一种大型罐体、船舶表面维护与检修机器人的制作方法

本实用新型涉及大型设备铁基表层曲面维护技术领域，具体涉及一种大型罐体、船舶表面维护与检修机器人。

背景技术：

船舶长期在强腐蚀性海水和强附着力的海洋生物环境中航行，难以进行正常的维修保养，而船舶船舷的清洗、除污、除锈等，都是船舶保养必须进行的作业，而由于船体本身的构造，清洁起来很不方便，目前这些大型船舶大多数还采用人工清洁的方式，清洁效率较低，且安全性不高，而市面上虽然有针对这些大型船舶表面的清洁面维护机器人，但是这些机器人强度不够高，在清洁过程中电线不能及时回收，在空中四处飞荡，使整个装置不够稳定，且产生的灰尘和铁锈四处扩散，清洁效率较低，清洁效果往往不够理想。

用于储存液体或气体的钢制密封容器被称为钢制储罐，钢制储罐是石油、化工、粮油、食品、消防、交通、冶金、国防等行业中不可或缺的基础设施，我们的经济生活中离不开大型钢制储罐，大型钢制储罐在国民经济发展中所起的重要作用无可替代，大型钢制储罐罐体巨大，内、外表面积巨大，清洁起来很不方便，目前，多数还采用人工清洁的方式，清洁效率较低，而且较高位置的清洁也存在一定的危险。

船体或罐体需清理表面部分都为铁制，表面附着的污物大多为灰尘，偶尔有少量铁锈及其他污物，船体或罐体需清理表面能够与电磁铁产生相对作用力，船体或罐体需清理表面都为曲面，船体或罐体需清理表面弯曲程度相对平缓，且面积巨大，整体较为平整，没有复杂的曲面。

技术实现要素：

本实用新型提供一种大型罐体、船舶表面维护与检修机器人，所要解决的技术问题为：提高铁基大型船舶，大型罐体表面清洁工作的清洁效率，提高铁基大型船舶，大型罐体表面的清洁质量。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种大型罐体、船舶表面维护与检修机器人，包括平衡架，所述的平衡架前端面的上部和下部均设置有摄像头，平衡架前端面的上部和下部均固定设置有液压伸缩杆，平衡架内部设置有液压泵，液压伸缩杆的进油口与回油口分别与液压泵连接，液压伸缩杆上转动设置有电磁铁行走轮，电磁铁行走轮中部为旋转轴，旋转轴外部设置有电磁铁，电磁铁行走轮通过转向能实现上下或左右行走，平衡架的左右两侧各设置有第一燕尾滑轨，左右两侧的第一燕尾滑轨的中间竖向设置有第二燕尾滑轨，第二燕尾滑轨上下两端通过第二滑轨固定架固定在平衡架上；第一燕尾滑轨之间滑动连接有横向滑轨，即横向滑轨左右两端通过横向滑轨固定架滑动连接在左右两侧的第一燕尾滑轨上，横向滑轨中部通过滑轨联结板滑动连接在第二燕尾滑轨上，第一燕尾滑轨和第二燕尾滑轨上设有驱动横向滑轨沿第一燕尾滑轨上下往复滑动的竖向滑轨驱动机构；横向滑轨上滑动连接有机械臂底座，机械臂底座上设置有驱动机械臂底座沿横向滑轨往复滑动的横向滑轨驱动机构和机械臂，机械臂上端设置打磨电机，打磨电机转动连接有磨盘，磨盘右侧设置有吸尘口，吸尘口位于打磨电机主体和磨盘之间，吸尘口连接有吸尘器，吸尘器设置在平衡架上；所述平衡架连接有竖向升降装置。

进一步的，所述的竖向升降装置包括支架和电动机，电动机设置在支架上，电动机的输出轴通过传动机构连接有牵引绳卷绳轴，牵引绳卷绳轴的两端分别转动连接有绕绳器，绕绳器上缠绕有牵引绳，牵引绳另一端与平衡架连接，支架上设置有电源线卷绳轴，电源线卷绳轴一端转动连接有旋转动力装置，电源线卷绳轴另一端通过旋转导电环与支架转动连接。

进一步的，所述的支架的顶部设有矩形贯穿孔，矩形贯穿孔内设有“t”形的横梁，电动机固定在横梁的一端，横梁的另一端设置有导向轮。

进一步的，所述的支架的下部为三角形架，三角形架的两相邻侧壁上分别设有高低调节孔，高低调节孔内设有紧固螺杆。

进一步的，所述的平衡架上设有电控箱，电控箱内设置有供电电源、无线传输设备、控制系统，摄像头、行走轮转向电机、竖向滑轨驱动机构、横向滑轨驱动机构、打磨电机、吸尘器和机械臂驱动装置均与控制系统电连接。

