基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置

技术领域

本发明涉及船舶清洁技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置。

背景技术

船舶除锈是船舶涂装前的预处理工作，船舶使用过程中由于长期收到海水的侵蚀及海洋生物的附着，船体表面的漆层受到严重损伤，失去防护船只的作用。当前国际贸易的80％的物资是通过船舶来运输，船舶对于经济的发展有重要的影响，因此对于船舶的维护，去除表面的破损图层和锈蚀层，定期进行表面处理至关重要。

现有的船舶除锈常用方法有人工喷砂除锈、悬臂高压水射流除锈、爬壁机器人除锈等方法。人工喷砂除锈需要在作业船体周围搭建脚手架，通过工人手持喷砂设备除锈，脚手架搭建周期长，需要投入大量人力物力，仅适合中小型船舶的除锈工作，且在喷砂过程中，砂粒四处飘散，很难回收，对环境造成很大的污染，对施工者的身体健康造成严重的伤害，自动化程度低。

悬臂高压水射流除锈是利用高压泵将常压水加压到上百兆帕，然后经过管道，从特制的极小喷嘴射出，形成速度快、能量密度很高的射流，通过不断冲击船舶表面去除油漆，锈层和附着物。常通过悬臂或改装后的车载吊车作为载体，依靠工人之间的协同完成除锈工作，但清洗过后一部分水会留在船舶表面，容易造成船舶返锈，且作业高度受到射流臂展的影响。

目前比较先进的是利用爬壁机器人除锈，但其结构相对复杂，制造成本高，并且维修难度大，实际除锈作业效果不是太理想，应用范围较小，目前仅限于军用舰艇及小型豪华船舶领域。

有鉴于此，本发明提供一种基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置。

发明内容

根据上述提出不足，而提供一种基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置。本发明主要利用气源设备提供高压空气，高压冰粒制备设备将冰块破碎成冰粒，在料气混合机构将冰粒与高压空气混合形成高压冰粒，喷枪将高压冰粒喷出，利用冰粒在低温下具有较高的强度和硬度的特性，去除船舶表面的油漆和锈，冰粒射流抛光无污染、对工件表面损伤小、加工完成后无残留。

本发明采用的技术手段如下：

本发明提供了一种基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置，包括：

气源设备，所述气源设备的第一输出管路连通高压冰粒制备设备；

所述高压冰粒制备设备，包括：第一进料口，冰块破碎机构和料气混合机构，所述冰块破碎机构一端连通所述第一进料口，另一端连通所述料气混合机构；所述料气混合机构连通所述第一输出管路和第二输出管路；

喷枪，与所述第二输出管路远离所述料气混合机构的一端连通；

机械臂，包括移动臂，所述移动臂的一端连接有夹具，所述夹具夹持所述喷枪，所述移动臂带动所述喷枪朝向任意方向。

进一步地，还包括：

负载移动平台，包括：底座，所述底座靠近地面的一侧设有轮子；剪叉升降机构，一端连接所述底座远离所述轮子的一侧，另一端连接有载物平台；液压机构，设置于所述底座远离所述轮子的一侧，所述液压机构与所述剪叉升降机构连接，带动所述剪叉升降机构上升或下降；

所述机械臂和所述高压冰粒制备设备设置于所述载物平台远离所述剪叉升降机构的一侧。

进一步地，还包括：

冰块转运设备，包括第二进料口，转运辊轮和气料混合腔，所述转运辊轮一端连通所述第二进料口，另一端连通所述气料混合腔；所述气料混合腔连通所述第一输出管路和第三输出管路；

所述第三输出管路远离所述气料混合腔的一端连通所述第一进料口。

进一步地，所述机械臂包括相连接的存储单元和处理单元，所述存储单元用于存储运动轨迹文件，所述处理单元根据所述运动轨迹文件控制所述移动臂带动所述喷枪移动。

进一步地，所述夹具包括：

法兰座，一端与所述移动臂连接，另一端与保持架连接；

所述保持架的与夹紧部螺栓连接，所述夹紧部与所述保持架夹持所述喷枪。

进一步地，所述气源设备包括：

顺次连通的空气压缩机、冻干机、过滤器、储气罐和所述第一输出管路。

进一步地，所述载物平台远离所述剪叉升降机构的一侧设有护栏，所述护栏包括转动门，所述高压冰粒制备设备在所述载物平台的正投影位于所述护栏在所述载物平台的正投影范围内，所述机械臂在所述载物平台的正投影至少部分位于所述护栏在所述载物平台的正投影范围内；

