CN116674712A - 一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人。所述机器人包括驱动模块、作业模块以及控制部件。本发明能够做到船舱内外灵活飞行到达指定作业位置、在船舱内实现船舱壁盖无死角清洗、在船舱外实现高压水枪除锈巡检多作业，具有高负载、简化控制结构等优势。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人技术领域，具体涉及一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人。
背景技术
货轮的船舱在运送完货物后需要进行仔细清洗，防止污染货物或腐蚀船舱，避免经济损失与安全事故。采用高压水进行船舱清洗、船体除锈是一种既经济又符合环境保护要求的表面处理方法，然而，人工清洗船舱存在人力物力成本过高、速度慢、清洗效率较低、清洗工作复杂等缺点，还存在各种威胁船员生命的安全隐患。设计并使用船舱清洗机器人或装置可有效解决上述人工清洗船舱所存在的缺陷。
目前已经存在若干种船舱清洗机器人或装置。但现有的船舱清洗装置为了保证运动的平稳、能够搭载更多的工作设备，普遍牺牲了装置的灵活性与适应性，难以在复杂的船舱环境中展开清洗工作；或采用较为复杂的结构，导致整体重量、体积较大；或越障能力差，存在大量清洗死角，面对船舱内外的非平坦区域仍需人工清洗，未能实现清洗区域全覆盖；移动速度慢、负载低、清洗效率低，难以在船舱的复杂环境中实际使用。
《Unmanned aerial vehicle design for pressure washing building facadesin Lima Metropolitan Area using hydrogen fuel cell》中，介绍了一种利用压力洗涤技术和氢燃料电池(HFC)的高空清洁无人机，用于对建筑的壁面进行清洁(2022IEEE XXIXInternational Conference on Electronics,Electrical Engineering andComputing)。
实用新型专利《一种水上飞行器》中介绍了一种使用一根水管来分流控制的水上飞行器(发明人史飞行CN205131664U)。
实用新型专利《一种带有高压水枪的爬壁机器人》中介绍了一种上部带有高压水枪的爬壁清洗机器人，用于清洗高墙壁面(发明人齐彬商伟伟CN212980379U)。
各类智能化清洗机器人存在很大局限性，如运动越障能力差，存在大量清洗死角，面对船舱内的非平坦区域仍需人工清洗，未能实现清洗区域全覆盖；高空作业机器人飞行控制复杂，在清洗过程中受清洗水流反作用力稳定性差，无足够动力进行对抗反冲力保持平稳作业；清洗装置移动速度慢、负载低、清洗效率低，未能实时精准自动清洗，难以在船舱的复杂环境中展开彻底的清洗工作。
发明内容
本发明的目的在于克服上述提及的现有技术的缺陷，具体提出了一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人，包括驱动模块、作业模块以及控制部件；
所述驱动模块包括清洗机器人的主舱体，以及固定于主舱体底部的多个基于高压水射流的推进装置；
所述作业模块包括固定于主舱体的摄像头、固定于主舱体顶部的可控旋转装置、一端与可控旋转装置相连的连接杆，以及与连接杆另一端可拆卸式连接安装的用于船舱清洗、船体除锈及巡检工作的高压水枪；
所述控制部件分别与可控旋转装置、连接杆、高压水枪以及多个推进装置连接，所述控制部件通过控制可控旋转装置实现高压水枪及摄像头的旋转，所述控制部件通过控制推进装置实现机器人的运动。
进一步地，所述推进装置用于提供飞行动力，使清洗机器人的主舱体能在空中飞行行驶；
通过多个基于高压水射流的推进装置，实现六自由度控制，包括上下、左右与前后三个平移方向和翻滚、俯仰与偏航三个旋转方向；
通过接收目标位置坐标、获取推进装置的目标角度及推进装置实时角度，设定不同飞行方案，通过包括悬停、平移、旋转和升降的基本操作，使所述船舱清洗、船体除锈机器人飞行至指定作业位置。
进一步地，所述可控旋转装置接收控制部件的指令，控制改变与其连接的连接杆的方向，带动与连接杆连接的高压水枪转动，改变高压水枪的作业方向。
进一步地，推进装置包括高压泵组、高压水管、旋转结构以及高压水枪喷嘴；
