CN112027014A - 一种船体外壳水线下检查清污机器人及其清污方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船体外壳水线下检查清污机器人，包括本体，本体的两侧设有履带轮组件，本体上设有检查清污组件；履带轮组件包括若干从本体穿出的驱动轴和从动轴，驱动轴和从动轴上分别穿设有驱动轮和从动轮；本体内设有电气腔，电气腔内设有与驱动轴传动连接的第一动力机；驱动轮和从动轮之间套设有履带，履带上设有能够吸附在船体外壳上的吸附装置；检查清污组件包括连接于本体上的工作臂，工作臂上设有检查装置，工作臂的末端设有清污装置。本发明提出的一种船体外壳水线下检查清污机器人，配合磁吸式履带以及本体的多段式结构，可以实现清污过程中机器人全程稳定地吸附在船体表面，避免脱落，清污效果好且范围大，效率高。

Description

一种船体外壳水线下检查清污机器人及其清污方法

技术领域

本发明涉及船体水下部分清理技术领域，具体涉及一种船体外壳水线下检查清污机器人及其清污方法。

背景技术

船体表面在水下的部分，长期接触水体，容易被海藻和海蛎子等动植物吸附。长时间不清理的话，一方面会破坏船体表面的流线型，导致船体在水中运行时阻力变大，从而增加轮船的油耗；另一方面这些水生动植物在吸附过程中的分泌物，会慢慢地破坏船体表面的涂层，导致船体材料直接与海水接触，会减少船体的工作寿命。所以传统的轮船行业会采用将船体吊离水面进行船体表面清理或者利用潜水员在水下作业进行船体表面清理，无论是哪种方法清理起来都不效率，而且成本很高。

近些年来，出现了一些水下设备，吸附在船体表面上，通过远程控制实现船体表面位于水下部分的清理，但是在实际应用中发现，其存在很多使用限制：例如经过焊缝或者平面转角处(例如运动至船体侧面与船体底面的交界处时)，无法保证设备吸附的稳定性，再加上如果设备本身的重量较大，导致设备非常容易从船体上脱落。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺点，本发明提供一种船体外壳水线下检查清污机器人，具体方案如下：

包括本体，所述本体的两侧设有履带轮组件，所述本体上设有检查清污组件；

所述履带轮组件包括若干从所述本体穿出的驱动轴和从动轴，所述驱动轴和所述从动轴上分别穿设有驱动轮和从动轮；所述本体内设有电气腔，所述电气腔内设有与所述驱动轴传动连接的第一动力机；所述驱动轮和所述从动轮之间套设有履带，所述履带上设有能够吸附在船体外壳上的吸附装置；

所述检查清污组件包括连接于所述本体上的工作臂，所述工作臂上设有检查装置，所述工作臂的末端设有清污装置。

进一步地，所述本体包括若干机身，所述机身的一端开设有竖直布置的凹槽，所述凹槽内设有水平布置的铰接轴；所述机身的另一端设有与所述凹槽配合的凸起，所述凸起内开设有与所述铰接轴配合的通孔；

所述履带的宽度大于所述驱动轮和所述从动轮的宽度，所述履带的内壁位于所述驱动轮和所述从动轮的一侧设有挡片，所述挡片沿所述履带的运动方向布置，所述挡片的顶端向所述机身方向弯折九十度形成挡板；所述机身的侧壁上垂直设有若干避开所述驱动轮和所述从动轮的挡杆，所述挡杆上套设有挡轮，所述挡轮布置于所述挡板和所述履带之间；

所述履带采用非铁磁性材料制成，所述履带的内壁位于所述驱动轮和所述从动轮的另一侧设有若干吸附腔；所述吸附装置包括设于所述吸附腔内的钕磁铁。

进一步地，所述吸附腔的底面垂直设有限位杆，所述限位杆上穿设有可启闭的用于放置所述钕磁铁的磁铁盒；所述吸附腔的底面位于所述限位杆的周围设有弹性元件腔，所述弹性元件腔内设有非铁磁性材料制作的弹性元件，所述弹性元件的两端分别与所述磁铁盒和所述弹性元件腔固定连接，所述限位杆的顶部设有限位头；

所述磁铁盒正对所述机身的侧面设有调节杆，处于行进方向最末端的机身上设有弧形挡片，所述弧形挡片外沿的弧度与所述履带配合，所述弧形挡片内沿的弧度小于外沿的弧度，当磁铁盒随着所述履带运动时至所述弧形挡片时，所述调节杆能够沿着所述弧形挡片的内沿运动从而使所述磁铁盒沿着所述限位杆运动。

