CN116331430A - 一种两栖式水下清扫机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于清扫机器人技术领域，具体为一种两栖式水下清扫机器人，该水下机器人为履带式、有缆、浮游式水下机器人，具有水面控制工作模式。该水下机器人在静水力条件下主要依靠电磁力和推进器辅助推力吸附于船舱壁、靠履带底盘行进，可装配不同功能的钢性刷盘托架盘或软性刷盘托架盘，针对性的清除如藻类、藤壶、贝类、养殖舱等难以去除的强力附着物进行分级清扫。机器人也可以运用于牧场养殖网衣的清扫。

Description

一种两栖式水下清扫机器人

技术领域

本发明涉及清扫机器人技术领域，具体为一种两栖式水下清扫机器人。

背景技术

近年来,随着航运市场及海洋经济的快速发展，水下机器人成为研究的热点问题，适用于各种领域的水下机器人开始广泛得到运用。

水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。除此之外，水下机器人在石油开发、地貌勘察、科研、水产养殖、水下船体检修清洁、潜水娱乐、城市管道检测等领域的作用开始显现出来，市场也正在兴起。

而我国水下机器人技术仍处于研发阶段，其工作级水下机器人仍依赖进口。用于水下作业探测的各种传感器，声纳图像处理、水下导航定位、水声通讯等技术远远落后国外几十年。

船体表面附着污损物的清扫处理越来越受到关注。

由于船舶长期处于强腐蚀性海水和强附着力海洋生物环境中航行或者抛锚，难以进行正常的维护保养，使得船体水线以下部分附着藤壶、牡蛎、苔藓虫、花筒螅、石灰虫、海藻等难以清除的微生物、还有一些锈皮和锈斑等。

这样船体表面光滑度受到极大影响，水中前进时阻力明显增加，造成船速下降，燃油消耗明显上升。

网衣是深海网箱养殖装备的重要组成部分,存有附着物将严重影响水体交换且易使网箱结构受损。

大型养殖舱表面附着污损物直接影响水产品的品质和价值。

以上情况均需要一种两栖式水下清扫机器人对其进行清理

发明内容

本发明的目的在于提供一种两栖式水下清扫机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种两栖式水下清扫机器人，包括：

前后对称设置的两个载体结构，安装在前后两个所述载体结构下侧左右侧的履带底盘，所述履带底盘的前后端均转动安装有支撑轮，前后端的两个所述支撑轮之间通过履带传功连接，所述履带底盘上安装有行进电机，所述行进电机的输出端与支撑轮连接，所述行进电机驱动支撑轮旋转，支撑轮带动履带转动；

安装在前后两个载体结构之间的托盘架，所述托盘架内设置有控制电路板，所述托盘架的下表面安装有清扫装置，所述托盘架的上表面设置有造型浮材结构；

所述载体结构的左右侧均设置有侧辅助推进器，所述造型浮材结构的四角均安装有上辅助推进器，所述侧辅助推进器工作时，与水作用，使得两栖式水下清扫机器人前后方向移动；上辅助推进器工作时，与水作用，使得两栖式水下清扫机器人上下方向移动，所述控制电路板与侧辅助推进器、上辅助推进器、行进电机电性连接。