所述底座远离所述轮子的一侧设有扶梯，所述扶梯与所述转动门对应设置。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置，采用冰粒进行除锈，利用冰粒在低温下具有较高的强度和硬度的特性，冰粒通过固、液状态的转换去除船舶表面的油漆和锈，整个过程没有引入外来污染物，冰粒射流抛光具有无污染、对工件表面损伤小、加工完成后无残留、无需后处理等优点。

2、本发明提供的基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置，采用机械臂作为执行机构实现清洗工作，不需要人工手持喷枪工作，通过不同设备间的配合实现供料，清洗轨迹规划，自动化程度高。

3、本发明提供的基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置，采用离线编程，能够根据船体的模型，生成复杂的运动轨迹，不需要像示教编程一样，需要示教大量的数据点，可以直接通过软件进行轨迹仿真、路径优化、后置代码的生成，减少了操作工人的工作量，同时不需要机器人停止即可以针对不同的零件模型进行轨迹规划。

4、本发明提供的基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置，负载移动平台承载能力强，具有较大的承载面积，能够轻松容纳并承受气源设备、高压冰粒制备设备、机械臂以及多名工人的重量，方便整套设备一起运输和工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置的一种结构示意图。

图2为本发明提供的气源设备的一种结构示意图。

图3为本发明提供的高压冰粒制备设备的一种结构示意图。

图4为本发明提供的机械臂的一种结构示意图。

图5为本发明提供的负载移动平台的一种结构示意图。

图6为本发明提供的冰块转运设备的一种结构示意图。

图中：1、气源设备；11、第一输出管路；12、空气压缩机；13、冻干机；14、过滤器；15、储气罐；2、高压冰粒制备设备；21、第一进料口；22、冰块破碎机构；23、料气混合机构；24、第二输出管路；3、喷枪；4、机械臂；41、移动臂；42、夹具；421、法兰座；422、保持架；423、夹紧部；5、负载移动平台；51、底座；52、剪叉升降机构；53、载物平台；54、护栏；55、转动门；56、扶梯；6、冰块转运设备；61、第二进料口；62、转运辊轮；63、气料混合腔；64、第三输出管路。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

结合图1、图2、图3和图4，图1为本发明提供的基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置的一种结构示意图，图2为本发明提供的气源设备的一种结构示意图，图3为本发明提供的高压冰粒制备设备的一种结构示意图，图4为本发明提供的机械臂的一种结构示意图，来说明本发明提供的基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置的一种具体的实施例，包括：

气源设备1，气源设备1的第一输出管路11连通高压冰粒制备设备2；

高压冰粒制备设备2，包括：第一进料口21，冰块破碎机构22和料气混合机构23，冰块破碎机构22一端连通第一进料口21，另一端连通料气混合机构23；料气混合机构23连通第一输出管路11和第二输出管路24；

喷枪3，与第二输出管路24远离料气混合机构23的一端连通；

机械臂4，包括移动臂41，移动臂41的一端连接有夹具42，夹具42夹持喷枪3，移动臂41带动喷枪3朝向任意方向。

可以理解的是，为了便于示意，在图1中并没有示意出第一输出管路11与高压冰粒制备设备2连通的分支，气源设备1提供高压气流，高压冰粒制备设备2将冰块破碎成冰粒，在料气混合机构23将冰粒与高压空气混合形成高压冰粒，喷枪3将高压冰粒喷出，利用冰粒在低温下具有较高的强度和硬度的特性，去除船舶表面的油漆和锈，冰粒射流抛光无污染、对工件表面损伤小、加工完成后无残留。

在一些可选的实施例中，参照图1和图5，图5为本发明提供的负载移动平台的一种结构示意图，本实施例提供的基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置，还包括：

负载移动平台5，包括：底座51，底座51靠近地面的一侧设有轮子；剪叉升降机构52，一端连接底座51远离轮子的一侧，另一端连接有载物平台53；液压机构，设置于底座51远离轮子的一侧，液压机构与剪叉升降机构52连接，带动剪叉升降机构52上升或下降；

