CN114408116B - 一种用于清洗船舶海洋生物污染物的水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于清洗船舶海洋生物污染物的水下机器人，用以解决现有机器人清洗效率低的问题。本发明的水下机器人包括：本体框架；浮力组件，安装于所述本体框架上，以备所述水下机器人在海水中的浮力与所述水下机器人的重力比值为x，1＜x≤1.1，且所述水下机器人水平浮于海水中时，所述水下机器人的浮心位于所述水下机器人的重心正上方。本发明的水下机器人，在海水中时其受到的浮力始终略大于其重力，只需要较小的推力就可调整水下机器人的姿态；清洗组件通过高压空化水流进行清洗，使得水下机器人具有稳定高效的清洁效果。高压空化水流在清洗盘内外侧形成压力差，保证水下机器人在船体表面灵活移动的同时，能够高效完成清洗作业任务。

Description

一种用于清洗船舶海洋生物污染物的水下机器人

技术领域

本发明涉及船舶清洗设备技术领域，尤其涉及一种用于清洗船舶海洋生物污染物的水下机器人。

背景技术

船舶在海洋中航行时，船体外表面下部浸水部分会附着各种海洋生物，如藤壶等贝类，且随着航行时间的增长，附着的海洋生物污染物数量会越来越多，船体重量越来越重，致使船舶航行速度下降、燃料消耗激增、气体污染排放增加。同时对于远洋航行的船舶，增大了外来物种入侵的风险。此外，海洋生物污染物还会对船体表面造成腐蚀，影响船舶使用寿命，增大船舶维护成本。

因此，及时清理船体表面附着的海洋生物污染物就变得尤为重要。

由于人工清洗具有效率低、成本高、安全风险高等缺点，因此采用水下机器人对船舶污染物进行清洗优势明显。

现有的水下船体清洗机器人在清洗船体时，一类机器人采用磁吸的方式与船体紧靠，但由于吸力过大，使得机器人移动性能较差，清洗效率较低；一类机器人采用推进器的方式将机器人推向船体表面，虽然提高了机器人在船体表面的移动性能，但是由于海浪的影响机器人经常会脱离船体，使得机器人清洗效果难以控制。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于清洗船舶海洋生物污染物的水下机器人，用以解决现有机器人清洗效率低的问题。

本发明提供了一种用于清洗船舶海洋生物污染物的水下机器人，包括：

本体框架；

浮力组件，安装于所述本体框架上，以备所述水下机器人在海水中的浮力与所述水下机器人的重力比值为x，1＜x≤1.1，且所述水下机器人水平浮于海水中时，所述水下机器人的浮心位于所述水下机器人的重心正上方。

