CN216332645U - 一种水下清理机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下清理机器人，属于船舶清理领域，包括机座及安装于机座上的控制中心、行走机构、清理机构，行走机构包括：多个推进器，安装于机座；伸缩机构，安装于至少一个推进器与所述机座之间；电磁吸附机构，安装于推进器，推进器成对分布在机座的相对两侧，至少一对推进器包括：伺服电机，连接伸缩机构；减速器，连接伺服电机的输出轴；螺旋桨；万向接头，连接在减速器与螺旋桨之间，伸缩机构包括装配在机座和伺服电机之间的液压伸缩轴，它可以实现推进器和行走机构在支撑机器人的同时能够施加转向力给机器人，减少人工带动机器人行走和转向导致其工作效率下降的情况发生。

Description

一种水下清理机器人

技术领域

本发明涉及船舶清理领域，更具体地说，涉及一种水下清理机器人。

背景技术

伴随着海洋经济发展，船舶行业逐渐兴旺发达。 但由于长时间在海洋中航行，船体表面附着各种小型水生物和植物，例如藤壶吸附在船体表而会导致轮船在行驶过程中阻力增大，进而增加轮船在行驶时的油耗，因此我们必须想办法对船体附着物进行相关的清扫处理；

现在船体表面的清理工作主要通过水下机器人完成，水下机器人通过电磁铁吸附在船体表面，然后通过带动刮刀旋转，来清理船体表面附着的各种小型水生物和植物，节约手动清理船体表面各种小型水生物和植物的操作步骤，以水下机器人替代了人工，节省了人工往返水面换气所需的时间，提高船舶清理的劳动效率；

但现有水下机器人灵活性差，不方便水下机器人在船外表面转向，使得水下机器人需要人工实现行走和转向的功能，造成水下机器人工作效率低下的问题。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种水下清理机器人，它可以实现推进器和行走机构在支撑机器人的同时能够施加转向力给机器人，减少人工带动机器人行走和转向导致其工作效率下降的情况发生。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种水下清理机器人，包括机座及安装于所述机座上的控制中心、行走机构、清理机构，所述行走机构包括：多个推进器，安装于所述机座；伸缩机构，安装于至少一个所述推进器与所述机座之间；电磁吸附机构，安装于所述推进器。

进一步的，所述推进器成对分布在机座的相对两侧，至少一对所述推进器包括：伺服电机，连接所述伸缩机构；减速器，连接所述伺服电机的输出轴；螺旋桨；万向接头，连接在所述减速器与螺旋桨之间。

进一步的，所述伸缩机构包括装配在机座和伺服电机之间的液压伸缩轴，所述液压伸缩轴输出端和伺服电机之间通过设置有横杆连接。

进一步的，所述清理机构包括固定安装在机座下端的多个连接轴，所述连接轴的下端固定连接有座底板，所述座底板的下端沿圆周阵列分布有多个稳定机构，所述稳定机构的下端装配有旋转马达，所述旋转马达的输出端装配有清理刀头，所述座底板的内部设置有喷水机构。

进一步的，所述稳定机构包括固定安装在座底板下端的支撑轴，所述支撑轴远离座底板的一端固定安装有安装板，所述安装板远离支撑轴的一侧装配有防水玻璃罩，所述安装板和防水玻璃罩之间通过设置有多个伸缩弹簧固定连接。

进一步的，所述电磁吸附机构包括装配在横杆下端的升降气缸，所述升降气缸的输出端转动安装有链条销轴，所述链条销轴的外侧装配有支撑板，所述支撑板的下端设置有电磁吸盘，所述电磁吸盘的内部设置有内翼板，所述电磁吸盘远离支撑板的一侧装配有轭铁，所述电磁吸盘的外侧设置有保护膜。

进一步的，所述喷水机构包括设置在座底板内部的高压水管，所述高压水管的外侧连接有加压泵，所述高压水管的一端装配有高压喷头，所述高压水管的另一端固定连接有吸水口，所述座底板上铰接有多个液压伸缩杆，所述液压伸缩杆远离座底板的一端铰接有空化射流升降盘，空化射流升降盘的下端铰接于高压水管。

