CN111776162A - 一种船底海洋污损生物清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船底海洋污损生物清洗机器人，包括机体、设置在机体两侧的行走装置、设置在机体底部的吸附装置以及设置在机体上的清洗装置、控制装置和驱动装置，所述清洗装置用于清除附着在船体表面的生物，所述行走装置用于带动机体行进和转向，所述吸附装置用于将机体吸附在船体表面，所述驱动装置用于驱动所述行走装置，所述控制装置用于控制机器人的行进、转向和对船体附着生物的清理，整个清洁过程在船舶停靠港口的间歇即可完成，无需在船坞内进行，缩短了船舶外部的清洁周期，降低了船舶清洁成本，且结构简单，原材料来源广泛，操作便捷，具有较强的实用性。

Description

一种船底海洋污损生物清洗机器人

技术领域

本发明涉及船体表面海洋生物清理技术领域，特别是涉及一种船底海洋污损生物清洗机器人。

背景技术

船舶在经过长时间的运行，其船底往往会附着大量的海藻、贝类等海洋生物，使得船舶的质量增加。船舶的清污工作大多需要在船坞内进行，而国内大型船坞数量不足，坞修时间长，费用昂贵，很容易造成停航损失，增大运输成本，且在一个坞修周期内，因船底附着的污损生物导致船舶航行性能降低而产生的温室气体占全球船队温室气体排放的9％-12％。

目前，水下清洗维修船体技术得到了船级社等多方认可，允许水下检验代替中间检验,可延长坞修间隔长达2年。特别是目前航运市场复苏乏力，运力闲置，船舶航速降低，污损问题将更为突出。定期水下清洗结合特定防污油漆可降低对闲置和减速航行船舶的污损危害，避免反复进坞，减少坞修成本，保证船舶可从停泊状态直接进入运营而无需重新进坞清洗船体。

现有的船底清污方式有高压水枪冲刷、化学试剂以及空化水射流机器人等，其中：利用高压水枪水船体表面进行冲刷往往需要人工潜入船下，该方式存在劳动强度大、效率低等缺点；利用化学试剂作用于船底可以达到无损物脱落的效果，但会造成严重的环境污染；而空化水射流机器人虽然减小了劳动强度、效率高且无污染，但由于其清污过程中气泡不可控制，不可避免造成对船底保护层及钢板的破坏，从而加剧船底的腐蚀。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种吸附稳定、可综合清理船体表面各类杂物还能避免在清洁过程中造成船体表面保护漆及焊瘤二次伤害的船体海洋污损生物清洗机器人。

为解决上述问题，本发明提供一种船底海洋污损生物清洗机器人，包括机体、行走装置、吸附装置、清洗装置、驱动装置和控制装置，所述行走装置安装在机体两侧，用于带动机体行进和转向；所述吸附装置设置在机体的底部，用于将机体吸附在船体表面；所述清洗装置安装在机体上，用于清除船体表面附着的生物；所述驱动装置与行走装置连接，用于驱动所述行走装置；所述控制装置与控制终端通信连接，所述控制装置设置在所述机体内并与所述行走装置、吸附装置、清洗装置和驱动装置电连接，用于控制所述行走装置、吸附装置、清洗装置和驱动装置工作；

所述清洗装置包括粗清洗机构和细清洗机构，所述粗清洗机构包括清刮器和第一机械臂，所述第一机械臂的一端安装在机体上，另一端与清刮器连接，用于带动清刮器对船底附着的水草、藻类等生物进行初步清理；所述细清洗机构包括切割滚筒和两个第二机械臂，两个所述第二机械臂的一端均安装在机体上，另一端分别与切割滚筒的两端连接，用于带动切割滚筒对船底附着的生物进行进一步清理。

进一步的，所述机体上设有底座，所述底座内设有驱动电机，所述驱动电机用于驱动底座相对机体水平旋转；所述第一机械臂和第二机械臂均安装在所述底座上，所述驱动电机用于驱动所述第一机械臂和第二机械臂运动。

进一步的，所述第一机械臂包括第一大臂和第一小臂，所述第一大臂安装在所述底座的前侧，所述第一小臂的一端与第一大臂转动连接，另一端与所述清刮器转动连接。

进一步的，所述切割滚筒的两端固设有连接轴，所述第二机械臂内设有传动机构，所述传动机构包括第一传动齿轮、传动链和第二传动齿轮，所述第一传动齿轮与所述连接轴固定连接，所述第二传动齿轮与所述驱动电机的输出端连接，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮通过传动链传动连接。

