船底除锈机器人的制作方法

本实用新型涉及船舶清洁设备技术领域，尤其是一种船底除锈机器人及其工作臂总成的液压控制机构。

背景技术：

船体表面包括船底和两侧船身的表面，船体表面(以下简称船体)产生污底的危害是极大的,不仅会造成船只航行速度减慢，还会产生坑蚀并加速水线以下船体的腐蚀，从而将涂膜破坏，造成严重后果。

为了解决这种弊端，需对船体进行清洗，清洗除了要去除附着物，更重要的是除锈；清洗、除锈工作主要分手动清洗和机械清洗，清洗、除锈部位包括船体侧表面(或简称船身)和船底；采用手动清洗会带来多种不便，效率低且清洗程度往往达不到要求，尤其是除锈方面的要求更高。而机械清洗根据所采用的介质不同，主要有干式喷砂清洗和高压水射流清洗两种方式。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种采用高压水射流清洗方式的船底除锈机器人，该船底除锈机器人的特点是采用了一种用于承载高压水射流清洗器的工作臂总成及相应的液压控制机构，具体内容为：

船底除锈机器人，其特征在于，包括工作臂总成和与之匹配的液压控制机构；

所述工作臂总成包括：

底板；

回转支承座，其包括与底板固接的固定盘部和能绕竖直轴心转动的转动盘部；

回转油缸，用于驱动回转支承座的转动盘部绕竖直轴心转动；

第一铰接耳板座，其底部与回转支承座的转动盘部固接；

大臂，其主体为方钢型，底端通过其铰接部与第一铰接耳板座的顶部铰接，且该铰接轴轴心为水平的；大臂的方钢型主体的左、右侧各设有一能驱动大臂绕与第一铰接耳板座的铰接轴轴心做俯、仰动作的大臂油缸；

伸缩臂，其主体也为方钢型，且一部分套入大臂的方钢型主体内，两者能在驱动件驱动下相对滑动；

旋转油缸，其外缸底板固接有一外缸铰接耳板，外缸铰接耳板一端与伸缩臂方型钢主体顶端上的铰接部铰接，另一端与一摆角油缸的伸缩杆顶端铰接，摆角油缸的缸体底部则与伸缩臂方型钢主体的外壁铰接；三个铰接轴轴心彼此平行且均与旋转油缸的轴心线相垂直；

清洗臂，其一端与固接于旋转油缸的内缸端部的内缸耳板的一端铰接，清洗臂的另一端与清洗器安装框铰接；

清洗器，包括清洗器本体和固定于其外围的清洗器外框；

清洗臂油缸，其缸体底部与内缸耳板的另一端铰接，其伸缩杆的顶端则与清洗臂铰接；清洗臂油缸及内缸耳板的三个铰接轴轴心相互平行且与旋转油缸的轴心相垂直；

所述液压控制机构包括：

工作泵、单向阀、第四二位四通电磁换向阀、二位四通电磁卸荷阀、与工作臂总成的各油缸各自分别匹配的三位四通电磁换向阀、回油滤清器、油箱；

所述工作泵的吸油口经管路从油箱进油，出油口经管路连通单向阀的进油口，单向阀的出油口经管路连通第四二位四通电磁换向阀的p口，第四二位四通电磁换向阀的t口封闭，b口分别连通二位四通电磁卸荷阀、各个三位四通电磁换向阀的p口；二位四通电磁卸荷阀、各个三位四通电磁换向阀的t口则均通过管路连通回油滤清器的入口，回油滤清器的出口经管路连通油箱；

二位四通电磁卸荷阀的a口经管路连通油箱，b口封堵；

工作臂总成的各油缸的无杆腔分别经管路连通对应匹配的三位四通电磁换向阀的a口，有杆腔分别经管路连通对应匹配的三位四通电磁换向阀的b口。

进一步，所述清洗臂包括依次形成折弯并焊接连接一体的四段臂体：第一段臂体、第二段臂体、第三段臂体、第四段臂体，四段臂体各自的中轴线位于同一平面内，且该平面与清洗臂与内缸耳板的铰接轴轴心相平行，第二段臂体与第一段臂体形成垂直折弯，第三段臂体与第二段臂体之间的折弯则是使第三段臂体朝相对于第一段臂体的向前延伸的方向相倾斜且向前逐渐远离的方向延伸，至第四段臂体与第三段臂体的折弯使得第四段臂体的延伸方向与第一段臂体的延伸方向相平行；

