CN109733570B - 一种轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种轮式行走‑螺旋桨推进式水下清理机器人，包括机器人本体及水上控制设备，机器人本体包括载体框架、移动机构、电气仓、水下推进装置与清洗装置，载体框架包括第一、二框架与框架管，框架管的两端分别与第一、二框架的中心位置连接；移动机构固定于第二框架的一侧，用于带动机器人本体在水下管道上移动；水下推进装置包括多个对称设置的水平、垂直螺旋桨推进器，用于驱动机器人本体360度转动；清洗装置固定于第二框架的侧面，用于发射高压水射流；移动机构、水下推进装置与清洗装置分别与电气仓连接，电气仓通过带缆与水上控制设备连接。该机器人代替了人的清洗工作，具有运动灵活、清洗效率高、安全可靠等优点。

Description

一种轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人

技术领域

本申请涉及水下管道清理机器人技术领域，尤其涉及一种轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人。

背景技术

我国海上油井平台是一种由钢质管桩、导管架和甲板组成的固定式桩基导管架平台。导管架设置于海洋底部，表面通常会吸附着大量的海洋生物，附着的海洋生物增加了导管架的总重量，使平台稳定性及抗风暴能力下降。同时，海洋生物长期附着在导管架表面也加剧了海洋环境对井口平台的腐蚀，给安全生产带来巨大威胁，因此井口平台导管架需要进行定期清理。

目前，油井平台导管架的清洗工作主要依赖于潜水员潜入水底，手拿水射流喷枪，采用高压水射流进行清洗。但是，人工清理的劳动强度大，清理成本高，效率低且易受天气影响，特别是在深度大、水质差等复杂环境的水域作业时，会对潜水员的生命安全产生严重的威胁。

发明内容

本申请提供了一种轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人，以解决目前水下管道清洗工作依赖于人工作业，具有危险性高、工作效率低、人力成本大的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请实施例公开了一种轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人，包括机器人本体及水上控制设备，其中，

所述机器人本体包括载体框架、移动机构、电气仓、水下推进装置与清洗装置，所述载体框架包括第一框架、第二框架与框架管，所述框架管的两端分别与所述第一框架、所述第二框架的中心位置连接；

所述移动机构固定于所述第二框架远离所述第一框架的一侧，用于带动所述机器人本体在水下管道上移动；

所述水下推进装置包括多个对称设置的水平螺旋桨推进器与垂直螺旋桨推进器，通过所述水平螺旋桨推进器与所述垂直螺旋桨推进器驱动所述机器人本体360度转动；

所述清洗装置固定于所述第二框架的侧面上，用于发射高压水射流；

所述电气仓固定于所述第一框架的另一侧，所述移动机构、所述水下推进装置与所述清洗装置分别与所述电气仓连接，所述电气仓通过带缆与所述水上控制设备连接。

可选地，所述载体框架还包括对称设置的侧板，所述侧板的上端分别与所述第一框架连接，所述侧板的下端分别与所述第二框架连接。

可选地，所述移动机构包括多组对称设置的驱动轮、驱动电机与步进电机涡轮减速箱，所述驱动电机的输出轴与所述步进电机涡轮减速箱的输入端连接，所述步进电机涡轮减速箱的输出端与所述驱动轮连接；

所述步进电机涡轮减速箱上设有驱动轮支架，所述移动机构通过所述驱动轮支架固定于所述第二框架上。

可选地，所述水平螺旋桨推进器与所述垂直螺旋桨推进器上均设有推进器支架，所述水平螺旋桨推进器通过所述推进器支架固定于所述第二框架上，所述垂直螺旋桨推进器通过所述推进器支架固定于所述第一框架上。