优选的，所述清扫装置包括清扫驱动电机，所述清扫驱动电机的输出端底部连接有刷盘托架。

优选的，所述清扫装置还包括伸缩机构，所述伸缩机构的伸缩端连接在清扫驱动电机的外壁上。

优选的，所述载体结构的外壁上设置有水下摄像机和照明设备。

优选的，所述水下摄像机与控制电路板电性连接。

优选的，所述托盘架的上表面设置有连接支架，所述连接支架贯穿造型浮材结构并延伸至造型浮材结构的上侧。

优选的，所述造型浮材结构的外壁一周开设有凹槽，所述凹槽内嵌入有缓冲防撞条，所述缓冲防撞条为橡胶材质，且缓冲防撞条的外表面凸出至凹槽的外侧。

优选的，所述托盘架的上表面连接有L形支架，所述L形支架固定连接在造型浮材结构的下表面，所述L形支架的下侧设置有电子舵和电力舱。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)该两栖式水下清扫机器人通过侧辅助推进器、上辅助推进器的配合作用，在水下时，通过螺旋桨对水的推动作用，从而使得两栖式水下清扫机器人进行前进、后退、上浮和下潜操作，只需要控制侧辅助推进器、上辅助推进器的各个螺旋桨转向即可实现上述控制，通过螺旋桨的转速不同控制，可以使得两栖式水下清扫机器人行驶方向转动，进行转向；

2)通过行进电机、支撑轮、履带的配合作用，还能在陆地上移动，从而本方案能够适用于水中和陆地上对渔舱的清洗、船只表面的附着物清理，该两栖式水下清扫机器人也适用于类似于渔舱的环境。

3)该水下机器人为履带式、有缆、浮游式水下机器人，具有水面控制工作模式。该水下机器人在静水力条件下主要依靠电磁力和推进器辅助推力吸附于船舱壁、靠履带底盘行进，可装配不同功能的钢性刷盘托架盘或软性刷盘托架盘，针对性的清除如藻类、藤壶、贝类、养殖舱等难以去除的强力附着物进行分级清扫。机器人也可以运用于牧场养殖网衣的清扫。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明图1上扬的结构示意图；

图3为本发明图2去除造型浮材结构时的结构示意图；

图4为本发明图3从上至下视角的结构示意图；

图5为本发明图4的侧视结构示意图。

图中：1、载体结构；2、履带底盘；3、支撑轮；4、履带；5、行进电机；6、侧辅助推进器；7、照明设备；8、水下摄像机；9、托盘架；10、清扫驱动电机；11、刷盘托架；12、电子舵；13、造型浮材结构；14、连接支架；15、上辅助推进器；16、缓冲防撞条；17、L形支架；18、电力舱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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，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。

实施例：

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种两栖式水下清扫机器人，包括：

前后对称设置的两个载体结构1，安装在前后两个所述载体结构1下侧左右侧的履带底盘2，所述履带底盘2的前后端均转动安装有支撑轮3，前后端的两个所述支撑轮3之间通过履带4传功连接，所述履带底盘2上安装有行进电机5，所述行进电机5的输出端与支撑轮3连接，所述行进电机5驱动支撑轮3旋转，支撑轮3带动履带4转动；

履带底盘内还设置电磁吸附装置，电磁吸附装置为直流吸盘式电磁铁，负责提供吸附力。电磁铁均断电无剩磁，外部封装表面黑色氧化处理且防水。当两栖式水下清扫机器人对侧壁清理，或者呈仰躺状态时，通过电磁吸附装置吸附在船体上，使得两栖式水下清扫机器人稳定不会掉落下沉。

安装在前后两个载体结构1之间的托盘架9，所述托盘架9内设置有控制电路板，所述托盘架9的下表面安装有清扫装置，所述托盘架9的上表面设置有造型浮材结构13；

所述载体结构1的左右侧均设置有侧辅助推进器6，所述造型浮材结构13的四角均安装有上辅助推进器15，所述侧辅助推进器6工作时，与水作用，使得两栖式水下清扫机器人前后方向移动；上辅助推进器15工作时，与水作用，使得两栖式水下清扫机器人上下方向移动，所述控制电路板与侧辅助推进器6、上辅助推进器15、行进电机5电性连接。侧辅助推进器6、上辅助推进器15均为带导流罩的螺旋桨推进器，均为直流无刷电动机驱动。侧辅助推进器6纵向布置于机器人艏艉，负责提供纵向与转向推。上辅助推进器15垂向布置于机器人顶部左右两舷，负责提供垂向推力与吸附力。行进电机5为履带4提供动力，行进电机5直流无刷电机，本体带齿轮箱。

