一种船底海生物清理主从控制式变胞机器人的制作方法

本发明涉及一种船底海生物清理主从控制式变胞机器人，具体地说是采用安装有磁铁块的三角臂装置和直臂装置，带有机器视觉进行位置检测以及采用多个电机构成的一种可清理船底海生物的主从控制式变胞机器人，属于船底海生物清理设备领域。

背景技术：

船只、舰艇在海水中航行与停泊，难以避免船底滋生海生物。由于海生物附着形成的污底大大增加了船舶阻力，不仅使船舶速度降低，并且船舶油耗增加。尽管科研人员研制了各种防污油漆以减少海生物的附着，但这种涂层寿命较低，多在几个月至三年的使用期限。为此，定期检测并清除船底海生物成为目前较为迫切的问题。

目前国内外船体清洗机器人的机构形式多采用吸附方式和移动方式。目前船底清洗机器人的吸附方式较为可靠，但是移动灵活性差；移动方式运动灵活，但是吸附力小。因此，在船底海生物清理方面，迫切需要一种船底清理设备，具有吸附能力强且运动性灵活的功能，但是目前缺乏该类设备。

技术实现要素：

针对上述的不足，本发明提供了一种船底海生物清理主从控制式变胞机器人。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种船底海生物清理主从控制式变胞机器人，是由平台壳体、直臂装置、三角臂装置、气囊、驱动装置、清理装置、冲击装置、平台盖、ccd、缆绳接头、气缸、升降平台、防护罩、拖缆和气泵组成的，所述的四个直臂装置的一端分别与平台壳体两侧面的两端连接，直臂装置的另一端与三角臂装置的一端连接，平台壳体的另外两侧面两端分别与气囊固定连接，平台壳体的四个侧面的中间分别与四个驱动装置连接，平台壳体的顶面与平台盖底面固定连接，平台壳体底面的四周固定安装有四个ccd，平台盖顶面的四周固定安装有四个ccd，平台壳体底面中间与缆绳接头固定连接，拖缆位于机器人底部的中间，连接机内部件，并通过平台壳体底面的中孔穿出，上延至船上操作平台，所述的三个气缸一端分别与平台壳体内部中间固定连接，气缸的另一端与升降平台的底面四周固定连接，所述的气泵一端与升降平台底面的中间固定连接，气泵与两位三通电磁阀进气口通过气管连接，电磁阀的两出气口分别通过气管与两个三叉接头连接，其中一三叉接头的三个出气口分别与三个气缸的有杆腔接气口连接，另一三叉接头的三个出气口分别与三个气缸的无杆腔接气口连接，所述的三个冲击装置一端分别与升降平台顶面四周固定连接，所述的清理装置一端与升降平台顶面的中间固定连接，两个防护罩分别固定安装于平台壳体内部的两侧；

所述的直臂装置是由直臂转动电机、直臂电机联轴器、直臂电机轴、直臂支架、直臂转动轴承、直臂垫片、直臂端盖、直臂转动皮带、直臂磁铁块和直臂磁铁固定片组成的，所述的直臂转动电机与直臂电机联轴器固定连接，直臂电机联轴器与直臂电机轴一端固定连接，直臂电机轴另一端通过键与直臂支架一端的中间固定连接，四个直臂转动轴承分别固定安装于直臂支架两端的两侧面，所述的四个直臂垫片分别与四个直臂转动轴承端面固定连接，四个直臂端盖分别与四个直臂垫片端面固定连接，直臂转动皮带与四个直臂转动轴承圆周面滑动连接，进而直臂转动皮带位于直臂支架的四周，所述的直臂磁铁块均匀安装于直臂转动皮带的外表面，所述的直臂磁铁固定片底面与直臂磁铁块顶面固定连接，直臂磁铁固定片的四周通过螺栓与直臂转动皮带外表面固定连接，进而直臂磁铁块与直臂转动皮带的外表面固定连接；