进一步地，所述检查装置包括连接于所述工作臂上的图像采集设备和照明设备。

进一步地，所述清污装置包括通过清洁轴设于所述工作臂末端的清洁盘，所述清洁盘传动连接有第二动力机；所述清洁盘的底面设有若干沿径向布置的刮刀，所述清洁盘的底面位于相邻的两条刮刀之间还开设有胶条槽，所述胶条槽内设有橡胶条，所述橡胶条的底面与所述清洁盘底面的间距大于所述刮刀的刃面与所述清洁盘底面的间距。

进一步地，所述工作臂通过连接座与所述本体连接，所述连接座的底面垂直设有竖直的连接轴，所述连接轴通过轴承座连接于所述本体上，所述连接轴还传动连接有第三动力机。

进一步地，所述本体上还设有沉浮腔，所述沉浮腔的顶部设有进出气口，所述沉浮腔的底部设有进出水口。

进一步地，所述本体上设有柔质的防水套管，所述防水套管内设有电缆线和气管，所述第一动力机、所述第二动力机、所述第三动力机、所述图像采集设备和所述照明设备通过所述电缆线与船上的供电设备和控制设备连接，所述进出气口通过所述气管与船上的供气设备连接。

进一步地，所述防水套管上连接有若干均匀间隔的气囊，所述气囊通过管路与所述气管连通，所述管路上设有与所述电缆线连接的阀门。

一种如上述的船体外壳水线下检查清污机器人的清污方法，其特征在于，包括以下步骤：

连接好电缆线和气管后，利用船上的牵引设备将机器人吊起，控制其履带正对船体并吸附在船体的竖直部分上；

机器人入水后，控制沉浮腔内空气的量来平衡机器人的浮力和重量；

然后解除牵引设备与机器人的连接，通过控制设备驱动第一动力机工作，从而带动机器人沿着船体竖直部分运动，利用两侧驱动轮转速的不同可以控制机器人转弯；

与此同时，利用控制设备控制第二动力机工作，从而带动清洁盘转动，进行船体表面附着物的清理；

机器人清污时，可以利用控制设备控制第三动力机工作，增加清洁盘的工作范围；

船体的一侧竖直部分清污完成后，机器人运动至船底开始进行船底的清污，当机器人在进行船底清污时，沉浮腔内需要补入一定量的空气；

船底清污完成后，机器人运动至船体的另一侧竖直部分进行清污，此时沉浮腔内减少一定量的空气；

清污完成后由牵引设备完成机器人的回收。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的一种船体外壳水线下检查清污机器人，配合磁吸式履带以及本体的多段式结构，可以实现清污过程中机器人全程稳定地吸附在船体表面，避免脱落，清污效果好且范围大，效率高。

附图说明

图1为本发明的工作状态示意图，

图2为本发明本体的结构示意图，

图3为本发明机身的结构示意图，

图4为本发明履带轮组件的结构放大图I(俯视视角)，

图5为本发明履带轮组件的结构放大图I I(截面视角)，

图6为本发明吸附装置的结构示意图，

图7为本发明弧形挡片的位置示意图，

图8为本发明清污装置的结构示意图，

图9为本发明清洁盘底面的结构示意图，

图10为本发明橡胶条与清洁盘的连接示意图，

图11为本发明工作臂与本体的连接示意图，

图12为本发明本体的内部结构示意图，

图13为本发明防水套管与本体的连接示意图。

附图序号及名称：1、本体，11、机身，12、凹槽，13、铰接轴，14、凸起，15、沉浮腔，16、进出气口，17、进出水口，2、履带轮组件，21、驱动轴，22、从动轴，23、驱动轮，24、从动轮，25、履带，3、检查清污组件，31、工作臂，4、吸附装置，41、吸附腔，42、钕磁铁，43、限位杆，44、磁铁盒，45、弹性元件腔，46、弹性元件，47、调节杆，5、检查装置，6、清污装置，61、清洁轴，62、清洁盘，63、刮刀，64、胶条槽，65、橡胶条，7、挡片，71、挡板，72、挡杆，73、挡轮，8、弧形挡片，9、防水套管，91、气囊，10、船体。

具体实施方式

为详细说明本发明之技术内容、构造特征、所达成目的及功效，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。

结合图1和图2，本发明公开的一种船体外壳水线下检查清污机器人，包括本体1，本体1的两侧设有履带轮组件2，本体1上设有检查清污组件3；

履带轮组件2包括若干从本体1穿出的驱动轴21和从动轴22，驱动轴21和从动轴22上分别穿设有驱动轮23和从动轮24；本体1内设有电气腔，电气腔内设有与驱动轴21传动连接的第一动力机(附图中未画出)；驱动轮23和从动轮24之间套设有履带25，履带25上设有能够吸附在船体外壳上的吸附装置4；

