CN111252207B - 一种船底清洁机器人 - Google Patents

Abstract

一种船底清洁机器人，用于清除水下附着在船底及船侧的海洋生物，包括行走机构、铲刀机构和推进机构，行走机构可为船底清洁机器人提供移动的动力，铲刀机构用于清除附着在船底及船侧的海洋生物，推进机构可实现船底清洁机器人的前进、后退、上浮、吸附及左右翻转等动作；行走机构包括安装板和电气仓，电气仓固定安装于安装板上，并通过电缆与水上控制平台相连接；铲刀机构包括驱动组件、传动组件、导向轴套和铲刀组件，导向轴套固定设置于铲刀机构上，传动组件贯穿导向轴套的内部，导向轴套限制传动组件的移动方向，传动组件的一端与驱动组件固定连接，另一端与铲刀组件固定连接，驱动组件与电气仓电连接，用于接收电气仓的电信号。

Description

一种船底清洁机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种船底清洁机器人。

背景技术

目前，由于船底及船侧长期处于水下，会在其表面附着有海洋生物，这些生物繁殖能力极强，如果不定期清理，便会越积越多，不但会加大船体行驶过程中的阻力，而且这些生物会产生酸性腐蚀物，对船体有严重的腐蚀性，其腐蚀程度甚至远强于海水的腐蚀性，所以对船体定期进行清洁是船体保养维护必不可少的环节。

现在对船体清洁普遍使用的方案有两种：一种是在船坞内清洗，即，将船体运驶到船坞内进行清洁，但由于船坞数量有限，导致使用成本很高，特别是大型船坞，一般只有在对船体进行大型的检查维修时才能使用，而且坞内清刷耗时长，增加了船只的停航损失；另一种是潜水员人工清洗，此方法的清洗效率低，对潜水员要求很高，并且水下清洁作业危险性极高，属于高危作业，稍有不慎就会造成生命及财产损失。因此，急需一种可清洁船底的机器人。

发明内容

本发明所要解决的问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种可清洁附着在船底及船侧的海洋生物的一种船底清洁机器人。

本发明的技术问题可以通过以下技术方案解决：

一种船底清洁机器人，用于清除水下附着在船底及船侧的海洋生物，包括行走机构、铲刀机构和推进机构，所述行走机构为履带式结构，可为所述船底清洁机器人提供移动的动力，所述铲刀机构和所述推进机构均安装于所述行走机构上，所述铲刀机构安装于所述行走机构的前端，用于清除附着在船底及船侧的海洋生物，所述推进机构包括多个推进器，各推进器单独或配合使用可实现所述船底清洁机器人的前进、后退、上浮、吸附及左右翻转等动作；

所述行走机构包括安装板和电气仓，所述电气仓固定安装于所述安装板上，并通过电缆与水上控制平台相连接，用于接收水上控制平台的指令；

所述铲刀机构包括驱动组件、传动组件、导向轴套和铲刀组件，所述导向轴套固定设置于所述铲刀机构上，传动组件贯穿所述导向轴套的内部，所述导向轴套限制传动组件的移动方向，传动组件的一端与驱动组件固定连接，另一端与所述铲刀组件固定连接，驱动组件与所述电气仓电连接，用于接收所述电气仓的电信号，驱动组件可带动传动组件在所述导向轴套内移动，进而带动所述铲刀组件做往复运动，所述铲刀组件清除附着在船底及船侧的海洋生物。

进一步，所述铲刀组件包括铲刀和限位件，所述铲刀与所述限位件之间包括压缩弹簧，所述铲刀包括连接部和球面部，所述连接部设置于所述铲刀的一端，且与所述铲刀组件的固定部活动连接，所述球面部设置于所述铲刀的另一端，且所述球面部固定设置于所述铲刀的下端，所述压缩弹簧的一端与所述限位件固定连接，另一端与所述铲刀固定连接，且所述压缩弹簧常态呈压缩的状态。

