CN112092997A - 一种水下船体清洗机器人的清洗装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下船体清洗机器人的清洗装置及其工作方法，所述的清洗装置，包括空化射流清洗模块、转刷清洗模块、控制模块和框架；所述的空化射流清洗模块安装在首部的底下；所述的转刷清洗模块包括两个转刷清洗轮，两个转刷清洗轮横向并排安装在主体的底下。本发明采用采用空化射流清洗与转刷清洗混合使用的清洗方式，先进行空化射流清洗，清除大型附着物，再进行转刷清洗，清除小型附着物，混合式清洗具有更高的清洗效率，同时转刷清洗轮相比转刷筒有更大的清洗范围，有效的清除船体附着物可以降低船舶燃油损耗，避免物种入侵。本发明采用高强度空化射流喷嘴与空化射流喷嘴连接管，具有清洗范围广，清洗效率高，装配灵活等优点。

Description

一种水下船体清洗机器人的清洗装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及涉及ROV技术，具体涉及一种水下船体清洗机器人的清洗装置及其工作方法。

背景技术

海洋生物长期附着在船舶表面会大大增加船舶阻力，使船舶降速约10％，油耗增加最大可达40％，严重耽误航期，增大运营成本。我国大型船坞数量不足，修坞周期长，目前，清洗船体表面附着物是实现船舶节能减排的主要手段。而全球船舶行业每年的船舶清洗费用接近100亿美元。大型货轮在干船坞内清洗费用高达30万元。作为一项临时措施，许多船东派遣潜水员检查船体并清除生物污垢，这些潜水员使用刮板和洗涤器手动清洁船体，水下清洗作业的特点是极端恶劣的工作环境。此外，潜水员在水下的身体承受能力有限，操作时间和范围同样受限，导致其工作效率低，清洗质量难以保证，而且一旦破坏防污漆会释放大量有毒物质，使船舶更容易受到生物污染。还存在疾病和事故隐患，费时费力且风险高。燃料消耗并不是生物污染造成的唯一威胁。一部分海洋生物可以将自己固定在船上并前往其他地区。尽管有时无害，但这可能会导致物种入侵。

为了提高水下船体的清洗效率和清洗效果，中国专利CN201620916527.3公开了一种水下船体清洗机器人，其包括若干个吸附组件、机器人本体、若干个轮式组件、清洗机构和控制机构；所述吸附组件包含永磁体、导杆、导杆弹簧和若干个万向轴承。该实用新型结构简单，成本低廉，其采用非接触性永磁吸附方式，同时使用轮式结构进行运动，能耗可大幅降低，同时轮式结构运动快，转弯灵活，能大幅提高清洗效率。

但是，该机器人的清洗机构只由三个清洗刷构成，面对大型附着物很难彻底清洗干净，同时清洗范围有限，清洗效果不佳，这种清洗结构存在着明显的缺点。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种清洗效果好的水下船体清洗机器人的清洗装置及其工作方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种水下船体清洗机器人的清洗装置，包括空化射流清洗模块、转刷清洗模块、控制模块和框架；

所述的框架包括首部和主体，首部为菱形体，主体为矩形体，首部与主体固定连接；

所述的首部安装摄像头；

所述的空化射流清洗模块安装在首部的底下；

所述的转刷清洗模块包括两个转刷清洗轮，两个转刷清洗轮横向并排安装在主体的底下；

所述的控制模块安装在密封控制舱内，密封控制舱安装在主体的上部；

所述的控制模块通过数据线分别与空化射流清洗模块和转刷清洗模块连接，控制模块通过载波线与岸上控制中心连接；

所述的空化射流清洗模块包括喷头连接件、喷嘴连接管和喷嘴；所述的喷嘴与喷嘴连接管固定连接，所述的喷嘴连接管固定连接在喷头连接件上，喷头连接件固定在首部侧板上，喷头连接件内部设置导气孔，所述的导气孔与导气管对接实现高压气体输送，所述的导气管上安装电磁阀，通过电磁阀的开启与关闭控制水射流的导通，所述的电磁阀通过数据线与控制模块连接；

