CN111017134B - 一种智能水下船体清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能水下船体清洗机器人，包括机体、驱动机构、清洗装置和浮力调节机构，所述机体的外侧呈环形阵列布置不少于三组的机翼，所述机翼的端部设置驱动机构，所述机体的中间位置设置旋转的清洗机构，所述机体内部设置浮力调节机构；所述清洗机构包括安装筒，所述安装筒与机体转动安装，所述安装筒的回转轴线垂直于机体，所述安装筒的上端封闭，所述安装筒的圆筒的圆周壁设置多个通孔，每个所述通孔处转动设置有扰水板，所述安装筒底部外翻的翻边上设置多个贯通的安装槽，每个所述安装槽内配合安装刮除刀，本智能水下船体清洗机器人能够在清洗作业时对刮除刀进行冲洗，在非清洗作业时能将刮除刀隐藏。

Description

一种智能水下船体清洗机器人

技术领域

本发明涉及船体清洗设备技术领域，具体为一种智能水下船体清洗机器人。

背景技术

船舶在海洋中航行时，由于船体附近温度较其他区域高，易吸引水中生物在其表面进行附着，如海藻、贝壳等，海洋生物的长期附着会造成船体的流线型被破坏，影响船体的机动性能，影响船体的燃油消耗，因此需要定期对船体底部附着的海洋生物进行清洗；

对于小型船舶，可以将船体脱离水面，在船坞进行作业，但是需要占用船坞空间，成本较高，对于大型船舶，对船坞的要求更高，更倾向于水下清除作业，现有的智能水下清洗机器人包括机体、驱动机构、清洗装置和浮力调节机构，驱动机构对机体角度调节装置和推进装置提供动力，清洗装置的工作刀具多数采用旋转的钢丝球或刮刀，清洗机械在水下运动时，其工作刀具处于暴露的状态，易造成刀具损毁或划伤船体，工作刀具在清洗作业时容易粘上从船体上刮下的物料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种智能水下船体清洗机器人，使其在清洗作业时能对刮刀进行冲洗，在非清洗作业时能将刮刀隐藏。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能水下船体清洗机器人，包括机体、驱动机构、清洗装置和浮力调节机构，所述机体的外侧呈环形阵列布置不少于三组的机翼，所述机翼的端部设置驱动机构，所述机体的中间位置设置旋转的清洗机构，所述机体内部设置浮力调节机构；

所述清洗机构包括安装筒，所述安装筒与机体转动安装，所述安装筒的回转轴线垂直于机体，所述安装筒的上端封闭，所述安装筒的圆筒的圆周壁设置多个通孔，每个所述通孔处转动设置有扰水板，所述安装筒底部外翻的翻边上设置多个贯通的安装槽，每个所述安装槽内配合安装刮除刀，当清洗机构处于工作状态，所有扰水板的一端沿同一旋向伸出相应的安装槽，刮除刀的刀刃端伸出到翻边的下侧，当清洗机构处于非工作状态，扰水板向安装筒收拢，刮除刀收回到翻边内；