进一步，所述铲刀机构包括弹簧，所述弹簧的一端固定连接于所述铲刀机构的顶端，另一端固定连接于所述行走机构上，所述弹簧可为所述铲刀机构提供拉力，保证所述铲刀机构始终贴附于船底，更好的清除船底附着的海洋生物。

进一步，传动组件包括传动架，所述传动架包括传动横杆和传动纵杆，所述传动横杆固定连接于所述传动纵杆的一端，所述铲刀组件固定连接于所述传动纵杆的另一端，驱动组件与所述传动横杆固定连接，所述传动纵杆贯穿于所述导向轴套的内部，并可在所述导向轴套内部移动。

进一步，所述推进机构包括均分别与所述电气仓电连接的吸附推进器、翻转推进器和水平推进器，所述吸附推进器和所述翻转推进器均固定设置于所述安装板上，所述水平推进器固定设置于所述安装板上远离所述铲刀机构的一端。

进一步，所述翻转推进器设置有两个，且均固定设置于所述安装板上，所述电气仓可控制两个所述翻转推进器的正转和反转，进而控制船底清洁机器人的翻转方向。

进一步，所述行走机构包括履带组件，所述履带组件包括履带驱动器、驱动轮、涨紧轮和履带，所述履带驱动器与所述电气仓电连接，并与所述驱动轮固定连接，所述涨紧轮固定设置于所述安装板上远离所述驱动轮的一端，所述履带围绕在所述驱动轮和所述涨紧轮的外围，从而实现所述行走机构在水下行走的目的。

进一步，所述履带组件设置有两个，两者固定安装于所述安装板的两侧。

进一步，包括固定设置于所述安装板上的观测机构，所述观测机构包括设置于云台上的摄像头和照明灯。

进一步，包括浮体机构，所述浮体机构由浮体材料构成，浮体材料可为整个船底清洁机器人在水中提供浮力。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

本发明提供的一种船底清洁机器人，可在水下对附着在船体上的海洋生物进行清理，操作人员在水上即可操作控制并观测机器人，无需人员下水作业，大大提高了清理的效率及安全性。

本发明提供的一种船底清洁机器人，不受区域的限制，船只无需靠岸才能清洁，只需将船只抛锚固定即可，这对于需要长期海上运行、短时间内不能靠岸的船只维护具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的船底清洁机器人的整体结构示意图；

图2为本发明的船底清洁机器人的俯视图；

图3为本发明的行走机构的整体结构示意图；

图4为本发明的铲刀机构的整体结构示意图；

图5为本发明的铲刀组件的放大图；

图6为本发明的铲刀机构的侧视图；

图7为本发明的铲刀组件的剖视图；

图8为本发明的观测机构的整体结构示意图。

图中标号：

行走机构1，安装板10，电气仓11，电机驱动器12，履带组件13，履带驱动器131，驱动轮132，支撑轮133，涨紧轮134，履带135，连接架14；

铲刀机构2，支撑架20，辅助轮201，连接杆202，铲刀驱动组21，驱动组连接架22，传动架23，传动横杆231，传动纵杆232，导向轴套24，铲刀组件25，铲刀251，连接部2511，球面部2512，固定部252，限位件253，通孔2531，压缩弹簧2532，弹簧26；

推进机构3，吸附推进器31，翻转推进器32，水平推进器33；

观测机构4，摄像头41，照明灯42；

防护机构5。

具体实施方式

以下，基于优选的实施方式并参照附图对本发明进行进一步说明。

此外，为了方便理解，放大(厚)或者缩小(薄)了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本发明的保护范围。

单数形式的词汇也包括复数含义，反之亦然。

在本发明实施例中的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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的限制。此外，本发明的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在发明的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。

本说明书上的词汇是为了说明本发明的实施例而使用的，但不是试图要限制本发明。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“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，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述属于在本发明中的具体含义。