所述的三角臂装置是由三角臂转动电机、三角臂电机联轴器、三角臂电机轴、三角臂支架、三角臂转动轴承一、三角臂垫片、三角臂端盖一、三角臂转动皮带、三角臂转动轴承二、三角臂端盖二、卷筒装置、三角臂磁铁块和三角臂磁铁固定片组成的，所述的三角臂转动电机固定安装于直臂支架一端的中间，三角臂转动电机与三角臂电机联轴器固定连接，三角臂电机联轴器与三角臂电机轴一端固定连接，三角臂电机轴另一端通过键与三角臂支架一端的中间固定连接，两个三角臂转动轴承一分别固定安装于三角臂支架尖端的两侧，三角臂转动轴承一侧面安装有三角臂垫片，三角臂垫片的一侧面固定安装有三角臂轴承端盖一，两个三角臂转动轴承二分别固定安装于三角臂支架平端一侧的两侧面，三角臂转动轴承二侧面安装有三角臂端盖二，所述的卷筒装置固定安装于三角臂支架平端的另一侧，三角臂转动皮带围绕三角臂转动轴承一、三角臂转动轴承二和卷筒装置滑动连接，进而三角臂转动皮带位于三角臂支架的四周，所述的三角臂磁铁块均匀安装于三角臂转动皮带的外表面，所述的三角臂磁铁固定片底面与三角臂磁铁块顶面固定连接，三角臂磁铁固定片的四周通过螺栓与三角臂转动皮带外表面固定连接，进而三角臂磁铁块与三角臂转动皮带的外表面固定连接；

所述的卷筒装置是由卷筒转动电机、卷筒电机联轴器、卷筒电机轴和转动卷筒组成的，所述的卷筒转动电机固定安装于三角臂支架平端一侧的中间，两个卷筒电机联轴器分别固定安装于卷筒转动电机轴的两端，进而两个卷筒电机轴的一端分别与两个卷筒电机联轴器固定连接，两个卷筒电机轴的另一端分别通过键与两个转动卷筒中间固定连接，转动卷筒的外圆周面与所述的三角臂转动皮带内侧面接触连接；

所述的驱动装置是由螺旋桨转动电机、螺旋桨电机联轴器、螺旋桨电机轴和驱动螺旋桨组成的，所述的四个螺旋桨转动电机两两对称固定安装于平台壳体的内部，螺旋桨转动电机伸出轴固定安装有螺旋桨电机联轴器，螺旋桨电机轴的一端与螺旋桨电机联轴器固定安装，螺旋桨电机轴的中间穿过平台壳体的通孔，进而螺旋桨电机轴的另一端与驱动螺旋桨圆周面固定连接；

所述的清理装置是由刷头和清理电机组成的，所述的清理电机固定安装于升降平台顶面的中间，刷头的一端与清理电机固定连接；

所述的冲击装置是由冲击块、电磁铁外壳、弹簧、固定块和隔离垫组成的，冲击块的一端与两个弹簧的一端固定连接，两个弹簧的另一端与固定块的顶面固定连接，固定块的底面与隔离垫顶面固定连接，电磁铁外壳内部顶面与冲击块底面连接，电磁铁外壳与升降平台顶面固定连接；

所述的电磁铁外壳是由凸缘、空心壳、导向块和限位块组成的，所述的凸缘位于空心壳的一端，两个限位块位于空心壳另一端的两侧，两个限位块位于空心壳两个内侧面的中间；

所述的直臂转动电机、三角臂转动电机、卷筒转动电机、螺旋桨转动电机、清理电机均为防水电机；

所述的直臂磁铁块和三角臂磁铁块均为铷磁铁。

该装置的有益之处在于：该船底清理机器人通过拖缆与船上的操作者相连接，操作者可通过ccd观察机器人在水下的情况，在螺旋桨的推动下，实现机器人的下潜；当螺旋桨的出口都朝向水底时，可实现机器人的上移；当机器人相对两侧的螺旋桨出口转动到水平位置时，可实现机器人的横向移动与转向；当机器人在运动时，螺旋桨的朝向也发生变化时，即可实现机器人的姿态变换和曲线运动，从而通过对四个螺旋桨的控制，实现船底清理机器人在水中的全方位、全姿态运动；