进一步的，所述清刮器的前侧设有梳齿状的刮板，所述切割滚筒的表面呈锯齿状，且所述切割滚筒位于所述清刮器的下方。

进一步的，每个所述第二机械臂上设有竖直向下的限位杆，所述限位杆的一端与所述第二机械臂固定连接，另一端与所述机体固定连接，且所述限位杆为液压驱动的伸缩杆。

进一步的，所述行走装置包括主动轮、从动轮和履带，所述主动轮和从动轮均与机体转动连接，所述履带包裹在所述主动轮和从动轮的外侧并与该主动轮和从动轮啮合，所述主动轮与驱动装置的输出端连接，所述履带的外侧均匀固设有若干永磁体。

进一步的，所述机体的前侧设有图像采集装置和照明装置，所述图像采集装置与控制装置连接，所述图像采集装置用于采集水下作业区域的实时影像并传输给控制终端；所述照明装置用于为图像采集装置提供光照。

进一步的，所述驱动装置为交流伺服电机。

进一步的，所述吸附装置的吸附方式为电磁吸附。

本发明的有益效果：

(1)在机体底部设置吸附装置以及在履带上均匀设置若干永磁体，采用电磁吸附与用磁吸附相结合的复合吸附方式，提高了机体在船体表面行走时的稳定性，避免了机体因断电或密封性不足等因素导致机体坠落；

(2)设置粗清洗机构和细清洗机构来对船底附着的生物进行清除，首先清刮器对水草以及藻类生物进行初步清扫，为切割滚筒的进一步清洁做准备；然后切割滚筒对船底附着的贝类生物进行进一步清理，以实现对船底海洋污损生物的清除；

(3)在每个第二机械臂上限位杆，通过限位杆的伸缩以带动第二机械臂上下运动，进而控制切割滚筒与船底之间的距离，使得当限位杆压缩到最短时切割滚筒与船体表面的距离能够保持在1cm以上，避免切割滚筒将船底附着生物全部清除后直接与船底接触造成船底损害；

(4)在底座上设置图像采集装置，便于操作者能够清楚观察水下作业区域的实时情况，对周围环境进行准确预判，进而对清洗机器人发出精准的控制指令。

附图说明

图1为本发明一种船底海洋污损生物清洗机器人的较佳的实施方式的结构示意图。

图2为本发明一种船底海洋污损生物清洗机器人的另一结构示意图。

图3为本发明一种船底海洋污损生物清洗机器人的传动机构的结构示意图。

图4为本发明一种船底海洋污损生物清洗机器人的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1-4所示，本发明包括机体1、行走装置2、吸附装置3、清洗装置4、驱动装置5和控制装置6，所述行走装置2安装在机体1的两侧，用于带动机体1行进和转向；所述吸附装置3设置在机体1的底部，用于将机体1吸附在船体表面；所述清洗装置4安装在机体1上，用于清除船体表面附着的生物；所述驱动装置5与行走装置2连接，用于驱动所述行走装置2，本实施方式中，所述驱动装置5为交流伺服电机。所述控制装置6设置在所述机体1内并与所述行走装置2、吸附装置3、清洗装置4和驱动装置5电连接，用于控制所述行走装置2、吸附装置3、清洗装置4和驱动装置5工作。所述控制装置6还与控制终端10通信连接，所述控制终端10为计算机、平板电脑或手机。工作时，控制装置6接收到控制终端10发送的动作指令，控制所述行走装置2、吸附装置3、清洗装置4以及驱动装置5进行相应的动作，以实现清洗机器人的行进、转向以及对船底附着生物的清除。

所述行走装置2包括主动轮21、从动轮22和履带23，所述主动轮21和从动轮22均与机体1转动连接，所述履带23包裹在所述主动轮21和从动轮22的外侧并与该主动轮21和从动轮22啮合，所述主动轮21与驱动装置5的输出端连接，通过驱动装置5驱动主动轮21转动，进而带动从动轮22和履带23运动，以实现机体1的前进和后退；当机体1需要转向时，通过控制装置6调节两侧主动轮21的转速，使两侧主动轮21的转速不同，此时机体1将转向转速较低的一侧，进而实现机体1的差速转向。所述履带23的外侧均匀固设有若干永磁体231，使履带23能够与船体表面更好的贴合，进而将机体1吸附在船体表面，以便于履带23的移动，避免机体1因吸附装置3断电等原因造成机体1坠落。