机械臂4和高压冰粒制备设备2设置于载物平台53远离剪叉升降机构52的一侧。

可以理解的是，为了便于示意，在图1和图5中并没有示意出轮子。液压机构由液压泵、液压缸、液压马达、液压阀、油箱、滤油器、油管、管接头、密封圈、压力表等零件组成，液压机构安装在底座51上方，在本实施例中，液压机构采用大功率液压机，当然，液压机构的功率可以根据实际需求进行选择，本实施例对此并不做进一步限定。剪叉升降机构52由多组剪叉构成，每组剪叉由剪叉板、连接轴和中心销等构成，同侧的剪叉板相平行并通过中间的中心销铰接，两侧的剪叉板的两端通过连接轴铰接，底层的剪叉板左端的连接轴与横向的固定块固定连接，固定块与底座51焊接或直接与底座51一体成型，剪叉升降机构52的升降由液压机驱动，剪叉升降机构52升降带动机械臂4及喷枪3到达指定作业高度进行作业；剪叉升降机构52上方连接载物平台53，载物平台53具有较大的承载面积，能够轻松容纳并承受气源设备1、高压冰粒制备设备2、机械臂4以及多名工人的重量，方便整套设备一起运输和工作。

在一些可选的实施例中，参照图1和图6，本实施例提供的基于多自由度机器人的船舶表面冰粒射流清理装置，还包括：

冰块转运设备6，包括第二进料口61，转运辊轮62和气料混合腔63，转运辊轮62一端连通第二进料口61，另一端连通气料混合腔63；气料混合腔63连通第一输出管路11和第三输出管路64；

第三输出管路64远离气料混合腔63的一端连通第一进料口21。

可以理解的是，电机通过联轴器和转运辊轮62连接，转运辊轮62由旋转轴和六个旋转叶片组成，通过旋转叶片起到卸料和密封作用。转运辊轮62一端连通第二进料口61，另一端连通气料混合腔63。气料混合腔63用来承接转运来的冰块，气料混合腔63的两侧连通有第一输出管路11和第三输出管路64。第一输出管路11连通气源设备1；气源设备1提供的压缩空气通过第一输出管路11进入气料混合腔63卷入第二进料口61投入的冰块，经由第三输出管路64运输至高压冰粒制备设备2的第一进料口21。

在一些可选的实施例中，继续参照图1和图4，机械臂4包括相连接的存储单元和处理单元，存储单元用于存储运动轨迹文件，处理单元根据运动轨迹文件控制移动臂41带动喷枪3移动。

可以理解的是，通过离线编程运动轨迹文件，将运动轨迹导入存储单元，处理单元从存储单元获取运动轨迹文件，并根据运动轨迹文件控制移动臂41带动喷枪3移动，实现自动清洗工作，不需要人工手持喷枪3工作，通过不同设备间的配合实现供料，清洗轨迹规划，自动化程度高。

在一些可选的实施例中，继续参照图1和图4，夹具42包括：

法兰座421，一端与移动臂41连接，另一端与保持架422连接；

保持架422的与夹紧部423螺栓连接，夹紧部423与保持架422夹持喷枪3。

在一些可选的实施例中，继续参照图1和图2，气源设备1包括：

顺次连通的空气压缩机12、冻干机13、过滤器14、储气罐15和第一输出管路11。

可以理解的是，冻干机13作为气源处理元件用于降低压缩空气的温度，可以在后续过程中防止冰粒快速融化，影响冰粒的力学效果。第一输出管路11输出两路气源，一路提供给高压冰粒制备设备2，从而给冰粒除锈提供动能；另一路提供给冰块转运设备6，作为转运冰块的载体。还可以在储气罐15与第一输出管路11之间设置压力调节器，通过旋转开关控制气源的压力大小。

在一些可选的实施例中，继续参照图1和图5，载物平台53远离剪叉升降机构52的一侧设有护栏54，护栏54包括转动门55，高压冰粒制备设备2在载物平台53的正投影位于护栏54在载物平台53的正投影范围内，机械臂4在载物平台53的正投影至少部分位于护栏54在载物平台53的正投影范围内；

底座51远离轮子的一侧设有扶梯56，扶梯56与转动门55对应设置。

可以理解的是，设置护栏54更具有安全性，护栏54至载物平台53的最大距离应该小于喷枪3至载物平台53的最小距离，避免护栏54阻挡喷枪3的移动。而扶梯56与转动门55对应设置，便于通过扶梯56经由转动门54登陆载物平台53.

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。