安装在平台壳体外侧的四只气囊在机器人的工作中起到重要的作用，一方面气囊产生的浮力可平衡机器人的重量，使机器人的自重与其受到水的浮力相抵消，从而减小了螺旋桨驱动的功率；另一方面，气囊安装在平台壳体的四个角上，可有效减轻机器人与其他物体的碰撞，实现保护机器人的目的；

直臂装置和三角臂装置对船底清理机器人的运动起到重要的作用，机器人的平台壳体与直臂装置、三角臂装置通过固定与伸展形成不同的状态，从而适应机器人在船底爬行、船底越障与海生物清除运动；

清理装置和冲击装置的间歇配合运动，不仅能将船底海生物的外壳给予破坏，并且能够将船底的海生物残留部分予以清除；

直臂磁铁块和三角臂磁铁块选用铷磁铁，保证了机器人在船底的吸附能力。

附图说明

图1为本发明状态一的轴测示意图；

图2为本发明状态二的轴测示意图；

图3为本发明状态三的轴测示意图；

图4为本发明状态四的轴测示意图；

图5为本发明的主视图；

图6为升降平台连接处主视图；

图7为气缸与平台壳体连接示意图；

图8为冲击装置内部连接示意图；

图9为直臂装置与三角臂装置连接主视图；

图10为直臂装置与三角臂装置连接处a-a剖视图；

图11为直臂装置与三角臂装置连接处a-a部分剖视图；

图12为图11的局部放大示意图；

图13为三角臂装置主视图；

图14为三角臂装置a-a剖视图；

图15为三角臂装置a-a剖视图的局部放大示意图；

图16为本发明内部机构示意图；

图17为防护罩内部连接示意图；

图18为电磁铁保护壳结构示意图。

图中，1、平台壳体，2、直臂装置，201、直臂转动电机，202、直臂电机联轴器，203、直臂电机轴，204、直臂支架，205、直臂转动轴承，206、直臂垫片，207、直臂端盖，208、直臂转动皮带，209、直臂磁铁块，210、直臂磁铁固定片，3、三角臂装置，301、三角臂转动电机，302、三角臂电机联轴器，303、三角臂电机轴，304、三角臂支架，305、三角臂转动轴承一，306、三角臂垫片，307、三角臂端盖一，308、三角臂转动皮带，309、三角臂转动轴承二，310、三角臂端盖二，311、卷筒装置，31101、卷筒转动电机，31102、卷筒电机联轴器，31103、卷筒电机轴，31104、转动卷筒，312、三角臂磁铁块，313、三角臂磁铁固定片，4、气囊，5、驱动装置，501、螺旋桨转动电机，502、螺旋桨电机联轴器，503、螺旋桨电机轴，504、驱动螺旋桨，6、清理装置，601、刷头，602、清理电机，7、冲击装置，701、冲击块，702、电磁铁外壳，70201、凸缘，70202、空心壳，70203、导向块，70204、限位块，703、弹簧，704、固定块，705、隔离垫，8、平台盖，9、ccd，10、缆绳接头，11、气缸，12、升降平台，13、防护罩，14、拖缆，15、气泵。

具体实施方式

一种船底海生物清理主从控制式变胞机器人，是由平台壳体1、直臂装置2、三角臂装置3、气囊4、驱动装置5、清理装置6、冲击装置7、平台盖8、ccd9、缆绳接头10、气缸11、升降平台12、防护罩13和拖缆14组成的，所述的四个直臂装置2的一端分别与平台壳体1两侧面的两端连接，直臂装置2的另一端与三角臂装置3的一端连接，平台壳体1的另外两侧面两端分别与气囊4固定连接，平台壳体1的四个侧面的中间分别与四个驱动装置5连接，平台壳体1的顶面与平台盖8底面固定连接，平台壳体1底面的四周固定安装有四个ccd9，平台盖8顶面的四周固定安装有四个ccd9，平台壳体1底面中间与缆绳接头10固定连接，拖缆14位于机器人底部的中间，连接机内部件，并通过平台壳体1底面的中孔穿出，上延至船上操作平台，所述的三个气缸11一端分别与平台壳体1内部中间固定连接，气缸11的另一端与升降平台12的底面四周固定连接，所述的气泵15一端与升降平台12底面的中间固定连接，气泵15与两位三通电磁阀进气口通过气管连接，电磁阀的两出气口分别通过气管与两个三叉接头连接，其中一三叉接头的三个出气口分别与三个气缸11的有杆腔接气口连接，另一三叉接头的三个出气口分别与三个气缸11的无杆腔接气口连接，所述的三个冲击装置7一端分别与升降平台12顶面四周固定连接，所述的清理装置6一端与升降平台12顶面的中间固定连接，两个防护罩13分别固定安装于平台壳体1内部的两侧；