进一步的，所述机座的外侧对称安装有平衡翼，所述控制中心的外侧固定安装有用于支撑加压泵的控制箱，所述控制箱的外侧设置有橡胶垫。

进一步的，所述机座的一端固定安装有探照灯，所述平衡翼的上端和控制箱的下端均固定安装有摄像头。

进一步的，所述伺服电机的外侧设置有耐压玻璃罩，所述控制箱的外侧固定安装有保护玻璃罩。

进一步的，所述控制箱的一端固定安装有动力电源，所述保护玻璃罩上设置有传感器组。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案通过控制中心控制推进器旋转，推进器施加向上的升力给机座，来缓解机器人的重力，然后将机器人放入水中，通过推进器搅动水流，使得机器人受到水流的反作用力并移动到船体的外表面，同时通过控制中心控制推进器和行走机构间歇性运动，使得推进器和行走机构在支撑机器人的同时能够施加转向力给机器人，减少人工带动机器人行走和转向导致其工作效率下降的情况发生，并且通过机座上的清理机构清理船体外表面的附着物。

（2）本方案通过伺服电机通和减速器带动螺旋桨平稳地旋转，来施加竖直方向的升力给机座，抵消水下机器人一部分的重力，然后将水下机器人放入水中，通过两个伺服电机带动万向接头和两个螺旋桨转动，两个螺旋桨相对机座的角度被万向接头定量改变，使得两个螺旋桨推动水下机器人转动角度，同时通过液压伸缩轴带动伺服电机、减速器、万向接头和螺旋桨位移，从而推进器施加多个推力的角度改变，方便调节水下机器人在中水的姿态，随之水下机器人能够贴合船体表面行进并转弯，节约人工调节水下机器人姿态的操作步骤，减少水下机器人因人工调节姿态导致工作效率下降的情况发生。

（3）本方案通过升降气缸推动支撑板上的电磁吸盘，直至电磁吸盘贴附船体表面，同时通过保护膜自身的形变缓冲电磁吸盘贴合船体时受到的冲击力，打开电磁吸盘，使得电磁吸盘的磁感线经过轭铁提升并作用于船体，并且电磁吸盘和内翼板围绕链条销轴，直至水下机器人稳定地贴附在船体表面，随后通过控制电磁吸盘的交替启停和液压伸缩轴的交替伸缩，使得水下机器人沿着船体表面平移，方便水下机器人稳定地移动。

（4）本方案当清理机构工作时，清理刀头受到船体表面各种小型水生物和植物施加的阻力，同时防水玻璃罩隔开旋转马达外侧的水，旋转马达施加推力给防水玻璃罩，使得防水玻璃罩挤压伸缩弹簧，通过伸缩弹簧自身的形变缓解清理刀头受到的阻力，伸缩弹簧调节船底不平带来的问题，并且伸缩弹簧带动清理刀头围绕支撑轴和安装板旋转，直至清理刀头贴合各种小型水生物和植物，减少清理刀头遗漏各种小型水生物和植物的情况发生。

（5）本方案当清理机构工作时，通过加压泵鼓动高压水管中的水流动，使得高压水管中形变负压，高压水管吸引吸水口中的水，使得水从吸水口流入高压水管，并经过加压泵的加压从高压喷头快速喷出，直至高压水流射到部分小型水生物和植物上，从而部分小型水生物和植物被冲落，减少清理刀头的工作量，来减缓清理刀头的磨损，同时空化射流升降盘，可以根据附着生物的位置自行调节高度位置，使得清理位置更加准确，减少了高压水流在水下受到的阻力。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为本发明的侧视结构示意图；

图4为本发明的后视结构示意图；

图5为本发明的爆炸视的结构示意图;

图6为本发明的图1中A处的放大结构示意图；

图7为本发明的图1中B处的放大结构示意图；

图8为本发明的图4中C处的放大结构示意图;

图9为本发明的座底板的主视结构示意图。

图中标号说明：

1、机座；2、液压伸缩轴；3、横杆；4、伺服电机；5、减速器；6、万向接头；7、螺旋桨；8、控制中心；9、座底板；10、连接轴；11、旋转马达；12、清理刀头；13、支撑轴；14、安装板；15、防水玻璃罩；16、伸缩弹簧；17、升降气缸；18、支撑板；19、内翼板；20、电磁吸盘；21、链条销轴；22、轭铁；23、保护膜；24、高压水管；25、加压泵；26、高压喷头；27、吸水口；28、平衡翼；29、控制箱；30、橡胶垫；31、探照灯；32、摄像头；33、耐压玻璃罩；34、保护玻璃罩；35、动力电源；36、传感器组；37、液压伸缩杆；38、空化射流升降盘。