进一步地，所述水下机器人还包括清洗组件，所述清洗组件安装于所述本体框架上；

所述清洗组件包括清洗盘、至少两个喷水件和旋转轴体，所述喷水件、旋转轴体位于所述清洗盘内；

所述旋转轴体位于所述清洗盘的中心；

所述喷水件与所述旋转轴体连接，以备所述喷水件通过所述旋转轴体绕清洗盘中心旋转；

所述水下机器人包括清洗状态，所述清洗状态下，所述喷水件喷出空化水流，以备对船舶表面进行清洗。

进一步地，所述清洗组件还包括连接支架和缸体；

所述连接支架位于所述清洗盘的背面，且与所述本体框架连接；

所述缸体位于所述连接支架上，且与所述喷水件连接。

进一步地，所述喷水件包括依次连通的喷水管、弯管和喷嘴；

所述喷水管的一端安装于所述旋转轴体上，且通过所述旋转轴体与所述缸体连通；

所述喷水管的另一端与所述弯管的一端连接；

所述弯管的另一端与所述喷嘴连接；

所述喷嘴与所述喷水管之间形成夹角α，90°＜α≤135°。

进一步地，所述喷嘴向远离所述清洗盘盘底的方向延伸，所述喷嘴与所述清洗盘盘底的夹角为β，30°≤β＜50°。

进一步地，所述清洗状态下，所述清洗盘与船舶表面的距离为3～5cm。

进一步地，所述喷嘴延伸出所述清洗盘外；

所述清洗状态下，所述喷嘴末端与船舶表面的距离为s，1cm≤s≤5cm。

进一步地，所述水下机器人还包括安装于所述本体框架上的推进组件、爬行组件和主控器；

所述控制器与所述清洗组件、推进组件、爬行组件连接，以备控制所述水下机器人的工作进程；

所述爬行组件的底部与所述清洗盘距离为3～5cm。

进一步地，所述水下机器人还包括角度传感器或/和距离传感器，所述角度传感器用于实时检测所述水下机器人清洗面与船舶表面的角度，所述距离传感器用于实时检测所述清洗盘与船舶表面的距离；

所述角度传感器、距离传感器与所述主控器连接，并将检测到的角度信号、距离信号实时传至所述主控器，所述主控器通过接收到的角度信号、距离信号，判断所述水下机器人清洗面与船舶表面的实时角度是否超过预设角度，和/或判断所述清洗盘与船舶表面的实时距离是否超过预设距离；

当实时角度≥预设角度或实时距离≥预设距离时，所述主控器启动所述推进组件，控制所述水下机器人贴近船舶表面，直至实时角度＜预设角度或/和实施距离＜预设距离，所述主控器关闭所述推进组件，启动所述爬行组件，控制所述水下机器人在船舶表面上爬行；

当实时角度＜预设角度，或/和实施距离＜预设距离，所述主控器开启并控制所述爬行组件在船舶表面上爬行。

进一步地，还包括设置安装于所述本体框架上的图像采集组件和照明组件，所述图像采集组件、照明组件与所述主控器连接；

所述图像采集组件采集到的信息同步传送至所述主控器；

所述主控器包括识别模块，所述主控器接收到图像采集组件采集的图像信号后，所述识别模块对图像信号进行处理判断，判定所述水下机器人面对的船舶表面的脏污级别，所述主控器根据所述识别模块判定的脏污级别，控制所述清洗组件以与所述脏污级别相对应的清洗强度对船舶表面进行清洗，或/和控制所述爬行组件以与所述脏污级别相对应的爬行速度在船舶表面爬行；

所述浮力组件根据所述推进组件、清洗组件、主控器、爬行组件、图像采集组件和照明组件在所述本体框架上的重量分布，设置所述浮力组件的密度和形状。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明的水下机器人，通过在本体框架上设置浮力组件，使得所述水下机器人在海水中的浮力与所述水下机器人的重力比值为x，且1＜x≤1.1，即水下机器人在海水中时其受到的浮力始终略大于其重力，一方面，只需要较小的推力就可调整水下机器人的姿态，使水下机器人移动更灵活便捷；另一方面，使水下机器人在不同的环境条件下更易维持稳定，保证水下机器人进行水下作业时姿态更稳定；

(2)若遇到突发情况，水下机器人失去推力，由于水下机器人所受到的浮力略大于其自身的重力，可使水下机器人稳定地浮至海面，以备工作人员及时发现进行回收处理；

(3)清洗组件在清洗过程中，空化水流使得清洗盘内外侧形成压力差，在水下机器人进行水下清洁工作时，清洗盘与船体表面悬空吸附，不仅使得水下机器人具有较好的清洁效果，而且保证水下机器人在船体表面灵活移动的同时，高效完成清洗作业任务，机器人的工作能耗降低；

(4)通过控制清洗盘内空化射流的参数，能够调节水下机器人在不同船体表面的吸附力大小，使得水下机器人在船体表面移动灵活，同时针对不同类型附着物，调节喷射参数，以更好地清洗附着物，提高水下机器人的清洗效果；