可选地，所述清洗装置包括驱动组件、导向组件及喷头滑块，所述导向组件的两端设有固定支架，所述导向组件通过所述固定支架固定于所述第二框架上；

所述喷头滑块与所述导向组件滑动连接，所述驱动组件驱动所述喷头滑块沿所述导向组件移动。

可选地，所述导向组件包括相互平行的往复丝杆与导杆，所述导杆的两端分别与所述固定支架固定连接；

所述驱动组件包括电机与减速箱，所述电机的输出轴与所述减速箱的输入轴连接，所述减速箱的输出轴与所述往复丝杆连接；

所述喷头滑块套设在所述导杆与所述往复丝杆上，所述往复丝杆带动所述喷头滑块沿所述导杆往复移动。

可选地，所述导向组件包括相互平行的往复丝杆与导杆，所述导杆的两端分别与所述固定支架固定连接；

所述驱动组件包括电机与减速箱，所述电机的输出轴与所述减速箱的输入轴连接，所述减速箱的输出轴与所述往复丝杆连接；

所述喷头滑块套设在所述导杆与所述往复丝杆上，所述往复丝杆带动所述喷头滑块沿所述导杆往复移动。

可选地，所述固定组件包括卡箍与固定板，所述卡箍分别卡在摄像头与照明灯上，所述卡箍通过所述固定板固定在所述框架管上。

可选地，还包括浮体块，所述浮体块固定于所述第一框架远离所述第二框架的一侧，所述电气仓位于所述浮体块与所述第一框架之间。

可选地，所述浮体块的中心位置处设有安装孔，所述第一框架上设有与所述安装孔对应的悬挂架，所述悬挂架穿过所述安装孔。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人包括机器人本体及水上控制设备，其中，机器人本体包括载体框架、移动机构、电气仓、水下推进装置与清洗装置，载体框架包括第一框架、第二框架与框架管，框架管的两端分别与第一框架、第二框架的中心位置连接；移动机构固定于第二框架远离第一框架的一侧，用于带动机器人本体在水下管道上移动；水下推进装置包括多个对称设置的水平螺旋桨推进器与垂直螺旋桨推进器，通过水平螺旋桨推进器与垂直螺旋桨推进器驱动机器人本体360度转动；清洗装置固定于第二框架的侧面上，用于发射高压水射流；电气仓固定于第一框架的另一侧，移动机构、水下推进装置与清洗装置分别与电气仓连接，电气仓通过带缆与水上控制设备连接。本申请提供的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人可通过水下推进装置的水平螺旋桨推进器与垂直螺旋桨推进器进行横滚、侧滚等360度姿态调整，使水下机器人推进到油井平台导管架附近，将水下机器人压附在管道壁面上，使得移动机构与管道紧密接触，且移动机构带动机器人本体在水下管道上移动；移动的同时，清洗装置发射高压水射流，能够清洗管道一定范围内的圆弧面。该水下清理机器人能够代替人的清洗工作，具有运动灵活、清洗效率稿、安全可靠等优点。

本申请提供的本申请实施例提供的一种应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的螺旋桨推进式水下清洗机器人的工作示意图；

图2为本申请实施例提供的一种螺旋桨推进式水下清洗机器人的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的螺旋桨推进式水下清洗机器人的另一方向的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的螺旋桨推进式水下清洗机器人中载体框架的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的螺旋桨推进式水下清洗机器人中移动机构的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的螺旋桨推进式水下清洗机器人中水平螺旋桨推进器的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的螺旋桨推进式水下清洗机器人中垂直螺旋桨推进器的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的螺旋桨推进式水下清洗机器人中清洗装置的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的螺旋桨推进式水下清洗机器人中观测照明系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

水下管道清洗工作是一种技术难度大又极具市场潜力的领域，目前该领域还十分依赖于潜水员潜入海底进行作业，人工作业具有危险性高、工作效率低、人力成本大等缺陷。针对现有技术缺陷，本申请提出一种水下管道清洗机器人，其能够代替人的清洗工作，具有运动灵活、清洗效率高、安全可靠等优点。

如图1所示，本申请实施例提供的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人包括机器人本体30及水上控制设备33，其中，

水上控制设备33通过带缆32与机器人本体30连接，用于控制机器人本体30在水下清理管道31。水上控制设备33可通过带缆32控制机器人本体30，也可无线控制机器人本体30，实现机器人本体30的自动清理工作。

