CN110901848A

CN110901848A - 一种潜水式船体清理机器人设备

Info

Publication number: CN110901848A
Application number: CN201911223333.XA
Authority: CN
Inventors: 林海燕; 王皓; 宋梦华
Original assignee: Tianjin Maritime College
Current assignee: Tianjin Maritime College
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2020-03-24

Abstract

本发明创造提供了一种潜水式船体清理机器人设备，包括设有储水仓的主体以及主体上安装的控制箱，通常在储水仓内设有用于排水的空气压缩机；在所述控制箱上安装有清理机构，在所述主体上设有行走机构，由控制箱内的控制单元控制所述行走机构和清理机构动作；所述行走机构包括主体左侧由前至后设置的左前行走腿、左后行走腿，以及主体右侧由前至后设置的右前行走腿、右后行走腿。本发明创造通过结构优化改进，通过行走机构的行走腿分步行走的控制方式，在船体上行走稳定性高，有效的解决了传统履带式船舶清理机器人容易发生倾覆、越障困难，载重受到限制的缺陷。

Description

一种潜水式船体清理机器人设备

技术领域

本发明创造属于船舶维护技术领域，尤其是涉及一种潜水式船体清理机器人设备。

背景技术

船体在海上长期航行或者作业时，吃水线以下的船体外壳部分容易附着大量污渍、贝壳、藻类等附着物构成的垢层，增加了船舶阻力，不利于航行，为了保证船舶的正常航行、节省燃油以及延长船的使用寿命，一般都需要定期的对船舶水下船体部分的附着物进行清洗。现有的清洗方式一般都是通过人工潜水或船坞清洗来实现，因垢层致密且面积大，船体的水下清洗工作往往较为复杂，手工操作不能满足高效率和质量上的要求，由于潜水员水下作业时，能见度低，作业强度和难度较大，作业质量和效率都很难保障，亟需对现有的设备进行改进，减轻作业人员负担，提高清理效率。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种潜水式船体清理机器人设备。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种潜水式船体清理机器人设备，包括设有储水仓的主体以及主体上安装的控制箱，通常在储水仓内设有用于排水的空气压缩机；

在所述控制箱上安装有清理机构，在所述主体上设有行走机构，由控制箱内的控制单元控制所述行走机构和清理机构动作；

所述行走机构包括主体左侧由前至后设置的左前行走腿、左后行走腿，以及主体右侧由前至后设置的右前行走腿、右后行走腿；

所述左前行走腿上设有第一行走足、左后行走腿上设有第二行走足、右前行走腿上设有第三行走足、右后行走腿上设有第四行走足，各行走足均通过磁力吸附在船体表面相应位置，由控制单元控制各行走足通断电进而实现磁力的产生和消除；

由控制单元依次控制控制各行走腿动作，实现在船体表面移动。

进一步，在所述控制箱或主体上安装有照明装置，该照明装置由控制单元控制电源通断。

进一步，所述照明装置包括垂直照明单元和向前照明单元。

进一步，所述主体上设有与储水仓连通的进排水口。

进一步，清理机构包括机械手以及带动机械手动作的机械臂。优选的，所述机械臂采用六自由度的机械臂。

进一步，所述清理机构长度大于行走机构长度。

进一步，所述控制箱上安装有信息采集装置，该信息采集装置采集的数据记录在控制单元的存储器内，并由发射模块发射至操控室供作业人员参考。

进一步，所述信息采集装置包括数据采集器和/或图像采集器。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

本发明创造通过结构优化改进，通过行走机构的行走腿分步行走的控制方式，在船体上行走稳定性高，有效的解决了传统履带式船舶清理机器人容易发生倾覆、越障困难，载重受到限制的缺陷，当机器人设备在水下时，可由信息采集装置采集信息，方便工作人员了解水下船体的清理效果，为船体水下部分检修和维护提供了依据，提高了机器人的定位和路径规划能力。

在清理作业过程中，行走的每一个动作下只有一个行走足失去电磁吸引力，另外三个行走足依然牢牢的吸附在船体上，每次只是控制失去电磁力的行走足上的行走腿动作，有效保证机器人与船体的稳定连接，比履带式机器人附着在船体上更容易实现越障移动。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造的结构示意图；