所述高压泵组产生高压水，通过高压水管输送至高压水枪喷嘴，所述高压水枪喷嘴设置于旋转结构的一端，旋转结构的另一端设有连接部，用于与主舱体底部固定连接。
进一步地，旋转结构包括固定座和舵机，固定座的一端与高压水枪喷嘴固定连接，另一端与主舱体底部固定连接，舵机与固定座相连接，舵机旋转带动高压水枪喷嘴旋转。
进一步地，所述高压泵组装有溢流调压阀，溢流调压阀两端分别连接高压泵组与高压水管，溢流调压阀作为安全阀使用时，溢流调压阀为常闭状态，只在流量过载时才开启溢流，以保护机械结构；作为调压阀使用时，溢流调压阀为常开状态，此时溢流调压阀为调压阀，以保持高压水管压力恒定。
进一步地，所述高压水枪喷嘴连接的高压水管上装有电动阀门和流量传感器，所述电动阀门用于调节高压水管的流量，所述流量传感器用于检测高压水管的流量大小。
进一步地，通过接收目标位置坐标、获取推进装置的目标角度及推进装置实时角度，所述控制部件控制高压泵组、旋转结构、电动阀门以及溢流调压阀，通过调节高压水管中的流量和流速，以及高压水枪喷嘴的出水角度，使得机器人实现包括悬停、平移、旋转和升降的基本操作。
进一步地，主舱体内部设置有密闭浮力舱，所述摄像头固定于密闭浮力舱中。
密闭浮力舱中设置有多种传感器，用于感知周围的环境，包括视觉传感器、距离传感器、惯性测量单元，利用传感器获取关于主舱体和周围环境的信息，如舱壁位置、障碍物检测、光线条件等。感知数据用于多模态学习，让清洗机器人根据不同的环境条件进行适应性的清洗操作。
进一步地，高压泵组的进水口与过滤器相连通，使冲洗作业的污水进行循环使用，节约大量的用水，实现绿色可持续发展。
所述推进装置可以为船舱清洗、船体除锈机器人提供飞行动力，使船舱清洗、船体除锈机器人能在空中飞行行驶，通过不同飞行控制方案使船舱清洗、船体除锈机器人飞行至指定位置，比如需要清洗、除锈或巡检作业的位置；当船舱清洗、船体除锈机器人稳定悬停在目标位置上方时，调节旋转装置，改变连接头连接的高压喷嘴的作业方向，通过调整喷嘴的角度和水压，机器人可以利用高压水枪进行船体内清洗，船体外除锈的工作。根据不同的飞行控制方案，机器人会根据指定的目标位置进行飞行导航。一旦机器人到达指定位置，控制部件会通过调整飞行动力的输出和姿态控制，使机器人稳定悬停在目标位置上方。根据船舱壁污渍与除锈表面的情况，调整高压水枪的喷射角度和水压，对于较大的污渍锈迹，可以选择较高的水压和较窄的喷射角度。将高压水枪对准污渍锈迹区域，从污渍锈迹的顶部开始喷射水流。保持高压水枪与污渍或除锈表面的适当距离，通常建议保持距离为15-30厘米，将高压水枪沿着锈迹区域平稳地移动，避免在同一地方停留过长时间，以免造成表面损坏。根据需要，反复清洗污渍锈迹区域，直到清洗除锈满意为止，可以根据污渍锈迹的程度或坚固程度，适当调整喷射角度和水压。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
本发明能够做到船舱内外灵活飞行到达指定作业位置、在船舱内实现船舱壁盖无死角清洗、在船舱外实现高压水枪除锈巡检多作业，具有高负载、简化控制结构等优势。本发明所设计完成的新型船舶清洗机器能够以更高的速度进行清洗作业，减少了清洗时间和人力成本，通过智能感知和定位技术，船舶清洗机器人能够准确识别污渍和锈迹，并根据实际需求制定清洗方案。由于基于高压水射流的飞行器的特性，清洗机器人可以实现难以到达的高处区域的清洗，也可以更容易地进入并清洗各种复杂空间中的结构和设备，从而实现全覆盖清洗，提高清洗的覆盖范围和效率，同时可以避免人员或爬壁清洗机器人进行高空清洗时所带来的潜在危险。四个基于高压水射流的推进装置可以使其能够实现六自由度的运动，实现朝三个方向的位移运动与绕空间坐标轴三轴的旋转运动，使其灵活高效的进行船舱清洗工作。基于高压水射流的推进装置可以更好的适应潮湿湿润有水的船舱环境，负载能力更强，抵抗高压水枪清洗作业时所产生的反作用力时表现更加稳定。
附图说明
图1是本发明实施例中一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人的结构示意图。
图2是本发明实施例中一个推进装置的结构示意图；
