一种水下壁面清洗机器人三自由度清洁工作装置的制作方法

1.本发明涉及壁面清洗机器人领域，特别是一种水下壁面清洗机器人三自由度清洁工作装置。


背景技术：

2.爬壁机器人是一种主要应用于竖立面维护、检查、清洗等极限作业为主的移动机器人，壁面清洗机器人在壁面移动机器人中是最具前景的应用之一。当前，壁面清洗主要有三种方式：人工清洗、吊篮清洗、自动化设备清洗，前两种清洗方式完全依赖工人清洗，劳动强度大，而且存在安全隐患，自动化设备进行竖立面清洗也离不开人工干预，同时设备造价高昂。以上介绍的避免清洗方式在陆地环境下尚难以广泛使用，在环境更为特殊的水下环境下更难以适用。船舶等海洋设备长期在海洋环境中，水线以下往往附着大量的海生物，为使设备维持良好的工作状态，需要定期清除附着物，以降低阻力以及油耗，维持设备性能，提高设备效率。当前船舶等海洋设备海生物的清除作业主要有两种方式：一类是依赖潜水员进行人工清洗，该方式清洁效率低，危险系数大；另一类是船舶等海洋设备进坞清洁，该方式成本高，耗时长。上述各方面原因影响制约了水下清洁作业，随着海洋贸易的持续发展，如何在水下爬壁机器人基础上，研发设计一种清洁该种装置，灵活高效的对船舶等海洋设备的水下竖立面进行清洁作业，已成为行业内一个亟需解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于已有技术存在的问题提供一种水下壁面清洗机器人三自由度清洁工作装置，一方面，在爬壁机器人基础上，通过水枪三自由度可控运动，完成竖立面的清洁作业；另一方面，清洁工作装置需具有承压能力强、运动平稳、装配方便、结构强度高，稳定性能好等优点。
4.本发明通过以下技术方案来达到上述目的：一种水下壁面清洗机器人三自由度清洁工作装置，包含输水管、水枪、机架、臂杆、直线驱动器，所述输水管为刚性管，包括第一输水管、第二输水管、第三输水管，所述臂杆包括第一臂杆、第二臂杆、第三臂杆，所述直线驱动器包含第一直线驱动器、第二直线驱动器、第三直线驱动器，所述机架、第一臂杆、第二臂杆、第三臂杆、第一直线驱动器、第二直线驱动器、第三直线驱动器构成平面三自由度连杆机构；所述第一输水管固定安装在第一臂杆上，第二输水管固定安装在第二臂杆上，第三输水管固定安装在第三臂杆上；所述第一臂杆、机架、第一直线驱动器构成第一闭环回路，所述第一臂杆通过第一转动副安装在机架上，所述第一直线驱动器一端通过第二转动副安装在机架上，另一端通过第三转动副安装在第一臂杆上；第一直线驱动器为伺服电动缸，通过第一直线驱动器的伸缩运动，可实现第一臂杆绕第一转动副上下摆动，进而实现第一输水管相对机架的单自由度可控摆动。
5.所述第一臂杆、第二臂杆、第二直线驱动器组成第二闭环回路，所述第二臂杆通过第四转动副安装在第一臂杆上，所述第二直线驱动器一端通过第五转动副安装在第一臂杆
上，另一端通过第六转动副安装在第二臂杆上；所述第二直线驱动器为伺服电动缸，通过第二直线驱动器的伸缩运动，可实现第二臂杆相对第一臂杆摆动，进而实现第二输水管相对第一输水管的单自由度可控摆动。
6.所述第二臂杆、第三臂杆、第三直线驱动器构成第三闭环回路，所述第三臂杆通过第七转动副安装在第二臂杆上，所述第三直线驱动器一端通过第八转动副安装在第二臂杆上，另一端通过第九转动副安装在第三臂杆上；所述第三直线驱动器为伺服电动缸，通过第三直线驱动器的伸缩运动，可实现第三臂杆相对第二臂杆摆动，进而实现第三输水管相对第二输水管的单自由度可控摆动。所述第三输水管通过第一直线驱动器、第二直线驱动器、第三直线驱动器的耦合驱动，可实现相对机架的三自由度可控运动。
7.第一输水管一端通过软管连通高压水路，另一端通过软管与第二输水管一端连通，第二输水管另一端通过软管与第三输水管一端连通，第三输水管另一端通过软管与水枪连通；所述机架通过第十转动副与爬壁机器人连接，在动力装置驱动下，机架可相对爬壁机器人可控转动。当安装有该种三自由度清洁工作装置的水下壁面清洗机器人在水下竖立面进行清洁作业时，通过机架可控回转运动以及第一直线驱动器、第二直线驱动器、第三直线驱动器的耦合驱动下，水枪可相对竖立面实现四自由度姿态调整，即水枪相对竖立面距离、位置、倾斜角度均可控可调，高压水路中的高压水流通过第一输水管、第二输水管、第三输水管后，通过水枪喷出，利用高压水流，灵活高效的实现对船舶等海洋设备的水下竖立面进行清洁作业。
