一种柔性贴合清扫表面的曲柄连杆清扫装置的制作方法

本发明涉及水下船体清扫机器人技术领域，特别是可以自动适应附着物高度，并相应改变清扫力度的自适应技术，以及可以通过增加曲轴的节数和清扫刷的数量来提高清扫效率的并联技术。

背景技术：

随着目前生产力的飞速发展，造船事业也在不断地进步，然而再好再大的船在行驶中始终都面临着一个共同的问题，那就是长期浸泡在水中的船舶，其表面都很容易就会被海蛎及藻类贝壳等东西纠缠，并在船体上飞速生长，严重影响船舶的行驶成本和效率。而对于这个问题，人们长期以来一直都在想方设法的解决。

据了解，船体表面的主要附着物是藤壶，其分布甚广，数量繁多，密集成堆，几乎任何海域的潮间带至潮下带浅水区，都可以发现其踪迹；附着在桥墩、船体上，任凭风吹浪打也冲刷不掉。这是因为，藤壶分泌出的一种粘性胶含有多种生化成份并具有极强的粘合力，若想用手把它从附着物上拨下几乎不可能，必须藉助凿子类的硬金属才能将它敲下来。据统计，万吨以上的远洋轮，船底污损5％，燃油消耗将增加10％，每年的经济损失超过100万美元[1]；有资料称，藤壶附着在舰船的底部，会大大降低航速，全世界每年燃料消耗要增加26％以上，甚至达40％，全世界每年需花大量人力清除藤壶，进行频繁的周期性维护，耗资巨大，每年达上百亿美元。

目前市场上船体表面清扫主要分为坞内清扫和水下清扫两类。坞内清扫是一种比较干净彻底的方法，然而却需要船舶停止航行，进入船坞内进行，直接造成了船舶停止工作后经济上的巨大损失，以及在来去船坞的时间上的浪费。水下清扫一般包括人工清扫和机器人的清扫，人工清扫需要人潜水到船底进行作业，受水下环境影响，效率并不高，而且还存在安全隐患；另一方面，目前已有的水下清扫机构对于一些顽固的贝类和较长难以清扫的藻类植物不能很好的清扫，有的甚至还会损伤船体。如何才能做到既不影响船舶的正常工作，又能行之有效的把船舶清扫干净，而又不对船舶表面造成伤害成了一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服现有船体清扫机构存在的技术问题和不足，尤其针对清扫机构在清扫船体时，会伤害船体表面的焊缝的问题，而提供一种柔性贴合船体清扫表面的曲柄连杆清扫装置。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种柔性贴合清扫表面的曲柄连杆清扫装置，包括机架，所述机架的断截面形状为开口向下的槽钢形结构，所述机架内设置有与机架顶部弹性连接的清扫机构，机架左右两侧壁上分别设置有履带模块，机架后侧设置有与清扫机构相连接的曲轴传动机构，对应所述曲轴传动机构一端设置有相连接的电机模块；其中，

所述清扫机构由一上底板和多个左右隔开排列固定安装在上底板下平面的清扫模块构成，所述清扫模块由依次相连接的直线导轨、直线滑块、清扫刷连接板和多个清扫单元构成，所述清扫单元由依次相连接的上连接板、上轴套、清扫杆、下轴套、下连接板、刚性弹簧、基板和刷头构成，其中所述清扫单元前后隔离排列，通过上连接板固定连接在清扫刷连接板的下平面，所述清扫刷连接板的上平面与直线滑块相连接，所述直线滑块通过设有的轨道槽与直线导轨设有的轨道相配合且可滑动连接，所述直线导轨固定连接在所述上底板下平面上，所述直线滑块一端连接有连接杆；

所述曲轴传动机构由曲轴外壳，曲轴和多根连杆构成，其中所述曲轴通过曲轴轴承、主轴固定环和固定螺栓安装在曲轴外壳中，所述连杆一端套装在所述曲轴的曲轴销上，另一端穿出所述曲轴外壳开设的连杆孔，采用小端固定端螺栓和螺母与所述清扫机构中的连接杆可转动连接；