(5)弯管使得喷嘴与喷水管之间形成夹角α，且90°＜α≤135°，使得喷水件旋转产生的喷射空化水流清洗效果更佳，清洗盘内更容易形成压力差，提高水下机器人的清洗效果的同时提高水下机器人的吸附稳定性。进一步地，喷嘴与清洗盘盘底的夹角为β，30°≤β＜50°，使其具有更好的清洗效果；

(6)本发明的水下机器人克服了现有清洗机器人无法同时兼顾移动性能与清洗效率的问题，既能稳定悬空吸附于船体表面，又能灵活移动，极大提高了机器人清洗海洋生物污染物的效率。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为具体实施方式中水下机器人的结构示意图(一)；

图2为具体实施方式中水下机器人的结构示意图(二)；

图3为具体实施方式中水下机器人的结构示意图(三)；

图4为具体实施方式中水下机器人的结构示意图(四)；

图5为具体实施方式中清洗组件的结构示意图(一)；

图6为具体实施方式中清洗组件的结构示意图(二)；

图7为具体实施方式中水下机器人清洗船体的示意图。

附图标记：

1-浮力组件；2-推进组件；21-推进器；3-清洗组件；31-清洗盘；32-喷水件；321-喷水管；322-弯管；323-喷嘴；33-旋转轴体；34-连接支架；35-缸体；4-爬行组件；5-图像采集组件；6-照明组件。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”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，也可以是电连接可以是直接相连，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在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

本发明通常的工作面可以为平面或曲面，可以倾斜，也可以水平。为了方便说明，本发明实施例放置在水平面上，并在水平面上使用，并以此限定“高低”和“上下”。

本发明的一个具体实施例，公开了一种用于清洗船舶海洋生物污染物的水下机器人(简称为水下机器人)，如图1～图7所示，包括：

本体框架；

浮力组件1，安装于所述本体框架上，以备所述水下机器人在海水中的浮力与所述水下机器人的重力比值为x，1＜x≤1.1，且所述水下机器人水平浮于海水中时，所述水下机器人的浮心位于所述水下机器人的重心正上方。

与现有技术相比，本发明的水下机器人，通过在本体框架上设置浮力组件1，使得所述水下机器人在海水中的浮力与所述水下机器人的重力比值为x，且1＜x≤1.1，即水下机器人在海水中时其受到的浮力始终略大于其重力，一方面，只需要较小的推力就可调整水下机器人的姿态，使水下机器人移动更灵活便捷；另一方面，使水下机器人在不同的环境条件下更易维持稳定，保证水下机器人进行水下作业时姿态更稳定。此外，若遇到突发情况，水下机器人失去推力，由于水下机器人所受到的浮力略大于其自身的重力，可使水下机器人稳定地浮至海面，以备工作人员及时发现进行回收处理。

此外，通过在本体框架上设置浮力组件1，使得水下机器人水平浮于海水中时，所述水下机器人的浮心位于所述水下机器人的重心正上方，如此设置，使得水下机器人在海水中运行时更加平衡、稳定，不易发生侧翻，提高水下机器人的平衡性能。

上述水下机器人还包括推进组件2、清洗组件3、主控器、爬行组件4、图像采集组件5和照明组件6等，这些组件(即进组件2、清洗组件3、主控器、爬行组件4、图像采集组件5和照明组件6等组件)均安装于本体框架上，浮力组件1根据这些组件的自重及在本体框架上的分布，设置浮力组件1的密度和形状，以使1＜x≤1.1，水下机器人水平浮于海水中时，水下机器人的浮心位于水下机器人的重心正上方。

本实施例中，浮力组件1为一体成型的浮力板，浮力板的密度和形状根据推进组件2、清洗组件3、主控器、爬行组件4、图像采集组件5和照明组件6等在本体框架上的分布和自重进行设置，以使1＜x≤1.1，水下机器人水平浮于海水中时，水下机器人的浮心位于水下机器人的重心正上方。浮力板的不同位置可采用不同密度的漂浮材料。