第一段臂体底端与内缸耳板的一端铰接，其臂体侧壁与清洗臂油缸伸缩杆的顶端通过铰接耳板铰接。

进一步，所述清洗器的清洗器本体设有三个并排的喷嘴，清洗器整体的重心位于处于中间的喷嘴处；

清洗器安装框整体呈弧形，两端分别与清洗器的外框的两侧部通过端部转轴转动连接，外框的中部与第四段臂体通过中部转轴转动连接；且两端的端部转轴轴心及第一段臂体的中轴线相重合，且与中部转轴的轴心线垂直相交，且垂直相交的交点与清洗器整体重心点重合；

清洗器的三个喷嘴的中心连线与端部转轴的轴心线之间的夹角小于65度大于30度。

进一步，所述回转油缸的缸体底部与固定于底板上的铰接耳板铰接，伸缩杆顶部与固定于回转支承座的转动盘部上的铰接耳板铰接。

进一步，每个大臂油缸的缸体底部与固定于回转支承座的转动盘部上的铰接耳板铰接，每个大臂油缸的伸缩杆顶部则分别与固定于大臂方型钢本体对应侧的中部的铰接耳板铰接；且大臂油缸两端的铰接轴轴心也分别均与第一铰接耳板座的铰接轴轴心平行。

进一步，所述驱动件为伸缩臂油缸，其位于大臂和伸缩臂的方型钢主体内，且其缸体底部与大臂铰接；伸缩杆顶部则与伸缩臂铰接。

进一步，大臂方钢型主体顶端的四个侧壁均设有减摩机构，即每侧大臂侧壁与伸缩臂的侧壁之间设有两个滑块，滑块周边通过固定于大臂侧壁内侧上的限位条辅助限位，滑块与大臂侧壁之间还夹设有垫片，大臂侧壁外侧还设有安装条，紧固螺栓依次穿过滑块、垫片、大臂侧壁和安装条，从而将滑块安装于大臂上；伸缩臂位于大臂方型钢主体内的底端各侧壁的外侧固设有滑块，滑块位于伸缩臂与大臂之间，每个滑块的周围固设有辅助限位的限位条；滑块与大臂侧壁之间还夹设有辅助其固定安装的垫片。

进一步，大臂油缸与对应匹配的三位四通电磁换向阀之间的管路还设有一单向节流阀，单向节流阀的进油口连通三位四通电磁换向阀的a口，单向节流阀的出油口连通大臂油缸的无杆腔，单向节流阀的液控口连通大臂油缸有杆腔与对应匹配的三位四通电磁换向阀b口之间的连通管路。

进一步，第四二位四通电磁换向阀与二位四通电磁卸荷阀、工作臂总成的各油缸各自分别匹配的三位四通电磁换向阀之间的管路中还设有能手动调节设定安全压力的溢流阀。

液压控制机构，用于控制船底除锈机器人，其特征在于：

工作泵、单向阀、第四二位四通电磁换向阀、二位四通电磁卸荷阀、与工作臂总成的各油缸各自分别匹配的三位四通电磁换向阀、回油滤清器、油箱；

所述工作泵的吸油口经管路从油箱进油，出油口经管路连通单向阀的进油口，单向阀的出油口经管路连通第四二位四通电磁换向阀的p口，第四二位四通电磁换向阀的t口封闭，b口分别连通二位四通电磁卸荷阀、各个三位四通电磁换向阀的p口；二位四通电磁卸荷阀、各个三位四通电磁换向阀的t口则均通过管路连通回油滤清器的入口，回油滤清器的出口经管路连通油箱；

二位四通电磁卸荷阀的a口经管路连通油箱，b口封堵；

工作臂总成的各油缸的无杆腔分别经管路连通对应匹配的三位四通电磁换向阀的a口，有杆腔分别经管路连通对应匹配的三位四通电磁换向阀的b口；

大臂油缸与对应匹配的三位四通电磁换向阀之间的管路还设有一单向节流阀，单向节流阀的进油口连通三位四通电磁换向阀的a口，单向节流阀的出油口连通大臂油缸的无杆腔，单向节流阀的液控口连通大臂油缸有杆腔与对应匹配的三位四通电磁换向阀b口之间的连通管路；

第四二位四通电磁换向阀与二位四通电磁卸荷阀、工作臂总成的各油缸各自分别匹配的三位四通电磁换向阀之间的管路中还设有能手动调节设定安全压力的溢流阀；

工作臂总成的各油缸所分别匹配的三位四通电磁换向阀各自分别与第四二位四通电磁换向阀和二位四通电磁卸荷阀联动：即当某个三位四通电磁换向阀通电时，第四二位四通电磁换向阀与二位四通电磁卸荷阀也同时通电，将该三位四通电磁换向阀断电关闭时，则第四二位四通电磁换向阀与二位四通电磁卸荷阀也同时断电关闭；且禁止两个或两个以上的三位四通电磁换向阀同时通电。