本发明提供的一种船底清洁机器人，用于清除水下附着在船底及船侧的海洋生物，其包括行走机构1、铲刀机构2和推进机构3，行走机构1为履带式结构，可为整个船底清洁机器人提供移动的动力，铲刀机构2和推进机构3均安装于行走机构1上，铲刀机构2安装于行走机构1的前端，用于清除附着在船底及船侧的海洋生物，推进机构3安装于行走机构1上，可实现船底清洁机器人的前进、后退、上浮、吸附及左右翻转等动作。

行走机构1包括安装板10、电气仓11、电机驱动器12、履带组件13和连接架14，电气仓11固定安装于安装板10上，并通过电缆与水上控制平台相连接，水上控制平台为电气仓11传输信号，电气仓11与固定安装于安装板10上的电机驱动器12电连接，当电气仓11接收指令时，可控制电机驱动器12进行相应的运动。

履带组件13为履带式结构，且设置有两个，两者固定安装于安装板10的两侧，实现整个船底清洁机器人的行走功能。

具体的，履带组件13包括履带驱动器131、驱动轮132、支撑轮133、涨紧轮134和履带135，履带驱动器131与电气仓11电连接，并与驱动轮132固定连接，当履带驱动器131接收到电气仓11的指令时，可带动驱动轮132转动，驱动轮132、支撑轮133、涨紧轮134均分别活动设置于安装板10上，履带135围绕在驱动轮132、支撑轮133、涨紧轮134的外围，从而实现行走机构1在水下行走的目的。

具体的，驱动轮132转动时可为履带135提供动力运动，涨紧轮134设置于远离驱动轮132的一端，履带135缠绕在驱动轮132和涨紧轮134的外围，当履带驱动器131驱动驱动轮132转动时，可通过履带135带动涨紧轮134转动，从而实现行走机构1可在水下行走的目的。

优选的，支撑轮133设有若干个，且均设置于驱动轮132和涨紧轮134之间，与履带135接触连接，用于为履带135提供支撑，当驱动轮132转动时，履带135随之转动，即可带动支撑轮133转动，从而实现行走机构1可在水下行走的目的。

优选的，涨紧轮134在安装板10上为可调节的，可沿履带135的长度方向相对于安装板10进行位置调节，通过调节涨紧轮134在安装板10上的位置，可调节履带135的张紧程度。比如，当涨紧轮134安装在安装板10上的位置更靠近驱动轮132的一端时，履带135相对松弛；当涨紧轮134安装在安装板10上的位置更远离驱动轮132的一端时，履带135相对张紧。

行走机构1上的连接架14可与铲刀机构2相连接，铲刀机构2采用电机驱动铲刀机构2整体做前后往复运动，实现对船底附着的海洋生物进行清理清洁的目的。

铲刀机构2包括驱动组件、传动组件、导向轴套24和铲刀组件25，导向轴套24固定设置于铲刀机构2上，传动组件插接于导向轴套24的内部，与导向轴套24活动连接，导向轴套24限制传动组件的移动方向，传动组件的一端与驱动组件固定连接，驱动组件为传动组件提供动力，传动组件的另一端与铲刀组件25固定连接，铲刀组件25用于清除船底附着的海洋生物，驱动组件与电气仓11电连接，用于接收电气仓11的电信号。

具体的，铲刀机构2包括支撑架20，驱动组件包括铲刀驱动组21和驱动组连接架22，传动组件包括传动架23，传动架23包括传动横杆231和传动纵杆232，支撑架20包括辅助轮201，支撑架20为U型结构，且通过连接杆202与连接架14固定连接，辅助轮201固定设置于支撑架20的底端，优选的，本实施例中，辅助轮201设置有两个，分别设置于支撑架20的左右两个底端，辅助轮201可在行走机构1推动机器人运动时，辅助支撑架20的移动；导向轴套24通过螺栓固定设置于支撑架20上，优选的，本实施例中，导向轴套24固定设置于支撑架20的U型底边上；传动架23与导向轴套24活动连接，铲刀驱动组21与驱动组连接架22固定设置于传动架23的一侧，用于为铲刀组件25提供动力，铲刀组件25固定设置于传动架23的另一侧，用于清除船底附着的海洋生物。