图2为本发明创造应用状态下的示意图；

图3为本发明创造实施例中左前行走腿抬腿动作的示意图；

图4为本发明创造实施例中右后行走腿抬腿动作的示意图；

图5为本发明创造实施例中主体内部结构示意图。

附图标记说明：

1-主体；2-控制箱；3-清理机构；4-行走机构；5-左前行走腿；6-右后行走腿；7-右前行走腿；8-左后行走腿；9-第一行走足；10-第二行走足；11-第三行走足；12-第四行走足；13-照明装置；14-机械手；15-机械臂；16-信息采集装置；17-船体；18-进排水口；19-机体仓；20-储水仓；21-空气压缩机；22-高压空气罐；23-回收气体储存罐；24-进气口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种潜水式船体清理机器人设备，如图1至5所示，包括设有储水仓的主体1以及主体上安装的控制箱2，主体上设有与储水仓连通的进排水口；在储水仓内设有用于向储水仓外排水的空气压缩机；

在所述控制箱上安装有清理机构3，在所述主体上设有行走机构4，由控制箱内的控制单元控制所述行走机构和清理机构动作；

所述行走机构包括主体左侧由前至后设置的左前行走腿5、右后行走腿6，以及主体右侧由前至后设置的右前行走腿7、左后行走腿8；控制单元一般包括用于控制行走腿动作的步进电机，即，由步进电机来控制行走腿动作；

在一个可选的实施例中，行走腿包括大腿、大腿旋转轴、小腿、小腿旋转轴，控制机器人向前行走的时候，行走腿按照左前、右后、右前、左后的先后顺序进行去磁、抬腿、迈步，然后控制相应行走足通电进行吸附动作。即，每一动作只有一条行走腿运动。

具体的，抬腿时由电机带动大腿旋转轴做逆时针旋转，小腿旋转轴做顺时针旋转，进而实现行走腿做出抬腿动作；迈步时由电机带动大腿旋转轴做顺时针旋转，小腿旋转轴做逆时针旋转，进而实现行走腿做出迈腿动作。

所述左前行走腿上设有第一行走足9、左后行走腿上设有第二行走足10、右前行走腿上设有第三行走足11、右后行走腿上设有第四行走足12，各行走足均通过磁力吸附在船体17表面相应位置，由控制单元控制各行走足通断电进而实现磁力的产生和消除。

一般情况下，行走足产生的电磁吸附力用来克服机器人和船体水平方向的受力，包括但不限于机械臂工作时带来的远离船体表面的受力、以及海水海浪对机器人的力作用。与传统的履带式清洁机器人吸附到船体上相比，有效避免了机器人倾覆的风险。

具体的，可以是在各行走足内均设置有电磁铁线圈，控制系统先减少机器足上电磁铁线圈电流，电磁铁磁性减弱，对船体的吸附能力减弱；增加机器足上电磁铁线圈电流，电磁铁磁性增强，重新产生电磁引力，机器足在新的位置吸附到船体上。

控制单元可采用市售的单片机产品，本领域技术人员也可以采用常规手段设计出相应的控制电路均可以，只要实现常规的控制功能即可；由控制单元依次控制控制各行走腿按左前行走腿、右后行走腿、右前行走腿、左后行走腿的先后顺序交替动作，实现在船体表面移动。

需要说明的是，在行走时，每一个动作下只有一个行走足失去电磁吸引力，另外三个行走足依然牢牢的吸附在船体上，每次只是控制失去电磁力的行走足上的行走腿动作，有效保证机器人与船体的稳定连接，比履带式机器人附着在船体上更容易实现越障移动。

在所述控制箱或主体上安装有照明装置13，该照明装置由控制单元控制电源通断，照明装置包括垂直照明单元和向前照明单元。

所述清理机构包括机械手14以及带动机械手动作的机械臂15。优选的，所述机械臂采用现有技术中的六自由度机械臂。清理作业时，在机器人前方，留出足够的空间让清理结构开展清污工作，该工作方式与人站立在待清污区域对面进行清污工作相一致，从力学角度更有利于机械手握住清洁工具，控制机械臂动作，即可顺利开展破坚、切割和清刷工作。