本实用新型的船底除锈机器人，其工作臂总成可非常方便的通过液压控制机构对各个油缸的调整控制，实现清洗器的高度、角度的调整，并且姿态保持较稳定，配合相应的液压系统、行走系统和无线遥控系统，可在有限空间内自由移动，大大减少了操作人员的身体劳损，大大减少了人工费用，且绿色环保。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为船底除锈机器人结构示意图；

图2为工作臂总成的立体结构示意图；

图3为工作臂总成的俯视示意图；

图4为重点展现回转支承座节点的结构示意图；

图5为重点展现清洗器及清洗臂的结构示意图；

图6为大臂及伸缩臂的一端处视角的示意图；

图7为大臂端部的防摩擦结构的示意图；

图8为滑块及其辅助限位的限位条的结构示意图；

图9为伸缩臂的防摩擦结构的示意图；

图10为工作臂总成液压控制机构的原理示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

需要说明的是，本实用新型所述的“船体”包括船底和两侧的船身。

如图1所示，本实用新型的船底除锈机器人包括车辆底盘(车架)1、履带式行走机构2、工作臂总成等；为了重点展现工作臂总成，隐去了其他机构，比如柴油发动机、电控单元、超高压泵、真空回收系统、过滤装置等。

除了工作臂总成，其他均可采用适用的现有技术的相关方案，本文不再赘述；

如图1、图2、图3和图4，尤其是图2所示，重点介绍工作臂总成，其包括：

回转支承座40，其包括与车辆底盘1上固定的底板3固接的固定盘部和能绕竖直轴心转动的转动盘部；

摆动油缸401，用于驱动回转支承座40的转动盘部绕竖直轴心转动，其缸体底部与固定于底板3上的铰接耳板铰接，伸缩杆4011顶部与固定于回转支承座40的转动盘部上的铰接耳板铰接；

第一铰接耳板座41，其底部与回转支承座40的转动盘部固接；

大臂42，其主体为方钢型，底端通过其铰接部422与第一铰接耳板座41的顶部铰接，且该铰接轴411轴心为水平的；大臂的方钢型主体的左、右侧各设有一大臂油缸421，每个大臂油缸421的缸体底部与固定于回转支承座40的转动盘部上的铰接耳板铰接，每个大臂油缸421的伸缩杆顶部则分别与固定于大臂42方型钢本体对应侧的中部的铰接耳板铰接；且大臂油缸两端的铰接轴轴心也分别均与第一铰接耳板座的铰接轴411轴心平行；因此，两侧大臂油缸进行伸缩工作时，可使大臂绕与第一铰接耳板座的铰接轴411轴心做俯、仰动作；

伸缩臂43，其主体也为方钢型，且一部分套入大臂42的方钢型主体内，两者能相对滑动；

伸缩臂油缸433，如图4所示，位于大臂42和伸缩臂43的方型钢主体内，且其缸体底部与固定于大臂42内部的铰接轴434铰接；如图6所示，伸缩杆4331顶部则与固定于伸缩臂43内部的铰接轴435铰接；伸缩臂油缸433进行伸、缩工作时，可带动伸缩臂相对于大臂做伸、缩动作；

优选的，如图6、图7和图8所示，大臂方钢型主体顶端的四个侧壁均设有减摩机构，以便减少伸缩臂与大臂相对滑动时的摩擦力；具体为，每侧大臂侧壁与伸缩臂的侧壁之间设有两个滑块51，滑块周边通过固定于大臂侧壁内侧上的限位条52辅助限位，滑块与大臂侧壁之间还夹设有垫片53，大臂侧壁外侧还设有安装条50，紧固螺栓依次穿过滑块、垫片、大臂侧壁和安装条，从而将滑块安装于大臂上；

如图9所示，伸缩臂43位于大臂方型钢主体内的底端各侧壁的外侧也固设有滑块61，滑块61位于伸缩臂43与大臂之间，以便减少伸缩臂与大臂相对滑动时的摩擦力；每个滑块61的周围也固设有辅助限位的限位条62；滑块与大臂侧壁之间还可夹设有垫片，辅助其固定安装。

如图2所示，还包括旋转油缸44，旋转油缸44的外缸底板固接有一外缸铰接耳板432，外缸铰接耳板432一端与伸缩臂43方型钢主体顶端上的铰接部铰接，另一端与一摆角油缸431的伸缩杆顶端铰接，摆角油缸431的缸体底部则与伸缩臂43方型钢主体的外壁铰接；上述的三个铰接轴轴心彼此平行且均与旋转油缸的轴心线相垂直；摆角油缸431进行伸、缩工作时，通过外缸铰接耳板432可带动旋转油缸44绕着外缸铰接耳板432与伸缩臂43方型钢主体顶端上的铰接部的铰接轴做俯、仰动作；