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。

实施例1：

请参阅图1-9，一种水下清理机器人，包括机座1及安装于机座1上的控制中心8、行走机构、清理机构，行走机构包括：多个推进器，安装于机座1；伸缩机构，安装于至少一个推进器与机座1之间；电磁吸附机构，安装于推进器，工作时，通过控制中心8控制推进器旋转，推进器施加向上的升力给机座1，来缓解机器人的重力，然后将机器人放入水中，通过推进器搅动水流，使得机器人受到水流的反作用力并移动到船体的外表面，同时通过控制中心8控制推进器和行走机构间歇性运动，使得推进器和行走机构在支撑机器人的同时能够施加转向力给机器人，减少人工带动机器人行走和转向导致其工作效率下降的情况发生，并且通过机座1上的清理机构清理船体外表面的附着物。

实施例2：

参阅图1和图3，推进器成对分布在机座1的相对两侧，至少一对推进器包括设置在机座1外侧的多个伺服电机4，伺服电机4的一端连接于伸缩机构，伺服电机4的输出端装配有减速器5，减速器5远离伺服电机4的一端转动安装有螺旋桨7，两个减速器5和螺旋桨7之间通过设置有万向接头6转动连接，控制中心8电性连接于伺服电机4，机座1的下端且位于控制中心8外侧设置有清理机构，横杆3的下端设置有吸附机构，工作时，通过控制中心8控制伺服电机4的工作和停车，使得伺服电机4通过减速器5带动螺旋桨7平稳地旋转，使得螺旋桨7施加竖直方向的升力给机座1，来抵消水下机器人一部分的重力，然后将水下机器人放入水中，通过两个伺服电机4带动万向接头6和两个螺旋桨7转动，两个螺旋桨7相对机座1的角度被万向接头6定量改变，使得两个螺旋桨7推动水下机器人转动角度。

参阅图1和图3，伸缩机构包括装配在机座1和伺服电机4之间的液压伸缩轴2，液压伸缩轴2输出端和伺服电机4之间通过设置有横杆3连接，同时通过液压伸缩轴2的伸长和缩短带动横杆3位移，横杆3推动伺服电机4、减速器5、万向接头6和螺旋桨7位移，从而螺旋桨7施加多个推力的角度改变，从而水下机器人能够贴合船体表面行进并转弯，方便调节水下机器人在中水的姿态，节约人工调节水下机器人姿态的操作步骤，减少水下机器人因人工调节姿态导致工作效率下降的情况发生。

参阅图1、图3和图7，机座1的外侧对称安装有平衡翼28，控制中心8的外侧固定安装有控制箱29，控制箱29的外侧设置有橡胶垫30，当水下机器人入水时，通过控制箱29和橡胶垫30隔绝控制中心8，减少水浸入控制中心8的情况发生，而当水下机器人出水时，平衡翼28受到水体施加的浮力，使得平衡翼28从两侧支撑水下机器人，来提高水下机器人的平衡性。

参阅图2，机座1的一端固定安装有探照灯31，平衡翼28的上端和控制箱29的下端均固定安装有摄像头32，当水下机器人沿着船体表面行进时，通过摄像头32收集船体表面的图像信息，同时通过探照灯31发出光束照射船体表面，使得船体表面清楚地暴露在摄像头32的拍摄范围下。

参阅图1和图3，伺服电机4的外侧设置有耐压玻璃罩33，控制箱29的外侧固定安装有保护玻璃罩34，同时，通过耐压玻璃罩33和保护玻璃罩34隔开水体，减少水体对伺服电机4和控制箱29的损害，并且耐压玻璃罩33和保护玻璃罩34中存储的空气受到水体施加的浮力，来抵消水下机器人的部分重力，方便保持水下机器人在水中的平衡。

参阅图1和图3，控制箱29的一端固定安装有动力电源35，动力电源35的材质为防水电池组，方便提高动力电源35的防水性，保护玻璃罩34上设置有传感器组36，传感器组36包括定位系统、姿势传感器、激光传感器、高度传感器和压力传感器，此技术方案为现有技术，图中未画出，通过动力电源35为伺服电机4、控制箱29和传感器组36提供能源，同时通过传感器组36收集水下机器人的姿态、位置、压力以及到障碍物距离的信息，并将收集到的信息通过无线通讯信号传输给远程服务终端，使得使用者可以远程操作水下机器人，提高水下机器人的智能性。