具体的，传动横杆231固定连接于传动纵杆232的一端，铲刀组件25固定连接于传动纵杆232的另一端，传动横杆231与驱动组连接架22固定连接，铲刀驱动组21的输出轴与驱动组连接架22固定连接，铲刀驱动组21与电气仓11电连接，用于接收电气仓11的信号，传动纵杆232插接于导向轴套24的内部，并可在导向轴套24内部移动，铲刀组件25包括铲刀251。

优选的，导向轴套24和传动纵杆232均设置有两个，两个导向轴套24均固定设置于支撑架20上，传动横杆231固定连接于两个传动纵杆232的一端，两个传动纵杆232的另一端与铲刀组件25固定连接，两个传动纵杆232均分别插接于两个导向轴套24的内部，并可在两个导向轴套24内部沿导向轴套24长度的方向移动。通过设置两个导向轴套24和传动纵杆232，使得传动纵杆232稳定的在导向轴套24内移动，可保证铲刀组件25运动的稳定性，更好的清除船底附着的海洋生物。

当铲刀驱动组21接收到电气仓11的信号时，铲刀驱动组21可驱动输出轴转动，进而驱动组连接架22以传动横杆231为轴心转动，带动传动横杆231移动，进而带动传动纵杆232在导向轴套24内部移动，使得铲刀组件25可前后做往复运动，铲刀251既可对船底的海洋生物进行清理。

优选的，铲刀机构2包括弹簧26，弹簧26的一端固定连接于支撑架20的顶端，另一端固定连接于连接架14上，弹簧26的中部与铲刀机构2固定连接，并始终存在将铲刀机构2向下拉的拉力，当船底清洁机器人贴附于船底时，弹簧26可为铲刀机构2提供拉力，保证机船底清洁机器人运作时铲刀机构2始终贴附于船底，更好的清除船底附着的海洋生物。

铲刀组件25包括铲刀251、固定部252和限位件253，固定部252固定设置于铲刀组件25的内部，铲刀251的一端与固定部252活动连接，同时铲刀251穿过限位件253，并可在限位件253内活动。

具体的，铲刀251包括连接部2511和球面部2512，限位件253包括通孔2531和压缩弹簧2532，连接部2511设置于铲刀251的一端，且与固定部252活动连接，并且，连接部2511可在固定部252内活动，球面部2512设置于铲刀251上远离连接部2511的一端，且球面部2512固定设置于铲刀251的下端，铲刀251插接于限位件253的通孔2531，并可在通孔2531内上下活动，压缩弹簧2532固定设置于通孔2531内，其一端与通孔2531的内壁固定连接，另一端与铲刀251固定连接，优选的，压缩弹簧2532常态呈压缩的状态。

当铲刀251在清除海洋生物时，若遇到船体铆钉等刚性障碍，则由于球面部2512的曲线形状，可将铲刀251整体向上抬起，从而避开障碍物，保护铲刀251及船体，此时，连接部2511以固定部252为轴心转动，铲刀251在通孔2531内活动，压缩弹簧2532由于铲刀251的运动产生进一步的压缩，当铲刀251回到平滑的表面时，压缩弹簧2532则释放弹力，将铲刀251向下推，使得铲刀251回到原始状态。由于铲刀251这样的结构设置，可避免铲刀251过度碰撞障碍物，进而保护铲刀251及船体不受损坏。

