载板(4)连接。

9.根据权利要求8所述的用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人，其特征在于，吸附结构包括利用导管(40)连接的供气单元、吸附单元和储气单元(36)，供气单元包括电动活塞(35)、气缸(16)、挡气板(34)、电刷滑环(33)，电动活塞(35)和挡气板(34)分别设置于气缸(16)的两侧，挡气板(34)位于气缸(16)内部，电刷滑环(33)位于气缸(16)外部，且电刷滑环(33)与挡气板(34)连接；吸附单元包括上挡块(37)、弹簧(38)、第二活塞(39)、真空发生器(11)、吸盘(14)，真空发生器(11)设置于蛛腿的下腿(7)内部，上挡块(37)设置于真空发生器(11)内部，且上挡块(37)通过导管(40)与供气单元的气缸(16)和储气单元(36)连接，上挡块(37)的下方连接弹簧(38)，弹簧(38)的下方连接第二活塞(39)的上端，第二活塞(39)的下端位于吸盘(14)中，吸盘(14)的上端与真空发生器(11)的下端连接，下端与桥面接触。

10.根据权利要求9所述的用于桥墩清洁的仿生蜘蛛机器人，其特征在于，储气单元(36)采用柔性伸缩袋，放置于上底座(2)与下底座(3)之间。