参阅图1和图5，电磁吸附机构包括装配在横杆3下端的升降气缸17，升降气缸17的输出端转动安装有链条销轴21，链条销轴21的外侧装配有支撑板18，支撑板18的下端设置有电磁吸盘20，电磁吸盘20的内部设置有内翼板19，电磁吸盘20远离支撑板18的一侧装配有轭铁22，电磁吸盘20的外侧设置有保护膜23，当水下机器人需要固定时，通过升降气缸17推动支撑板18上的电磁吸盘20，直至电磁吸盘20贴附船体表面，同时通过保护膜23自身的形变缓冲电磁吸盘20贴合船体时受到的冲击力，打开电磁吸盘20，使得电磁吸盘20的磁感线经过轭铁22提升并作用于船体，并且电磁吸盘20和内翼板19围绕链条销轴21，直至水下机器人稳定地贴附在船体表面，随后通过控制电磁吸盘20的交替启停和液压伸缩轴2的交替伸缩，使得水下机器人沿着船体表面平移，方便水下机器人稳定地移动。

参阅图3和图4，清理机构包括固定安装在机座1下端的多个连接轴10，连接轴10的下端固定连接有座底板9，座底板9的下端沿圆周阵列分布有多个稳定机构，稳定机构的下端装配有旋转马达11，旋转马达11的输出端装配有清理刀头12，座底板9的内部设置有喷水机构，当吸附机构工作时，通过升降气缸17的缩短，使得机座1靠近船体表面，直至清理刀头12接触船体表面，然后通过旋转马达11的输出端带动清理刀头12旋转，使得清理刀头12剥离船体表面附着的各种小型水生物和植物，节约手动清理各种小型水生物和植物的操作步骤，同时通过连接轴10和座底板9支撑旋转马达11，方便旋转马达11平稳地带动清理刀头12转动。

参阅图1和图6，稳定机构包括固定安装在座底板9下端的支撑轴13，支撑轴13远离座底板9的一端固定安装有安装板14，安装板14远离支撑轴13的一侧装配有防水玻璃罩15，安装板14和防水玻璃罩15之间通过设置有多个伸缩弹簧16固定连接，当清理机构工作时，清理刀头12受到船体表面各种小型水生物和植物施加的阻力，同时防水玻璃罩15隔开旋转马达11外侧的水，旋转马达11施加推力给防水玻璃罩15，使得防水玻璃罩15挤压伸缩弹簧16，通过伸缩弹簧16自身的形变缓解清理刀头12受到的阻力，并且伸缩弹簧16带动清理刀头12围绕支撑轴13和安装板14旋转，直至清理刀头12贴合各种小型水生物和植物，减少清理刀头12遗漏各种小型水生物和植物的情况发生。

参阅图4和图7，喷水机构包括设置在座底板9内部的高压水管24，高压水管24的外侧连接有加压泵25，控制箱29用于支撑加压泵25，高压水管24的一端装配有高压喷头26，高压水管24的另一端固定连接有吸水口27，座底板9上铰接有多个液压伸缩杆37，液压伸缩杆37远离座底板9的一端铰接有空化射流升降盘38，空化射流升降盘38的下端铰接于高压水管24，当清理机构工作时，通过加压泵25鼓动高压水管24中的水流动，高压水管24吸引吸水口27中的水，使得水从吸水口27流入高压水管24，并经过加压泵25的加压从高压喷头26快速喷出，直至高压水流射到部分小型水生物和植物上，从而部分小型水生物和植物被冲落，减少清理刀头12的工作量，来减缓清理刀头12的磨损，同时通过液压伸缩杆37推动空化射流升降盘38，空化射流升降盘38带动高压喷头26改变姿态，可以根据附着生物的位置自行调节高度位置，使得清理位置更加准确，减少了高压水流在水下受到的阻力。

实施例3：

推进器呈“十”字形分布，两个万向接头6分别设置在机座1的两个对角，当机器人需要转弯时，通过两个万向接头6改变对应推进器的姿态，使得两个相对的推进器支撑机器人悬浮，而另两个相对的推进器施加转向力给机器人，直至机器人旋转到指定位置，再通过万向接头6复位推进器到初始位置，最终所有推进器施加浮力给机器人。