清洗臂45，其一端与固接于旋转油缸44的内缸端部的内缸耳板442的一端铰接，清洗臂45的另一端与清洗器安装框47铰接；

清洗臂油缸46，其缸体底部与内缸耳板442的另一端铰接，其伸缩杆的顶端则与清洗臂45铰接；清洗臂油缸46及内缸耳板442的三个铰接轴轴心相互平行且与旋转油缸44的轴心相垂直；清洗臂油缸46进行伸、缩工作时，能带动清洗臂45整体绕其与内缸耳板442的铰接轴轴心做俯、仰动作；

而旋转油缸44进行旋转工作时，通过内缸耳板442能带动清洗臂45整体绕旋转油缸44的轴心做旋转动作；

具体的，所述清洗臂45如图5所示，包括依次形成折弯并焊接连接一体的四段臂体：第一段臂体451、第二段臂体452、第三段臂体453、第四段臂体454，四段臂体各自的中轴线位于同一平面内，且该平面与清洗臂与内缸耳板442的铰接轴轴心相平行，第二段臂体452与第一段臂体451形成垂直折弯，第三段臂体453与第二段臂体452之间的折弯则是使第三段臂体453朝相对于第一段臂体的向前延伸的方向相倾斜且向前逐渐远离的方向延伸，至第四段臂体454与第三段臂体453的折弯使得第四段臂体454的延伸方向与第一段臂体451的延伸方向相平行；

清洗器48，包括清洗器本体482和固定于其外围的清洗器外框481，清洗器本体482设有三个并排的喷嘴4821，清洗器48整体的重心位于处于中间的喷嘴4821处；

具体的，第一段臂体451底端与内缸耳板442的一端铰接，其臂体侧壁与清洗臂油缸46伸缩杆的顶端通过铰接耳板铰接；

清洗器安装框47，整体呈弧形，两端分别与清洗器48的外框481的两侧部通过端部转轴471转动连接，外框481的中部与第四段臂体454通过中部转轴473转动连接；且两端的端部转轴471轴心及第一段臂体451的中轴线相重合，且与中部转轴473的轴心线垂直相交，且垂直相交的交点与清洗器48整体重心点重合；

上述的清洗臂结构及其与清洗器安装框的转动轴心设置以及与清洗器重心的关系的结构设计，使得清洗器整体的姿态调整比较容易进行而且姿态保持也非常稳定，从而能够提高工作效率并使得高压水射流清洗工作进行时提高稳定性；

优选的，清洗器的三个喷嘴的中心连线与端部转轴471的轴心线之间的夹角小于65度大于30度，较佳的，夹角为45度；

清洗器的三个喷嘴的中心连线与端部转轴471的轴心线之间有夹角，从而相当于与行进轨迹有夹角，从而使得清洗器行进所经的船体表面上不会存在两个喷嘴之间未被清洗的间隙；

具体的，本实用新型的清洗器可选用哈莫尔曼公司的aquablast型号的表面清洗器。

此工作臂总成的工作原理简要总结：摆动油缸401伸缩可驱动回转支承座40的转动盘部绕竖直轴心转动；两侧大臂油缸进行伸缩工作时，可使大臂绕与第一铰接耳板座的铰接轴411轴心做俯、仰动作；伸缩臂油缸433进行伸、缩工作时，可带动伸缩臂相对于大臂做伸、缩动作，从而实现工作臂整体长度的变化；摆角油缸431进行伸、缩工作时，通过外缸铰接耳板432可带动旋转油缸44绕着外缸铰接耳板432与伸缩臂43方型钢主体顶端上的铰接部的铰接轴做俯、仰动作；旋转油缸44进行旋转工作时，通过内缸耳板442能带动清洗臂45整体绕旋转油缸44的轴心做旋转动作；清洗臂油缸46进行伸、缩工作时，能带动清洗臂45整体绕其与内缸耳板442的铰接轴轴心做俯、仰动作；通过相应的液压系统对上述各个节点的油缸的控制、调节，从而可使得清洗器以一定姿态和角度贴覆在船体相应位置，再控制车辆相应行进，并开启超高压水射流，即可进行船体的除锈工作；而且，还可通过无线遥控系统实现上述控制和调节，进而可节省驾驶空间，有效降低整车高度，从而更便于对船底的除锈工作；