进一步的，所述横向滑轨驱动机构为横向滑轨上横向设置有齿条，驱动机械臂底座设置有横向行走电机，横向行走电机主轴上设置有与齿条啮合的齿轮。

进一步的，所述的竖向滑轨驱动机构设置在第二燕尾滑轨上，竖向滑轨驱动机构包括丝杠和竖向滑轨电机，丝杠一端通过轴承固定在平衡架上，丝杠另一端连接在竖向滑轨电机上，丝杠中部通过滑轨联结板与横向滑轨连接，竖向滑轨电机与控制系统连接。

进一步的，所述的支架底部与所对应支撑面固定连接。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：

本实用新型中，采用控制系统和竖向升降装置配合清洁与喷涂工作，代替了人工作业，避免了人工清洁和喷涂时可能发生的人员跌落伤亡等情况，提高了工作效率；设置第二燕尾滑杆，增强整个装置的强度和稳定性；设置旋转导电环，与电源线卷绳轴配合在工作的时候回收电源线，避免了电源线多余的部分在空中摇摆，从而增强了整个装置工作时的稳定性；在磨盘后面设置吸尘口，与吸尘器配合防止灰尘及铁锈的扩散，达到更好的清洁效果；横向滑轨上设置有燕尾滑轨和齿条，横向行走电机与齿条啮合，电机的正反转旋转，带动机械臂左右行走，保证了机器人在工作过程中具有很好的稳定性；通过机械臂在横向滑轨上的往复滑动和横向滑轨在第一燕尾滑轨、第二燕尾滑轨上的往复滑动进行清洁，利用能够灵活调整角度的机械臂实施清洁工作，充分保证了清洁质量和效率；本实用新型提高了表面清洁机器人在工作过程中的稳定性和清洁效率，提高了大型船舶表面的清洁质量，且本实用新型具有极强的吸附性和作业多样性，能在垂直和倾斜的表面工作。

附图说明

图1为本实用新型所述的平衡架的示意图；

图2为本实用新型图1的左视图；

图3为本实用新型所述的机械臂和机械臂底座的结构示意图；

图4为本实用新型所述的竖向升降机构的结构示意图；

图5为本实用新型所述的支架的结构示意图；

图6为本实用新型的使用状态示意图。

图中，1.平衡架，2.竖向滑轨电机，3.第二滑轨固定架，4.电磁铁行走轮，5.磨盘，6.第一燕尾滑轨，7.横向滑轨固定架，8.齿条，9.横向行走电机，10.吸尘器，11.摄像头，12.丝杠，13.液压泵，14.电控箱，15.滑轨联结板，16.横向滑轨，17.吊环，18.牵引绳，19.液压伸缩杆，20.打磨电机，21.机械臂伸屈电机，22.波纹管，23.机械臂底座，24.行走轮转向电机，25.机械臂，26.磨盘旋转电机，27.吸尘口，28.固定底座，29.旋转底座，30.机械臂旋转电机，31.电动机，32.牵引绳卷绳轴，33.磁控开关，34.绕绳器，35.旋转导电环，36.电源线卷绳轴，37.横梁，38导向轮，39.电源线，40.卷绳轴齿轮，41.卷绳轴电机，42.第二燕尾滑轨，43.蜗杆箱，44.支架，45.矩形贯穿孔，46.紧固螺杆，47.高度调节孔，48.电磁铁行走轮驱动电机。

具体实施方式

实施例：包括平衡架1，如图1和图2所示，平衡架1前端面左上、左下、右上、和右下部均设置有摄像头11，能够监控各部分的清洁情况，摄像头11的监视画面输送至控制系统，操作人员实时监测清洁的过程和遇到的障碍，以便适时进行调整，本实施例中摄像头11的监视画面通过帕旗pat-330音视频传输器传输；平衡架1前端面的上部和下部均设置有液压伸缩杆19，平衡架1内部设置有液压泵13，液压伸缩杆19的进油口与回油口分别与液压泵13连接，液压伸缩杆19上转动设置有电磁铁行走轮4，通过控制液压泵13可以调整液压伸缩杆19的伸出长度，进而调整电磁铁行走轮4的位置，电磁铁行走轮4为成熟的现有技术，在此不再赘述，电磁铁行走轮4通过转向能实现上下或左右行走，从而实现机器人的运行和转向，将机器人运输至需要维护的钢结构表面，本申请的行走轮转向电机24与控制系统连接，控制系统通过控制行走轮转向电机24来改变电磁铁行走轮4的方向，使电磁铁行走轮4水平或垂直行走，而转向结构为现有的技术中通用的机构，不在此赘述。