所述电机模块包括：电机壳、电机、键和联轴器，所述电机置入电机壳中，通过键和联轴器一端与电机连接，联轴器另一端与曲轴连轴端相连，传输动力；

所述履带模块包括一个与动力源传动连接的驱动轮和若干设置在所述机架两侧的支撑轮，驱动轮与支撑轮之间通过履带传动连接，机架则通过履带与被清洁表面接触。

进一步，上述所述的清扫模块为4个，所述的清扫单元为12个。

进一步，上述所述的连杆为4根。

进一步，上述所述的直线导轨的轨道和直线滑块的轨道槽的截面形状为燕尾形或T字形。

进一步，上述所述的固定连接为螺栓螺母或焊接连接。

本发明的有益效果是：

1、清扫刷可以自动适应附着物的高度，由于船体表面附着物为石灰质等，而焊缝等船体自身凸起物多为钢类，因此在选择清扫刷材质时，其硬度要介于石灰质和钢之间，进而使清扫刷既能清扫掉附着物，又不会损伤船体。当清扫机构清扫时，如遇到附着物时，清扫刷连接的弹簧会被压缩，柔性的清扫刷会附着在附着物表面以增大与附着物的接触，并且在弹簧的压缩反作用力作用下能增大清扫的力度，强化清扫的效果；当遇到焊缝等时，柔性的清扫刷不会损坏焊缝，可以更好的保护船体表面。如果需要增大清扫的效率，可以通过配置节数更多的曲轴或增加每组清扫刷模块数量的方式来提高功率和效率。

2、同步固定的清扫刷组成清扫刷组，使得若干清扫刷之间构成模块化结构，并使其往复移动，可以实现对同一位置清扫表面的多次往复清洁；同一组清扫刷只需要一个往复驱动机构的输出端进行输出；相比于独立固定具有更高的维修便利性，而且整体固定使得稳定性也大大提高，而且降低了输出端的数量，使得整体结构更加简化；简化的结构不容易因为污染较大而发生卡死。

3、曲轴驱动相比于直线步进电机等输出方式结构更为简易，一个动力源的单向转动驱动就可以实现整个清洁刷结构的往复移动运行；简化了结构，降低了成本。

4、本结构的清扫刷组通过独立的滑轨结构进行滑动支撑，而非利用丝杠等增加驱动轴负担的结构进行滑动支撑，使得清扫刷组以及滑轨结构可以成套制造、安装和调整，而且本结构的滑轨独立于机架，相比于直接对机架进行开槽加工对机架的损伤更低，且可以实现滑轨的反复更换。

5、相邻两组清扫刷组之间的反向移动可以实现对同一位置被清扫表面污染物的同步往复擦洗，而且同步的往复移动会在清扫刷的往复移动的同时，带动整个机架的往复移动，影响机架的正常移动，而且在带动机架移动的同时，清扫刷与被清扫表面会是相对静止的，会严重的降低清洁的效果。

6、通过更换不同长度、角度和弹性参数的清扫杆可以灵活的实现清扫刷相对机架位置的调整，同时实现对清扫刷端部的刚性弹簧预压，针对不同清洁表面，灵活的调节清扫刷的各项结构参数。

附图说明

图1是本发明的整体构造立体示意图；

图2是本发明中的清扫机构的立体示意图；

图3是本发明的整体构造爆炸图；

图4是本发明中的曲轴传动机构的立体示意图；

图5是本发明中的曲轴传动机构(去曲轴箱罩)立体示意图；

图6是本发明中的曲轴传动机构(去曲轴箱盖)爆炸图；

图7是本发明中的连杆爆炸图；

图8是本发明中的曲轴外壳爆炸示意图；

图9是本发明中的曲轴立体示意图；

图10是本发明中的清扫机构立体示意图；

图11是本发明中的清扫模块立体示意图；

图12是本发明中的电机模块立体示意图；

图13是本发明中的电机模块爆炸图；

图中：100.曲轴传动机构,110.连杆,111.杆身,112.大轴端盖,113.小轴固定端轴套,114.连杆轴承,115.连杆螺栓,116.连杆螺母,120.曲轴外壳,121.曲轴箱,122.连杆孔,123.曲轴轴承,124.主轴固定环,125.固定螺栓,126.曲轴罩,130.曲轴,131.连轴端,132.平衡块,133.曲轴销,134.主轴；