图3是本发明实施例中一个高压泵组的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述﹐所附附图仅供参考说明之用,并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中,为方便解释起见,通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而,在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下,为简化附图,熟知的结构和装置可以简化展示。
实施例：
一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人，如图1所示，包括驱动模块、作业模块以及控制部件；
在一个实施例中，所述驱动模块包括清洗机器人的主舱体1，以及固定于主舱体1底部的四个基于高压水射流的推进装置2；
所述作业模块包括固定于主舱体1的摄像头6、固定于主舱体1顶部的可控旋转装置8、一端与可控旋转装置8相连的连接杆12，以及与连接杆12另一端可拆卸式连接安装的用于船舱清洗、船体除锈及巡检工作的高压水枪7；
所述控制部件分别与可控旋转装置8、连接杆12、高压水枪7以及多个推进装置2连接，所述控制部件通过控制可控旋转装置8实现高压水枪7及摄像头6的旋转，所述控制部件通过控制推进装置8实现机器人的运动。
进一步地，所述推进装置2用于提供飞行动力，使清洗机器人的主舱体1能在空中飞行行驶；
通过多个基于高压水射流的推进装置2，实现六自由度控制，包括上下、左右与前后三个平移方向和翻滚、俯仰与偏航三个旋转方向；
通过接收目标位置坐标、获取推进装置2的目标角度及推进装置2实时角度，设定不同飞行方案，通过包括悬停、平移、旋转和升降的基本操作，使所述船舱清洗、船体除锈机器人飞行至指定作业位置。
进一步地，所述可控旋转装置8接收控制部件的指令，控制改变与其连接的连接杆12的方向，带动与连接杆12连接的高压水枪7转动，改变高压水枪7的作业方向。
进一步地，推进装置2包括高压泵组15、高压水管4、旋转结构3以及高压水枪喷嘴5；
所述高压泵组15产生高压水，通过高压水管4输送至高压水枪喷嘴5，所述高压水枪喷嘴5设置于旋转结构3的一端，旋转结构3的另一端设有连接部，用于与主舱体1底部固定连接。
在一个实施例中，高压泵组15用电动泵，具有足够的输出能力以产生高压水流。
在一个实施例中，推进装置2采用汽油机提供推进动力，汽油机配启动电瓶，点击启动按钮即可启动，用电控箱控制高压泵组15，高压泵组15吸水加压后通过高压水枪喷嘴5喷出，高压水流反推力推动机器人移动，特点在于高压水压力高于10MPa，初始动能大，起速快，四个高压水枪喷嘴5都设有电动阀门10和流量传感器11，可实时感知流量大小并调节各个高压水枪喷嘴5的流量。
进一步地，旋转结构3包括固定座和舵机，固定座的一端与高压水枪喷嘴5固定连接，另一端与主舱体1底部固定连接，舵机与固定座相连接，舵机旋转带动高压水枪喷嘴5旋转。
进一步地，所述高压泵组15装有溢流调压阀14，溢流调压阀14两端分别连接高压泵组15与高压水管4，溢流调压阀14作为安全阀使用时，溢流调压阀14为常闭状态，只在流量过载时才开启溢流，以保护机械结构；作为调压阀使用时，溢流调压阀14为常开状态，此时溢流调压阀14为调压阀，以保持高压水管4压力恒定。
进一步地，所述高压水枪喷嘴5连接的高压水管4上装有电动阀门10和流量传感器11，所述电动阀门10用于调节高压水管4的流量，所述流量传感器11用于检测高压水管4的流量大小。
进一步地，通过接收目标位置坐标、获取推进装置2的目标角度及推进装置2实时角度，所述控制部件控制高压泵组15、旋转结构3、电动阀门10以及溢流调压阀14，通过调节高压水管4中的流量和流速，以及高压水枪喷嘴5的出水角度，使得机器人实现包括悬停、平移、旋转和升降的基本操作。
在一个实施例中，悬停操作是通过每个高压水射流喷嘴产生上飞行器重力四分之一的力实现；升降操作是在所述悬停操作的基础上，通过同时增大四个高压水射流喷嘴的流量实现；旋转操作由改变两个高压水射流喷嘴的角度形成反向的合力矩，包括偏航、俯仰和翻滚力矩实现。
目标位置坐标描述了飞行器需要到达的位置，是船舱内需要进行清洗或巡检的特定位置；一旦接收到目标位置坐标，控制部件会自动进行路径规划。
路径规划是为了确定机器人从当前位置到目标位置的最佳路径。路径规划考虑船舱内的障碍物、机器人的动力性能和安全性等因素，确保机器人能够安全、高效地到达目标位置。
在飞行过程中，控制部件会获取推进装置2的目标角度和实时角度。推进装置2的目标角度是指机器人需要调整的期望角度，可以用于控制机器人的转向和导航。推进装置2的实时角度是指当前推进装置2的实际角度，用于实时监测和调整机器人的姿态和方向。