所述清洗装置4包括粗清洗机构和细清洗机构，所述粗清洗机构包括清刮器41和第一机械臂42，所述第一机械臂42的一端安装在机体1上，另一端与清刮器41连接，用于带动清刮器41对船底附着的生物进行初步清理；所述细清洗机构包括切割滚筒43和两个第二机械臂44，两个所述第二机械臂44的一端均安装在机体1上，另一端分别与切割滚筒43的两端连接，用于带动切割滚筒43对船底附着的生物进行进一步清理。所述切割滚筒43位于所述清刮器41的下方，所述清刮器41的前侧设有梳齿状的刮板411，工作时第一机械臂42带动清刮器41上下摆动，使得刮板411对船底附着的海藻等生物进行剔除，为切割滚筒43的进一步清扫做准备；所述切割滚筒43的表面呈锯齿状，便于切割滚筒43与船底附着的贝类生物能够充分接触，使得贝类生物在受到外力触碰时产生应激反应缩回壳中，进而从船体表面上脱落，实现对船体表面的进一步清洁，同时还为清洗机器人的行走清除障碍。每个所述第二机械臂44上设有竖直向下的限位杆45，所述限位杆45的一端与所述第二机械臂44固定连接，另一端与所述机体1固定连接，且所述限位杆45为液压驱动的伸缩杆；当船体附着的贝类生物较厚时，通过伸长限位杆45，以将第二机械臂44抬起，便于切割滚筒43对贝类生物进行清除，当船体附着的贝类生物厚度较薄时，通过缩短限位杆45，以便于切割滚筒43能够与贝类生物接触，同时，所述限位杆45具有最小限度，当限位杆45压缩到最小限度时，此时切割滚筒43与船底表面的距离大于1cm，使得在对船体表面进行清洗时保留一定厚度的附着物，避免完全清除后将船体表面的保护漆及焊瘤暴露出来，加速船体表面的腐蚀以及造成保护漆和焊瘤的损害。

所述机体1上设有底座11，所述第一机械臂42和第二机械臂44均安装在所述底座11上，所述底座11内设有驱动电机。所述底座11与机体1之间通过水平方向的转动副连接，该转动副通过驱动电机驱动，使得底座11相对于机体1水平转动，以带动第一机械臂42和第二机械臂44在水平方向上移动，扩大清洗装置4的清洗范围。所述第一机械臂42包括第一大臂421和第一小臂422，所述第一大臂421安装在所述底座11的前侧，所述第一小臂422的一端与第一大臂421转动连接，另一端与所述清刮器41转动连接；所述底座11与第一大臂421之间、第一大臂421与第一小臂422之间以及第一小臂422与清刮器41之间均通过竖直方向的转动副连接，各转动副均通过驱动电机驱动，使得第一大臂421能够带动第一小臂422上下摆动，进而带动清刮器41上下摆动以清除藻类生物。所述切割滚筒43的两端固设有连接轴431，所述第二机械臂44内设有传动机构，所述传动机构包括第一传动齿轮461、传动链462和第二传动齿轮463，所述第一传动齿轮461与所述连接轴431固定连接，所述第二传动齿轮463与所述驱动电机的输出端连接，所述第一传动齿轮461和第二传动齿轮463通过传动链462传动连接，以便于驱动电机驱动第二传动齿轮463转动时能够通过传动462带动第一传动齿轮461转动，进而带动切割滚筒43一起传动，实现对贝类生物的清除。

所述机体1前侧设有图像采集装置7，所述图像采集装置7与控制装置6连接，所述图像采集装置7用于采集水下作业区域的实时影像并传输给控制终端10，使得操作者能够清楚的观察到清洗装置工作时该作业区域的实时情况，进而对清洗机器人发出精准的控制指令。所述图像采集装置7为CCD摄像头。所述机体1前侧还设有照明装置8，所述照明装置8为图像采集装置7提供光照，便于图像采集装置7能够在黑暗的环境进行清楚的拍摄。

所述吸附装置3的吸附方式为电磁吸附，操作者可根据船底附着生物的厚度调节吸附装置3吸附力的大小，以便于清洗机器人在船体表面移动顺畅。

本发明的工作原理：

工作时，采用岸电或船上电源线缆为清洗机器人供电，将机体1通过吸附装置3和履带23上的永磁体231吸附在船体表面，然后控制行走装置2使清洗机器人在船体表面上行进，同时图像采集装置7采集机体1周围的图像，在机体1靠近船体表面的附着物时，控制清洗装置4开始工作，第一机械臂42和第二机械臂44分别带动清刮器41和切割滚筒43上下摆动，同时切割滚筒43由驱动电机驱动开始转动，在清洁过程中，第一机械臂42带动清刮器41上下摆动对藻类生物进行清除，第二机械臂44带动旋转的切割滚筒43对贝类生物进行清除，当清洗装置4所覆盖的工作区域清洗完成后，清洗机器人继续前进以实现对船体表面其他区域的清洗。随着船体表面附着的生物被逐渐清除，机体1底部与船体表面的距离减小，此时将机体1吸附在船体表面所需的吸附力减小，为减小清洗机器人在船体表面移动的阻力，可调节吸附装置3，减小吸附装置3的吸附力，以保证清洗机器人能够移动顺畅。