检查清污组件3包括连接于本体1上的工作臂31，工作臂31上设有检查装置5，工作臂31的末端设有清污装置6。

如图3，本体1包括若干机身11，机身11的一端开设有竖直布置的凹槽12，凹槽12内设有水平布置的铰接轴13；机身11的另一端设有与凹槽12配合的凸起14，凸起14内开设有与铰接轴13配合的通孔；

结合图4和图5，履带25的宽度大于驱动轮23和从动轮24的宽度，履带25的外沿向内壁方向延伸形成挡片7，挡片7沿履带25的运动方向布置，挡片7的顶端向机身11方向弯折九十度形成挡板71；机身11的侧壁上垂直设有若干避开驱动轮23和从动轮24的挡杆72，挡杆72上套设有挡轮73，挡轮73布置于挡板71和履带25之间；利用挡轮与挡板的互相作用，保证挡杆与履带的相对位置保持稳定，使得机身的姿态总是能够根据履带的形状快速做出对应的调整。

如图6，履带25采用非铁磁性材料制成，履带25的内壁位于驱动轮23和从动轮24的另一侧设有若干吸附腔41；吸附装置4包括设于吸附腔41内的钕磁铁42。本申请的履带采用高分子材料制成，保证履带不具有铁磁性的前提下，使挡片既能够随着履带的运动变形同时又具有一定的强度起到限制挡轮的作用。

履带本身不具备吸力，利用吸附腔内的钕磁铁将履带紧紧地贴在船体上。

吸附腔41的底面垂直设有限位杆43，限位杆43上穿设有可启闭的用于放置钕磁铁42的磁铁盒44；吸附腔41的底面位于限位杆43的周围设有弹性元件腔45，弹性元件腔45内设有非铁磁性材料制作的弹性元件46(附图中为拉伸弹簧)，弹性元件46的两端分别与磁铁盒44和弹性元件腔45固定连接，限位杆43的顶部设有限位头；

结合图6和图7，磁铁盒44正对机身11的侧面设有调节杆47，处于行进方向最末端的机身11上设有弧形挡片8，弧形挡片外沿的弧度与履带配合，弧形挡片内沿的弧度小于外沿的弧度，当磁铁盒44随着履带27运动时至弧形挡片8时，调节杆能够沿着弧形挡片的内沿运动从而使磁铁盒沿着限位杆运动。

检查装置5包括连接于工作臂31上的图像采集设备和照明设备(附图中未画出)。

结合图8-图10，清污装置6包括通过清洁轴61设于工作臂31末端的清洁盘62，清洁盘62传动连接有第二动力机(附图中未画出)；清洁盘62的底面设有若干沿径向布置的刮刀63，清洁盘62的底面位于相邻的两条刮刀63之间还开设有胶条槽64，胶条槽64内设有橡胶条65，橡胶条65的底面与清洁盘62底面的间距大于刮刀63的刃面与清洁盘62底面的间距。

如图11，工作臂31通过连接座32与本体1连接，连接座32的底面垂直设有竖直的连接轴33，连接轴33通过轴承座连接于本体1上，连接轴33还传动连接有第三动力机(附图中未画出)。

如图12，本体1上还设有沉浮腔15，沉浮腔15的顶部设有进出气口16，沉浮腔15的底部设有进出水口17，通过进出气口鼓入或抽出部分空气，实现本体浮力的改变。

如图13，本体上设有多套清污装置提高清污效率，本体1上还设有避开工作臂工作范围的柔质的防水套管9，防水套管9内设有电缆线和气管，第一动力机、第二动力机、第三动力机、图像采集设备和照明设备通过电缆线与船上的供电设备和控制设备连接，进出气口通过气管与船上的供气设备连接。