所述的喷嘴连接管和喷嘴有多组，沿首部两侧的首部侧板下方均布；所述的喷嘴连接管与水平面夹角为15-25度，喷嘴宽度为5±0.5cm，最大水射流压力为20±5MPa。

所述的转刷清洗模块包括转刷清洗轮、轴杆、水下无刷电机和传动带；所述的转刷清洗轮安装在轴杆上，所述的轴杆两端固定在左右两侧的主体侧板上，所述的转刷清洗轮内部尼龙条成螺旋分布，所述的水下无刷电机通过传动带带动转刷清洗轮转动，水下无刷电机通过数据线与控制模块连接，水下无刷电机安装在主体上。

进一步地，所述的转刷清洗轮直径小于15cm、长度小于机器人宽度至少8cm。

进一步的，所述的首部由首部顶板与两块首部侧板固定连接组成菱形体，首部顶板与主体顶板交界处成135度夹角；两侧首部侧板分别与两侧主体侧板固定，首部侧板与主体侧板交界处成135度夹角。

一种水下船体清洗机器人的清洗装置的工作方法，包括以下步骤：

A、靠近船体表面

通过岸上控制中心发送控制信号到控制模块，控制模块控制机器人自由移动到水下船体表面且机器人底部靠近船体表面；

B、吸附到船体表面上

操作人员根据船体表面的材质选择机器人的吸附形式，控制机器人吸附到船体表面上；

C、清洗船体表面

C1、清洗：控制模块控制空化射流清洗模块的电磁阀打开，高压水射流通过导气管从喷嘴射出，以与船体表面成15-25度的角度冲击船体表面，从而清除船体表面上的大型附着物，同时控制模块通过控制水下无刷电机转动带动转刷清洗轮将船体表面上的小型残余附着物清除；在清洗过程中，通过安装在首部的摄像头观看船体表面的附着物清洗的难易程度，并据此调节水射流流速和转刷清洗轮转速；机器人在船体表面进行履带式移动，直至完成一条直线轨迹的清洗；

C2、移动：控制模块控制机器人移动到船体表面的另一条直线上，机器人本次移动路径宽度覆盖前次移动路径宽度的一半，即机器人在水下船体表面进行自动规划清洗时，在宽度方向上本次清洗轨迹覆盖前次清洗轨迹的一半；

C3、清洗：按步骤C1进行清洗直至完成整个船体表面的清洗；

D、结束

控制模块控制机器人离开船体表面，清洗结束。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1.本发明采用采用空化射流清洗与转刷清洗混合使用的清洗方式，先进行空化射流清洗，清除大型附着物，再进行转刷清洗，清除小型附着物，混合式清洗具有更高的清洗效率，同时转刷清洗轮相比转刷筒有更大的清洗范围，有效的清除船体附着物可以降低船舶燃油损耗，避免物种入侵。

2.本发明采用高强度空化射流喷嘴与空化射流喷嘴连接管，多个空化射流喷头模块与传统的双螺旋喷头模块相比，具有清洗范围广，清洗效率高，装配灵活等优点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2是图1的仰视示意图；

图3为本发明空化射流清洗模块示意图；

图4为本发明空化射流清洗喷头模块示意图；

图5为本发明转刷清洗模块示意图；

图中：1、垂直推进器，2、密封控制舱，3、主体侧板，4、橡胶履带，5、喷头连接件，6、首部侧板，7、首部顶板，8、喷嘴连接管，9、喷嘴，10、摄像头，11、轴杆，12、水下无刷电机，13、传动带，14、转刷清洗轮，15、导气孔。

