一种水下壁面清洗机器人三自由度高灵活性工作装置制造方法及图纸

一种水下壁面清洗机器人三自由度高灵活性工作装置，包含输水管、水枪、机架、臂杆、驱动链、直线驱动器，所述输水管为刚性管，包括第一、第二、第三输水管，所述臂杆包括第一、第二、第三臂杆；所述驱动链包括第一驱动链、第二驱动链；所述输水管固定安装在臂杆上；机架、臂杆、驱动链、直线驱动器构成平面两自由度连杆机构，包含第一、第二、第三、第四闭环回路，水枪的倾斜角度、位姿等均可进行控制；各输水管通过软管连通，第一输水管一端通过软管连通高压水路，第三输水管与水枪连通。该种壁面清洗机器人清洁工作装置可实现水枪相对机架三自由度可控运动，利用高压水流实现大面积、结构复杂度高的船舶等海洋设备外竖立面的清洁作业。

【技术实现步骤摘要】
一种水下壁面清洗机器人三自由度高灵活性工作装置
本技术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高灵活性工作装置。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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高灵活性工作装置，一方面，在爬壁机器人基础上，通过水枪三自由度可控平动，完成竖立面的清洁作业；另一方面，清洁工作装置需具有灵活性高、运动平稳、装配方便、结构强度高，稳定性能好等优点。本技术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高灵活性工作装置，包含输水管、水枪、机架、臂杆、驱动链、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；所述驱动链包括第一驱动链、第二驱动链，第一驱动链包括第一主动杆、第一连杆、摇臂、第二连杆，第二驱动链包括第二主动杆、第三连杆；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；机架、臂杆、驱动链、直线驱动器构成平面三自由度连杆机构。所述机架、第一臂杆、第二主动杆、第三连杆构成第一闭环回路，所述第一臂杆通过第一转动副安装在机架上，第二主动杆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与第三连杆连接，第三连杆为三副构件，包含第三转动副、第四转动副、第五转动副，所述第三连杆通过第四转动副与第一臂杆连接。第二主动杆由伺服电机驱动，通过伺服电机编程控制，第二主动杆可控转动，进而带动第一臂杆单自由度可控摆动。所述第一转动副、第四转动副之间的孔心距，它和第二转动副、第三转动副之间的孔心距相等，所述第三转动副、第四转动副之间的孔心距，它和第一转动副、第二转动副之间的孔心距相等，第一闭环回路构成平行四边形运动链，因此第三连杆始终相对机架平动。所述第一臂杆、第三连杆、直线驱动器、第二臂杆构成第二闭环回路，所述直线驱动器一端通过第五转动副与第三连杆连接，另一端通过第六转动副与第二臂杆连接，所述第二臂杆通过第七转动副与第一臂杆连接。在第二主动杆、直线驱动器的耦合驱动下，第二臂杆可相对第一臂杆单自由度摆动；所述第四转动副、第五转动副之间的孔心距，它与第六转动副、第七转动副之间的孔心距相等；当直线驱动器通过伸缩，直至第五转动副和第六转动副之间的孔心距，它与第一转动副、第七转动副之间的孔心距相等时，此时直线驱动器锁止，第二闭环回路构成平行四边形运动链，此时第二臂杆相对第三连杆始终平动，而第三连杆始终相对机架平动，因此在上述情形下，当第二主动杆在伺服电机驱动下转动时，第二臂杆始终相对机架单自由度平动，因第二臂杆安装在第一臂杆上，因此第二臂杆平动范围将大幅增加，即获得增益，满足竖立面大空间的清洁作业要求。所述第一主动杆、第一连杆、第一臂杆、摇臂构成第三闭环回路，所述第一主动杆一端通过第八转动副安装在机架上，所述第八转动副和第一转动副构成复合铰链，第一主动杆另一端通过第九转动副与第一连杆一端连接，所述第一连杆另一端通过第十一转动副与摇臂连接，所述摇臂通过第十二转动副安装在第一支撑臂上，所述第十二转动副与第七转动副构成复合铰链；所述第八转动副与第九转动副之间的孔心距，它与第十二转动副、第十一转动副之间的孔心距相等；第九转动副和第十一转动副之间的孔心距，它和第八转动副与第十二转动副之间的孔心距相等；所述第一主动杆、第一连杆、第一臂杆、摇臂构成平行四边形运动链，第一主动杆由伺服电机驱动，通过伺服电机编程控制，第一主动杆可控转动，摇臂始终相对第一主动杆平动。