CN110171549A - 一种水下清洗机器人装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水下清洗机器人装置，包括行走底盘、作业机械手、清理作业功能模块，所述行走底盘的上方安装有安全防护架，安全防护架的顶部设有安装横板，安装横板上对称安装有视频发生器，安全防护架的两侧的前端和后端均安装有涵道喷水推进器，所述行走底盘上装配有作业转台，作业转台上安装有作业机械手，作业机械手的上安装有清理作业功能模块。本发明安全性能高，水流将不会损坏船体无保护的油漆和清漆防垢防腐涂层的破坏，没有任何污染，适用范围广、用途多样，能对规则表面的清洗，降低了海生物的附着，减少了清洗的频率；确保船体表面保持光滑并可能增加燃油效率，并将大幅的节省船舶的运营成本。
Description
技术领域
本发明涉及清洗设备技术领域，具体涉及一种水下清洗机器人装置。
背景技术
目前，国内船体表面的清洗作业均是在船坞内进行，在船坞内进行高压水清洗和喷砂作业时，存在着修船期长，船坞不足的问题，同时也增加了船舶的非运营时间，此外喷砂也会给作业环境带来严重的污染。人工潜水清洗的有效作业深度多数为水下10米以上，超过50米水深时则是常规潜水作业极限，只能采取深水氦氧潜水作业。在此深度单人最大作业时间只有35分钟，潜水员单次作业的下潜、上浮、高压氧舱恢复时间则长达5小时，而潜水员的单人单日作业费用消耗高达1.2-2万元，长时间人工深水清洗作业费用高昂，危险性极大，随时可能产生人员伤亡附加损失。
海洋石油平台分为钻井平台与作业平台，其构造形式分为单柱式、固定式、桩靴升降整体式、分体式、系舶链固定沉箱式等，平均造价0.85-1.2亿美元，最大的系舶链固定沉箱式勘探、钻井平台造价高达50亿美元。平台平均作业水深50-80米，加之作业海况复杂，人工清洗几乎不可能。但是不清洗带来的损失也是巨大的。比如胜利作业三号采集平台，由于管柱及桩靴淤积物过多无法及时清除，导致海流阻力大增，在浪高2.2米、平均流速8节时发生倾覆，钻机倒塌，平台整体报废！直接经济损失1.2亿元，原油泄漏、采集中断、后期救援、人员善后等间接损失高达2亿元！
因船坞内清洗的方式局限性明显，各类船体水下清洗技术不断的出现。船体水下清洗的方式从手动操作逐渐向机电液一体化方向发展，国内外先后出现了手持式清洁器、大型清洁装置等，这些清洁设备的发展提高了工作效率，但在适应水下恶劣环境及船体复杂外形等方面，还有巨大的提高空间。
发明内容
为克服所述不足，本发明的目的在于提供一种水下清洗机器人装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水下清洗机器人装置，包括行走底盘、作业机械手、清理作业功能模块，所述行走底盘的上方安装有安全防护架，安全防护架的顶部设有安装横板，安装横板上对称安装有两台视频发生器或者红外摄像头，无盲区360°拍摄，安全防护架的两侧的前端和后端均安装有涵道喷水推进器，涵道喷水推进器包括涵道喷水推进器动力头、涵道喷水推进器螺旋桨，所述行走底盘上装配有作业转台，作业转台上安装有作业机械手，作业机械手的前端安装有机械手夹持爪，作业机械手的上安装有清理作业功能模块，行走底盘上安装有控制模块，控制模块与脐带式拖曳线缆相连接。
具体地，所述行走底盘采用全地形全电驱动纳米稀土全地形磁力吸附式底盘，行走底盘的底盘本体的两侧对称安装有摆动式履带机架，摆动式履带机架的前端装配有磁吸履带主动轮，摆动式履带机架的后端装配有磁吸履带从动轮，摆动式履带机架的外表面安装有多个扭杆阻尼器，扭杆阻尼器上装配有磁吸履带负重轮，阵列磁吸式履带绕在磁吸履带主动轮和磁吸履带从动轮上，磁吸履带负重轮与阵列磁吸式履带的内侧相接触。
具体地，所述作业机械手采用六自由度机械手，清理作业模块装配在作业机械手的末端关节上，其驱动装置采用直流永磁电机驱动。
具体地，所述清理作业功能模块包括射流空泡枪、超声波定向发生器、机械激振器、剥离切割机中的一种或多种。
