一种船壁除垢爬壁机器人

本申请涉及特种爬壁机器人及船舶维护装备的，尤其是涉及一种船壁除垢爬壁机器人。

背景技术：

1、目前船舶钢质船壁和船底在水下容易附着大量坚硬海生物和锈垢，其结果会增大船舶运行阻力和能耗，加速船体腐蚀，减少船舶寿命。如何解决钢质船壁及时有效除垢一直是国家海洋工程重大难题。传统船舶表面处理依赖人工高空作业，存在以下突出痛点：人工水下除锈除垢难度大、速度慢，效率低；工人在高空手持重型设备，面临坠落风险，安全隐患大；人工操作不易控制清除面，影响防腐效果，难以保证质量；环境与健康危害严重，传统作业产生大量废弃物，工人长期接触有害化学物质。

2、相关技术中传统的船舶表面处理主要依赖人工高空悬吊或水下潜水作业，存在效率低、安全隐患大、作业质量不稳定且工人易受化学物质与飞溅物伤害等突出问题。为了替代人工，近年来爬壁机器人成为研究热点。然而，现有的爬壁机器人多采用小载荷吸附结构，主要适用于喷漆、测厚、探伤等轻载工况。在面对船壁高压除垢、强力打磨等大反力、大载荷极端作业时，现有方案存在以下致命缺陷：

3、移动与转向控制难度大：采用电磁铁作为行走吸附源时，在移动和转向过程中需要电磁铁频繁通断电，在水下和大吸力工况下通断电响应滞后、能耗与发热极高，且控制系统极度复杂；

4、移动灵活性与大载荷定位的矛盾：若单纯采用永磁吸附，虽然无需供电，但在作业时难以提供足够抵御除垢强烈反作用力的刚性定位锁紧力；

5、姿态调节与清垢适应性差：传统爬壁机器人的除垢执行器多为刚性固定在底盘上，无法根据船体曲率及污垢厚度灵活调整作业角度和下压姿态。

技术实现思路

1、为了改善上述问题，本申请提供一种船壁除垢爬壁机器人。

2、本申请提供的一种船壁除垢爬壁机器人采用如下的技术方案：

3、一种船壁除垢爬壁机器人，包括：

4、爬壁机器人本体、两自由度的并联装置、爬动装置、定位装置以及除垢装置；

5、并联机构用于在定位状态下调节除垢装置的姿态，爬动装置实现爬壁机器人本体移动与转向，除垢装置用于对船壁进行除垢操作；定位装置用于在爬壁机器人本体运动过程中强磁吸附实现定位；

6、所述爬壁机器人本体包括：主板、上盖以及下盖；上盖与下盖分别位于主板上下两侧，爬动装置设置于主板与上盖以及下盖围设的空间内；

7、所述爬动装置包括：通过摆臂沿着直线运动的行走机构以及用于实现爬壁机器人转向的转向机构。

8、更进一步地，所述行走机构包括：

9、双摆臂行走组，通过双摆动实现直线行走效果且设置为三组；

10、主驱动组件，用于给双摆臂行走组提供动力；

11、通过双摆臂行走组实现前后同步行走保持爬壁机器人本体行走的稳定性。

12、更进一步地，所述双摆臂行走组包括：

13、摆动轴、上臂、下臂、两个立柱以及两个永磁盘；

14、所述轴的中部与主板转动连接；所述上臂、下臂的中部分别与所述轴的下部转动连接，两端分别与两个立柱转动连接以构成平行四边形机构；两个立柱的底端分别与两个永磁盘固连；所述上臂的两侧还分别设有滚轮。

15、更进一步地，所述主驱动机构包括固设在上盖中心通孔处的主电动机、与主电动机输出轴键连接的主齿轮、以及分别与三个摆动轴上部键连接的三个大齿轮；

16、所述主齿轮位于上盖构成的空腔内，且同时与三个大齿轮啮合。

17、更进一步地，所述转向机构包括：三个转动套设在摆动轴下部的斜盘齿轮以及转向动力组件，斜盘齿轮的下端面均设有圆周斜盘滚道，所述滚轮与对应的圆周斜盘滚道滚动接触；