所述第二连杆、摇臂、第二臂杆、第三臂杆构成第四闭环回路，所述第二连杆一端通过第十三转动副与摇臂连接，另一端通过第十四转动副与第三臂杆连接，所述第三臂杆通过第十五转动副与第二臂杆连接。所述第十三转动副与第十四转动副之间的孔心距，它与第七转动副、第十五转动副之间的孔心距相等，所述第七转动副、第十三转动副之间的孔心距，它与第十五转动副、第十四转动副之间的孔心距相等，所述第二连杆、摇臂、第二臂杆、第三臂杆构成平行四边形运动链，因此第三臂杆随着第二臂杆摆动，而相对摇臂平动，而摇臂运动过程中始终相对第一主动杆平动，因此第三臂杆在运动过程中始终相对第一主动杆平动，由于第三输水管固定安装在第三臂杆上，当第一主动杆锁止不动时，第三输水管将始终相对机架平动；另外第三输水管在第一主动杆、第二主动杆、直线驱动器耦合驱动下，可相对机架做平面三自由度可控运动。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主动杆、第二主动杆、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平动调整，即水枪相对竖立面距离、位置、水枪的倾斜角度均可控可调，水枪姿态即可相对竖立面平动，也可可控可调，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复杂水下竖立面进行清洁作业。本技术突出优点在于：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高灵活性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。2、该种水下壁面清洗机器人三自由度高灵活性工作装置由三个输水管串联，大幅提高了水枪的工作空间，该工作装置有三个自由度，不仅可以灵活的完成复杂竖立面的清洁作业要求，使水枪距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下壁面清洗机器人三自由度高灵活性工作装置，包含输水管、水枪、机架、臂杆、驱动链、直线驱动器，其特征在于：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；所述驱动链包括第一驱动链、第二驱动链，第一驱动链包括第一主动杆、第一连杆、摇臂、第二连杆，第二驱动链包括第二主动杆、第三连杆；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；机架、臂杆、驱动链、直线驱动器构成平面三自由度连杆机构；所述机架、第一臂杆、第二主动杆、第三连杆构成第一闭环回路，/n所述第一臂杆、第三连杆、直线驱动器、第二臂杆构成第二闭环回路，/n所述第一主动杆、第一连杆、第一臂杆、摇臂构成第三闭环回路，/n所述第二连杆、摇臂、第二臂杆、第三臂杆构成第四闭环回路，/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一种水下壁面清洗机器人三自由度高灵活性工作装置，包含输水管、水枪、机架、臂杆、驱动链、直线驱动器，其特征在于：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；所述驱动链包括第一驱动链、第二驱动链，第一驱动链包括第一主动杆、第一连杆、摇臂、第二连杆，第二驱动链包括第二主动杆、第三连杆；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；机架、臂杆、驱动链、直线驱动器构成平面三自由度连杆机构；所述机架、第一臂杆、第二主动杆、第三连杆构成第一闭环回路，
所述第一臂杆、第三连杆、直线驱动器、第二臂杆构成第二闭环回路，
所述第一主动杆、第一连杆、第一臂杆、摇臂构成第三闭环回路，
所述第二连杆、摇臂、第二臂杆、第三臂杆构成第四闭环回路，
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。


2.根据权利要求1所述的一种水下壁面清洗机器人三自由度高灵活性工作装置，其特征在于：
所述第一臂杆通过第一转动副安装在机架上，第二主动杆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与第三连杆连接，第三连杆为三副构件，包含第三转动副、第四转动副、第五转动副，所述第三连杆通过第四转动副与第一臂杆连接；第二主动杆由...

【专利技术属性】
技术研发人员：王保平，张林，孙芹，管志光，张洪丽，赵凌燕，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：新型
国别省市：山东;37