具体实施方式

下面结合附图来进一步描述本发明：如图1-5所示，一种水下船体清洗机器人的清洗装置，包括空化射流清洗模块、转刷清洗模块、控制模块和框架；

所述的框架包括首部和主体，首部为菱形体，主体为矩形体，首部与主体固定连接；

所述的首部安装摄像头10；

所述的空化射流清洗模块安装在首部的底下；

所述的转刷清洗模块包括两个转刷清洗轮14，两个转刷清洗轮14横向并排安装在主体的底下；

所述的控制模块安装在密封控制舱2内，密封控制舱2安装在主体的上部；

所述的控制模块通过数据线分别与空化射流清洗模块和转刷清洗模块连接，控制模块通过载波线与岸上控制中心连接；

所述的空化射流清洗模块包括喷头连接件5、喷嘴连接管8和喷嘴9；所述的喷嘴9与喷嘴连接管8固定连接，所述的喷嘴连接管8固定连接在喷头连接件5上，喷头连接件5固定在首部侧板6上，喷头连接件5内部设置导气孔15，所述的导气孔15与导气管对接实现高压气体输送，所述的导气管上安装电磁阀，通过电磁阀的开启与关闭控制水射流的导通，所述的电磁阀通过数据线与控制模块连接；

所述的喷嘴连接管8和喷嘴9有多组，沿首部两侧的首部侧板6下方均布；所述的喷嘴连接管8与水平面夹角为15-25度，喷嘴9宽度为5±0.5cm，最大水射流压力为20±5MPa。

所述的转刷清洗模块包括转刷清洗轮14、轴杆11、水下无刷电机12和传动带13；所述的转刷清洗轮14安装在轴杆11上，所述的轴杆11两端固定在左右两侧的主体侧板3上，所述的转刷清洗轮14内部尼龙条成螺旋分布，所述的水下无刷电机12通过传动带13带动转刷清洗轮14转动，水下无刷电机12通过数据线与控制模块连接，水下无刷电机12安装在主体上。

进一步地，所述的转刷清洗轮14直径小于15cm、长度小于机器人宽度至少8cm。

进一步的，所述的首部由首部顶板7与两块首部侧板6固定连接组成菱形体，首部顶板7与主体顶板交界处成135度夹角；两侧首部侧板6分别与两侧主体侧板3固定，首部侧板6与主体侧板3交界处成135度夹角。

一种水下船体清洗机器人的清洗装置的工作方法，包括以下步骤：

A、靠近船体表面

通过岸上控制中心发送控制信号到控制模块，控制模块控制机器人自由移动到水下船体表面且机器人底部靠近船体表面；

B、吸附到船体表面上

操作人员根据船体表面的材质选择机器人的吸附形式，控制机器人吸附到船体表面上；

C、清洗船体表面

C1、清洗：控制模块控制空化射流清洗模块的电磁阀打开，高压水射流通过导管从喷嘴9射出，以与船体表面成15-25的角度冲击船体表面，从而清除船体表面上的大型附着物，同时控制模块通过控制水下无刷电机12转动带动转刷清洗轮14将船体表面上的小型残余附着物清除；在清洗过程中，通过安装在首部的摄像头10观看船体表面的附着物清洗的难易程度，并据此调节水射流流速和转刷清洗轮14转速；机器人在船体表面进行履带式移动，直至完成一条直线轨迹的清洗；

C2、移动：控制模块控制机器人移动船体表面的另一条直线上，机器人本次移动路径宽度覆盖前次移动路径宽度的一半，即机器人在水下船体表面进行自动规划清洗时，在宽度方向上本次清洗轨迹覆盖前次清洗轨迹的一半；

C3、清洗：按步骤C1进行清洗直至完成整个船体表面的清洗；

D、结束

控制模块控制机器人离开船体表面，清洗结束。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种水下船体清洗机器人的清洗装置，其特征在于：包括空化射流清洗模块、转刷清洗模块、控制模块和框架；