需要说明的是，浮力组件1不仅仅局限于一体成型的浮力板，也可以由多组浮力板组成，这些浮力板根据本体框架上其他组件的重力分布进行分布，只要最终使得1＜x≤1.1，水下机器人水平浮于海水中时，水下机器人的浮心位于水下机器人的重心正上方即可。多组浮力板可以为密度不同、体积不同的浮漂材料，也可以为密度相同、体积不同的浮漂材料，也可以为密度不同、体积相同的浮漂材料。

在实际应用中，水下机器人设计时，先确定本体框架和其他组件(包括推进组件2、清洗组件3、主控器、爬行组件4、图像采集组件5和照明组件6等)的结构、分布情况，最后根据本体框架、其他组件的重量布置确定浮力组件1的各处的密度和体积，以使1＜x≤1.1，水下机器人水平浮于海水中时，水下机器人的浮心位于水下机器人的重心正上方。

本实施例中，浮力组件1包括盖板部和嵌入部，盖板部盖设于本体框架的正上方，嵌入部、盖板部安装于本体框架上，嵌入部嵌设于本体框架与其他组件(包括推进组件2、清洗组件3、主控器、爬行组件4、图像采集组件5和照明组件6等)之内和/或之间(所述之间包括两者之间、三者之间等多者之间)。

浮力组件1包括多块嵌入部，盖板部和多块嵌入部可以为密度不同、体积不同的浮漂材料，也可以为密度相同、体积不同的浮漂材料，也可以为密度不同、体积相同的浮漂材料。

推进组件2、清洗组件3和主控器均位于本体框架上。

推进组件2包括多个推进器21，推进器21优选设置在本体框架的不同位置，具体地，若干个推进器21推进方向与水下机器人的清洗面(所述清洗面为水下机器人设有清洗组件3的那一面，用于清洗船舶)垂直，若干个推进器21推进方向与水下机器人的清洗面平行。本实施例中，推进组件2包括六个推进器21，其中，四个推进器21推进方向与水下机器人的清洗面垂直，两个推进器21推进方向与水下机器人的清洗面平行。具体地，盖板部上开设有供推进器21(该推进器21的推进方向与清洗面垂直)安装的装配孔，推进器21穿过装配孔与安装于本体框架上。

本实施例中，推进组件2通过设置在本体框架不同位置的六个推进器21，使得水下机器人在水下能够实现五个自由度的运动，具体地包括：两个平移运动(推进、浮潜)和三个回转运动(转艏、纵倾、横倾)，所述五个自由度运动通过控制六个推进器21的正反转动方向和转速来实现。

推进器21与本体框架之间采用螺纹连接，以备增强两者之间的连接强度，推进器21与主控器连接，由主控器控制推进器21的工作状态。

清洗组件3包括清洗盘31、至少两个喷水件32和旋转轴体33，喷水件32和旋转轴体33位于清洗盘31内，旋转轴体33位于清洗盘31的中心，喷水件32与旋转轴体33连接，喷水件32通过旋转轴体33能够绕清洗盘31中心实现360°旋转。

优选地，清洗组件3采用空化水流清洗，即水下机器人通过喷水件32喷出高压空化水流，以备清洗船体表面的海洋生物污染物，由于高压空化水流的反推力作用下，使得喷水件32绕清洗盘31中心做360°连续旋转，使清洗组件3对船体表面的海洋生物污染物进行连续喷射清洁。此外，当喷水件32连续喷射高压空化水流时，使喷水件32高速旋转的同时，由于空化水流中气泡高速打向船舶表面发生爆炸，在清洗盘31内侧产生空腔，即在清洗盘31内侧形成低压区，使得清洗盘31内外两侧形成压力差，在水下机器人进行水下清洁工作时，清洗盘31向船体表面贴合，使得水下机器人在进行清洁作业的同时，稳定吸附在船体表面上。

清洗组件3还包括连接支架34和缸体35，连接支架34位于清洗盘31的背面，清洗组件3通过连接支架34与本体框架连接，缸体35安装于连接支架34上，且缸体35与喷水件32连接。