所述的直臂装置2是由直臂转动电机201、直臂电机联轴器202、直臂电机轴203、直臂支架204、直臂转动轴承205、直臂垫片206、直臂端盖207、直臂转动皮带208、直臂磁铁块209和直臂磁铁固定片210组成的，所述的直臂转动电机201与直臂电机联轴器202固定连接，直臂电机联轴器202与直臂电机轴203一端固定连接，直臂电机轴203另一端通过键与直臂支架204一端的中间固定连接，四个直臂转动轴承205分别固定安装于直臂支架204两端的两侧面，所述的四个直臂垫片206分别与四个直臂转动轴承205端面固定连接，四个直臂端盖207分别与四个直臂垫片206端面固定连接，直臂转动皮带208与四个直臂转动轴承205圆周面滑动连接，进而直臂转动皮带208位于直臂支架204的四周，所述的直臂磁铁块209均匀安装于直臂转动皮带208的外表面，所述的直臂磁铁固定片210底面与直臂磁铁块209顶面固定连接，直臂磁铁固定片210的四周通过螺栓与直臂转动皮带208外表面固定连接，进而直臂磁铁块209与直臂转动皮带208的外表面固定连接；

所述的三角臂装置3是由三角臂转动电机301、三角臂电机联轴器302、三角臂电机轴303、三角臂支架304、三角臂转动轴承一305、三角臂垫片306、三角臂端盖一307、三角臂转动皮带308、三角臂转动轴承二309、三角臂端盖二310、卷筒装置311、三角臂磁铁块312和三角臂磁铁固定片313组成的，所述的三角臂转动电机301固定安装于直臂支架204一端的中间，三角臂转动电机301与三角臂电机联轴器302固定连接，三角臂电机联轴器302与三角臂电机轴303一端固定连接，三角臂电机轴303另一端通过键与三角臂支架304一端的中间固定连接，两个三角臂转动轴承一305分别固定安装于三角臂支架304尖端的两侧，三角臂转动轴承一305侧面安装有三角臂垫片306，三角臂垫片306的一侧面固定安装有三角臂轴承端盖一，两个三角臂转动轴承二309分别固定安装于三角臂支架304平端一侧的两侧面，三角臂转动轴承二309侧面安装有三角臂端盖二310，所述的卷筒装置311固定安装于三角臂支架304平端的另一侧，三角臂转动皮带308围绕三角臂转动轴承一305、三角臂转动轴承二309和卷筒装置311滑动连接，进而三角臂转动皮带308位于三角臂支架304的四周，所述的三角臂磁铁块312均匀安装于三角臂转动皮带308的外表面，所述的三角臂磁铁固定片313底面与三角臂磁铁块312顶面固定连接，三角臂磁铁固定片313的四周通过螺栓与三角臂转动皮带308外表面固定连接，进而三角臂磁铁块312与三角臂转动皮带308的外表面固定连接；

所述的卷筒装置311是由卷筒转动电机31101、卷筒电机联轴器31102、卷筒电机轴31103和转动卷筒31104组成的，所述的卷筒转动电机31101固定安装于三角臂支架304平端一侧的中间，两个卷筒电机联轴器31102分别固定安装于卷筒转动电机31101轴的两端，进而两个卷筒电机轴31103的一端分别与两个卷筒电机联轴器31102固定连接，两个卷筒电机轴31103的另一端分别通过键与两个转动卷筒31104中间固定连接，转动卷筒31104的外圆周面与所述的三角臂转动皮带308内侧面接触连接；

