一种基于磁轮行走的水下钢结构表面海生物清洗机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种基于磁轮行走的水下钢结构表面海生物清洗机器人，属于深海作业机器人技术领域。清洗机器人包括行走系统及搭载在行走系统的机架上的控制系统、成像系统与作业系统；行走系统包括能磁吸于钢结构表面上的磁轮与推进系统，推进系统包括对称地安装在机架的两侧部上的推进器单元，推进器单元包括位于磁轮上方的收展支架及安装在收展支架上的第一升降推进器、第二升降推进器、第一横向斜推式推进器与第二横向斜推式推进器，两横向斜推式推进器的推进方向相夹成大于零度的夹角。不仅能利用磁轮在钢结构表面行走，且无需借助潜水机器人或钢管就能行至目标作为场所处，其可广泛应用于海洋石油管道等钢结构表面清洗、探伤等领域。

An underwater cleaning robot for steel structure based on magnetic wheel

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁轮行走的水下钢结构表面海生物清洗机器人
本专利技术涉及一种水下作业机器人，具体地说，涉及一种基于磁轮行走的水下钢结构表面海生物清洗机器人。
技术介绍
随着海洋经济的崛起，水下作业量将越来越复杂，越来越繁重。船舶底部，海洋钻井平台管道等水下平台容易附着海生物，通常需要潜水员进行定期清理，虽然人工可对清理对象及清理效果进行自主判断，但存在潜水员的人身安全难以保障、工作时间受海况影响较大及工作效率低等问题。面对上述问题，申请人已申请的公告号为CN206476068U的专利文献公开了一种水下钢结构表面海生物清理机器人，其包括可磁吸于钢结构表面上的行走系统，搭载在该行走系统上用于获取机器人周侧环境状况的成像系统，及搭载在该行走系统的机身一侧用于对钢结构表面海生物进行清洗的清洗系统。由于行走系统采用轮式四驱方式，使其运动灵活，且后轮与机身间通过旋转连接轴连接，使其具有一定的越障能力；清洗系统采用空化水射流进行清理海生物，更加高效节能。成像系统包括设于机器人前部和后部的各一个水下摄像头，以便于水上操作人员在清理过程中实时观测机器人前、后和清洗一侧的状况，而更好地下达更准确的控制指令。由于其采用磁轮能很好地在钢结构表面上进行作业操作；但是，该清洗机器人在从母船下潜至目标作业位置的过程中，由于其难以跨过幅度较大的海洋生物表面，使其需沿从海面延伸至目标作业场所的钢管边清理边下潜，不仅速度慢，且整个控制过程较为复杂；尤其是只需对钢结构表面局部进行清理时。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种基于磁轮行走的水下钢结构表面海生物清洗机器人，不仅能利用磁轮在钢结构表面行走以清理，且无需借钢管就能行至目标作为场所处。为了实现上述目的，本专利技术提供的水下钢结构表面海生物清洗机器人包括行走系统及搭载在行走系统的机架上的控制系统、成像系统与作业系统；行走系统包括能磁吸于钢结构表面上的磁轮；行走系统包括推进系统，推进系统包括对称地安装在机架的两侧部上的推进器单元，推进器单元包括位于磁轮上方的收展支架及安装在收展支架上的第一升降推进器、第二升降推进器、第一横向斜推式推进器与第二横向斜推式推进器，两横向斜推式推进器的推进方向相夹成大于零度的夹角；收展支架包括固定在机架上的固定套筒座，间隙配合地套装在固定套筒座内的驱动轴，旋转驱动装置，及直线位移输出装置；第一升降推进器与第一横向斜推式推进器通过连接板件与驱动轴的一端部固定连接，第二升降推进器与第二横向斜推式推进器通过连接板件与驱动轴的另一端部固定连接；固定套筒座上设有用于暴露连接板件的筒壁缺口，筒壁缺口上设有并排布置且沿驱动轴的轴向布置的第一卡口与第二卡口；直线位移输出装置通过驱动轴驱使连接板件卡入卡口而转动定位，或退出卡口而可转动；旋转驱动装置用于驱使连接板件从可卡入第一卡口的横向位置朝上旋转90度至可卡入第二卡口的竖向位置。