平衡架1的左右两侧各竖向设置有第一燕尾滑轨6，左右两侧的第一燕尾滑轨6的中间竖向设置有第二燕尾滑轨42，第二燕尾滑轨42上下两端通过第二滑轨固定架3固定在平衡架1上；第一燕尾滑轨6之间滑动连接有横向滑轨16，即横向滑轨16左右两端通过横向滑轨固定架7滑动连接在左右两侧的第一燕尾滑轨6上，横向滑轨16中部通过滑轨联结板15滑动连接在第二燕尾滑轨42上，第一燕尾滑轨6和第二燕尾滑轨42上设有驱动横向滑轨16沿第一燕尾滑轨6上下往复滑动的竖向滑轨驱动机构，所述竖向滑轨驱动机构与控制系统连接，本实施例中竖向滑轨驱动机构设置在第二燕尾滑轨42上，竖向滑轨驱动机构包括丝杠12和竖向滑轨电机2，丝杠12一端通过轴承固定在平衡架1上，丝杠12另一端转动连接在竖向滑轨电机2上，丝杠12中部通过滑轨联结板15与横向滑轨16连接，竖向滑轨电机2与控制系统连接，通过控制竖向滑轨电机2使横向滑轨16沿第一燕尾滑轨6和第二燕尾滑轨42上下运动；横向滑轨16上滑动连接有机械臂底座23，机械臂底座23上设置有驱动机械臂底座23沿横向滑轨16往复滑动的横向滑轨驱动机构和机械臂25，所述横向滑轨驱动机构与控制系统连接，本实施例中，所述横向滑轨驱动机构为横向滑轨16上横向设置有齿条8，机械臂底座23上设置有横向行走电机9，横向行走电机9主轴上设置有与齿条8啮合的齿轮，通过控制横向行走电机9，可以使机械臂底座23沿横向滑轨16左右运动，进而可以使机械臂25沿横向滑轨16左右运动；第一燕尾滑轨6、第二燕尾滑轨42和横向滑轨16共同设置在平衡架1上，增强了整个装置的强度和稳定性，使整个装置在工作过程中平稳运行，保证很好的清洁效果。

所述的平衡架1上设有电控箱14，电控箱14内设置有供电电源、无线传输设备、控制系统，摄像头11、行走轮转向电机24、竖向滑轨电机2、横向行走电机9、打磨电机20、吸尘器10、机械臂驱动机构和障碍检测仪均与控制系统电连接，由于机械臂为成熟的现有技术，在此不再赘述。

如图3所示，机械臂底座23包括：固定底座28和旋转底座29，固定底座28一端与横向滑轨16滑动连接，固定底座28另一端与旋转底座29转动连接，旋转底座29与机械臂25固定连接，机械臂25包括机械臂旋转电机30、机械臂伸屈电机21、磨盘旋转电机26、机械前臂、机械下臂、以及传动机构等组成，机械臂25上端设置有打磨电机20，打磨电机20转动轴连接有磨盘5，磨盘5右侧设置有吸尘口27，吸尘口27位于打磨电机20主体和磨盘5之间，且通过波纹管22连接有吸尘器10，吸尘器10设置在平衡架1上，由于机械臂25各部分的连接及传动关系为本领域成熟的现有技术，在此不再赘述；其中，磨盘旋转电机26能够带动磨盘5转动，机械臂伸曲电机21能够带动磨盘5左右转动，机械臂旋转电机30能够带动机械臂25前后转动，在工作过程中，控制系统控制机械臂旋转电机30、机械臂伸屈电机21、磨盘旋转电机26和打磨电机20工作，配合竖向滑轨驱动机构，能够实现在空间内三个垂直方向上的打磨角度调整，使磨盘5正对各种形状的打磨表面，有效保证清洁效果。

如图1、图4和图5所示，所述平衡架1连接有竖直升降装置，平衡架1的上端对称设置有吊环17，竖向升降装置通过吊起吊环17能够实现平衡架1的上下移动；所述的竖向升降装置包括支架44和电动机31，所述的支架44的顶部设有矩形贯穿孔45，矩形贯穿孔45内设有“t”形的横梁37，电动机31固定在横梁37的一端，横梁37的另一端设置有导向轮38。

