CN106926991B - 一种清除船舶表面污物的装置 - Google Patents

Abstract

一种清除船舶表面污物的装置，包括用于切割污物的清理单元、用于电解海水的电解单元、用于照亮水域的照明单元、用于采集图像信息的摄像单元和控制单元，电解单元安装在所述清理刀具单元的前部，照明单元以及摄像单元均安装在所述电解单元上；控制单元安装在清理单元的后部，清理单元、电解单元、照明单元以及摄像单元的控制端分别与控制单元的输出端信号连接；照明单元以及摄像单元的信号输出端分别与外界的控制面板的输入端信号相连，控制面板的输出端与所述控制器的信号输入端电连。本发明的有益效果在于：可以由操作人员远程操作以实现清理船舶表面污物的目的，改善了清理人员的工作环境；针对性好；装置同时装配了电解系统；运用仿生学原理。

Description

一种清除船舶表面污物的装置

技术领域

本发明涉及一种清除船舶表面污物的装置。

背景技术

随着国家节能减排的号召和水运经济技术的发展，船舶航行时表面附着的海洋生物，如藤壶和贝类，以及附着的污物，会给船舶运行带来非常大的能耗和速度上的衰减。一旦这种海洋生物和污物在船舶表面积攒，传统的办法是将船舶停入港口进行大规模的清理整修，但是这种方法将会耽误船舶的使用，造成运力的浪费。现在主要的清理方法是在船舶运行中，清理人员穿戴潜水服，手持刀具切除附着的污物，这种方法花费时间长，对人员的技术要求较高，且劳动量巨大，存在一定的安全隐患，遇到比较坚硬的附着的海洋生物，如藤壶，就会用到电工工具，这样潜水员直接暴露在水中带电作业，因为切割时引起的振动，很有可能引起潜水员的触电事故。所以这种清理方法不仅对潜水员的潜水技术和操作技术要求很高，更对整个体系的安全系数要求严格。而现有的防止海洋生物附着的措施主要是在船舶表面喷涂含有毒性的涂层，这种方式通过缓释毒素使船舶表面的海水中保持一定的毒素浓度以抑制海洋生物的生长附着，使贝类、海草等致死，从而达到去污效果。但是其特性导致这种措施无法长时间保持功效，一旦毒素释放完毕，将无法继续抑制海洋生物的生长繁殖，油性的表面还容易吸附污物，这时就必须入港清理并重新涂装。

现在蓬勃发展的电解海水技术，通过电解反应，使强氧化性电解产物达到一定浓度时，将会有效抑制海洋生物的附着。磁流体密封技术是现今效用最好的密封技术之一，即便在深海中，磁流体密封依然保持着良好的密封效果，同时对机械运行所造成的阻力微乎其微，几乎可以不计。远程遥控技术的蓬勃发展也使得机器人运用在生产生活的各个领域，现有多种结合推进器、摄像头、照明灯的进行水下作业的机器人，而且其运行效果良好。我国海运事业蓬勃发展，研究制造一种能够高效、节能、环保的用于清理船舶表面污物的机器人以取代人力具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以在船舶航行时由操作人员远程操作，实现对船舶表面附着的污物进行清理的装置。

本发明所述的一种清除船舶表面污物的装置，其特征在于：包括用于切割污物的清理单元、用于电解海水的电解单元、用于照亮水域的照明单元、用于采集图像信息的摄像单元和控制单元，所述电解单元安装在所述清理刀具单元的前部，所述照明单元以及摄像单元均安装在所述电解单元上；所述控制单元安装在所述清理单元的后部，所述清理单元、电解单元、照明单元以及摄像单元的控制端分别与所述控制单元的输出端信号连接；所述照明单元以及摄像单元的信号输出端分别与外界的控制面板的输入端信号相连，所述控制面板的输出端与所述控制器的信号输入端电连；

所述清理单元包括套筒、电机、主轴以及清理刀具，所述套筒后部设有用于安装电机的电机安装腔，所述套筒前部设有用于插入主轴的安装通孔，所述套筒前端向前延伸形成用于安装电解单元的安装部；所述主轴的一端与所述电机的输出轴轴接，主轴的另一端从安装通孔前端伸出形成用于安装清理刀具的轴端；所述主轴通过轴承与所述套筒转动连接，并且所述主轴的前端通过密封组件与所述安装通孔外端密封；

所述电解单元包括电源、电解外壳、阳极、阴极和绝缘橡胶，所述电解外壳的上端与所述套筒前端的安装架密封固接，并在二者形成的套筒密封腔内安装电源；所述电解外壳上设有用于灌注海水并电解的流道，所述流道的内壁设有两个电极槽，其中一个电极槽嵌有阳极，另一个电极槽嵌有阴极，电极槽内表面贴覆绝缘橡胶；所述阳极、所述阴极分别与所述电源的正负极电连；所述电源的输电端通过供电电路分别与所述照明单元、所述摄像单元电连；