防水套管9上连接有若干均匀间隔的气囊91，气囊91通过管路与气管连通，管路上设有与电缆线连接的阀门。可通过气管和电缆线实现进出气口以及气囊的进气或排气。

一种如上述的船体外壳水线下检查清污机器人的清污方法，包括以下步骤：

连接好电缆线和气管后，利用船上的牵引设备将机器人吊起，控制其履带正对船体并吸附在船体的竖直部分上；利用吸附腔内的钕磁铁将履带牢牢地吸附在船体的竖直表面上。正常情形下，在拉伸弹簧的作用下装有钕磁铁的磁铁盒位于吸附腔中，此时履带与船体之间产生的磁吸力可以将机器人牢牢地固定在船体表面上；在此过程中，履带被驱动轮驱动开始工作，当磁铁盒随着履带运动至末端时，磁铁盒外壁上的调节杆会沿着弧形挡片的内圈运动，从而迫使该磁铁盒沿着限位杆向上移动，此时钕磁铁与船体的距离增大导致机器人履带末端的吸力减小，从而方便该处履带随着驱动轮的旋转与船体外壳脱离；当该磁铁盒运动过弧形挡片后，在拉伸弹簧的作用下，其再次进入吸附腔内，便于履带运动至下一圈的吸附(即其又随着履带运动至与船体的接触面)。

机器人入水后，控制沉浮腔内空气的量来平衡机器人的浮力和重量，在保证机器人吸附稳定的同时提高其在水面下移动的灵活性。

然后解除牵引设备与机器人的连接，通过控制设备驱动第一动力机工作，从而带动机器人沿着船体竖直部分运动，利用两侧驱动轮转速的不同可以控制机器人转弯；与此同时，利用控制设备控制第二动力机工作，从而带动清洁盘转动，进行船体表面附着物的清理；随着清洁盘的转动，清洁盘底面上的刮刀像刮胡刀一样可以快速有效地将船体表面附着的动物(例如海蛎子)去除；橡胶条的作用一方面是随着清洁盘转动清理船体表面附着的植物(例如海藻)同时辅助刮刀清除海蛎子，另一方面可以有效防止刮刀与船体表面直接接触破坏涂层。

机器人清污时，可以利用控制设备控制第三动力机工作，增加了机器人在既定运动路线上清洁盘的工作范围。

船体的一侧竖直部分清污完成后，机器人运动至船底开始进行船底的清污，由于本体是多段结构，配合挡板和挡轮的作用，当履带从船体侧面运动至船体底面时(在交界处，由于钕磁铁在履带上，履带全程紧贴着船体)，会带动本体产生适应性的形变，防止本体在交界处由于本体的结构产生不贴合从而导致的机器人脱离等问题的发生；

当机器人在进行船底清污时，沉浮腔内需要补入一定量的空气，增加机器人受到的浮力，一方面防止机器人由于运动时吸力不够掉落，另一方面增加清洁盘与船体底面接触的压力，提高清污效果。

船底清污完成后，机器人运动至船体的另一侧竖直部分进行清污，此时沉浮腔内减少一定量的空气，在保证机器人吸附稳定的同时提高其在水面下移动的灵活性；

清污完成后由牵引设备完成机器人的回收，先将机器人运动至水面处，然后利用牵引设备将其吊离船体。

综上，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种船体外壳水线下检查清污机器人，包括本体(1)，其特征在于：所述本体(1)的两侧设有履带轮组件(2)，所述本体(1)上设有检查清污组件(3)；

所述履带轮组件(2)包括若干从所述本体(1)穿出的驱动轴(21)和从动轴(22)，所述驱动轴(21)和所述从动轴(22)上分别穿设有驱动轮(23)和从动轮(24)；所述本体(1)内设有电气腔，所述电气腔内设有与所述驱动轴(21)传动连接的第一动力机；所述驱动轮(23)和所述从动轮(24)之间套设有履带(25)，所述履带(25)上设有能够吸附在船体外壳上的吸附装置(4)；

所述检查清污组件(3)包括连接于所述本体(1)上的工作臂(31)，所述工作臂(31)上设有检查装置(5)，所述工作臂(31)的末端设有清污装置(6)。

2.根据权利要求1所述的一种船体外壳水线下检查清污机器人，其特征在于：所述本体(1)包括若干机身(11)，所述机身(11)的一端开设有竖直布置的凹槽(12)，所述凹槽(12)内设有水平布置的铰接轴(13)；所述机身(11)的另一端设有与所述凹槽(12)配合的凸起(14)，所述凸起(14)内开设有与所述铰接轴(13)配合的通孔；

所述履带(25)的宽度大于所述驱动轮(23)和所述从动轮(24)的宽度，所述履带(25)的内壁位于所述驱动轮(23)和所述从动轮(24)的一侧设有挡片(7)，所述挡片(7)沿所述履带(25)的运动方向布置，所述挡片(7)的顶端向所述机身(11)方向弯折九十度形成挡板(71)；所述机身(11)的侧壁上垂直设有若干避开所述驱动轮(23)和所述从动轮(24)的挡杆(72)，所述挡杆(72)上套设有挡轮(73)，所述挡轮(73)布置于所述挡板(71)和所述履带(25)之间；