所述机体内部设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴端部同轴设置花键轴，所述安装筒上端同轴设置花键套筒，所述安装筒与花键套筒同轴滑动安装，所述安装筒上部设置压环，所述压环与机体转动安装，所述压环与安装筒之间通过弹性件连接，所述安装筒内部转动安装斜齿圈，所述压环下端设置竖直杆，所述安装筒的竖直臂表面设置竖直的滑动槽,竖直杆滑动安装在滑动槽内部,所述竖直杆端部设置与斜齿圈啮合的斜齿，所述扰水板的中间位置与安装筒的侧壁转动安装，所述扰水板的转动轴线竖直布置，所述扰水板的内端与斜齿圈通过摆动的连接杆连接，所述刮除刀的中间位置与安装筒转动安装，所述刮除刀的转动轴线沿安装筒的径向布置，所述刮除刀的上端通过铰链连接拨杆,所述拨杆的另一端与斜齿圈固定连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述驱动机构包括能够摆动的摆动安装架，所述摆动安装架的摆动面与机体垂直，所述摆动安装架内部转动安装螺旋桨叶，所述螺旋桨叶的回转轴线与摆动安装架的轴向重合，所述螺旋桨叶的轴线处连接设置软轴，所述软轴的另一端通过锥齿轮副与驱动电机的输出轴连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述摆动安装架的中间位置与机翼的外端转动铰接，所述机翼的端部沿长度方向设置拉式电磁铁，所述摆动安装架的一端设置弧形通孔，所述拉式电磁铁的活动端通过销轴与弧形通孔连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述浮力调节机构包括不少于三组的浮囊，所述浮囊外部设置与其连通的自吸泵，所述浮囊关于机体的中轴线呈环形阵列布置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述机体的每个机翼下方分别设置朝下的摄像头。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本智能水下船体清洗机器人采用驱动电机同步驱动清洗机构和驱动机构同步作用，清洗机构内部集成带有隐藏功能的刮除刀和扰水板，当清洗机构处于非工作状态时，刮除刀和扰水板均处于隐藏状态，有助于避免刮除刀划伤船体，且对刮除刀进行保护，避免撞刀，同时降低扰水板对水流的影响，利于机体姿态的调整，而当清洗机构与船体接触挤压时，扰水板与刮除刀同时向外伸出，进行作业，且扰水板能够产生水流，对刮除刀进行冲洗，避免刮除后的杂物粘附在刮除刀表面，保证刮除刀的工作效果。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明半剖示意图；

图4为本发明清洗机构示意图；

图5为本发明清洗机构半剖示意图；

图6为本发明A处放大图；

图7为本发明B处工作时剖视图；

图8为本发明B处非工作时剖视图；

图9为本发明C处工作时剖视图；

图10为本发明C处非工作时剖视图。

图中：1机体、101摄像头、102驱动电机、103花键轴、2驱动机构、201螺旋桨叶、202摆动安装架、203拉式电磁铁、204软轴、3清洗机构、301安装筒、302刮除刀、303弹性件、304扰水板、305花键套筒、306斜齿圈、307压环、308拨杆、4浮力调节机构、401浮囊、402自吸泵。

具体实施方式

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。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。

请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种智能水下船体清洗机器人，包括机体1、驱动机构2、清洗装置3和浮力调节机构4，机体1的外侧呈环形阵列布置不少于三组的机翼，机翼的端部设置驱动机构2，机体1的中间位置设置旋转的清洗机构3，机体1内部设置浮力调节机构4；

清洗机构3包括安装筒301，安装筒301与机体1转动安装，安装筒301的回转轴线垂直于机体1，安装筒301的上端封闭，安装筒301的圆筒的圆周壁设置多个通孔，每个通孔处转动设置有扰水板304，安装筒301底部外翻的翻边上设置多个贯通的安装槽，每个安装槽内配合安装刮除刀302，当清洗机构3处于工作状态，所有扰水板304的一端沿同一旋向伸出相应的安装槽，刮除刀302的刀刃端伸出到翻边的下侧，当清洗机构3处于非工作状态，扰水板304向安装筒301收拢，刮除刀302收回到翻边内；

机体1内部设置有驱动电机102，驱动电机102的输出轴端部同轴设置花键轴103，安装筒301上端同轴设置花键套筒305，安装筒301与花键套筒305同轴滑动安装，安装筒301上部设置压环307，压环307与机体1转动安装，压环307与安装筒301之间通过弹性件303连接，安装筒301内部转动安装斜齿圈306，压环307下端设置竖直杆，安装筒301的竖直臂表面设置竖直的滑动槽,竖直杆滑动安装在滑动槽内部,以保证压环307能够随安装筒301同步转动,竖直杆端部设置与斜齿圈306啮合的斜齿，扰水板304的中间位置与安装筒301的侧壁转动安装，扰水板304的转动轴线竖直布置，扰水板304的内端与斜齿圈306通过摆动的连接杆连接，刮除刀302的中间位置与安装筒301转动安装，刮除刀302的转动轴线沿安装筒301的径向布置，刮除刀302的上端通过铰链连接拨杆308,拨杆308的另一端与斜齿圈306固定连接。

需要说明的是，在工作过程中，压环307下端的竖直杆与安装筒301之间仅发生轴线滑动，压环307与安装筒301并无相对转动，且内部的斜齿圈306与安装筒301仅发生转动，并无相对轴向移动，当压环307与安装筒301无相对运动时，竖直杆端部的斜齿与斜齿圈306啮合，从而抑制斜齿圈306的自由转动，仅压环307与安装筒301发生相对运动时，竖直杆会带动斜齿圈306与安装筒301发生相对转动。