所述控制单元包括壳体、用于提供推动力的推进器、用于控制电机的第一信号接收器、用于控制电源供电情况的第二信号接收器、用于控制尾翼摆动的第五信号接收器以及置于壳体内腔的控制器，所述壳体前部与所述套筒的后端铰接，所述壳体的后端配有尾翼；所述推进器分布在壳体外部；所述第一信号接收器的信号输出端与所述电机的控制端电连，所述第二信号接收器的信号输出端与所述电源的控制端电连，所述第五信号接收器的信号输出端通过驱动电路与所述尾翼连接，所述第一信号接收器的信号输入端、所述第二信号接收器的信号输入端、所述第五信号接收器的信号输入端以及所述推进器组的控制端分别与所述控制器的信号输出端信号相连。

所述壳体包括机体、前盖板和密封板，所述机体设有用于容纳控制器的安装腔，所述密封板覆盖在安装腔的开口处，并通过螺钉与机体密封固接，形成用于安装控制器的机体密封腔；所述前盖板与所述套筒的后端面密封固接，所述前盖板通过转轴与所述机体铰接；所述机体与所述前盖板之间装有用于改变行进方向的角度调节装置。

所述角度调节装置包括用于提供驱动力的直线电机、用于提供直线运动的动子、直杆、滚子、电磁铁以及装于前盖板上的轨道支架，所述直线电机装在机体密封腔内，并且所述直线电机的输出端装有用于与直杆一端相连的动子，所述直杆的另一端穿过密封板的末端装有滚子，轨道支架有供直杆推动滚子的通孔，与前盖板上的轨道共同构成滚子滚动的轨道，所述滚子安装在前盖板内部，受轨道支架约束并沿其上的轨道滚动；所述电磁铁安装在机体下部，其上设有用于接收控制器信号的第三信号接收器；所述直线电机上带有用于接收控制器信号的第四信号接收器；所述第三信号接收器的信号输出端与所述电磁铁的控制端电连，所述第四信号接收器的信号输出端与所述直线电机的控制端电连，所述第三信号接收器的信号输入端、所述第四信号接收器的信号输入端分别与所述控制器的信号输出端信号相连。

所述机体为流线型结构，其中机体从前向后沿其轴向渐缩形成用于安装尾翼的尾部；所述套筒的表面涂覆带有凹坑的涂层，且所述涂层与机体、尾翼拼成鱼类的仿生结构；所述尾翼采用IPMC材料制成，并且所述尾翼通过用于提供驱动电压的驱动电路与控制器电连，实现尾翼的变形摆动，可以有效减少装置在海水中移动所受到的阻力，表面凹坑可以改善装置表面的流动状态，在减小阻力的同时，避免本装置清理掉的污物附着在本装置上。

所述密封组件为磁流体密封装置，整个所述密封组件套在所述主轴上；所述密封组件包括密封筒、密封端盖、磁流体、O型密封圈、永磁铁和磁极，所述密封筒、所述密封端盖套在所述主轴上，并且所密封筒、所述密封端盖以及所述主轴围成密封腔体，所述永磁铁紧密套在主轴轴端，两个磁极分列在永磁铁的两侧，并且所述磁极与主轴之间形成内填磁流体的环形密封间隙；所述O型密封圈嵌在所述磁极的外壁上，保证磁极与安装通孔密封。

所述清理刀具包括切割刀具和磨砂刀具，所述切割刀具与所述磨砂刀具有且仅有一个刀具与主轴的轴端键连接，并通过轴端固定环限制清理刀具轴向移动；所述轴端固定环通过沉头螺钉装在主轴轴端；所述切割刀具包括带中心安装孔的刀具体和切割刀片，所述刀具体的中心孔设有用于与主轴的轴端键连接的轴键，所述刀具体周向均布安装座，所述切割刀片安装在安装座上，并且切割刀片的切割刃迎向切割方向；磨砂刀具的表面为一层磨砂，并且磨砂刀具通过轴键与主轴键连接。

所述流道为弯孔型流道，流道的入水口位于电解外壳的前方，流道的出水口位于电解外壳的底部，并且流道入水口直径大于流道出水口直径。

所述阳极为Cu-Al合金制成；所述阴极为惰性材料制成，海水流过电极时会发生电解反应，阳极和阴极分别产生氯气和氢氧化钠，产生的氯气和氢氧化钠发生反应生成强氧化性的次氯酸钠，次氯酸钠是一种对海水无污染、不会对海洋生物产生长期影响，而且可以自然降解的物质，电解产生的次氯酸钠达到一定浓度时，可以抑制海洋生物，如藤壶扇贝的生长和附着，同时可以起到协助刀具清理船舶表面污物的作用。