推进机构3包括多个推进器，各推进器单独或配合使用可实现机器人的前进、后退、上浮、吸附及左右翻转等动作。

具体的，推进机构3包括均分别与电机驱动器12电连接的吸附推进器31、翻转推进器32和水平推进器33，吸附推进器31固定设置于安装板10上，可帮助将船底清洁机器人吸附在船底；翻转推进器32设置有两个，且均固定设置于安装板10上，电气仓11可通过电机驱动器12控制两个翻转推进器32的正转和反转，进而控制船底清洁机器人的翻转方向；水平推进器33设置有两个，均固定设置于安装板10上远离铲刀机构2的一端，电气仓11可通过电机驱动器12控制两个水平推进器33的正转和反转，进而控制船底清洁机器人的前进或后退。优选的，各个推进器可采用品牌为申赫的54型号推进器。

优选的，本发明提供的一种船底清洁机器人，包括固定设置于安装板10上的观测机构4，可确定船底清洁机器人在水下的位置，为作业人员提供实时水下作业区域的视频影像。

具体的，观测机构4包括设置于云台上的摄像头41和照明灯42。

优选的，摄像头41采用200W像素定焦彩色镜头，照明灯42设置有两个，且采用水下15W LED灯。

优选的，本发明提供的一种船底清洁机器人，包括防护机构5，防护机构5设置于船底清洁机器人的外侧，可防止船底清洁机器人遭到损坏，防护机构5可以为栏杆状、线条状、面板状等任意可起到防护作用的形状，本发明对此不做限制。优选的，防护机构5包括固定设置于防护机构5内的浮体材料，浮体材料可以粘结于防护机构5上，浮体材料可为整个船底清洁机器人在水中提供浮力，使得船底清洁机器人的浮力和重力平衡，减小整个机器人在水下的受力，最大程度地减小了推进机构3所需要推进船底清洁机器人的功率。

下面对本发明提供的一种船底清洁机器人的工作原理进行详细的介绍。

首先在岸边或者船上将船底清洁机器人的电气仓11与水上控制平台相连接，然后通过绞车将机器人释放到目标水域内，通过观测机构4观测确认水下的情况，利用推进机构3将机器人移动至合适的位置，通过吸附推进器31将机器人吸附至船底，然后通过行走机构1实现机器人的前后移动，铲刀机构2做前后往复运动，使得铲刀251可在行走机构1移动时清理附着在船底的海洋生物。本发明提供的一种船底清洁机器人可通过行走机构1、铲刀机构2和推进机构3实现边清理边前进的效果，进而实现将整个船底清洁的目的。

以上对本发明的具体实施方式进行了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰和改进，这些修饰和改进也都属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种船底清洁机器人，用于清除水下附着在船底及船侧的海洋生物，其特征在于：

包括行走机构(1)、铲刀机构(2)和推进机构(3)，所述行走机构(1)为履带式结构，可为所述船底清洁机器人提供移动的动力，所述铲刀机构(2)和所述推进机构(3)均安装于所述行走机构(1)上，所述铲刀机构(2)安装于所述行走机构(1)的前端，用于清除附着在船底及船侧的海洋生物，所述推进机构(3)包括多个推进器，各推进器单独或配合使用可实现所述船底清洁机器人的前进、后退、上浮、吸附及左右翻转动作；

所述行走机构(1)包括安装板(10)和电气仓(11)，所述电气仓(11)固定安装于所述安装板(10)上，并通过电缆与水上控制平台相连接，用于接收水上控制平台的指令；

所述铲刀机构(2)包括驱动组件、传动组件、导向轴套(24)和铲刀组件(25)，所述导向轴套(24)固定设置于所述铲刀机构(2)上，传动组件贯穿所述导向轴套(24)的内部，所述导向轴套(24)限制传动组件的移动方向，传动组件的一端与驱动组件固定连接，另一端与所述铲刀组件(25)固定连接，驱动组件与所述电气仓(11)电连接，用于接收所述电气仓(11)的电信号，驱动组件可带动传动组件在所述导向轴套(24)内移动，进而带动所述铲刀组件(25)做往复运动，所述铲刀组件(25)清除附着在船底及船侧的海洋生物；