如图1所示，所述清扫装置包括清扫驱动电机10，所述清扫驱动电机10的输出端底部连接有刷盘托架11。刷盘托架11采用可拆换式的安装方式，可根据不同附着物来更换不同的功能刷盘。

清扫驱动电机10的输出轴能够驱动刷盘托架11旋转，在刷盘托架11旋转时能够对接触的物体表面进行清理，从而将渔舱内壁表面的污物、附着的小生物进行清理，或者对船只外部的污物、附着的小生物进行清理。

优选的，所述清扫装置还包括伸缩机构(图中未示出)，所述伸缩机构的伸缩端连接在清扫驱动电机10的外壁上。

在使用时，伸缩机构的伸缩端伸长时，能够将清扫驱动电机10、刷盘托架11向下推出，使得刷盘托架11向需要清理的物体移动，并与其接触，在不使用时，伸缩机构的伸缩端回缩，使得刷盘托架11的最低位置高于履带4的底面，从而不需要与地面接触，保证移动的顺畅，减少移动的阻力。

如图1-5所示，所述载体结构1的外壁上设置有水下摄像机8和照明设备7，所述水下摄像机8与控制电路板电性连接。

水下摄像机8对周围物体检测，当检测道周围存在物体时，测量与物体之间的距离，将两栖式水下清扫机器人移动相应距离，使得两栖式水下清扫机器人与该物体靠近，对该两栖式水下清扫机器人进行清理。

如图1所示，所述托盘架9的上表面设置有连接支架14，所述连接支架14贯穿造型浮材结构13并延伸至造型浮材结构13的上侧。

连接支架14的设置，方便对两栖式水下清扫机器人整体的吊装。

如图1、2所示，所述造型浮材结构13的外壁一周开设有凹槽，所述凹槽内嵌入有缓冲防撞条16，所述缓冲防撞条16为橡胶材质，且缓冲防撞条16的外表面凸出至凹槽的外侧。

在使用时，缓冲防撞条16具有防撞缓冲的效果，当与周围物体接触时，能够起到缓冲作用，避免造成两栖式水下清扫机器人碰撞损坏。

优选的，所述托盘架9的上表面连接有L形支架17，所述L形支架17固定连接在造型浮材结构13的下表面，所述L形支架17的下侧设置有电子舵12和电力舱18。电力舱18用于供电，与各个用电设备电性连接，根据用电设备需求电能提供相应的电压，所述电子舵12为电控系统用于对各个组件的控制，如控制照明、图像拍摄和移动方式。

工作原理：将两栖式水下清扫机器人置于水中，前后两侧的侧辅助推进器6同向同速正向转动时，使得两栖式水下清扫机器人前行；前后两侧的侧辅助推进器6同向同速反向转动时，使得两栖式水下清扫机器人后退；前后两侧的侧辅助推进器6同向不同速正向转动时，使得两栖式水下清扫机器人前行并转向；前后两侧的侧辅助推进器6同向不同速反向转动时，使得两栖式水下清扫机器人后退并转向；

四个上辅助推进器15的配合与现有四旋翼无人飞机的操控方式类似，四个上辅助推进器15同步正向转动，使得两栖式水下清扫机器人上浮；四个上辅助推进器15同步反向转动，使得两栖式水下清扫机器人下潜；当两栖式水下清扫机器人倾斜时，使得四个上辅助推进器15中两侧的上辅助推进器15之间转速改变，即可使得两栖式水下清扫机器人倾斜。