所述照明单元包括多个照明灯，所述照明灯安装在电解外壳的上部；所述摄像单元包括多个摄像头，摄像头安装在电解外壳的底部，，且照明灯的通电端、摄像头的通电端分别与所述电源电连。

具体的，所述照明及摄像单元由两盏照明灯和两架摄像头组成。两盏照明灯分别命名为一号照明灯和二号照明灯，两架摄像头分别命名为一号摄像头和二号摄像头，其中所述一号照明灯和一号摄像头布置在装置前方，可以将明亮的图像信息传输给操作人员的控制面板，协助其观察装置前方船体和水域的情况。所述二号照明灯和二号摄像头布置在清理刀具的上方和斜上方，可以将明亮的图像信息传输给操作人员的控制面板，协助其掌握装置清理污物的进度。

所述推进器组分成两组，其中一组推进器包括两个推进器，该组推进器的推进方向为纵向，分别为用于控制机体上浮的第一推进器，以及用于控制机体下潜的第二推进器；另一组推进器也包括两个推进器，该组推进器安装在机体的两侧，该组推进器的推进方向为水平方向，分别为用于控制机体前进的第三推进器和用于控制机体后退的第四推进器；所述第一推进器、第二推进器、第三推进器以及第四推进器的控制端分别与控制器相应的信号输出端电连。

电机的底座由螺栓固定在套筒上，作为主要的驱动装置，电机顶部有第一信号接收器，以接收控制器的信号。电机的输出轴和主轴通过梅花联轴器连接，梅花联轴器的质量较小，运转时给主轴带来的负荷较小，并有良好的传动效率。所述的主轴为阶梯轴，其一端连接联轴器，另一端由轴肩和键轴向和周向安装固定清理刀具。轴承通过轴肩和轴承支撑固定在套筒和主轴之间，以支撑主轴。磁流体密封装置通过密封支撑和套筒固定在轴上，其可以在海水、主轴高速运转的工况下，实现高效密封，同时仅引起很小的摩擦阻力。所述清理刀具由轴肩和键固定在主轴一端，主轴上加工出螺纹孔，由沉头螺钉将轴端固定环固定在主轴上，轴端固定环、轴肩和键三者共同实现清理刀具的轴向和周向的固定，所述清理刀具可根据需要更换为不同的切割刀具或磨砂刀具，如清理藤壶等坚硬的海洋生物时，可以由切割刀具进行清理，如清理船舶表面附着的泥沙时，可由磨砂刀具进行船舶表面的磨砂处理，需要更换时，仅需要将主轴的沉头螺钉旋下，取下轴端固定环，便可以取下并更换清理刀具，后安装好轴端固定环和沉头螺钉，便可投入使用。

电解外壳由螺栓安装在清理刀具部分的套筒的凹槽里，其内部加工出入口截面较大而出口截面较小的流道，以实现海水的射流效果，同时加工有导线孔。所述电源通过螺栓固定在清理刀具部分的套筒上、电解外壳的内部，其上安装有第二信号接收器以接受控制器的信号，并提供电力给电解电极和照明及摄像单元。所述电级由绝缘橡胶固定在电解外壳上，电极由Cu-Al合金制成的阳极和惰性材料制成的阴极组成所述照明和摄像部分由两盏照明灯和两架摄像头组成。所述的两盏照明灯应选取照明效果好、防水性能优越的产品，如星烁探照灯，其中一盏布置在装置前端，照亮装置前端的水域和船体，一盏布置在清理刀具上方，照亮刀具正在清理的船体部分。所述的两架摄像头需有优越的防水性能并具有远程传输视频数据的能力，如云顶摄像头，其中一盏布置在装置前端，可以将采集到的装置前方的水域和船体视频信息传递给操作人员的控制面板，以协助操作人员决定装置的前进方向，一盏布置在清理刀具斜上方，可以将采集到的刀具运转情况和船体清理进度的视频信息传递给操作人员，以协助操作人员判断清理的进度。

前盖板加工有凹槽，套筒可安装至该凹槽，同时加工有供控制器所带动的直杆连接的滚子滚动的轨道，前盖板加工有转轴安装固定在机体上的轴承架上，可以带动清理刀具部分绕转轴进行一定角度的转动。所述机体内部安装有控制器，前端安装轴承架和电磁铁，通过转轴与前盖板相连。所述密封板通过沉头螺钉安装在机体的凹槽上，并配有密封装置。所述角度调节装置的上端为直线电机，可带动固定在直线电机动子上的直杆进行直线移动，以驱动安装在前盖板轨道里的滚子移动以带动清理刀具部分进行转动，控制器可以接收操作人员的操作面板传输的信号，以控制整个装置的运转，如有需要，可以使用防水性好的材料对控制系统进行表面涂层。所述电磁铁安装在机体上，其上有可接收控制系统传输的信号的接收器，运转时可以产生足够的磁性，紧紧吸附在船体表面上，以固定装置使其稳定工作。所述IPMC尾翼固定在机体尾部，外观如同鱼的尾翼，其上有信号接收器接收控制系统传输的信号，IPMC尾翼是一种人工肌肉材料，仅需要较低的驱动电压就可以产生较大的变形，质量轻、无噪声、环保，操作人员通过控制系统给予其一定的信号，便可实现如鱼尾一样的摆动，以控制装置的左右转向。所述推进器有四架，其中两架可以产生上浮和下潜的动力，两架可以产生前进和后退的动力，分别安装在机体的两侧，由控制器控制。