18、转向动力组件驱动三个斜盘齿轮同步转动以调整斜盘方位。

19、更进一步地，所述转向动力组件包括固设在主板偏心孔处的辅电动机、与辅电动机输出轴键连接的辅齿轮、销轴、以及转动套设在销轴上的中心齿轮；

20、所述销轴的两端分别与主板和下盖的中心孔固连；

21、所述中心齿轮位于下盖构成的空腔内，且同时与辅齿轮以及三个斜盘齿轮啮合。

22、更进一步地，所述定位装置包括：

23、多个电磁盘、多个导杆、多个定位套和多个弹簧；

24、所述定位套固设在主板下表面；

25、所述导杆同轴依次设有上圆台、上圆杆、下圆台、下圆杆及螺纹端，导杆的上圆杆与主板及定位套的通孔构成圆柱副配合，螺纹端与电磁盘上端面螺纹连接；

26、所述下圆台位于定位套下方，所述弹簧套设在上圆杆外侧且两端分别抵紧在导杆上圆台与主板之间；电磁盘断电时，弹簧弹性复位提升电磁盘脱离船壁，直至下圆台限位抵靠在定位套底端。

27、更进一步地，所述并联装置包括直杆、第一电动推杆、第二电动推杆、动台和监视器；

28、所述动台上设有一个球副支座和两个转动副支座；

29、所述直杆的一端与动台的一个转动副支座转动连接，另一端与主板球副连接；

30、所述第一电动推杆的两端分别与主板和动台的球副支座球副连接；

31、所述第二电动推杆的一端与动台的另一个转动副支座转动连接，另一端与主板球副连接；

32、所述监视器固连在动台下表面中心处。

33、更进一步地，所述除垢装置包括除垢电机、小带轮、皮带、大带轮、罩体和钢刷环；

34、所述除垢电机固设在动台下表面，其输出轴向上穿过动台与小带轮键连接；

35、所述大带轮转动套设在动台上表面中心，并通过皮带与小带轮传动连接；

36、所述罩体的顶部中心与大带轮固连，罩体周向呈锥台状且开设有若干观察通孔，罩体的底部周缘与所述钢刷环固连。

37、综上所述，本申请的有益技术效果为：

38、1.行走机构采用双摆臂交替起落形式，能适应船壁微小焊缝和微小起伏障碍，具有良好的越障与贴合性能；独立的转向机构使得机器人无需依赖传统的差速打滑，而是通过机械引导实现主动偏转，在保证吸附安全的前提下实现了连续平滑转向甚至原地回转，提升了对复杂大型船体曲面的机动巡航覆盖能力；

39、2.当机器人需要改变直线爬行方向或进行原地回转时，启动辅电动机工作。辅电动机通过输出轴驱动辅齿轮旋转，辅齿轮带动中心齿轮绕销轴旋转，中心齿轮进而同时驱动三个斜盘齿轮绕对应的摆动轴同步自转；斜盘齿轮的转动直接改变了倾斜斜盘滚道的最高点和最低点在水平面上的绝对空间朝向；斜盘空间方位的改变，使得滚轮下压着地与抬升跨步的几何受力点随之偏转，进而使得永磁盘迈步着地时的运动矢量方向发生偏转；

40、3.由于直杆、第一电动推杆和第二电动推杆在空间构成非对称约束并联拓扑，第一、第二电动推杆的差动伸缩驱动动台在三维空间内产生两维连续倾角偏转，从而带动高速旋转的钢刷环动态自适应贴合不同曲率的船壁表面，并提供可控的下压打磨力，实现彻底、高效的除垢作业。

1.一种船壁除垢爬壁机器人，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种船壁除垢爬壁机器人，其特征在于，所述行走机构包括：

3.根据权利要求2所述的一种船壁除垢爬壁机器人，其特征在于，所述双摆臂行走组包括：

4.根据权利要求3所述的一种船壁除垢爬壁机器人，其特征在于，所述主驱动机构包括固设在上盖中心通孔处的主电动机、与主电动机输出轴键连接的主齿轮、以及分别与三个摆动轴上部键连接的三个大齿轮；

5.根据权利要求3所述的一种船壁除垢爬壁机器人，其特征在于，所述转向机构包括：三个转动套设在摆动轴下部的斜盘齿轮以及转向动力组件，斜盘齿轮的下端面均设有圆周斜盘滚道，所述滚轮与对应的圆周斜盘滚道滚动接触；

6.根据权利要求5所述的一种船壁除垢爬壁机器人，其特征在于，所述转向动力组件包括固设在主板偏心孔处的辅电动机、与辅电动机输出轴键连接的辅齿轮、销轴、以及转动套设在销轴上的中心齿轮；

7.根据权利要求2所述的一种船壁除垢爬壁机器人，其特征在于，所述定位装置包括：

8.根据权利要求2所述的一种船壁除垢爬壁机器人，其特征在于，所述并联装置包括直杆、第一电动推杆、第二电动推杆、动台和监视器；

9.根据权利要求8所述的一种船壁除垢爬壁机器人，其特征在于，所述除垢装置包括除垢电机、小带轮、皮带、大带轮、罩体和钢刷环；