喷水件32包括依次连通的喷水管321、弯管322和喷嘴323，喷水管321的一端安装于旋转轴体33上，且喷水管321的这一端通过旋转轴体33与缸体35连通，喷水管321的另一端与弯管322的一端连接，弯管322的另一端与喷嘴323连接，弯管322使得喷嘴323与喷水管321之间形成夹角α，且90°＜α≤135°，以使喷水件32更易绕旋转轴体33高速旋转，进而提高清洗组件3的清洗效果。优选地，α＝110°。

喷水件32安装于旋转轴体33上，进一步地优选，所有喷水件32的弯管322的弯曲方向一致。本实施例中，喷水件32的数量为两个，相对设置于旋转轴体33上。

为保证喷水件32出水流畅，弯管322优选弧形弯管。

为进一步提高清洗组件3的清洁效果，通过弯管322使喷嘴323向远离清洗盘31盘底的方向延伸，具体地，喷嘴323与清洗盘31盘底的夹角为β，30°≤β＜50°，优选β＝44°，使其具有更好的清洗效果。

需要说明的是，当α＝110°，β＝44°时，清洗组件3的清洁效果最佳。

本发明的清洗组件3采用空化清洗，即高压水流经过缸体35进入喷水件32再由喷嘴323处喷射，高压空化水流从喷嘴323处喷射出时，由于高压空化水流的反推力作用下，使得喷水件32绕清洗盘31中心做360°连续旋转，使清洗组件3对船体表面的海洋生物污染物进行连续喷射清洁。此外，当喷嘴连续喷射高压空化水流时，使喷水件32高速旋转的同时，由于空化水流中气泡高速打向船舶表面发生爆炸，在清洗盘31内侧产生空腔，即在清洗盘31内侧形成低压区，使得清洗盘31内外两侧形成压力差，在水下机器人进行水下清洁工作时，清洗盘31向船体表面贴合，使得水下机器人具有稳定的清洁效果。

连接支架33与本体框架之间采用螺纹连接，以备增强两者之间的连接强度。

水下机器人上可以设置多个清洗组件3，清洗组件3位于水下机器人的清洗面上，本实施例中，水下机器人底部设有两个并排设置的清洗组件3，清洗组件位于本体框架的底部，与盖板部相对设置。

为了提高水下机器人在水下的运动灵活度，清洗组件3清洗船舶表面时，清洗盘31与船舶表面悬空吸附，即清洗盘31在内外侧的压力差作用下向船舶表面靠近，但是清洗盘31不与船舶表面贴紧，以便水下机器人在船舶表面能够灵活稳定运动，使水下机器人既便于移动，又可以与船舶表面吸附，能够有效降低水下机器人移动时的能耗。优选地，清洗组件3进行清洗工作时，清洗盘31与船舶表面最佳的距离为3～5cm(包括端点值3.0cm和5.0cm，以及3.1cm、3.2cm、3.3cm、3.4cm、3.5cm……4.0cm……4.9cm等，不再一一穷举)，此距离范围既可以保证清洁组件3的吸附稳定性和清洗效率，又可以保证水下机器人只需很小的驱动力就能够移动，具体地，清洗盘31包括盘底以及环设于盘底边缘的盘侧壁，盘侧壁远离盘底的一边为盘边，清洗组件3进行清洗工作时，清洗盘31的盘边与船舶表面的最佳距离为3～5cm。

为了进一步提高水下机器人的清洗效果，喷水件32通过弯管322使喷嘴323延伸出清洗盘31，即喷嘴323延伸出盘边外侧，使喷嘴323距离船舶表面更近，有更好的清洗效果。优选地，清洗组件3清洗过程中，喷嘴323末端(远离弯管322的一端)与船舶表面的距离为s，1cm≤s≤5cm，s≥1cm是为了避免喷嘴323旋转时碰触到船舶表面，对喷嘴323、船舶造成损坏，s≤5cm是为了保证水下机器人具有稳定良好的清洗效果。