200.清扫机构,201.上底板,210.清扫模块,211.直线导轨,212.连接杆,213.小轴固定端螺母,214.小轴固定端螺栓,215.直线滑块,216.清扫刷连接板,217.上连接板,218.清扫杆,219.轴套,220.下连接板,221.刚性弹簧,222.清扫刷；

300.机架；

400.电机模块,401.电机壳,402.电机,403.键,404.联轴器；

500.履带模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明中所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附图式的方向。因此，使用方向用语是用于说明及理解本发明，而非用于限制本发明。

如图1，图2和图3所示，为本发明的一种柔性贴合清扫表面的曲柄连杆清扫装置，包括一个曲轴传动机构100，一个清扫机构200，两个机架300，一个电机模块400，两个履带模块500。其中两个机架300分别分布在清扫机构的左右两边，曲轴传动机构100通过其左右两边由若干螺栓分别与左右机架300固联，清扫机构200通过其上底板201的左右两边由若干螺栓分别与左右机架300固联，清扫机构200处于曲轴传动机构100的正前方，并且两者通过曲轴传动机构100中的四个连杆110的小轴固定端与清扫机构200中四组清扫模块210的连接杆212分别对应铰接，从而实现两者之间的连接和动力传递；电机模块400中电机402的轴与曲轴130同轴心，电机模块400通过电机壳401由若干螺栓与右侧机架300固联，并且电机402的轴通过联轴器404与曲轴130的连轴端131固联，从而实现电机402对曲轴130的驱动；履带模块500仅作为行走机构的示意，不是本专利重点，不做详细说明。

如图4至图8所示，曲轴传动机构100包括：四个连杆110，一个曲轴外壳120，一个曲轴130，其中连杆110包括：一个杆身111，一个大轴端盖112，一个小轴固定端轴套113，一个连杆轴承114，两个连杆螺栓115，两个连杆螺母116。小轴固定端轴套113与杆身111上的小轴固定端同轴心，并置入小轴固定端中，连杆轴承114与大轴端盖112同轴心，并放入大轴端盖112中，连杆螺栓115穿过大轴端盖112和杆身111的大轴端，并用连杆螺母来紧固大轴端盖112和杆身111.所述曲轴外壳120包括：一个曲轴箱121，四个连杆孔122，五个曲轴轴承123，五个主轴固定环124，十个固定螺栓125，一个曲轴罩126。曲轴箱121为一空心的方体，在该曲轴箱121一面上有四个均匀分布且大小相同的连杆孔122，用于连杆110与1曲轴130连接，在曲轴箱121内部有三个均匀分布的底座，用于与曲轴130的配合。曲轴130包括：一个连轴端131，八个平衡块132，四个曲轴销133。三个主轴134。，平衡块132位于主轴134和曲轴销133之间，曲轴130与曲轴轴承123同轴心并置入曲轴箱121的底座中，并用固定螺栓125穿过主轴固定环124紧固曲轴130和曲轴箱121。然后杆身111的大轴端穿过连杆孔122并与相对应的曲轴销133相连，并用连杆螺栓115通过大轴端盖112紧固连杆110与曲轴130，曲轴130中主轴134的圆心与清扫模块210中小轴固定端螺栓214圆心位于同一水平线上。