本发明可在船舶停航间隙对船底附着的生物进行清除，无需等到坞修期，缩短了船体清洁的周期，同时避免了船舶反复进坞，节约了坞修成本，提高了本清洗机器人的实用性。

需要说明的是，在本文中，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，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船底海洋污损生物清洗机器人，其特征在于：包括机体、行走装置、吸附装置、清洗装置、驱动装置和控制装置，所述行走装置安装在机体的两侧，用于带动机体行进和转向；所述吸附装置设置在机体的底部，用于将机体吸附在船体表面；所述清洗装置安装在机体上，用于清除船体表面附着的生物；所述驱动装置与行走装置连接，用于驱动所述行走装置；所述控制装置与控制终端通信连接，所述控制装置设置在所述机体内并与所述行走装置、吸附装置、清洗装置和驱动装置电连接，用于控制所述行走装置、吸附装置、清洗装置和驱动装置工作；

所述清洗装置包括粗清洗机构和细清洗机构，所述粗清洗机构包括清刮器和第一机械臂，所述第一机械臂的一端安装在机体上，另一端与清刮器连接，用于带动清刮器对船底附着的生物进行初步清理；所述细清洗机构包括切割滚筒和两个第二机械臂，两个所述第二机械臂的一端均安装在机体上，另一端分别与切割滚筒的两端连接，用于带动切割滚筒对船底附着的生物进行进一步清理。

2.根据权利要求1所述的一种船底海洋污损生物清洗机器人，其特征在于：所述机体上设有底座，所述底座内设有驱动电机，所述驱动电机用于驱动底座相对机体水平旋转；所述第一机械臂和第二机械臂均安装在所述底座上，所述驱动电机用于驱动所述第一机械臂和第二机械臂运动。

3.根据权利要求2所述的一种船底海洋污损生物清洗机器人，其特征在于：所述第一机械臂包括第一大臂和第一小臂，所述第一大臂安装在所述底座的前侧，所述第一小臂的一端与第一大臂转动连接，另一端与所述清刮器转动连接。

4.根据权利要求2所述的一种传递海洋无损生物清洗机器人，其特征在于：所述切割滚筒的两端固设有连接轴，所述第二机械臂内设有传动机构，所述传动机构包括第一传动齿轮、传动链和第二传动齿轮，所述第一传动齿轮与所述连接轴固定连接，所述第二传动齿轮与所述驱动电机的输出端连接，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮通过传动链传动连接。

5.根据权利要求1所述的一种船底海洋污损生物清洗机器人，其特征在于：所述清刮器的前侧设有梳齿状的刮板，所述切割滚筒的表面呈锯齿状，且所述切割滚筒位于所述清刮器的下方。

6.根据权利要求1所述的一种船底海洋污损生物清洗机器人，其特征在于：每个所述第二机械臂上设有竖直向下的限位杆，所述限位杆的一端与所述第二机械臂固定连接，另一端与所述机体固定连接，且所述限位杆为液压驱动的伸缩杆。

7.根据权利要求1所述的一种船底海洋污损生物清洗机器人，其特征在于：所述行走装置包括主动轮、从动轮和履带，所述主动轮和从动轮均与机体转动连接，所述履带包裹在所述主动轮和从动轮的外侧并与该主动轮和从动轮啮合，所述主动轮与驱动装置的输出端连接，所述履带的外侧均匀固设有若干永磁体。

8.根据权利要求1所述的一种船底海洋污损生物清洗机器人，其特征在于：所述机体前侧设有图像采集装置和照明装置，所述图像采集装置与控制装置连接，所述图像采集装置用于采集水下作业区域的实时影像并传输给控制终端；所述照明装置用于为图像采集装置提供光照。

9.根据权利要求1所述的一种船底海洋污损生物清洗机器人，其特征在于：所述驱动装置为交流伺服电机。

10.根据权利要求1所述的一种船底海洋无损生物清洗机器人，其特征在于：所述吸附装置的吸附方式为电磁吸附。

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