照明设备7进行照明，水下摄像机8对前方下侧的物体检测，检测与渔舱内壁的距离和获取图像信息，从而得出两栖式水下清扫机器人需要移动的距离。

清扫驱动电机10驱动刷盘托架11转动，与渔舱内壁或者船体外壁接触，实现对渔舱内壁、船体外壁清理。

综上，该两栖式水下清扫机器人不仅可以应用在船舶或网衣海洋生物附着物的清洗，也可以运用于如下领域：

海洋石油结构物清洗

我国大型海洋结构物主要以桩腿式采油平台为主，预计未来半潜式采油平台将逐步增多。为保障平台和人员、设施安全，需要对其在一定的周期内进行有效的清洗。随着海洋石油业的迅猛发展，大型海洋结构物越来越多，清洗任务迅速增加，高效、安全的空化射流清洗技术将成为一种必然的需要。

海底石油设施清洗

海洋石油工程包含大量诸如水下采油系统的海底石油设施，在负责的海洋环境中对其进行合理有效的清洗困难重重。

海岸工程清洗

在常见的海岸工程中，海洋生物污垢和淤泥的长期积累直接影响港口、航道等正常运行、海洋生物的长期侵蚀对桥梁、防潮堤等也有严重不利影响，直接影响这些设施的坚固程度和使用寿命等。因此，对海岸工程进行清洗意义重大。

功能扩展性强：

机器人本体一机多用，可用于舱壳，舱壁，网衣清扫。

拆掉履带底盘，可安装功能托架。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种两栖式水下清扫机器人，其特征在于，包括：

前后对称设置的两个载体结构(1)，安装在前后两个所述载体结构(1)下侧左右侧的履带底盘(2)，所述履带底盘(2)的前后端均转动安装有支撑轮(3)，前后端的两个所述支撑轮(3)之间通过履带(4)传功连接，所述履带底盘(2)上安装有行进电机(5)，所述行进电机(5)的输出端与支撑轮(3)连接，所述行进电机(5)驱动支撑轮(3)旋转，支撑轮(3)带动履带(4)转动；

安装在前后两个载体结构(1)之间的托盘架(9)，所述托盘架(9)内设置有控制电路板，所述托盘架(9)的下表面安装有清扫装置，所述托盘架(9)的上表面设置有造型浮材结构(13)；

所述载体结构(1)的左右侧均设置有侧辅助推进器(6)，所述造型浮材结构(13)的四角均安装有上辅助推进器(15)，所述侧辅助推进器(6)工作时，与水作用，使得两栖式水下清扫机器人前后方向移动；上辅助推进器(15)工作时，与水作用，使得两栖式水下清扫机器人上下方向移动，所述控制电路板与侧辅助推进器(6)、上辅助推进器(15)、行进电机(5)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种两栖式水下清扫机器人，其特征在于：所述清扫装置包括清扫驱动电机(10)，所述清扫驱动电机(10)的输出端底部连接有刷盘托架(11)。

3.根据权利要求2所述的一种两栖式水下清扫机器人，其特征在于：所述清扫装置还包括伸缩机构，所述伸缩机构的伸缩端连接在清扫驱动电机(10)的外壁上。

4.根据权利要求1所述的一种两栖式水下清扫机器人，其特征在于：所述载体结构(1)的外壁上设置有水下摄像机(8)和照明设备(7)。

5.根据权利要求4所述的一种两栖式水下清扫机器人，其特征在于：所述水下摄像机(8)与控制电路板电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种两栖式水下清扫机器人，其特征在于：所述托盘架(9)的上表面设置有连接支架(14)，所述连接支架(14)贯穿造型浮材结构(13)并延伸至造型浮材结构(13)的上侧。

7.根据权利要求1所述的一种两栖式水下清扫机器人，其特征在于：所述造型浮材结构(13)的外壁一周开设有凹槽，所述凹槽内嵌入有缓冲防撞条(16)，所述缓冲防撞条(16)为橡胶材质，且缓冲防撞条(16)的外表面凸出至凹槽的外侧。

8.根据权利要求1所述的一种两栖式水下清扫机器人，其特征在于：所述托盘架(9)的上表面连接有L形支架(17)，所述L形支架(17)固定连接在造型浮材结构(13)的下表面，两个所述L形支架(17)的下侧分别设置有电子舵(12)和电力舱(18)。

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