所述履带(25)采用非铁磁性材料制成，所述履带(25)的内壁位于所述驱动轮(23)和所述从动轮(24)的另一侧设有若干吸附腔(41)；所述吸附装置(4)包括设于所述吸附腔(41)内的钕磁铁(42)。

3.根据权利要求2所述的一种船体外壳水线下检查清污机器人，其特征在于：所述吸附腔(41)的底面垂直设有限位杆(43)，所述限位杆(43)上穿设有可启闭的用于放置所述钕磁铁(42)的磁铁盒(44)；所述吸附腔(41)的底面位于所述限位杆(43)的周围设有弹性元件腔(45)，所述弹性元件腔(45)内设有非铁磁性材料制作的弹性元件(46)，所述弹性元件(46)的两端分别与所述磁铁盒(44)和所述弹性元件腔(45)固定连接，所述限位杆(43)的顶部设有限位头；

所述磁铁盒(44)正对所述机身(11)的侧面设有调节杆(47)，处于行进方向最末端的机身(11)上设有弧形挡片(8)，所述弧形挡片外沿的弧度与所述履带配合，所述弧形挡片内沿的弧度小于外沿的弧度。

4.根据权利要求1所述的一种船体外壳水线下检查清污机器人，其特征在于：所述检查装置(5)包括连接于所述工作臂(31)上的图像采集设备和照明设备。

5.根据权利要求4所述的一种船体外壳水线下检查清污机器人，其特征在于：所述清污装置(6)包括通过清洁轴(61)设于所述工作臂(31)末端的清洁盘(62)，所述清洁盘(62)传动连接有第二动力机；所述清洁盘(62)的底面设有若干沿径向布置的刮刀(63)，所述清洁盘(62)的底面位于相邻的两条刮刀(63)之间还开设有胶条槽(64)，所述胶条槽(64)内设有橡胶条(65)，所述橡胶条(65)的底面与所述清洁盘(62)底面的间距大于所述刮刀(63)的刃面与所述清洁盘(62)底面的间距。

6.根据权利要求5所述的一种船体外壳水线下检查清污机器人，其特征在于：所述工作臂(31)通过连接座(32)与所述本体(1)连接，所述连接座(32)的底面垂直设有竖直的连接轴(33)，所述连接轴(33)通过轴承座连接于所述本体(1)上，所述连接轴(33)还传动连接有第三动力机。

7.根据权利要求6所述的一种船体外壳水线下检查清污机器人，其特征在于：所述本体(1)上还设有沉浮腔(15)，所述沉浮腔(15)的顶部设有进出气口(16)，所述沉浮腔(15)的底部设有进出水口(17)。

8.根据权利要求7所述的一种船体外壳水线下检查清污机器人，其特征在于：所述本体(1)上设有柔质的防水套管(9)，所述防水套管(9)内设有电缆线和气管，所述第一动力机、所述第二动力机、所述第三动力机、所述图像采集设备和所述照明设备通过所述电缆线与船上的供电设备和控制设备连接，所述进出气口通过所述气管与船上的供气设备连接。

9.根据权利要求8所述的一种船体外壳水线下检查清污机器人，其特征在于：所述防水套管(9)上连接有若干均匀间隔的气囊(91)，所述气囊(91)通过管路与所述气管连通，所述管路上设有与所述电缆线连接的阀门。

10.一种如权利要求1-9任意一项所述的船体外壳水线下检查清污机器人的清污方法，其特征在于，包括以下步骤：

连接好电缆线和气管后，利用船上的牵引设备将机器人吊起，控制其履带正对船体并吸附在船体的竖直部分上；

机器人入水后，控制沉浮腔内空气的量来平衡机器人的浮力和重量；

然后解除牵引设备与机器人的连接，通过控制设备驱动第一动力机工作，从而带动机器人沿着船体竖直部分运动，利用两侧驱动轮转速的不同可以控制机器人转弯；

与此同时，利用控制设备控制第二动力机工作，从而带动清洁盘转动，进行船体表面附着物的清理；

机器人清污时，可以利用控制设备控制第三动力机工作，增加清洁盘的工作范围；

船体的一侧竖直部分清污完成后，机器人运动至船底开始进行船底的清污，当机器人在进行船底清污时，沉浮腔内需要补入一定量的空气；

船底清污完成后，机器人运动至船体的另一侧竖直部分进行清污，此时沉浮腔内减少一定量的空气；

清污完成后由牵引设备完成机器人的回收。

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