本发明的有益效果在于：可以由操作人员远程操作以实现清理船舶表面污物的目的，改善了清理人员的工作环境；可针对不同的清理需要改换不同的清理刀具，针对性好；装置同时装配了电解系统，电解产生的强氧化性的次氯酸钠可以有效抑制海洋生物的附着，可以显著提高装置清理污物的效率；可以通过电磁铁紧紧吸附在船舶表面，可以有效减小装置工作时振动带来的影响，同时针对船舶表面不同的形状构造可以旋转清理刀具部分以实现多角度的清理；运用仿生学原理，整个装置构成了鱼的形态，减小装置在海水中移动时阻力很小，配合推进器和尾翼，可以使装置的移动灵活、可控性好。

附图说明

图1：装置总体结构示意图；

图2：清理刀具部分旋转示意图；

图3：电解部分原理示意图(箭头代表海水流动方向，其中A处为海水；B处海水经过电解变成氢气和氢氧化钠；C处为次氯酸钠)；

图4：切割刀具主视图；

图5：磨砂刀具主视图；

图6：推进器安装部位示意图；

图7：磁流体密封装置示意图；

图8：前盖板示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的一种清除船舶表面污物的装置，包括用于切割污物的清理单元1、用于电解海水的电解单元2、用于照亮水域的照明单元3、用于采集图像信息的摄像单元4和控制单元5，所述电解单元2安装在所述清理单元1的前部，所述照明单元3以及摄像单元4均安装在所述电解单元2上；所述控制单元5安装在所述清理单元1的后部，所述清理单元1、电解单元2、照明单元3以及摄像单元4的控制端分别与所述控制单元5的输出端信号连接；所述照明单元3以及摄像单元4的信号输出端分别与外界的控制面板的输入端信号相连，所述控制面板的输出端与所述控制单元5的信号输入端电连；

所述清理单元1包括套筒11、电机12、主轴13以及清理刀具14，所述套筒11后部设有用于安装电机12的电机安装腔，所述套筒11前部设有用于插入主轴13的安装通孔，所述套筒11前端向前延伸形成用于安装电解单元2的安装部111；所述主轴13的一端与所述电机12的输出轴轴接，主轴13的另一端从安装通孔前端伸出形成用于安装清理刀具14的轴端；所述主轴13通过轴承与所述套筒11转动连接，并且所述主轴13的前端通过密封组件15与所述套筒11外端密封；

所述电解单元2包括电源21、电解外壳22、阳极23、阴极24和绝缘橡胶25，所述电解外壳22的上端与所述套筒11前端的安装部111密封固接，并在二者形成的套筒密封腔内安装电源21；所述电解外壳22上设有用于灌注海水并电解的流道221，所述流道221的内壁设有两个电极槽，电极槽内表面贴覆绝缘橡胶25，一个电极槽嵌有阳极23，另一个电极槽嵌有阴极24，；所述阳极23、所述阴极24分别与所述电源21的正负极电连；所述电源21的输电端通过供电电路分别与所述照明单元3、所述摄像单元4电连；

所述控制单元5包括壳体51、用于向壳体提供多个方向推动力的推进器组、用于控制电机的第一信号接收器54、用于控制电源供电情况的第二信号接收器55、用于控制尾翼摆动的第五信号接收器52以及置于壳体51内腔的控制器，所述壳体51前部与所述套筒11的后端铰接，所述壳体51的后端配有尾翼53；所述推进器组分布在壳体外部；所述第一信号接收器54的信号输出端与所述电机12的控制端电连，所述第二信号接收器的信号输出端与所述电源21的控制端电连，所述第五信号接收器52的信号输出端通过驱动电路与所述尾翼53连接，所述第一信号接收器的信号输入端54、所述第二信号接收器55的信号输入端、所述第五信号接收器52的信号输入端以及所述推进器组的控制端分别与所述控制器的信号输出端信号相连。

所述壳体51包括机体511、前盖板512和密封板513，所述机体511设有用于容纳控制器的安装腔，所述密封板513覆盖在安装腔的开口处，并通过螺钉与机体密封固接，形成用于安装控制器的机体密封腔；所述前盖板512与所述套筒11的后端面密封固接，所述前盖板512通过转轴514与所述机体511铰接；所述机体511与所述前盖板512之间装有用于改变行进方向的角度调节装置54。