如图7-10所示，当清洗机构3下端触碰到船体时，由于驱动机构2作用，使机体1向船体挤压，从而使弹性件303收缩，此时压环307和安装筒301相对挤压，此时花键轴103插入花键套筒305内部，安装筒301带动刮除刀302随驱动电机102旋转，且压环307和安装筒301相对运动时，竖直杆端部的斜齿和斜齿圈306相互作用，带动斜齿圈306转动，带动扰水板304向外摆动，并带动刮除刀302向下摆动，从而使扰水板304将水流向安装筒301内部聚拢，并从底部排出，将刮除刀302刮除的杂物吹离船体，当清洗机构3脱离船体表面后，在弹性件303的作用向下，压环307与安装筒301相对远离，花键轴103与花键套筒305脱离，安装筒301停止旋转，且此时斜齿圈306反向转动，扰水板304向内翻转，向安装筒301收拢，刮除刀302向上翻转，隐藏在槽体内，避免划伤船体。

驱动机构2包括能够摆动的摆动安装架202，摆动安装架202的摆动面与机体1垂直，摆动安装架202内部转动安装螺旋桨叶201，螺旋桨叶201的回转轴线与摆动安装架202的轴向重合，螺旋桨叶201的轴线处连接设置软轴204，软轴204的另一端通过锥齿轮副与驱动电机102的输出轴连接。

以四组机翼为例，当单侧机翼内的摆动安装架202摆动时，整体设备向摆动方向运动，若其中两个相邻的机翼内部摆动安装架202摆动，则以两组螺旋桨叶201产生牵引力的合力方向为前进方向，通过对摆动安装架202的摆动角度调整，调整合力的角度方向，从而改变设备的进给方向，使设备具有较高的灵活度。

摆动安装架202的中间位置与机翼的外端转动铰接，机翼的端部沿长度方向设置拉式电磁铁203，摆动安装架202的一端设置弧形通孔，拉式电磁铁203的活动端通过销轴与弧形通孔连接。

拉式电磁铁203的自由端与固定端之间设置有弹簧件，能够与电磁铁产生的磁力进行相互抵消，从而能够通过改变电磁铁内通入电流的大小，改变拉式电磁铁203自由端的运动量，从而保证摆动安装架202的摆动角度，通过多组摆动安装架202摆动角度的组合，使设备获得向不同方向运动的牵引力。

浮力调节机构4包括不少于三组的浮囊401，浮囊401外部设置与其连通的自吸泵402，浮囊401关于机体1的中轴线呈环形阵列布置。

受船体表面形体的限制，设备在工作时，其机体1并非处于水平状态，其姿态需要根据船体外表及时调整，通过在对应浮囊401内填充不同量的水，从而改变该浮囊401所产生的浮力，使机体1不同侧承受不同的浮力，从而对机体1的姿态进行调整，其中机体1自身的姿态检测技术采用现有技术中无人机等相关设备的相同技术即可。

机体1的每个机翼下方分别设置朝下的摄像头101，便于远程对现场环境进行确认和远程对设备进行操控。

在使用时：设备处于非作业工况时，清洗机构3的动力处于切断状态，驱动电机102仅能通过软轴204驱动螺旋桨叶201转动，通过对拉式电磁铁203的控制，带动摆动安装架202的角度进行调整，从而改变螺旋桨叶201的轴线角度，从而改变设备的运动方向，且通过改变不同组浮囊401内的储水量，使机体1不同侧承受不同的浮力，对机体1的姿态进行调整，使设备能够逐渐接近并贴合船体表面，便于刮除刀302作业；