支架44的下部为三角形架，三角形架的两相邻侧壁上分别设有高低调节孔47，高低调节孔47内设有紧固螺杆46，按照所需高度调整支架44顶部的角度，并用紧固螺杆46贯穿高低调节孔47固定即可；支架44上设置有电源线卷绳轴36，电源线卷绳轴36一端转动连接有旋转动力装置，所述旋转动力装置包括卷绳轴齿轮40和卷绳轴电机41，即电源线卷绳轴36一端设置有卷绳轴齿轮40，卷绳轴齿轮40与设置在卷绳轴电机41主轴上的齿轮啮合，电源线卷绳轴36另一端通过旋转导电环35与支架44转动连接，旋转导电环35即常用的过孔导电滑环或过孔滑环集电环，在使用过程中，旋转导电环35的转子与电源线卷绳轴36固定连接，旋转导电环35的定子与支架44固定连接，电源线39通过旋转导电环35的定子引出线和转子引出线连接，从而实现电源线39在通电的同时还能被电源线卷绳轴36回收，避免了电源线39多余的部分在空中摇摆，增强了整个装置的稳定性。

电动机31设置在支架44上，电动机31的输出轴通过蜗杆箱43连接有牵引绳卷绳轴32，牵引绳卷绳轴32的两端分别转动连接有绕绳器34，绕绳器34上缠绕有牵引绳18，牵引绳18另一端与平衡架1连接。

船体或罐体需清理表面部分都为铁制，表面附着的污物大多为灰尘，偶尔有少量铁锈，船体或罐体需清理表面能够与电磁铁产生相对作用力，船体或罐体需清理表面都为曲面，船体或罐体需清理表面弯曲程度相对平缓，且面积巨大，整体较为平整，没有复杂的曲面。

具体实施时，平衡架1的长度可设计为1m、宽度可设计为0.6m、高度可设计为0.6m，依照此尺寸设计的平衡架1及与平衡架1固定的所有结构总重约为40公斤至60公斤之间，牵引绳可选用直径为21.6mm的预应力钢绞线，钢绞线抗拉强度为1860mpa，1000h松弛率为1.0-2.5%，其强度完全能够满足平衡架1的使用要求，电磁铁行走轮4可以选用上海详普电器公司的ms-p100/50/40型号，此型号的电磁铁行走轮4的尺寸直径为200mm，宽度为60mm，额定功率为25w，所产生吸力为100kg，四个电磁铁行走轮4所产生吸力远远大于平衡架1及与平衡架1固定的所有结构总重，可以将平衡架1及与平衡架1固定的所有结构牢牢吸附在对应清洁表面，即使对应清洁表面存在铁锈或其他污物也不会影响平衡架1吸附的稳定性，即使对应清洁表面为倾斜的负角，平衡架1也会牢牢吸附在对应清洁表面，不会掉落，同时通过电磁铁行走轮4的转动使平衡架1在对应清洁表面移动，完成清洁工作。

本实用新型提供的一种大型罐体、船舶表面维护与检修机器人，以清洁大型船舶表面为例，在实际使用过程中，如图6所示，将支架44固定安装在所需清洁罐体或船舶的上面，并使用牵引绳18吊起平衡架1，工作人员在罐体或船舶上顶通过控制系统对平衡架1和竖向升降装置进行监测和设置，并通过竖向滑轨电机2带动横向滑轨16做上下往复移动，横向行走电机9带动机械臂底座23做左右往复移动，配合竖向升降装置和机械臂25上的磨盘5对平衡架1进行升降完成全部清洁或喷涂工作。具体地，根据平衡架1上的摄像头11传输至控制系统的监控画面，工作人员通过控制竖向升降装置上的电动机31使平衡架1位于合适的高度，然后通过竖向滑轨电机2带动横向滑轨16做上下往复移动，横向行走电机9带动机械臂底座23做左右往复移动使机械臂25位于待清洁或喷涂的位置，再利用械臂伸曲电机21、机械臂旋转电机30和磨盘旋转电机26调整磨盘5的角度，使其正对船舶或罐体表面，然后启动打磨电机20进行打磨，吸尘器10通过吸尘口27将产生的一部分灰尘吸入，防止灰尘飞溅，影响摄像头11的拍摄清晰度以及对环境的污染。总之，本实用新型提高了表面清洁机器人在工作过程中的稳定性和清洁效率，提高了大型船舶表面的清洁质量，且本实用新型具有极强的吸附性和作业多样性，能在垂直和倾斜的表面工作。