具体地，所述控制模块主控板、遥控板、电源供电板，所述主控板与探测装置相连接，探测装置采用多普勒雷达，安装在安装横板上，探测障碍，判断通过性，探测装置向主控板传递信号，主控板传递数据给作业机械手的各自由度控制的舵机或者电机，控制机械手的动作，主控板通过蓝牙通讯模块与遥控板相连接，遥控板与模型机械手相连接，遥控板通过串口通信与PC终端相连接，WIFI视频发生器直接通过WIFI通信模块与PC终端通信，电源供电给作业机械手的各自由度控制的舵机或者电机、主控板、遥控板以及WIFI视频发生器。
具体地，所述视频发生器采用CCD合像式高清摄像头，两台CCD合像式高清摄像头合像可产生立体影像，可精确辨析景深以及测距作业，更换红外摄像头可进行热源以及设备故障点的探测。
具体地，所述控制模块还包括深度传感器、水上水下罗盘、GPS定位器。
本发明具有以下有益效果：本申请具有以下优点：高效，最大清洗速率可超过1500平米每小时，适用于大范围，不同材质不同形体的清洗，船舶不必停航进坞，可在岸边码头或者船舶锚地进行施工作业，施工时间短；安全性能增加，水流将不会损坏船体无保护的油漆和清漆防垢防腐涂层的破坏，同时空化射流采用的是海水或淡水作为介质，没有任何污染；适用范围广，射流空泡枪的空化射流技术是一种适用于所有类型的清洗技术，可应用于钢、混凝土、木质、强塑料性物质的表面清洗，对附着在其表面的污染物进行高效的清洗；用途多样，能对规则表面的清洗，同时对于海底阀门等灵巧部件可使用射流空泡枪进行清洗，射流空泡枪清除螺旋桨海贝附着物，形成光滑的表面，降低了海生物的附着，减少了清洗的频率；确保船体表面保持光滑并可能增加燃油效率，并将大幅的节省船舶的运营成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的后视图。
图3为本发明的左视图。
图4为本发明的右视图。
图5为本发明的使用状态一示意图。
图6为本发明的使用状态二示意图。
图7为本发明的控制模块的结构示意图。
图中1机械手夹持爪，2作业机械手，3清理作业功能模块，4视频发生器，5安全防护架，6控制模块，7涵道喷水推进器动力头，8涵道喷水推进器螺旋桨，9磁吸履带从动轮，10扭杆阻尼器，11磁吸履带负重轮，12磁吸履带主动轮，13机器人底盘总成，14作业转台，15摆动式履带机架，16阵列磁吸式履带，17安装横板。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1-7所示的一种水下清洗机器人装置，包括行走底盘、作业机械手2、清理作业功能模块3，所述行走底盘的上方安装有安全防护架5，安全防护架5的顶部设有安装横板17，安装横板17上对称安装有两台视频发生器4，视频发生器4更换为红外摄像头可进行热源以及设备故障点的探测，安全防护架5的两侧的前端和后端均安装有涵道喷水推进器，涵道喷水推进器包括涵道喷水推进器动力头7、涵道喷水推进器螺旋桨8，所述行走底盘上装配有作业转台14，作业转台14上安装有作业机械手2，作业机械手2的前端安装有机械手夹持爪1，作业机械手2的上安装有清理作业功能模块3，行走底盘上安装有控制模块6，控制模块6与脐带式拖曳线缆相连接，脐带式拖曳线缆控制，无需设置蓄电池舱，可长时间海底作业，线缆总长度300m。
具体地，所述行走底盘采用全地形全电驱动纳米稀土全地形磁力吸附式底盘，行走底盘的底盘本体13的两侧对称安装有摆动式履带机架15，摆动式履带机架15的前端装配有磁吸履带主动轮12，摆动式履带机架15的后端装配有磁吸履带从动轮9，摆动式履带机架15的外表面安装有多个扭杆阻尼器10，扭杆阻尼器10上装配有磁吸履带负重轮11，阵列磁吸式履带16绕在磁吸履带主动轮12和磁吸履带从动轮9上，磁吸履带负重轮11与阵列磁吸式履带16的内侧相接触。
具体地，所述作业机械手2采用六自由度机械手，清理作业模块3装配在作业机械手2的末端关节上，其驱动装置采用液压马达驱动，作业力矩较大，可搭载不同的清洗作业模块，定位精准。
具体地，所述清理作业功能模块3包括射流空泡枪、超声波定向发生器、机械激振器、剥离切割机，每次根据清洗作业环境，可以选择1-2个不同功能的清理作业模块3安装在作业机械手2上，射流空泡枪清除贝类附着物，超声波定向发生器清除重油焦化物，机械激振器清除一般铁氧化物，剥离切割机清除顽固铁氧化物突出体，由于不同作业模块都设置成模块化，因此机械手一次上浮即可实现清洗作业功能的快速转化，针对不同的清洗作业对象上的附着物，如船体、螺旋桨、舵机、锚链、涵道推进器、桩机桁架上面的海洋活体贝类附着物、碳酸钙附着物、三氧化二铁附着物、重油焦化附着物等，采取不同的清理方式。