所述角度调节装置54包括用于提供驱动力的直线电机541、用于提供直线运动的动子542、直杆543、滚子544、电磁铁545以及装于前盖板512上的轨道支架546，所述直线电机541装在机体密封腔内，并且所述直线电机541的输出端装有用于与直杆543一端相连的动子542，所述直杆的另一端穿过密封板513的末端装有滚子544，轨道支架546有供直杆推动滚子的通孔，与前盖板512上的轨道共同构成滚子滚动的轨道，所述滚子544安装在前盖板512内部，受轨道支架546约束并沿其上的轨道滚动；所述电磁铁545安装在机体511下部，其上设有用于接收控制器信号的第三信号接收器56；所述直线电机541上带有用于接收控制器信号的第四信号接收器；所述第三信号接收器56的信号输出端与所述电磁铁545的控制端电连，所述第四信号接收器的信号输出端与所述直线电机511的控制端电连，所述第三信号接收器的信号输入端56、所述第四信号接收器的信号输入端分别与所述控制器的信号输出端信号相连。

所述机体511为流线型结构，其中机体从前向后沿其轴向渐缩形成用于安装尾翼的尾部；所述套筒11的表面涂覆带有凹坑的涂层111，且所述涂层111与机体511、尾翼53拼成鱼类的仿生结构；所述尾翼53采用IPMC材料制成，并且所述尾翼53通过用于提供驱动电压的驱动电路与控制器电连，实现尾翼的变形摆动，可以有效减少装置在海水中移动所受到的阻力，表面凹坑可以改善装置表面的流动状态，在减小阻力的同时，避免本装置清理掉的污物附着在本装置上。

所述密封组件15为磁流体密封装置，整个所述密封组件套在所述主轴上；所述密封组件15包括密封筒151、密封端盖152、磁流体156、O型密封圈153、永磁铁154和磁极155，所述密封筒151、所述密封端盖152套在所述主轴13上，并且所密封筒151、所述密封端盖152以及所述主轴13围成密封腔体，所述永磁铁154紧密套在主轴13轴端，两个磁极155分列在永磁铁154的两侧，并且所述磁极与主轴13之间形成内填磁流体的环形密封间隙；所述O型密封圈153嵌在所述磁极155的外壁上，保证磁极155与安装通孔密封。

所述清理刀具14包括切割刀具141和磨砂刀具142，所述切割刀具141与所述磨砂刀具142有且仅有一个刀具与主轴13的轴端键连接，并通过轴端固定环16限制清理刀具轴向移动；所述轴端固定环16通过沉头螺钉装在主轴轴端；所述切割刀具141包括带中心安装孔的刀具体1411和切割刀片1412，所述刀具体1411的中心孔设有用于与主轴13的轴端键连接的轴键，所述刀具体1411周向均布安装座，所述切割刀片1412安装在安装座上，并且切割刀片1412的切割刃迎向切割方向；磨砂刀具142的表面为一层磨砂，并且磨砂刀具142通过轴键与主轴13键连接。

所述流道221为弯孔型流道，流道221的入水口位于电解外壳的前方，流道的出水口位于电解外壳22的底部，并且流道221入水口直径大于流道221出水口直径。

所述阳极23为Cu-Al合金制成；所述阴极24为惰性材料制成，海水流过电极时会发生电解反应，阳极23和阴极24分别产生氯气和氢氧化钠，产生的氯气和氢氧化钠发生反应生成强氧化性的次氯酸钠，次氯酸钠是一种对海水无污染、不会对海洋生物产生长期影响，而且可以自然降解的物质，电解产生的次氯酸钠达到一定浓度时，可以抑制海洋生物，如藤壶扇贝的生长和附着，同时可以起到协助刀具清理船舶表面污物的作用。

所述照明单元3包括多个照明灯，所述照明灯安装在电解外壳的上部；所述摄像单元4包括多个摄像头，摄像头安装在电解外壳的底部，且照明灯的通电端、摄像头的通电端分别与所述电源电连。

具体的，所述照明及摄像单元由两盏照明灯和两架摄像头组成。两盏照明灯分别命名为一号照明灯31和二号照明灯32，两架摄像头分别命名为一号摄像头41和二号摄像头42，其中所述一号照明灯31和一号摄像头41布置在装置前方，可以将明亮的图像信息传输给操作人员的控制面板，协助其观察装置前方船体和水域的情况。所述二号照明灯32和二号摄像头42布置在清理刀具14的上方和斜上方，可以将明亮的图像信息传输给操作人员的控制面板，协助其掌握装置清理污物的进度。所述推进器组分成两组，其中一组推进器包括两个推进器，该组推进器的推进方向为纵向，分别为用于控制机体上浮的第一推进器571，以及用于控制机体下潜的第二推进器572；另一组推进器也包括两个推进器，该组推进器安装在机体的两侧，该组推进器的推进方向为水平方向，分别为用于控制机体前进的第三推进器573和用于控制机体后退的第四推进器574；所述第一推进器571、第二推进器572、第三推进器573以及第四推进器574的控制端分别与控制器相应的信号输出端电连。