为了方便水下机器人在船体表面运动，以及为了保证水下机器人具有稳定良好的清洗效果，水下机器人还设有爬行组件4，当水下机器人通过爬行组件4在船体表面爬行时，清洗盘31与船体表面的距离为3～5cm，具体地，水下机器人在船体表面爬行时，爬行组件4的底部与船体表面贴紧，爬行组件4的底部与清洗盘31的距离为3～5cm。

具体地，爬行组件4安装于本体框架的两侧，爬行组件4包括驱动电机、履带和带轮，驱动电机的输出轴与带轮通过平键连接，以备驱动带轮转动，履带与带轮之间通过齿轮连接，且履带与带轮之间设有张紧结构，以便组装及防止履带在运行过程中跑偏或脱离。驱动电机与主控器连接，通过主控器控制驱动电机转动，进而实现对爬行组件4的控制。

需要说明的是，上述驱动电机采用独立密封舱，并采用H型油封或格莱圈作为动密封，以确保水下机器人在水下工作时驱动电机得到有效防护。

主控器用于控制整个水下机器人的工作进程，主控器与推进组件2、爬行组件4连接，控制水下机器人的运动和清洗进程，具体地主控器与推进器21、驱动电机连接，通过控制推进器21、驱动电机控制水下机器人的运行轨迹。

主控器内设有通讯模块，以使水下机器人与其他设备实现数据交互，操作人员远程控制水下机器人。

上述水下机器人还包括角度传感器或/和距离传感器，角度传感器用于实时检测水下机器人清洗面与船舶表面的角度，距离传感器用于实时检测清洗盘与船舶表面的距离。

角度传感器、距离传感器与主控器连接，将其检测到的角度信号、距离信号实时传至主控器，主控器通过接收到的角度信号、距离信号，判断水下机器人清洗面与船舶表面的角度是否超过预设角度，和/或判断水下机器人清洗盘与船舶表面的距离是否超过预设距离，当检测到的实时角度≥预设角度或检测到的实时距离≥预设距离时，主控器启动推进组件2，控制水下机器人贴近船舶表面，直至实时角度＜预设角度或/和实施距离＜预设距离，主控器关闭推进组件2，主控器启动爬行组件4，控制水下机器人在船舶表面上爬行；当实时角度＜预设角度或/和实施距离＜预设距离，主控器直接控制爬行组件4在船舶表面上行走，如此使水下机器人在水下运行更加灵活方便，降低水下机器人的能耗，同时提高水下机器人的清洗效果。

需要说明的是，上述预设角度和预设距离由工作人员根据待清洁船舶形状、水下机器人的形状、清洁需求等情况自定义，例如，80°≤预设角度≤90°，6cm≤预设距离≤9cm。

清洁组件3包括清洗状态，在清洗状态下水下机器人对船舶表面进行清洗。为了进一步降低能耗，上述角度传感器、距离传感器、清洗组件3只有水下机器人在清洗状态下才开启，而清洗状态由工作人员决定是否开启。一般将水下机器人放入水后，控制水下机器人靠近船舶表面，当水下机器人贴紧船舶表面时开启清洗状态。

为了更精准对船体表面的海洋生物污染物进行清洁，水下机器人还设有图像采集组件5和照明组件6，图像采集组件5和照明组件6安装于本体框架上，图像采集组件5、照明组件6为水下机器人进行水下作业提供可靠的视频支持及视频证据，也对水下机器人清洗效果评定提供依据。

具体地，图像采集组件5包括摄像头和旋转部，摄像机头安装于旋转部上，以实现水下机器人尽可能实现大角度范围内的视频检测。旋转部安装于本体框架上，摄像头优选水下高清摄像头。