当处于作业状态时，清洗机构3的动力传输处于接通的状态，此时安装筒301随驱动电机102一同旋转，带动刮除刀302做圆周运动，从而完成船体表面的附着物的刮除。

本发明采用驱动电机102同步驱动清洗机构3和驱动机构2同步作用，清洗机构3内部集成带有隐藏功能的刮除刀302和扰水板304，当清洗机构3处于非工作状态时，刮除刀302和扰水板304均处于隐藏状态，有助于避免刮除刀302划伤船体，且对刮除刀302进行保护，避免撞刀，同时降低扰水板304对水流的影响，利于机体1姿态的调整，而驱动机构2能够通过摆动安装架202角度的调整，获得向不同方向的牵引力，具有较高的灵活性，而且在作业时，能够搅动水流，将清洗机构3压合在船体表面，从而保证刮除刀302的作用力，而且机体1内部还集成浮力调节机构4，通过多组浮囊401内储水量的独立调整，便于对机体1姿态的快速调整，提升设备的整体灵活性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种智能水下船体清洗机器人，包括机体（1）、驱动机构（2）、清洗机构（3）和浮力调节机构（4），其特征在于：所述机体（1）的外侧呈环形阵列布置不少于三组的机翼，所述机翼的端部设置驱动机构（2），所述机体（1）的中间位置设置旋转的清洗机构（3），所述机体（1）内部设置浮力调节机构（4）；

所述清洗机构（3）包括安装筒（301），所述安装筒（301）与机体（1）转动安装，所述安装筒（301）的回转轴线垂直于机体（1），所述安装筒（301）的上端封闭，所述安装筒（301）的圆筒的圆周壁设置多个通孔，每个所述通孔处转动设置有扰水板（304），所述安装筒（301）底部外翻的翻边上设置多个贯通的安装槽，每个所述安装槽内配合安装刮除刀（302），当清洗机构（3）处于工作状态，所有扰水板（304）的一端沿同一旋向伸出相应的安装槽，刮除刀（302）的刀刃端伸出到翻边的下侧，当清洗机构（3）处于非工作状态，扰水板（304）向安装筒（301）收拢，刮除刀（302）收回到翻边内；

所述机体（1）内部设置有驱动电机（102），所述驱动电机（102）的输出轴端部同轴设置花键轴（103），所述安装筒（301）上端同轴设置花键套筒（305），所述安装筒（301）与花键套筒（305）同轴滑动安装，所述安装筒（301）上部设置压环（307），所述压环（307）与机体（1）转动安装，所述压环（307）与安装筒（301）之间通过弹性件（303）连接，所述安装筒（301）内部转动安装斜齿圈（306），所述压环（307）下端设置竖直杆，所述安装筒（301）的竖直臂表面设置竖直的滑动槽,竖直杆滑动安装在滑动槽内部,所述竖直杆端部设置与斜齿圈（306）啮合的斜齿，所述扰水板（304）的中间位置与安装筒（301）的侧壁转动安装，所述扰水板（304）的转动轴线竖直布置，所述扰水板（304）的内端与斜齿圈（306）通过摆动的连接杆连接，所述刮除刀（302）的中间位置与安装筒（301）转动安装，所述刮除刀（302）的转动轴线沿安装筒（301）的径向布置，所述刮除刀（302）的上端通过铰链连接拨杆（308）,所述拨杆(308)的另一端与斜齿圈（306）固定连接。

2.根据权利要求1所述的智能水下船体清洗机器人，其特征在于：所述驱动机构（2）包括能够摆动的摆动安装架（202），所述摆动安装架（202）的摆动面与机体（1）垂直，所述摆动安装架（202）内部转动安装螺旋桨叶（201），所述螺旋桨叶（201）的回转轴线与摆动安装架（202）的轴向重合，所述螺旋桨叶（201）的轴线处连接设置软轴（204），所述软轴（204）的另一端通过锥齿轮副与驱动电机（102）的输出轴连接。

3.根据权利要求2所述的智能水下船体清洗机器人，其特征在于：所述摆动安装架（202）的中间位置与机翼的外端转动铰接，所述机翼的端部沿长度方向设置拉式电磁铁（203），所述摆动安装架（202）的一端设置弧形通孔，所述拉式电磁铁（203）的活动端通过销轴与弧形通孔连接。

4.根据权利要求1所述的智能水下船体清洗机器人，其特征在于：所述浮力调节机构（4）包括不少于三组的浮囊（401），所述浮囊（401）外部设置与其连通的自吸泵（402），所述浮囊（401）关于机体（1）的中轴线呈环形阵列布置。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的智能水下船体清洗机器人，其特征在于：所述机体（1）的每个机翼下方分别设置朝下的摄像头（101）。

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