电机12的底座由螺栓固定在套筒11上，作为主要的驱动装置，电机12顶部有第一信号接收器，以接收控制器的信号。电机12的输出轴和主轴13通过梅花联轴器17连接，梅花联轴器的质量较小，运转时给主轴带来的负荷较小，并有良好的传动效率。所述的主轴13为阶梯轴，其一端连接梅花联轴器17，另一端由轴肩和键轴安装固定清理刀具，实现轴向以及周向的固定。轴承通过轴肩和轴承支撑固定在套筒11和主轴13之间，以支撑主轴13。磁流体密封装置通过密封支撑和套筒11固定在主轴上，其可以在海水、主轴高速运转的工况下，实现高效密封，同时仅引起很小的摩擦阻力。所述清理刀具14由轴肩和键固定在主轴13一端，主轴13上加工出螺纹孔，由沉头螺钉将轴端固定环16固定在主轴13上，轴端固定环16、轴肩和键三者共同实现清理刀具14的轴向和周向的固定，所述清理刀具14可根据需要更换为不同的切割刀具141或磨砂刀具142，如清理藤壶等坚硬的海洋生物时，可以由切割刀具141进行清理，如清理船舶表面附着的泥沙时，可由磨砂刀具142进行船舶表面的磨砂处理，需要更换时，仅需要将主轴13的沉头螺钉旋下，取下轴端固定环16，便可以取下并更换清理刀具14，后安装好轴端固定环16和沉头螺钉，便可投入使用。

电解外壳22由螺栓安装在清理单元1的套筒11的凹槽里，其内部加工出入口截面较大而出口截面较小的流道221，以实现海水的射流效果，同时加工有导线孔。所述电源21通过螺栓固定在套筒11上、电解外壳的内部围成的套筒密封腔内，其上安装有第二信号接收器以接受控制器的信号，并提供电力给电解电极和照明单元3及摄像单元4。所述电级由绝缘橡胶固定在电解外壳22上，电极由Cu-Al合金制成的阳极23和惰性材料制成的阴极24组成，所述照明和摄像部分由两盏照明灯和两架摄像头组成。所述的两盏照明灯应选取照明效果好、防水性能优越的产品，如星烁探照灯，其中一盏布置在装置前端，照亮装置前端的水域和船体，一盏布置在清理刀具上方，照亮刀具正在清理的船体部分。所述的两架摄像头需有优越的防水性能并具有远程传输视频数据的能力，如云顶摄像头，其中一盏布置在装置前端，可以将采集到的装置前方的水域和船体视频信息传递给操作人员的控制面板，以协助操作人员决定装置的前进方向，一盏布置在清理刀具斜上方，可以将采集到的刀具运转情况和船体清理进度的视频信息传递给操作人员，以协助操作人员判断清理的进度。

前盖板512加工有凹槽，套筒11可安装至该凹槽，同时加工有供控制器所带动的直杆连接的滚子滚动的轨道，前盖板512加工有安装固定在机体511上的轴承架515上的转轴514，可以带动清理单元1绕转轴514进行一定角度的转动。所述机体511内部安装有控制器，前端安装轴承架和电磁铁545，通过转轴514与前盖板512相连。所述密封板513通过沉头螺钉安装在机体511的凹槽上，并配有密封装置。所述角度调节装置54的上端为直线电机，可带动固定在直线电机动子上的直杆进行直线移动，以驱动安装在前盖板轨道里的滚子移动以带动清理刀具部分进行转动，控制器可以接收操作人员的操作面板传输的信号，以控制整个装置的运转，如有需要，可以使用防水性好的材料对控制系统进行表面涂层。所述电磁铁安装在机体上，其上有可接收控制系统传输的信号的接收器，运转时可以产生足够的磁性，紧紧吸附在船体表面上，以固定装置使其稳定工作。所述IPMC尾翼固定在机体尾部，外观如同鱼的尾翼，其上有信号接收器接收控制系统传输的信号，IPMC尾翼是一种人工肌肉材料，仅需要较低的驱动电压就可以产生较大的变形，质量轻、无噪声、环保，操作人员通过控制系统给予其一定的信号，便可实现如鱼尾一样的摆动，以控制装置的左右转向。所述推进器有四架，其中两架可以产生上浮和下潜的动力，两架可以产生前进和后退的动力，分别安装在机体的两侧，由控制器控制。

具体的，结合图1，本发明的所述电解单元形状大致为圆柱体，安装在清理刀具部分的套筒11上的圆形凹槽。所述控制单元的机体511形状大致为圆台，内部加工出装配部件的矩形凹槽。