如图2、图3所示，机器人本体30包括载体框架1、移动机构3、电气仓7、水下推进装置4与清洗装置2，如图4所示，载体框架1包括第一框架8、第二框架9与框架管12，框架管12的两端分别与第一框架8、第二框架9的中心位置连接。具体地，载体框架1包括两个框架管12，每个框架管12的两端分别与第一框架8、第二框架9焊接在一起，用于支撑固定第一框架8与第二框架9。

载体框架1还包括对称设置的侧板10，侧板10的上端与第一框架8连接，侧板10的下端与第二框架9连接，即两块侧板10通过螺钉分别与第一框架8、第二框架9连接在一起，第一框架8、第二框架9与两块侧板10构成立体框架，进一步支撑固定第一框架8与第二框架9。可选的，侧板10采用镂空设计，可有效减轻结构的重量。

载体框架1还包括悬挂架13，悬挂架13设置在第一框架8上，为运输携带载体框架1提供方便。

载体框架1为机器人本体30提供了支撑，移动机构3固定于第二框架9远离第一框架8的一侧，用于带动机器人本体30在水下管道上移动。即载体框架1下端安装移动机构3，水下管道清洗机器人可根据该移动机构实现在管道壁面上移动的功能。如图5所示，移动机构3包括多组对称设置的驱动轮15、驱动电机16与步进电机涡轮减速箱17，驱动电机16的输出轴与步进电机涡轮减速箱17的输入端连接，步进电机涡轮减速箱17的输出端与驱动轮15连接，驱动电机16通过步进电机涡轮减速箱17驱动驱动轮15转动，驱动轮15可与水下管道的壁面紧密接触，实现在水下管道壁面上移动。可选的，移动机构包括4组对称设置的驱动轮、驱动电机与步进电机涡轮减速箱。

为方便安装固定移动机构3，步进电机涡轮减速箱17朝向第二框架9的一侧设有驱动轮支架18，驱动轮支架18通过螺钉与第二框架9连接，从而实现了移动机构3与载体框架1的固定安装。

本示例中，水下推进装置4包括多个对称设置的水平螺旋桨推进器22与垂直螺旋桨推进器23，水平螺旋桨推进器22与垂直螺旋桨推进器23可驱动机器人本体30进行360度转动。具体地，如图6、图7所示，水平螺旋桨推进器22与垂直螺旋桨推进器23上均设有推进器支架11，水平螺旋桨推进器22通过推进器支架11固定于第二框架9上，可推动机器人本体30进行水平推进、横移等姿态调整；垂直螺旋桨推进器23通过推进器支架11固定于第一框架8上，可推动机器人本体30进行升沉、转艏等姿态调整；水平螺旋桨推进器22与垂直螺旋桨推进器23同时工作时，可推动机器人本体30进行纵倾、横倾等姿态调整。因此，在水平螺旋桨推进器22与垂直螺旋桨推进器23的作用下，机器人本体30可进行360度姿态调整，方便机器人本体30靠近油井平台导管架。可选的，水平螺旋桨推进器22的数量为4个，垂直螺旋桨推进器23的数量为4个。

清洗装置2固定于第二框架9的侧面，用于发射高压水射流。清洗装置2安装在与移动机构3所在侧面相邻的侧面上，方便清洗装置2发射的高压水射流清洗管道。具体地，如图8所示，清洗装置2包括驱动组件、导向组件及喷头滑块28，导向组件的两端设有固定支架24，导向组件通过固定支架24固定于第二框架9上，从而将清洗装置2固定安装于载体框架1上。

喷头滑块28与导向组件滑动连接，驱动组件驱动喷头滑块28沿导向组件移动，使得喷头滑块28在导向组件上左右移动，方便喷头滑块28发射的高压水射流能够清洗一定范围的圆弧面。

本示例中，导向组件包括相互平行的往复丝杆27与导杆29，导杆29的两端分别与固定支架24固定连接，用于支撑固定导杆29。喷头滑块28套设在导杆29与往复丝杆27上，往复丝杆27可带动喷头滑块28沿导杆29往复移动，改变喷头滑块28与水下管道之间的距离，清洗一定范围的管道壁面。