照明组件6包括高亮度的LED灯，以备在水下环境中为视频拍摄提供充足的光源，协助图像采集组件5完成视频的检测、录制等工作。LED灯安装于本体框架上。

图像采集组件5、照明组件6与主控器连接，通过主控器控制图像采集组件5、照明组件6的工作进程，具体地，通过主控器控制旋转部，进而控制图像采集组件5的图像采集区域，图像采集组件5采集到的信息同步传送至主控器，再由主控器的通讯模块同步传送至其他设备(如图像显示设备、服务器等)，以备操作人员及时获取水下机器人在水下的环境信息，以使更好地控制水下机器人进行清洗工作；通过主控器控制照明组件6的亮度，以使照明组件6提供合适的亮度。

当水下机器人向船体表面靠近时，通过图像采集组件5的反馈信息，操作人员及时调节推进组件2的工作参数，使水下机器人快速、安全地到达船体表面。当水下机器人到达船体表面后，操作人员根据图像采集组件5反馈的信息，针对船体表面不同类型的附着物调节爬行组件4、清洗组件3的工作参数，从提高机器人移动灵活性、清洗效率和清洁效果。当图像采集组件5反馈船体表面有较障碍物时，操作人员调节驱动电机的参数，提高水下机器人越障能力、紧急避障能力，进而保证水下机器人安全，且使其具有更高的移动灵活性及清洗效率。此外，操作人员根据还可以根据图像采集组件5反馈信息，针对船体表面所需清理附着物调节喷射压力、流量等参数，已达到更好的清洗效果。

为了更智能、高效地对船舶表面清洁，主控器包括识别模块，主控器接收到图像采集组件5实时采集的图像信号后，识别模块对该实时图像信号进行处理判断，判定水下机器人实时面对的船舶表面的脏污级别，主控器根据识别模块判定的脏污级别，控制清洗组件3的喷射压力、流量等参数，或/和控制爬行组件4的爬行速度，即控制所述清洗组件3以与所述脏污级别相对应的清洗强度对船舶表面进行清洗，或/和控制所述爬行组件4以与所述脏污级别相对应的爬行速度在船舶表面爬行。

需要说明的是，识别模块至少包括两个脏污级别，每个脏污级别唯一对应一组清洗组件3、爬行组件4的参数，不同脏污级别下水下机器人清洗效果不同。

水下机器人所有的电器部件的防护等级均为IP68。

水下机器人的外形设计原则为阻力小，使水下机器人具有良好的航行能力，且本体框架具有足够的强度，以更稳定支撑上述浮力组件1、推进组件2、清洗组件3、主控器、爬行组件4、图像采集组件5和照明组件6，这些组件的部件在不影响各自功能的前提下，尽可能使水下机器人的重量分布均匀，以保证水下机器人在水下具有稳定的航行能力。

优选地，浮力调节组件1、推进组件2、清洗组件3、主控器、爬行组件4、图像采集组件5和照明组件6与本体框架采用螺纹连接，以增强与本体框架的连接性能，同时方便后期维护更换。

需要说明的是，本发明x、α、β、s等所有数值范围，至少包括范围内、范围端值整数值小数点后两位任一数值，虽没有一一穷举，但是仍属于本发明的保护范围。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于清洗船舶海洋生物污染物的水下机器人，其特征在于，包括：

本体框架，

以及安装于所述本体框架上的：

浮力组件(1)，以备所述水下机器人在海水中的浮力与所述水下机器人的重力比值为x，1＜x≤1.1，且所述水下机器人水平浮于海水中时，所述水下机器人的浮心位于所述水下机器人的重心正上方；

主控器；

清洗盘(31)；

推进组件(2)；

爬行组件(4)；

角度传感器或/和距离传感器，所述角度传感器用于实时检测所述水下机器人清洗面与船舶表面的角度，所述距离传感器用于实时检测所述清洗盘(31)与船舶表面的距离；

其中，所述角度传感器、距离传感器与所述主控器连接，并将检测到的角度信号、距离信号实时传至所述主控器，所述主控器通过接收到的角度信号、距离信号，判断所述水下机器人清洗面与船舶表面的实时角度是否超过预设角度，和/或判断所述清洗盘(31)与船舶表面的实时距离是否超过预设距离；