8.本发明突出优点在于：1、相比现有水枪通过全软管连接，输水管线在海水腐蚀性等复杂环境下，易损坏、老化、破裂，该种水下壁面清洗机器人三自由度清洁工作装置的输水管为刚性管，不仅提高了管道抗压能力，而且提高了输水管道的可靠性，降低了故障率，保证了水枪的作业稳定性和水下环境适应性；刚性管固定在臂杆上，臂杆之间通过转动副连接，不仅结构简单、成本低，而且刚性大，输水通道稳定性好。
9.2、该种水下壁面清洗机器人三自由度清洁工作装置可实现三自由度姿态调整，相比两自由度清洁工作装置，更能满足复杂竖立面海生物的清除作业要求，在机架可控转动下，水枪可进一步实现四自由度可控调整，高压水路中的高压水流通过水枪喷出，利用高压水流，灵活高效的实现对船舶等海洋设备的清洁作业。
10.3、该种水下壁面清洗机器人三自由度清洁工作装置灵活性高，各输水管和臂杆串联连接，结构紧凑，工作空间大，可满足复杂竖立面表面的清洁作业。
附图说明
11.图1为本发明所述的一种水下壁面清洗机器人三自由度清洁工作装置示意图。
12.图2为本发明所述的一种水下壁面清洗机器人三自由度清洁工作装置示意图。
13.图3为本发明所述的一种水下壁面清洗机器人三自由度清洁工作装置工作位姿意图之一。
14.图4为本发明所述的一种水下壁面清洗机器人三自由度清洁工作装置工作位姿意图之二。
具体实施方式
15.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
16.对照图1、图2，一种水下壁面清洗机器人三自由度清洁工作装置，包含输水管、水枪7、机架1、臂杆、直线驱动器，所述输水管为刚性管，包括第一输水管3、第二输水管9、第三输水管5，所述臂杆包括第一臂杆4、第二臂杆10、第三臂杆6，所述直线驱动器包含第一直线驱动器15、第二直线驱动器12、第三直线驱动器19，所述机架1、第一臂杆4、第二臂杆10、第三臂杆6、第一直线驱动器15、第二直线驱动器12、第三直线驱动器19构成平面三自由度连杆机构；所述第一输水管3固定安装在第一臂杆4上，第二输水管9固定安装在第二臂杆10上，第三输水管5固定安装在第三臂杆6上；所述第一臂杆4、机架1、第一直线驱动器15构成第一闭环回路，所述第一臂杆4通过第一转动副21安装在机架1上，所述第一直线驱动器15一端通过第二转动副14安装在机架1上，另一端通过第三转动副16安装在第一臂杆4上；第一直线驱动器15为伺服电动缸，通过第一直线驱动器15的伸缩运动，可实现第一臂杆4绕第一转动副21上下摆动，进而实现第一输水管3相对机架1的单自由度可控摆动。
17.对照图1、图2，所述第一臂杆4、第二臂杆10、第二直线驱动器12组成第二闭环回路，所述第二臂杆10通过第四转动副11安装在第一臂杆4上，所述第二直线驱动器12一端通过第五转动副13安装在第一臂杆4上，另一端通过第六转动副17安装在第二臂杆10上；所述第二直线驱动器12为伺服电动缸，通过第二直线驱动器12的伸缩运动，可实现第二臂杆10相对第一臂杆4相对摆动，进而实现第二输水管9相对第一输水管3的单自由度可控摆动。
18.对照图1、图2，所述第二臂杆10、第三臂杆6、第三直线驱动器19构成第三闭环回路，所述第三臂杆6通过第七转动副8安装在第二臂杆10上，所述第三直线驱动器19一端通过第八转动副18安装在第二臂杆10上，另一端通过第九转动副20安装在第三臂杆6上；所述第三直线驱动器19为伺服电动缸，通过第三直线驱动器19的伸缩运动，可实现第三臂杆6相对第二臂杆10摆动，进而实现第三输水管5相对第二输水管9的单自由度可控摆动。所述第三输水管5通过第一直线驱动器15、第二直线驱动器12、第三直线驱动器19的耦合驱动，可实现相对机架1的三自由度可控运动。
19.对照图1、图2、图3、图4，第一输水管3一端通过软管连通高压水路，另一端通过软管与第二输水管9一端连通，第二输水管9另一端通过软管与第三输水管5一端连通，第三输水管5另一端通过软管与水枪7连通；所述机架1通过第十转动副2与爬壁机器人22连接，在动力装置驱动下，机架1可相对爬壁机器人22可控转动。当安装有该种三自由度清洁工作装置的水下壁面清洗机器人在水下竖立面进行清洁作业时，通过机架1可控回转运动以及第一直线驱动器15、第二直线驱动器12、第三直线驱动器19的耦合驱动下，水枪7可相对竖立面实现四自由度姿态调整，即水枪7相对竖立面距离、位置、倾斜角度均可控可调，高压水路中的高压水流通过第一输水管3、第二输水管9、第三输水管5后，通过水枪7喷出，利用高压水流，灵活高效的实现对船舶等海洋设备的水下竖立面进行清洁作业。