所述的框架包括首部和主体，首部为菱形体，主体为矩形体，首部与主体固定连接；

所述的首部安装摄像头(10)；

所述的空化射流清洗模块安装在首部的底下；

所述的转刷清洗模块包括两个转刷清洗轮(14)，两个转刷清洗轮(14)横向并排安装在主体的底下；

所述的控制模块安装在密封控制舱(2)内，密封控制舱(2)安装在主体的上部；

所述的控制模块通过数据线分别与空化射流清洗模块和转刷清洗模块连接，控制模块通过载波线与岸上控制中心连接；

所述的空化射流清洗模块包括喷头连接件(5)、喷嘴连接管(8)和喷嘴(9)；所述的喷嘴(9)与喷嘴连接管(8)固定连接，所述的喷嘴连接管(8)固定连接在喷头连接件(5)上，喷头连接件(5)固定在首部侧板(6)上，喷头连接件(5)内部设置导气孔(15)，所述的导气孔(15)与导气管对接实现高压气体输送，所述的导气管上安装电磁阀，通过电磁阀的开启与关闭控制水射流的导通，所述的电磁阀通过数据线与控制模块连接；

所述的喷嘴连接管(8)和喷嘴(9)有多组，沿首部两侧的首部侧板(6)下方均布；所述的喷嘴连接管(8)与水平面夹角为15-25度，喷嘴(9)宽度为5±0.5cm，最大水射流压力为20±5MPa；

所述的转刷清洗模块包括转刷清洗轮(14)、轴杆(11)、水下无刷电机(12)和传动带(13)；所述的转刷清洗轮(14)安装在轴杆(11)上，所述的轴杆(11)两端固定在左右两侧的主体侧板(3)上，所述的转刷清洗轮(14)内部尼龙条成螺旋分布，所述的水下无刷电机(12)通过传动带(13)带动转刷清洗轮(14)转动，水下无刷电机(12)通过数据线与控制模块连接，水下无刷电机(12)安装在主体上。

2.根据权利要求1所述的一种水下船体清洗机器人的清洗装置，其特征在于：所述的转刷清洗轮(14)直径小于15cm、长度小于机器人宽度至少8cm。

3.根据权利要求1所述的一种水下船体清洗机器人的清洗装置，其特征在于：所述的首部由首部顶板(7)与两块首部侧板(6)固定连接组成菱形体，首部顶板(7)与主体顶板交界处成135度夹角；两侧首部侧板(6)分别与两侧主体侧板(3)固定，首部侧板(6)与主体侧板(3)交界处成135度夹角。

4.一种水下船体清洗机器人的清洗装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、靠近船体表面

通过岸上控制中心发送控制信号到控制模块，控制模块控制机器人自由移动到水下船体表面且机器人底部靠近船体表面；

B、吸附到船体表面上

操作人员根据船体表面的材质选择机器人的吸附形式，控制机器人吸附到船体表面上；

C、清洗船体表面

C1、清洗：控制模块控制空化射流清洗模块的电磁阀打开，高压水射流通过导气管从喷嘴(9)射出，以与船体表面成15-25度的角度冲击船体表面，从而清除船体表面上的大型附着物，同时控制模块通过控制水下无刷电机(12)转动带动转刷清洗轮(14)将船体表面上的小型残余附着物清除；在清洗过程中，通过安装在首部的摄像头(10)观看船体表面的附着物清洗的难易程度，并据此调节水射流流速和转刷清洗轮(14)转速；机器人在船体表面进行履带式移动，直至完成一条直线轨迹的清洗；

C2、移动：控制模块控制机器人移动船体表面的另一条直线上，机器人本次移动路径宽度覆盖前次移动路径宽度的一半，即机器人在水下船体表面进行自动规划清洗时，在宽度方向上本次清洗轨迹覆盖前次清洗轨迹的一半；

C3、清洗：按步骤C1进行清洗直至完成整个船体表面的清洗；

D、结束

控制模块控制机器人离开船体表面，清洗结束。

Images