当实时角度≥预设角度或实时距离≥预设距离时，所述主控器启动所述推进组件(2)，控制所述水下机器人贴近船舶表面，直至实时角度＜预设角度或/和实施距离＜预设距离，所述主控器关闭所述推进组件(2)，启动所述爬行组件(4)，控制所述水下机器人在船舶表面上爬行；

当实时角度＜预设角度或/和实施距离＜预设距离时，所述主控器开启并控制所述爬行组件(4)在船舶表面上爬行。

2.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，还包括清洗组件(3)，所述清洗组件(3)安装于所述本体框架上；

所述清洗组件(3)包括所述清洗盘(31)、至少两个喷水件(32)和旋转轴体(33)，所述喷水件(32)、旋转轴体(33)位于所述清洗盘(31)内；

所述旋转轴体(33)位于所述清洗盘(31)的中心；

所述喷水件(32)与所述旋转轴体(33)连接，以备所述喷水件(32)通过所述旋转轴体(33)绕清洗盘(31)中心旋转；

所述水下机器人包括清洗状态，所述清洗状态下，所述喷水件(32)喷出空化水流，以备对船舶表面进行清洗。

3.根据权利要求2所述的水下机器人，其特征在于，所述清洗组件(3)还包括连接支架(34)和缸体(35)；

所述连接支架(34)位于所述清洗盘(31)的背面，且与所述本体框架连接；

所述缸体(35)位于所述连接支架(34)上，且与所述喷水件(32)连接。

4.根据权利要求3所述的水下机器人，其特征在于，所述喷水件(32)包括依次连通的喷水管(321)、弯管(322)和喷嘴(323)；

所述喷水管(321)的一端安装于所述旋转轴体(33)上，且通过所述旋转轴体(33)与所述缸体(35)连通；

所述喷水管(321)的另一端与所述弯管(322)的一端连接；

所述弯管(322)的另一端与所述喷嘴(323)连接；

所述喷嘴(323)与所述喷水管(321)之间形成夹角α，90°＜α≤135°。

5.根据权利要求4所述的水下机器人，其特征在于，所述喷嘴(323)向远离所述清洗盘(31)盘底的方向延伸，所述喷嘴(323)与所述清洗盘(31)盘底的夹角为β，30°≤β＜50°。

6.根据权利要求5所述的水下机器人，其特征在于，所述清洗状态下，所述清洗盘(31)与船舶表面的距离为3～5cm。

7.根据权利要求5所述的水下机器人，其特征在于，所述喷嘴(323)延伸出所述清洗盘(31)外；

所述清洗状态下，所述喷嘴(323)末端与船舶表面的距离为s，1cm≤s≤5cm。

8.根据权利要求2至7任一所述的水下机器人，其特征在于，所述主控器与所述清洗组件(3)、推进组件(2)、爬行组件(4)连接，以备控制所述水下机器人的工作进程；

所述爬行组件(4)的底部与所述清洗盘(31)距离为3～5cm。

9.根据权利要求8所述的水下机器人，其特征在于，还包括安装于所述本体框架上的图像采集组件(5)和照明组件(6)，所述图像采集组件(5)、照明组件(6)与所述主控器连接；

所述图像采集组件(5)采集到的信息同步传送至所述主控器；

所述主控器包括识别模块，所述主控器接收到图像采集组件(5)采集的图像信号后，所述识别模块对图像信号进行处理判断，判定所述水下机器人面对的船舶表面的脏污级别，所述主控器根据所述识别模块判定的脏污级别，控制所述清洗组件(3)以与所述脏污级别相对应的清洗强度对船舶表面进行清洗，或/和控制所述爬行组件(4)以与所述脏污级别相对应的爬行速度在船舶表面爬行；

所述浮力组件(1)根据所述推进组件(2)、清洗组件(3)、主控器、爬行组件(4)、图像采集组件(5)和照明组件(6)在所述本体框架上的重量分布，设置所述浮力组件(1)的密度和形状。

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