在现有基于磁轮的水下钢结构表面海生物清洗机器人的结构上，增设可收展的推进系统，不仅可利用展开的推进系统驱使机器人在海水中下潜或上浮动作而无需借助延伸钢管就能行至目标作为场所处，及上浮回海面处；且能在作业过程中的进行目标场所快速更换，及位姿的快速调整，有效提高作业效率。具体的方案为连接板件包括相垂直的根连接板部及折弯连接板部，升降推进器的推进方向垂直于板面地固定在根连接板部上，横向斜推式推进器的推进方向平行于板面地固定在折弯连接板部上。更具体的方案为根连接板部上设有用于安装升降推进器的通孔，根连接板部位于通孔的侧旁折弯延伸而形成有与板面相垂直的安装板部，升降推进器的套筒固定在安装板部上。优选的方案为第一横向斜推式推进器与第二横向斜推式推进器的推进方向相垂直。更优选的方案为横向斜推式推进器的推进方向与驱动轴的轴向成45度夹角。另一个优选的方案为驱动轴为直圆柱体结构；固定套筒座的横截面为矩形，内筒腔为与直圆柱体结构相间隙配合的圆筒结构；在固定套筒座的相邻两侧面上设有连通而构成筒壁缺口的暴露口；第一卡口设于外侧竖向侧壁上，第二卡口设于上侧横向侧壁上。另一个优选的方案为旋转驱动装置是舵机，舵机的旋转输出轴与驱动轴的一端部通过齿轮传动机构传动连接；直线位移输出装置的动子与驱动轴的另一端部固定连接。更优选的方案为齿轮传动机构包括通过键槽结构而套装在舵机的旋转输出轴外的直圆柱齿轮及可沿轴向滑动地套装在直圆柱齿轮外的花键套，花键套与直圆柱齿轮啮合，花键套与驱动轴的一端部固定连接。采用花键套与直齿轮连接，可以在轴向位置调整时，仍能保持为啮合关系。再一个优选的方案为机架上安装有升降推离机构，升降推离机构包括安装在磁轮的轴向内侧或轴向外侧的直线位移输出装置，直线位移输出装置的动子固设有垫块；直线位移输出装置在垫块支撑在钢结构表面上时，用于驱使磁轮脱离对钢结构表面。有效避免利用推进系统驱使机器人脱离钢结构表面的过程中，在磁轮脱离钢结构表面的瞬间出现机器人窜动的问题，以提高整个过程的稳定性。更优选的方案为控制系统包括处理器与存储器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，能实现以下步骤：下潜步骤，控制收展支架展开并使连接板件卡入第一卡口内，利用推进系统驱使水下钢结构表面海生物清洗机器人下潜至目标作业场所处；清洗步骤，利用推进系统调整水下钢结构表面海生物清洗机器人的位姿至磁轮磁吸于钢结构表面的目标位置处，再控制收展支架收回并使连接板件卡入第二卡口内，并开启作业系统上的空化射流清洗模块进行海生物清洗作业；换位步骤，控制收展支架展开并使连接板件卡入第一卡口内，并启动推进系统以输出悬浮推进力，再控制升降推离机构将磁轮推离钢结构表面，以利用推进系统调整水下钢结构表面海生物清洗机器人的位姿，并移位至目标位置处；上浮步骤，控制收展支架展开并使连接板件卡入第一卡口内，并启动推进系统以输出悬浮推进力，再控制升降推离机构将磁轮推离钢结构表面，以利用推进系统调整水下钢结构表面海生物清洗机器人的位姿，并上浮至海面处。附图说明图1为本专利技术实施例在推进系统处于展开状态且连接板件未卡入卡口时的立体图；图2为本专利技术实施例在推进系统处于展开状态时的俯视图；图3为本专利技术实施例中推进系统在展开状态且连接板件未卡入卡口时的立体图；图4为本专利技术实施例中推进系统在展开状态且连接板件卡入卡口时的立体图；图5为图3中的A局部放大图；图6为本专利技术实施例在推进系统处于收回状态且连接板件未卡入卡口时的立体图；图7为图6中的C局部放大图；图8为图6中的D局部放大图；图9为本专利技术实施例在推进系统处于收回状态时的俯视图；图10为本专利技术实施例中推进系统在收回状态且连接板件未卡入卡口时的立体图；图11为本专利技术实施例中收展支架上的旋转驱动装置与驱动轴间的连接机构的结构分解图。以下结合实施例及其附图对本专利技术作进一步说明。具体实施方式本专利技术主要是对水下钢结构表面作业机器人中行走系统的结构进行改进，主要为通过增设可收展的推进系统，以利用推进系统自主下潜至目标作业场所处或从作业场所处上升回海面的同时，提高机器人的水下作业过程中位姿调整或更换目标作业场所的灵活性与效率性，作业机器人中成像系统、作业系统及行走系统中的磁轮及其驱动装置均可采用现有产品结构进行设计，并不局限于下述实施例中的结构。