下面结合附图说明本发明的装配方式：

本发明安装时为图2所示状态。首先将主轴13与轴承装配后装入套筒11内部，从两侧由螺栓将两处轴承支撑固定轴承和主轴13安装在套筒11上，在主轴13一侧依次安装梅花联轴器15和电机12，并由螺栓将电机12固定在套筒11的凹槽上，在另一侧装配好磁流体密封装置和密封支撑，将其装配至主轴13后由螺栓固定在套筒11的凹槽上，后根据具体工况选择合适的清理刀具14，将清理刀具14的键槽装配至主轴13的键上，安装调整垫片及轴端固定环16以固定清理刀具14，后旋上沉头螺钉，若需更换清理刀具14，仅需旋下沉头螺钉，取下轴端固定环16及调整垫片，便可更换清理刀具14。

将电源21装配至套筒11上，装配好电解外壳22及阳极23、阴极24、绝缘橡胶25和照明及摄像系统后，由螺栓将其装配至套筒11的凹槽。

机体511配有尾翼53、电磁铁545、轴承架515，并将推进器安装至机体511的相应位置。将控制系统部分的直线电机541的动子542由螺钉与直杆543固接，并将直杆543与滚子544装配，后将控制单元5及直线电机541装配至机体511的凹槽中。将滚子544装配入前盖板512的轨道凹槽内，将轴承架与前盖板的转轴514装配，调整位置后将轴承架由螺钉装配至机体511上的凹槽上，将轨道支架546由螺栓装配至前盖板的凹槽上共同构成滚子544的轨道。

将套筒11由螺栓装配至前盖板512的凹槽上，将表面凹坑涂层涂覆在套筒11上。驱动电机拉回前盖板512及套筒11至图1位置，即完成本发明的装配过程。

下面结合附图说明本发明的工作实例：

操作人员将本发明置入海水中，通过控制面板操作本发明。观察由一号摄像头31传输至控制面板的视频，可以控制推进器和尾翼53，操纵装置移动至有污物的船舶表面，此时控制电磁铁545工作，本发明将紧紧吸附在船舶表面。启动供给电解装置的电源21和电机12，电解装置将电解海水产生强氧化性的次氯酸钠，抑制海洋生物的生长和附着，同时清理刀具14将高速转动清理船舶表面污物和海洋生物。通过观察由二号摄像头42传至控制面板的视频，可以了解当前位置船舶表面污物清除的进度。当需要改变清理刀具系统的角度时，控制单元5驱动直线电机541工作，驱动清理刀具系统绕转轴514转动至合适的角度，可以实现多角度的污物清除。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种清除船舶表面污物的装置，其特征在于：包括用于切割污物的清理单元、用于电解海水的电解单元、用于照亮水域的照明单元、用于采集图像信息的摄像单元和控制单元，所述电解单元安装在所述清理单元的前部，所述照明单元以及摄像单元均安装在所述电解单元上；所述控制单元安装在所述清理单元的后部，所述清理单元、电解单元、照明单元以及摄像单元的控制端分别与所述控制单元的输出端信号连接；所述照明单元以及摄像单元的信号输出端分别与外界的控制面板的输入端信号相连，所述控制面板的输出端与所述控制单元的信号输入端电连；

所述清理单元包括套筒、电机、主轴以及清理刀具，所述套筒后部设有用于安装电机的电机安装腔，所述套筒前部设有用于插入主轴的安装通孔，所述套筒前端向前延伸形成用于安装电解单元的安装部；所述主轴的一端与所述电机的输出轴轴接，主轴的另一端从安装通孔前端伸出形成用于安装清理刀具的轴端；所述主轴通过轴承与所述套筒转动连接，并且所述主轴的前端通过密封组件与所述套筒外端密封；

所述电解单元包括电源、电解外壳、阳极、阴极和绝缘橡胶，所述电解外壳的上端与所述套筒前端的安装架密封固接，并在二者形成的套筒密封腔内安装电源；所述电解外壳上设有用于灌注海水并电解的流道，所述流道的内壁设有两个电极槽，电极槽内表面贴覆绝缘橡胶，其中一个电极槽嵌有阳极，另一个电极槽嵌有阴极；所述阳极、所述阴极分别与所述电源的正负极电连；所述电源的输电端通过供电电路分别与所述照明单元、所述摄像单元电连；

所述控制单元包括壳体、用于提供推动力的推进器、用于控制电机的第一信号接收器、用于控制电源供电情况的第二信号接收器、用于控制尾翼摆动的第五信号接收器以及置于壳体内腔的控制器，所述壳体前部与所述套筒的后端铰接，所述壳体的后端配有尾翼；所述推进器分布在壳体外部；所述第一信号接收器的信号输出端与所述电机的控制端电连，所述第二信号接收器的信号输出端与所述电源的控制端电连，所述第五信号接收器的信号输出端通过驱动电路与所述尾翼连接，所述第一信号接收器的信号输入端、所述第二信号接收器的信号输入端、所述第五信号接收器的信号输入端以及所述推进器的控制端分别与所述控制器的信号输出端信号相连。