当机器人的当前位置坐标与目标位置坐标不一致时，控制部件将根据路径规划和获取的角度信息，执行一系列基本操作来使机器人到达目标位置，这些基本操作包括悬停(保持当前位置不动)、平移(水平移动到目标位置)、旋转(调整飞行器的方向角度)和升降(调整飞行器的高度)，通过这些基本操作的组合，机器人可以实现精确的导航和定位，以到达指定的目标位置。
进一步地，主舱体1内部设置有密闭浮力舱，所述摄像头6固定于密闭浮力舱中，用于实时监测和录像船舱内环境情况，摄像头6拍摄清晰的图像或视频，并将其传输到操作员的控制系统，以提供视觉反馈和数据记录。
密闭浮力舱具有密封性能，可以防止水和其他外部物质进入密闭浮力舱内部。它还可以提供足够的浮力，以支持整个飞行器在水中的浮起。
密闭浮力舱中设置有多种传感器，用于感知周围的环境，包括视觉传感器、距离传感器、惯性测量单元(IMU)，利用传感器获取关于主舱体1和周围环境的信息，如舱壁位置、障碍物检测、光线条件等。感知数据用于多模态学习，让清洗机器人根据不同的环境条件进行适应性的清洗操作。
摄像头6可以拍摄船舱的图像和视频，传感器可以探测船舱的物理参数，如温度、湿度、气体浓度等。这些感知设备提供了实时的环境数据，使得清洗机器人能够了解船舱的情况，进行多模态学习，并根据感知结果进行清洗工作的决策和规划。机器人学习船舱不同区域的特征和污染情况，进行智能化的路径规划和清洗操作。
进一步地，高压泵组15的进水口与过滤器相连通，使冲洗作业的污水进行循环使用，节约大量的用水，实现绿色可持续发展。
以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例,以使本领域的技术人员能够实践它们.其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求,否则单独的部件和功能是可选的,并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人，其特征在于，包括驱动模块、作业模块以及控制部件；
所述驱动模块包括清洗机器人的主舱体(1)，以及固定于主舱体(1)底部的多个基于高压水射流的推进装置(2)；
所述作业模块包括固定于主舱体(1)的摄像头(6)、固定于主舱体(1)顶部的可控旋转装置(8)、一端与可控旋转装置(8)相连的连接杆(12)，以及与连接杆(12)另一端可拆卸式连接安装的用于船舱清洗、船体除锈及巡检工作的高压水枪(7)；
所述控制部件分别与可控旋转装置(8)、连接杆(12)、高压水枪(7)以及多个推进装置(2)连接，所述控制部件通过控制可控旋转装置(8)实现高压水枪(7)及摄像头(6)的旋转，所述控制部件通过控制推进装置(8)实现机器人的运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人，其特征在于，所述推进装置(2)用于提供飞行动力，使清洗机器人的主舱体(1)能在空中飞行行驶；
通过多个基于高压水射流的推进装置(2)，实现六自由度控制，包括上下、左右与前后三个平移方向和翻滚、俯仰与偏航三个旋转方向；
通过接收目标位置坐标、获取推进装置(2)的目标角度及推进装置(2)实时角度，设定不同飞行方案，通过包括悬停、平移、旋转和升降的基本操作，使所述船舱清洗、船体除锈机器人飞行至指定作业位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人，其特征在于，所述可控旋转装置(8)接收控制部件的指令，控制改变与其连接的连接杆(12)的方向，带动与连接杆(12)连接的高压水枪(7)转动，改变高压水枪(7)的作业方向。
4.根据权利要求2所述的一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人，其特征在于，推进装置(2)包括高压泵组(15)、高压水管(4)、旋转结构(3)以及高压水枪喷嘴(5)；
所述高压泵组(15)产生高压水，通过高压水管(4)输送至高压水枪喷嘴(5)，所述高压水枪喷嘴(5)设置于旋转结构(3)的一端，旋转结构(3)的另一端设有连接部，用于与主舱体(1)底部固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人，其特征在于，旋转结构(3)包括固定座和舵机，固定座的一端与高压水枪喷嘴(5)固定连接，另一端与主舱体(1)底部固定连接，舵机与固定座相连接，舵机旋转带动高压水枪喷嘴(5)旋转。