具体地，所述控制模块6主控板、遥控板、电源供电板，所述主控板与探测装置相连接，探测装置采用多普勒雷达，安装在安装横板17上，探测障碍，判断通过性，探测装置向主控板传递信号，主控板传递数据给作业机械手的各自由度控制的舵机或者电机，控制机械手的动作，主控板通过蓝牙通讯模块与遥控板相连接，遥控板与模型机械手相连接，遥控板通过串口通信与PC终端相连接，直接通过WIFI与PC终端通信，电源供电给作业机械手的各自由度控制的舵机或者电机、主控板、遥控板以及WIFI视频发生器，所述视频发生器采用CCD合像式高清摄像头4，无盲区360°拍摄，两台CCD合像式高清摄像头4合像可产生立体影像，可精确辨析景深以及测距作业，更换红外摄像头可进行热源以及设备故障点的探测。
具体地，所述控制模块6还包括深度传感器、水上水下罗盘、GPS定位器，可选择配置120m多波段成像声纳、500m水下短基线定位装置。
本实施例中清洗装置的尺寸L×W×H＝2100×1420×985mm，作业机械手2最大作业半径1500mm净重125kg，设定清洗作业水深0-50m，全电驱动纳米稀土全地形磁力吸附式底盘，可适应平面内外柱面、内外球冠、复合曲面的行走要求，垂直攀爬时，能产生三倍重力吸附，保证清洗作业的稳固可靠，如图5、图6所示，四台涵道喷水推进器可产生足够的附着压力和上浮推力，保证作业安全和紧急上浮。
本发明不局限于所述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (7)
1.一种水下清洗机器人装置，其特征在于：包括行走底盘、作业机械手、清理作业功能模块，所述行走底盘的上方安装有安全防护架，安全防护架的顶部设有安装横板，安装横板上对称安装有两台视频发生器或者红外摄像头，安全防护架的两侧的前端和后端均安装有涵道喷水推进器，涵道喷水推进器包括涵道喷水推进器动力头、涵道喷水推进器螺旋桨，所述行走底盘上装配有作业转台，作业转台上安装有作业机械手，作业机械手的前端安装有机械手夹持爪，作业机械手的上安装有清理作业功能模块，行走底盘上安装有控制模块，控制模块与脐带式拖曳线缆相连接。
2.根据权利要求1所述的一种水下清洗机器人装置，其特征在于：所述行走底盘采用全地形全电驱动纳米稀土全地形磁力吸附式底盘，行走底盘的底盘本体的两侧对称安装有摆动式履带机架，摆动式履带机架的前端装配有磁吸履带主动轮，摆动式履带机架的后端装配有磁吸履带从动轮，摆动式履带机架的外表面安装有多个扭杆阻尼器，扭杆阻尼器上装配有磁吸履带负重轮，阵列磁吸式履带绕在磁吸履带主动轮和磁吸履带从动轮上，磁吸履带负重轮与阵列磁吸式履带的内侧相接触。
3.根据权利要求1所述的一种水下清洗机器人装置，其特征在于：所述作业机械手采用六自由度机械手，清理作业模块装配在作业机械手的末端关节上，其驱动装置采用舵机或者直流永磁电机驱动。
4.根据权利要求1所述的一种水下清洗机器人装置，其特征在于：所述清理作业功能模块包括射流空泡枪、超声波定向发生器、机械激振器、剥离切割机中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种水下清洗机器人装置，其特征在于：所述控制模块主控板、遥控板、电源供电板，所述主控板与探测装置相连接，探测装置采用多普勒雷达，主控板传递数据给作业机械手的各自由度控制的舵机或者电机，控制机械手的动作，主控板通过蓝牙通讯模块与遥控板相连接，遥控板与模型机械手相连接，遥控板通过串口通信与PC终端相连接，视频发生器直接通过WIFI通信模块与PC终端通信。
6.根据权利要求1或5所述的一种水下清洗机器人装置，其特征在于：所述视频发生器采用CCD合像式高清摄像头。
7.根据权利要求1或5或6所述的一种水下清洗机器人装置，其特征在于：所述控制模块还包括深度传感器、水上水下罗盘、GPS定位器。
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