所述的驱动装置5是由螺旋桨转动电机501、螺旋桨电机联轴器502、螺旋桨电机轴503和驱动螺旋桨504组成的，所述的四个螺旋桨转动电机501两两对称固定安装于平台壳体1的内部，螺旋桨转动电机501伸出轴固定安装有螺旋桨电机联轴器502，螺旋桨电机轴503的一端与螺旋桨电机联轴器502固定安装，螺旋桨电机轴503的中间穿过平台壳体1的通孔，进而螺旋桨电机轴503的另一端与驱动螺旋桨504圆周面固定连接；

所述的清理装置6是由刷头601和清理电机602组成的，所述的清理电机602固定安装于升降平台12顶面的中间，刷头601的一端与清理电机602固定连接；

所述的冲击装置7是由冲击块701、电磁铁外壳702、弹簧703、固定块704和隔离垫705组成的，冲击块701的一端与两个弹簧703的一端固定连接，两个弹簧703的另一端与固定块704的顶面固定连接，固定块704的底面与隔离垫705顶面固定连接，电磁铁外壳702内部顶面与冲击块701底面连接，电磁铁外壳702与升降平台12顶面固定连接；

所述的电磁铁外壳702是由凸缘70201、空心壳70202、导向块70203和限位块70204组成的，所述的凸缘70201位于空心壳70202的一端，两个限位块70204位于空心壳70202另一端的两侧，两个限位块70204位于空心壳70202两个内侧面的中间；

所述的直臂转动电机201、三角臂转动电机301、卷筒转动电机31101、螺旋桨转动电机501、清理电机602均为防水电机；

所述的直臂磁铁块209和三角臂磁铁块312均为铷磁铁。

该装置在应用时，将机器人放入水中，在驱动螺旋桨504的推动下，实现机器人在水中的运动，同时通过ccd9寻找船底的位置，当确定船底的位置后，驱动机器人移动至船底附近，在驱动螺旋桨504的推动下使机器人的拖缆14位于下方，在三角臂转动电机301的转动下，三角臂装置3吸附于船底；当机器人在船体表面爬行时，此时直臂装置2与平台壳体1位置相应固定，使直臂装置2成为机器人平台壳体1的外延部分，而三角臂装置3成为机器人运动的主要构件；当机器人要爬行波浪线形状的坡时，机器人直臂装置2放开，使机器人成为平放的多关节机构，类似蛇形机器人，使机器人的直臂装置2和三角臂装置3贴近所爬行的表面，在卷筒电机的转动下驱动卷筒转动，从而驱动三角臂皮带转动，带动机器人在船底表面爬行；当机器人越障时，三角臂装置3与平台壳体1成垂直状态，将平台壳体1远离船底表面，此时机器人的两个直臂装置2和两个三角臂装置3可以在同一时间内三根腿与船体固定，而另外一条腿跨过障碍，当四条腿依次越障后，机器人再进行结构变胞；当机器人进行船体表面的海生物清理时，机器人的两个直臂装置2和两个三角臂装置3形成三角形折叠，靠三角臂装置3底部的三角臂磁铁块312与船体表面固定在一起，此时气缸11伸长，推动升降平台12自平台壳体1内部向顶部升高，从而冲击装置7和清理装置6在升降平台12的托动下自平台壳体1内伸出，冲击装置7与清理装置6做间歇运动，冲击块701首先做平动伸缩运动，将船体上的海生物外壳给予破坏，刷头601在清理电机602的带动下做旋转运动，对冲击块701撞碎的的粘结在船体上的海生物的残留部分予以清除，直至将船底的海生物清除完毕；当机器人脱离船体表面时，此时机器人的运动既可以靠拖缆14拽动，也可以凭借机器人平台四周安装的驱动螺旋桨504驱动运行，当机器人上浮至水面时，操作人员将机器人移至船上，完成船底海生物清理工作。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。