工作臂则可在本实用新型的二级工作臂基础上再增加工作臂级数，从而使得清洗器可到达更高的高度，方便清洗更高大的船体的船身部位。

本实用新型还提供了匹配上述工作臂总成的液压控制机构：

如图10所示，发动机700(采用柴油发动机)的液压动力窗口为工作泵701提供动力，工作泵701的吸油口经管路从油箱702进油，工作泵701的出油口经管路连通一单向阀704的进油口，单向阀的出油口经管路连通第四二位四通电磁换向阀(df4)的p口，第四二位四通电磁换向阀(df4)的t口封闭，b口分别连通一个二位四通电磁卸荷阀(xf4)、工作臂总成的各油缸(421、401、433、431、44、46)各自分别匹配的三位四通电磁换向阀(df5、df6、df7、df8、df9、df10)的p口；二位四通电磁卸荷阀(xf4)、各个三位四通电磁换向阀(df5、df6、df7、df8、df9、df10)的t口则均通过管路连通回油滤清器703的入口，回油滤清器703的出口经管路连通油箱702；

具体的，如图10所示，工作臂总成的各油缸(421、401、433、431、44、46)与各三位四通电磁换向阀(df5、df6、df7、df8、df9、df10)的匹配对应关系为：大臂油缸421对应匹配三位四通电磁换向阀df5，摆动油缸401对应匹配三位四通电磁换向阀df6，伸缩臂油缸433对应匹配三位四通电磁换向阀df7,摆角油缸431对应匹配三位四通电磁换向阀df8，旋转油缸44对应匹配三位四通电磁换向阀df9，清洗臂油缸46对应匹配三位四通电磁换向阀df10；

且，工作臂总成的各油缸(421、401、433、431、44、46)的无杆腔分别经管路连通对应匹配的三位四通电磁换向阀的a口(a5、a6、a7、a8、a9、a10)，有杆腔分别经管路连通对应匹配的三位四通电磁换向阀的b口(b5、b6、b7、b8、b9、b10)；

优选的，由于大臂油缸421所承受负载较重，为防止油缸回缩时负载因自重下落过快，使运动平稳，大臂油缸421与对应匹配的三位四通电磁换向阀(df5)之间的管路还设有一单向节流阀705，单向节流阀705的进油口(p)连通三位四通电磁换向阀(df5)的a口，单向节流阀705的出油口(a)连通大臂油缸421的无杆腔，单向节流阀705的液控口连通大臂油缸421有杆腔与对应匹配的三位四通电磁换向阀(df5)b口之间的连通管路。当df5左侧通电，液压油由df5的a5口流出经704的单向阀进入421的无杆腔，使421伸缩杆伸出，大臂抬升仰起；当df5断电回归中位断油，大臂维持姿态；当df5右侧通电，液压油由df5的b5口流出进入421的有杆腔，704的液控口b所受压力增大至大于无杆腔及其管路压力，将704推动切换为节流阀起作用，421无杆腔内液压油流经节流阀进入a5口，受节流阀的限流稳定作用，防止大臂回落速度过快，使得回落过程平稳。

二位四通电磁卸荷阀(xf4)的a口经管路连通油箱，b口封堵；

优选的，第四二位四通电磁换向阀(df4)与二位四通电磁卸荷阀(xf4)、工作臂总成的各油缸(421、401、433、431、44、46)各自分别匹配的三位四通电磁换向阀之间的管路中还设有能手动调节设定安全压力的溢流阀(yf4)；

优选的，工作臂总成的各油缸(421、401、433、431、44、46)各自分别匹配的三位四通电磁换向阀(df5、df6、df7、df8、df9、df10)各自与第四二位四通电磁换向阀(df4)和二位四通电磁卸荷阀(xf4)联动：即当某个三位四通电磁换向阀通电时，第四二位四通电磁换向阀(df4)与二位四通电磁卸荷阀(xf4)也同时通电，将该三位四通电磁换向阀断电关闭时，则第四二位四通电磁换向阀(df4)与二位四通电磁卸荷阀(xf4)也同时断电关闭；且为防止误操作和意外发生，禁止两个或两个以上的三位四通电磁换向阀同时通电。以上联动的实现是依靠相应的电路机构进行控制，依靠现有技术的相应单片机即可实现，本文不再赘述。

第四二位四通电磁换向阀df4的a口用于连通其他的机构所属的液压控制单元，比如，某个机构需要在工作臂总成进行工作即通电时，就需要将该液压控制单元的供油切断，以避免该机构对工作臂总成造成干扰或危险；当然，也可将a口封闭，仅将第四二位四通电池换向阀当做一个控制p口与b口是否内部连通的开关来使用亦可。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。