驱动组件包括电机25与减速箱26，电机25的输出轴与减速箱26的输入轴连接，减速箱26的输出轴与往复丝杆27连接。即清洗装置2采用了螺旋传动的原理，电机25驱动减速箱26转动，减速箱26驱动往复丝杆27转动，往复丝杆27驱动喷头滑块28在不改变主轴转动方向的情况下在导杆29上往复移动。

清洗装置2除了采用螺旋传动的原理外，还可采用伸缩传动的原理，即导向组件包括伸缩杆与导杆，喷头滑块28固定在伸缩杆的一端，且喷头滑块28套设在导杆上，电机驱动伸缩杆伸缩，伸缩杆驱使喷头滑块在导杆上往复移动，其均属于本申请实施例的保护范围。

电气仓7固定于第一框架8的另一侧，移动机构3、水下推进装置4与清洗装置2分别与电气仓7连接，电气仓7通过带缆与水上控制设备33连接。电气仓7内安装了水下机器人的传感器和一些控制元件，用于控制移动机构3的驱动电机16，驱使机器人本体30在管道壁面上移动；用于控制水下推进装置的水平螺旋桨推进器22与垂直螺旋桨推进器23，驱动机器人本体30进行360度姿态调整；用于控制清洗装置2的电机25，驱使喷头滑块28往复移动，清洗一定范围的圆弧面。

如图9所示，本申请提供的水下清理机器人还包括观测照明系统5，观测照明系统5包括至少两组摄像头19与照明灯20，摄像头19与照明灯20分别通过固定组件固定于框架管12上，观测照明系统5可以对水下清理机器人的工作环境进行监测，方便操作人员进行可视化操作。具体地，固定组件包括卡箍21与固定板14，卡箍21卡在摄像头19与照明灯20上，卡箍21的另一端连接固定板14，固定板14通过螺钉固定在框架管12上，从而实现观测照明系统5与载体框架1的固定安装。

为方便操作人员全面了解水下环境，一组摄像头19与照明灯20朝向第一框架8，另一组摄像头19与照明灯20朝向第二框架9，即一组与水平方向呈倾斜向上，另一组与水平方向成倾斜向下，可同时监测机器人本体30上部和下部的工作环境。

还包括浮体块6，浮体块6固定于第一框架8远离第二框架9的一侧，电气仓7位于浮体块6与第一框架8之间。浮体块6用于增加机器人本体30的浮力，辅助水下推进装置4实现机器人本体30的沉浮。当水下清理机器人完成清理工作后，机器人本体30可根据浮体块6上浮，无需驱动水下推进装置即可收回机器人本体30。

浮体块6的中心位置处设有安装孔，第一框架8上的悬挂架13穿过安装孔，操作人员可通过悬挂架13运输机器人本体30，为机器人本体30运输携带提供方便。

本申请实施例提供的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人的工作过程为：

当水下清理机器人潜入到海里时，依靠8个螺旋桨推进器进行推进、升沉、横移、转艏、纵倾、横倾等360度等姿态调整，使水下清理机器人推进到油井平台导管架附近；再利用水下清理机器人背面上的四个垂直螺旋桨推进器推力，将水下清理机器人压附在管道壁面上，使四组驱动轮与管道紧密接触；随后，驱动机构上的4个驱动电机驱使驱动轮转动，使水下清理机器人沿管道轴线移动；移动的同时，清洗装置依靠电机电动往复丝杆转动，使喷头滑块在导杆上往复运动，喷头射出的高压水射流能够清洗一定范围内的圆弧面。当需要清洗管道其他旁边的壁面时，水下清理机器人依靠水下推进装置脱离壁面，再次调整好位置和姿态后重新压附在所需清洗的管道壁面上，进行下一轮的清洗工作。

本申请实施例提供的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人可代替潜水员潜入海底进行清理工作，通过水下推进装置进行六自由度(推进、升沉、横移、转艏、纵倾、横倾)的运动，使得机器人本体进行360度姿态调整，快速推进到油井平台管道架的管道附近；通过移动机构与管道紧密接触，使机器人本体沿管道轴线移动；通过清洗装置带动喷头滑块往复运动，喷头射出的高压水射流清洗一定范围内的管道圆弧面；通过观测照明系统实时监测水下环境，方便操作人员进行可视化操作。通过上述结构，使得该水下清理机器人具有运动灵活、清洗效率高、安全可靠等优点。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人,其特征在于，包括机器人本体及水上控制设备，其中，