6.根据权利要求4所述的一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人，其特征在于，所述高压泵组(15)装有溢流调压阀(14)，溢流调压阀(14)两端分别连接高压泵组(15)与高压水管(4)，溢流调压阀(14)作为安全阀使用时，溢流调压阀(14)为常闭状态，只在流量过载时才开启溢流，以保护机械结构；作为调压阀使用时，溢流调压阀(14)为常开状态，此时溢流调压阀(14)为调压阀，以保持高压水管(4)压力恒定。
7.根据权利要求4所述的一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人，其特征在于，所述高压水枪喷嘴(5)连接的高压水管(4)上装有电动阀门(10)和流量传感器(11)，所述电动阀门(10)用于调节高压水管(4)的流量，所述流量传感器(11)用于检测高压水管(4)的流量大小。
8.根据权利要求4～7任一项所述的一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人，其特征在于，通过接收目标位置坐标、获取推进装置(2)的目标角度及推进装置(2)实时角度，所述控制部件控制高压泵组(15)、旋转结构(3)、电动阀门(10)以及溢流调压阀(14)，通过调节高压水管(4)中的流量和流速，以及高压水枪喷嘴(5)的出水角度，使得机器人实现包括悬停、平移、旋转和升降的基本操作。
9.根据权利要求1所述的一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人，其特征在于，主舱体(1)内部设置有密闭浮力舱，所述摄像头(6)固定于密闭浮力舱中；
密闭浮力舱中设置有多种传感器，用于感知周围的环境，包括视觉传感器、距离传感器、惯性测量单元(IMU)，利用传感器获取关于主舱体(1)和周围环境的信息。
10.根据权利要求4所述的一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人，其特征在于，高压泵组(15)的进水口与过滤器相连通，使冲洗作业的污水进行循环使用，节约大量的用水，实现绿色可持续发展。
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| CN202310663252.1A CN116674712A (zh) | 2023-06-06 | 2023-06-06 | 一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116674712A true CN116674712A (zh) | 2023-09-01 |
Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310663252.1A Pending CN116674712A (zh) | 2023-06-06 | 2023-06-06 | 一种基于高压水射流飞行的船舱清洗、船体除锈机器人 |
Country Status (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117415839A (zh) * | 2023-12-19 | 2024-01-19 | 海南中南标质量科学研究院有限公司 | 深海水下作业金属切割机器人 |
-
2023
- 2023-06-06 CN CN202310663252.1A patent/CN116674712A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117415839A (zh) * | 2023-12-19 | 2024-01-19 | 海南中南标质量科学研究院有限公司 | 深海水下作业金属切割机器人 |
| CN117415839B (zh) * | 2023-12-19 | 2024-06-04 | 海南中南标质量科学研究院有限公司 | 深海水下作业金属切割机器人 |
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