本设备中，行走机构中的行走腿长度用于保证机器人与船体的相对距离和位置，通常情况下，所述清理机构长度大于行走机构长度，方便机器人清洁作业。

机器人入水前，打开储水仓进排水口18，海水经进排水口处设置的过滤装置过滤后进入储水仓，机器人自重逐渐增加，当机器人的重量大于它排开水的重量(即大于浮力)，机器人就会逐渐下潜。当需要机器人上浮时，启动储水仓内的空气压缩机，将空气压进储水仓里，使得储水仓里的水从排水孔排出，机器人在水下的重量减轻，当机器人的重量小于它同体积的水的重量时(即小于浮力时)，机器人上浮，直至浮出水面，控制操作简单，稳定可靠。

如图5所示，针对主体内部结构的设计可以是，在主体内通过隔板分隔为机体仓19和储水仓20，储水仓为通过储水量来调整整个设备在水中浮力。而在机体仓中安装所述的空气压缩机21，同时，在机体仓内设有与空气压缩机相连的高压空气罐22和回收气体储存罐23；高压空气罐通过管路与储水仓连通。另外，为了便于空气压缩机在上浮水面后获得空气，在空气压缩机上还设有进气口24，以便制造高压气体存入高压空气罐。

机器人入水前，储水仓内没有水。当打开储水仓进排水口18的阀门时，海水经进排水口处设置的过滤装置过滤后进入储水仓，主体重量增加，设备整体重量就会大于它排开水的重量(即大于浮力)，实现逐渐下潜。到达合适位置后，关闭储水仓进排水口阀门，机器人不再下潜。需要上浮时，打开高压空气罐与储水仓之间的阀门，同时打开储水仓进排水口阀门，高压气体进入储水仓，迫使水从进排水口排出，机器人设备重量减轻，当设备重量小于它同体积的水的重量时(即小于浮力时)，则会上浮。当设备需要再次下潜时，打开空气回收罐与储水仓之间的阀门，同时打开排水口，储水仓中的高压气体流向空气回收罐，空气压力变小，海水经进排水口进入储水仓，空气回收罐中的空气可以重新送回空气压缩机，循环利用。当空气不足时，机器人可(定时)上浮至水面，进而实现空气压缩机从进气口获得空气，以便制造高压气体存入高压空气罐。

所述控制箱上安装有信息采集装置16，该信息采集装置采集的数据记录在控制单元的存储器内，并由发射模块发射至操控室供作业人员参考。所述信息采集装置包括数据采集器和/或图像采集器。

在一个可选的实施例中，信息采集装置包括水下全封闭的高分辨率360度的单目摄像头，当清理机构在进行清污时，摄像头可面向船体，对机器人当前位置的船体清洁情况进行记录。当前位置清污完成后，摄像头转向机器人前进的方向，进行视觉识别和标定，从而对水下清理位置进行精准识别定位。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims

1.一种潜水式船体清理机器人设备，其特征在于：包括设有储水仓的主体以及主体上安装的控制箱；

2.根据权利要求1所述的一种潜水式船体清理机器人设备，其特征在于：在所述控制箱或主体上安装有照明装置，该照明装置由控制单元控制电源通断。

3.根据权利要求2所述的一种潜水式船体清理机器人设备，其特征在于：所述照明装置包括垂直照明单元和向前照明单元。

4.根据权利要求1所述的一种潜水式船体清理机器人设备，其特征在于：所述主体上设有与储水仓连通的进排水口。

5.根据权利要求1所述的一种潜水式船体清理机器人设备，其特征在于：所述清理机构包括机械手以及带动机械手动作的机械臂。

6.根据权利要求5所述的一种潜水式船体清理机器人设备，其特征在于：所述机械臂采用六自由度的机械臂。

7.根据权利要求1至5所述的一种潜水式船体清理机器人设备，其特征在于：所述清理机构长度大于行走机构长度。

8.根据权利要求1至5所述的一种潜水式船体清理机器人设备，其特征在于：所述控制箱上安装有信息采集装置，该信息采集装置采集的数据记录在控制单元的存储器内，并由发射模块发射至操控室供作业人员参考。

9.根据权利要求7所述的一种潜水式船体清理机器人设备，其特征在于：所述信息采集装置包括数据采集器和/或图像采集器。