所述机器人本体包括载体框架、移动机构、电气仓、水下推进装置与清洗装置，所述载体框架包括第一框架、第二框架与框架管，所述框架管的两端分别与所述第一框架、所述第二框架的中心位置连接；

所述移动机构固定于所述第二框架远离所述第一框架的一侧，所述移动机构包括多组对称设置的驱动轮，所述驱动轮与水下管道的壁面相接触，用于带动所述机器人本体在水下管道上沿管道轴线直线移动；

所述水下推进装置包括多个对称设置的水平螺旋桨推进器与垂直螺旋桨推进器，通过所述水平螺旋桨推进器与所述垂直螺旋桨推进器驱动所述机器人本体360度转动；

所述清洗装置固定于所述第二框架的侧面上，用于发射高压水射流；

所述电气仓固定于所述第一框架的另一侧，所述移动机构、所述水下推进装置与所述清洗装置分别与所述电气仓连接，所述电气仓通过带缆与所述水上控制设备连接。

2.根据权利要求1所述的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人，其特征在于，所述载体框架还包括对称设置的侧板，所述侧板的上端分别与所述第一框架连接，所述侧板的下端分别与所述第二框架连接。

3.根据权利要求1所述的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人，其特征在于，所述移动机构还包括多组对称设置的驱动电机与步进电机涡轮减速箱，所述驱动电机的输出轴与所述步进电机涡轮减速箱的输入端连接，所述步进电机涡轮减速箱的输出端与所述驱动轮连接；

所述步进电机涡轮减速箱上设有驱动轮支架，所述移动机构通过所述驱动轮支架固定于所述第二框架上。

4.根据权利要求1所述的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人，其特征在于，所述水平螺旋桨推进器与所述垂直螺旋桨推进器上均设有推进器支架，所述水平螺旋桨推进器通过所述推进器支架固定于所述第二框架上，所述垂直螺旋桨推进器通过所述推进器支架固定于所述第一框架上。

5.根据权利要求1所述的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人，其特征在于，所述清洗装置包括驱动组件、导向组件及喷头滑块，所述导向组件的两端设有固定支架，所述导向组件通过所述固定支架固定于所述第二框架上；

所述喷头滑块与所述导向组件滑动连接，所述驱动组件驱动所述喷头滑块沿所述导向组件移动。

6.根据权利要求5所述的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人，其特征在于，所述导向组件包括相互平行的往复丝杆与导杆，所述导杆的两端分别与所述固定支架固定连接；

所述驱动组件包括电机与减速箱，所述电机的输出轴与所述减速箱的输入轴连接，所述减速箱的输出轴与所述往复丝杆连接；

所述喷头滑块套设在所述导杆与所述往复丝杆上，所述往复丝杆带动所述喷头滑块沿所述导杆往复移动。

7.根据权利要求1所述的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人，其特征在于，还包括观测照明系统，所述观测照明系统包括至少两组摄像头与照明灯，所述摄像头与所述照明灯分别通过固定组件固定于所述框架管上；

一组所述摄像头与所述照明灯朝向所述第一框架，另一组所述摄像头与所述照明灯朝向所述第二框架。

8.根据权利要求7所述的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人，其特征在于，所述固定组件包括卡箍与固定板，所述卡箍分别卡在摄像头与照明灯上，所述卡箍通过所述固定板固定在所述框架管上。

9.根据权利要求1所述的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人，其特征在于，还包括浮体块，所述浮体块固定于所述第一框架远离所述第二框架的一侧，所述电气仓位于所述浮体块与所述第一框架之间。

10.根据权利要求9所述的轮式行走-螺旋桨推进式水下清理机器人，其特征在于，所述浮体块的中心位置处设有安装孔，所述第一框架上设有与所述安装孔对应的悬挂架，所述悬挂架穿过所述安装孔。

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