所述铲刀组件(25)包括铲刀(251)和限位件(253)，所述限位件(253)包括通孔(2531)和压缩弹簧(2532)，铲刀(251)插接于限位件(253)的通孔(2531)，并可在通孔(2531)内上下活动，压缩弹簧(2532)固定设置于通孔(2531)内，其一端与通孔(2531)的内壁固定连接，另一端与铲刀(251)固定连接，且所述压缩弹簧(2532)常态呈压缩的状态；

铲刀机构(2)包括支撑架(20)，支撑架(20)包括辅助轮(201)，辅助轮(201)固定设置于支撑架(20)的底端，所述辅助轮(201)设置有两个，分别设置于支撑架(20)的左右两个底端。

2.根据权利要求1所述的一种船底清洁机器人，其特征在于，所述铲刀(251)包括连接部(2511)和球面部(2512)，所述连接部(2511)设置于所述铲刀(251)的一端，且与所述铲刀组件(25)的固定部(252)活动连接，所述球面部(2512)设置于所述铲刀(251)的另一端，且所述球面部(2512)固定设置于所述铲刀(251)的下端。

3.根据权利要求1所述的一种船底清洁机器人，其特征在于，所述铲刀机构(2)包括弹簧(26)，所述弹簧(26)的一端固定连接于所述铲刀机构(2)的顶端，另一端固定连接于所述行走机构(1)上，所述弹簧(26)可为所述铲刀机构(2)提供拉力，保证所述铲刀机构(2)始终贴附于船底，更好的清除船底附着的海洋生物。

4.根据权利要求1所述的一种船底清洁机器人，其特征在于，传动组件包括传动架(23)，所述传动架(23)包括传动横杆(231)和传动纵杆(232)，所述传动横杆(231)固定连接于所述传动纵杆(232)的一端，所述铲刀组件(25)固定连接于所述传动纵杆(232)的另一端，驱动组件与所述传动横杆(231)固定连接，所述传动纵杆(232)贯穿于所述导向轴套(24)的内部，并可在所述导向轴套(24)内部移动。

5.根据权利要求1所述的一种船底清洁机器人，其特征在于，所述推进机构(3)包括均分别与所述电气仓(11)电连接的吸附推进器(31)、翻转推进器(32)和水平推进器(33)，所述吸附推进器(31)和所述翻转推进器(32)均固定设置于所述安装板(10)上，所述水平推进器(33)固定设置于所述安装板(10)上远离所述铲刀机构(2)的一端。

6.根据权利要求5所述的一种船底清洁机器人，其特征在于，所述翻转推进器(32)设置有两个，且均固定设置于所述安装板(10)上，所述电气仓(11)可控制两个所述翻转推进器(32)的正转和反转，进而控制船底清洁机器人的翻转方向。

7.根据权利要求1所述的一种船底清洁机器人，其特征在于，所述行走机构(1)包括履带组件(13)，所述履带组件(13)包括履带驱动器(131)、驱动轮(132)、涨紧轮(134)和履带(135)，所述履带驱动器(131)与所述电气仓(11)电连接，并与所述驱动轮(132)固定连接，所述涨紧轮(134)设置于所述安装板(10)上远离所述驱动轮(132)的一端，所述履带(135)围绕在所述驱动轮(132)和所述涨紧轮(134)的外围，从而实现所述行走机构(1)在水下行走的目的。

8.根据权利要求7所述的一种船底清洁机器人，其特征在于，所述履带组件(13)设置有两个，两者安装于所述安装板(10)的两侧。

9.根据权利要求1所述的一种船底清洁机器人，其特征在于，包括固定设置于所述安装板(10)上的观测机构(4)，所述观测机构(4)包括设置于云台上的摄像头(41)和照明灯(42)。

10.根据权利要求1所述的一种船底清洁机器人，其特征在于，包括防护机构(5)，所述防护机构(5)设置于船底清洁机器人的外侧，所述防护机构(5)包括固定设置于所述防护机构(5)内的浮体材料，浮体材料可为整个船底清洁机器人在水中提供浮力。

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