2.如权利要求1所述的一种清除船舶表面污物的装置，其特征在于：所述壳体包括机体、前盖板和密封板，所述机体设有用于容纳控制器的安装腔，所述密封板覆盖在安装腔的开口处，并通过螺钉与机体密封固接，形成用于安装控制器的机体密封腔；所述前盖板与所述套筒的后端面密封固接，所述前盖板通过转轴与所述机体铰接；所述机体与所述前盖板之间装有用于改变行进方向的角度调节装置。

3.如权利要求2所述的一种清除船舶表面污物的装置，其特征在于：所述角度调节装置包括用于提供驱动力的直线电机、用于提供直线运动的动子、直杆、滚子、电磁铁以及装于前盖板上的轨道支架，所述直线电机装在机体密封腔内，并且所述直线电机的输出端装有用于与直杆一端相连的动子，所述直杆的另一端穿过密封板的末端装有滚子，轨道支架有供直杆推动滚子的通孔，与前盖板上的轨道共同构成滚子滚动的轨道，所述滚子安装在前盖板内部，受轨道支架约束并沿其上的轨道滚动；所述电磁铁安装在机体下部，其上设有用于接收控制器信号的第三信号接收器；所述直线电机上带有用于接收控制器信号的第四信号接收器；所述第三信号接收器的信号输出端与所述电磁铁的控制端电连，所述第四信号接收器的信号输出端与所述直线电机的控制端电连，所述第三信号接收器的信号输入端、所述第四信号接收器的信号输入端分别与所述控制器的信号输出端信号相连。

4.如权利要求3所述的一种清除船舶表面污物的装置，其特征在于：所述机体为流线型结构，其中机体从前向后沿其轴向渐缩形成用于安装尾翼的尾部；所述套筒的表面涂覆带有凹坑的涂层，且所述涂层与机体、尾翼拼成鱼类的仿生结构；所述尾翼采用IPMC材料制成，并且所述尾翼通过用于提供驱动电压的驱动电路与控制器电连，实现尾翼的变形摆动。

5.如权利要求1所述的一种清除船舶表面污物的装置，其特征在于：所述密封组件为磁流体密封装置，整个所述密封组件套在所述主轴上；所述密封组件包括密封筒、密封端盖、磁流体、O型密封圈、永磁铁和磁极，所述密封筒、所述密封端盖套在所述主轴上，并且所密封筒、所述密封端盖以及所述主轴围成密封腔体，所述永磁铁紧密套在主轴轴端，两个磁极分列在永磁铁的两侧，并且所述磁极与主轴之间形成内填磁流体的环形密封间隙；所述O型密封圈嵌在所述磁极的外壁上，保证磁极与安装通孔密封。

6.如权利要求1所述的一种清除船舶表面污物的装置，其特征在于：所述清理刀具包括切割刀具和磨砂刀具，所述切割刀具与所述磨砂刀具有且仅有一个刀具与主轴的轴端键连接，并通过轴端固定环限制清理刀具轴向移动；所述轴端固定环通过沉头螺钉装在主轴轴端；所述切割刀具包括带中心安装孔的刀具体和切割刀片，所述刀具体的中心孔设有用于与主轴的轴端键连接的轴键，所述刀具体周向均布安装座，所述切割刀片安装在安装座上，并且切割刀片的切割刃迎向切割方向；磨砂刀具的表面为一层磨砂，并且磨砂刀具通过轴键与主轴键连接。

7.如权利要求1所述的一种清除船舶表面污物的装置，其特征在于：所述流道为弯孔型流道，流道的入水口位于电解外壳的前方，流道的出水口位于电解外壳的底部，并且流道入水口直径大于流道出水口直径。

8.如权利要求1所述的一种清除船舶表面污物的装置，其特征在于：所述阳极为Cu-Al合金制成；所述阴极为惰性材料制成。

9.如权利要求1所述的一种清除船舶表面污物的装置，其特征在于：所述照明单元包括多个照明灯，所述照明灯安装在电解外壳的上部；所述摄像单元包括多个摄像头，摄像头安装在电解外壳的底部，且照明灯的通电端、摄像头的通电端分别与所述电源电连。

10.如权利要求1所述的一种清除船舶表面污物的装置，其特征在于：所述推进器分成两组，其中一组推进器包括两个推进器，该组推进器的推进方向为纵向，分别为用于控制机体上浮的第一推进器，以及用于控制机体下潜的第二推进器；另一组推进器也包括两个推进器，该组推进器安装在机体的两侧，该组推进器的推进方向为水平方向，分别为用于控制机体前进的第三推进器和用于控制机体后退的第四推进器；所述第一推进器、第二推进器、第三推进器以及第四推进器的控制端分别与控制器相应的信号输出端电连。