如图10和图11所示，清扫机构200包括：一个上底板201，四个清扫模块210。所述清扫模块210包括：一个直线导轨211，两个连接杆212，两个小轴固定端螺母213，一个小轴固定端螺栓214，三个直线滑块215，一个清扫刷连接板216，三个上连接板217，三个清扫杆218，六个轴套219，三个下连接板220，三个刚性弹簧221，三个清扫刷222，连接杆212一端通过焊接方式与直线滑块215固联，另一端为一圆孔，用于与小轴固定端螺栓214相连。直线导轨211为一长方体结构下方有一长直轨道，用于与直线滑块215相配合，直线导轨211上部有三个均匀分布的螺孔用于与上底板201相连。直线滑块215为一方体结构，上部有一个轨道槽，用于与直线导轨211的轨道相配合，直线滑块215下方有均匀分布的螺孔用于与清扫刷连接板216连接，清扫刷连接板216为一方板，与直线导轨211平行，并位于直线导轨的正下方，清扫刷连接板216上均匀分布着六个螺孔，用于连接上连接板217和直线滑块215。清扫杆218为一长直圆柱体，其轴线与直线导轨211相互垂直，并垂直于上连接板217和下连接板220，清扫杆218用于与轴套219的连接来连接清扫刷223。轴套219为一阶梯式圆柱，轴套219中心为空心，其轴线与清扫杆218的轴线重合，用于连接清扫杆218和上连接板217和下连接板220。下连接板220为一方板，上表面有三个螺孔，与清扫杆218的轴线垂直，用于与轴套219相互紧固。清扫刷222为锯齿形的柔性方形清扫刷并且锯齿形齿槽与直线导轨211垂直。首先把三个直线滑块215均匀分布在直线导轨211上并使三个直线滑块215与直线导轨211进行活动连接，使直线滑块215能够沿着直线导轨211滑动，连接杆212通过焊接方式焊接在一个直线滑块215上，并使连接杆212与水平方向成一定角度，然后用小轴固定端螺栓214把两个连接杆212连接在一起，并通过小轴固定端螺母213进行紧固。此时把清扫刷连接板216置于三个直线滑块215下方，并通过螺纹连接方式将清扫刷连接板216与三个直线滑块215进行紧固。六个轴套219通过螺纹连接方式分别固定在三个清扫杆218的两端，此时固定在清扫杆218两端的六个轴套219分别通过螺纹连接方式与三个上连接板217和三个下连接板220连接。三个上连接板217分别置于三个直线滑块215的正下方，并通过螺纹连接方式将三个上连接板217与清扫刷连接板216连接在一起，三个刚性弹簧221则通过焊接连接方式将刚性弹簧221与三个下连接板220进行紧固，然后通过焊接连接方式将三个刚性弹簧221与相对应的清扫刷222进行紧固连接，使整个清扫模块200连接在一起。

如图12和图13所示，电机模块400包括：一个电机壳401，一个电机402，一个键403，一个联轴器404，电机壳401为一空心方体结构。402首先置入电机壳401中，然后通过键连接方式用键403把联轴器404与电机402连接。并使联轴器404与曲轴130上的连轴端131相连，以传输动力。

当整体装配时，首先把履带模块500置于机架300的两侧面上，并进行连接，再把电机模块400与机架300进行连接，曲轴传动移动机构100中的连轴端131与联轴器404同轴心并紧固联轴器404和连轴端131进行连接，并通过螺纹连接方式使曲轴传动机构100与机架300紧固，连杆110的大轴端穿过连杆孔122与曲轴130进行连接。并用连杆螺栓115紧固大轴端盖112和和曲轴130。然后将清扫模块210上的连接杆212的圆孔与连杆110的小轴固定端轴套113同轴心，并用小轴固定端螺栓214穿过连接杆212的圆孔和小轴固定端轴套113，并用小轴固定端螺母213进行紧固。上底板201的下底面与直线导轨211的上表面重合，并通过螺纹连接方式进行紧固，再通过螺栓连接方式连接上底板201与机架300。

当清扫机构进行清扫时，电机402转动，通过键403将动力传输至联轴器404上，联轴器404带动曲轴130转动，曲轴130转动带动连杆110运动，连杆110的运动使连接杆212运动，由于曲柄滑块机构的运动特性，因此直线滑块215在直线导轨211上滑动，直线滑块215的滑动使清扫刷连接板216一同运动，清扫刷连接板216的运动带动上连接板217和清扫杆218的运动，清扫杆218的运动带动轴套219运动，轴套219的运动带动下连接板220运动，下连接板220的运动则带动刚性弹簧221运动，由于刚性弹簧221为刚性，因此与刚性弹簧221连接在一起的清扫刷222运动，于是清扫刷222在船体表面进行清扫，当清扫刷222清扫过程中遇到附着物时，由于附着物的作用，刚性弹簧221被压缩，导致清扫刷222清扫的力度加大，提高清扫效果。当遇到焊缝时，由于清扫刷222为柔性的，所以不会对焊缝有伤害作用，可以更好的保护焊缝。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。