实施例参见图1至图11，本专利技术水下钢结构海生物清理机器人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁轮行走的水下钢结构表面海生物清洗机器人，包括行走系统及搭载在所述行走系统的机架上的控制系统、成像系统与作业系统；所述行走系统包括能磁吸于钢结构表面上的所述磁轮；其特征在于：所述行走系统包括推进系统，所述推进系统包括对称地安装在所述机架的两侧部上的推进器单元，所述推进器单元包括位于所述磁轮上方的收展支架及安装在所述收展支架上的第一升降推进器、第二升降推进器、第一横向斜推式推进器与第二横向斜推式推进器，两横向斜推式推进器的推进方向相夹成大于零度的夹角；所述收展支架包括固定在所述机架上的固定套筒座，间隙配合地套装在所述固定套筒座内的驱动轴，旋转驱动装置，及直线位移输出装置；所述第一升降推进器与所述第一横向斜推式推进器通过连接板件与所述驱动轴的一端部固定连接，所述第二升降推进器与所述第二横向斜推式推进器通过连接板件与所述驱动轴的另一端部固定连接；所述固定套筒座上设有用于暴露所述连接板件的筒壁缺口，所述筒壁缺口上设有并排布置且沿所述驱动轴的轴向布置的第一卡口与第二卡口；所述直线位移输出装置通过所述驱动轴驱使所述连接板件卡入卡口而转动定位，或退出卡口而可转动；所述旋转驱动装置用于驱使所述连接板件从可卡入所述第一卡口的横向位置朝上旋转90度至可卡入所述第二卡口的竖向位置。...

【技术特征摘要】
1.一种基于磁轮行走的水下钢结构表面海生物清洗机器人，包括行走系统及搭载在所述行走系统的机架上的控制系统、成像系统与作业系统；所述行走系统包括能磁吸于钢结构表面上的所述磁轮；其特征在于：所述行走系统包括推进系统，所述推进系统包括对称地安装在所述机架的两侧部上的推进器单元，所述推进器单元包括位于所述磁轮上方的收展支架及安装在所述收展支架上的第一升降推进器、第二升降推进器、第一横向斜推式推进器与第二横向斜推式推进器，两横向斜推式推进器的推进方向相夹成大于零度的夹角；所述收展支架包括固定在所述机架上的固定套筒座，间隙配合地套装在所述固定套筒座内的驱动轴，旋转驱动装置，及直线位移输出装置；所述第一升降推进器与所述第一横向斜推式推进器通过连接板件与所述驱动轴的一端部固定连接，所述第二升降推进器与所述第二横向斜推式推进器通过连接板件与所述驱动轴的另一端部固定连接；所述固定套筒座上设有用于暴露所述连接板件的筒壁缺口，所述筒壁缺口上设有并排布置且沿所述驱动轴的轴向布置的第一卡口与第二卡口；所述直线位移输出装置通过所述驱动轴驱使所述连接板件卡入卡口而转动定位，或退出卡口而可转动；所述旋转驱动装置用于驱使所述连接板件从可卡入所述第一卡口的横向位置朝上旋转90度至可卡入所述第二卡口的竖向位置。2.根据权利要求1所述的水下钢结构表面海生物清洗机器人，其特征在于：所述连接板件包括相垂直的根连接板部及折弯连接板部，升降推进器的推进方向垂直于板面地固定在所述根连接板部上，横向斜推式推进器的推进方向平行于板面地固定在所述折弯连接板部上。3.根据权利要求2所述的水下钢结构表面海生物清洗机器人，其特征在于：所述根连接板部上设有用于安装升降推进器的通孔，所述根连接板部位于所述通孔的侧旁折弯延伸而形成有与所述根连接板部的板面相垂直的安装板部，升降推进器的套筒固定在所述安装板部上。4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的水下钢结构表面海生物清洗机器人，其特征在于：所述第一横向斜推式推进器与所述第二横向斜推式推进器的推进方向相垂直。5.根据权利要求4所述的水下钢结构表面海生物清洗机器人，其特征在于：横向斜推式推进器的推进方向与所述驱动轴的轴向成45度夹角。6.根据权利要求1至5任一项权利要求所述的水下钢结构表面海生物清洗机器人，其特征在于：所述驱动轴为直圆柱体结构；所述固定套筒座的横截面为矩形，内筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝启航，刘斯悦，王楚璇，周际飞，俞芊如，余林繁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33