工作原理：工作时，通过控制中心8控制推进器旋转，推进器施加向上的升力给机座1，来缓解机器人的重力，然后将机器人放入水中，通过推进器搅动水流，使得机器人受到水流的反作用力并移动到船体的外表面，同时通过控制中心8控制推进器和行走机构间歇性运动，使得推进器和行走机构在支撑机器人的同时能够施加转向力给机器人，减少人工带动机器人行走和转向导致其工作效率下降的情况发生，并且通过机座1上的清理机构清理船体外表面的附着物。

当推进器工作时，通过控制中心8控制伺服电机4的工作和停车，使得两个伺服电机4通过减速器5带动两个螺旋桨7平稳地旋转，使得两个螺旋桨7施加竖直方向的升力给机座1，来抵消水下机器人一部分的重力，然后将水下机器人放入水中，通过两个伺服电机4带动万向接头6和两个螺旋桨7转动，使得两个螺旋桨7推动水下机器人转动角度，同时通过液压伸缩轴2的伸长和缩短带动横杆3位移，横杆3推动伺服电机4、减速器5、万向接头6和螺旋桨7位移，从而螺旋桨7施加多个推力的角度改变，从而水下机器人能够贴合船体表面行进并转弯，方便调节水下机器人在中水的姿态，节约人工调节水下机器人姿态的操作步骤，减少水下机器人因人工调节姿态导致工作效率下降的情况发生。

当水下机器人需要固定时，通过升降气缸17推动支撑板18上的电磁吸盘20，直至电磁吸盘20贴附船体表面，同时通过保护膜23自身的形变缓冲电磁吸盘20贴合船体时受到的冲击力，打开电磁吸盘20，使得电磁吸盘20的磁感线经过轭铁22提升并作用于船体，并且电磁吸盘20和内翼板19围绕链条销轴21，直至水下机器人稳定地贴附在船体表面，随后通过控制电磁吸盘20的交替启停和液压伸缩轴2的交替伸缩，使得水下机器人沿着船体表面平移，方便水下机器人稳定地移动。

当清理机构工作时，清理刀头12受到船体表面各种小型水生物和植物施加的阻力，同时防水玻璃罩15隔开旋转马达11外侧的水，旋转马达11施加推力给防水玻璃罩15，使得防水玻璃罩15挤压伸缩弹簧16，通过伸缩弹簧16自身的形变缓解清理刀头12受到的阻力，并且伸缩弹簧16带动清理刀头12围绕支撑轴13和安装板14旋转，直至清理刀头12贴合各种小型水生物和植物，减少清理刀头12遗漏各种小型水生物和植物的情况发生。

当清理机构工作时，通过加压泵25鼓动高压水管24中的水流动，高压水管24吸引吸水口27中的水，使得水从吸水口27流入高压水管24，并经过加压泵25的加压从高压喷头26快速喷出，直至高压水流射到部分小型水生物和植物上，从而部分小型水生物和植物被冲落，减少清理刀头12的工作量，来减缓清理刀头12的磨损，同时通过液压伸缩杆37推动空化射流升降盘38，空化射流升降盘38带动高压喷头26改变姿态，可以根据附着生物的位置自行调节高度位置，使得清理位置更加准确，减少了高压水流在水下受到的阻力。

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，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种水下清理机器人，包括机座（1）及安装于所述机座（1）上的控制中心（8）、行走机构、清理机构，其特征在于，所述行走机构包括：

多个推进器，安装于所述机座（1）；

伸缩机构，安装于至少一个所述推进器与所述机座（1）之间；

电磁吸附机构，安装于所述推进器。

2.根据权利要求1所述的一种水下清理机器人，其特征在于：所述推进器成对分布在机座（1）的相对两侧，至少一对所述推进器包括：

伺服电机（4），连接所述伸缩机构；

减速器（5），连接所述伺服电机（4）的输出轴；

螺旋桨（7）；

万向接头（6），连接在所述减速器（5）与螺旋桨（7）之间。

3.根据权利要求2所述的一种水下清理机器人，其特征在于：所述伸缩机构包括装配在机座（1）和伺服电机（4）之间的液压伸缩轴（2），所述液压伸缩轴（2）输出端和伺服电机（4）之间通过设置有横杆（3）连接。

4.根据权利要求2所述的一种水下清理机器人，其特征在于：所述清理机构包括固定安装在机座（1）下端的多个连接轴（10），所述连接轴（10）的下端固定连接有座底板（9），所述座底板（9）的下端沿圆周阵列分布有多个稳定机构，所述稳定机构的下端装配有旋转马达（11），所述旋转马达（11）的输出端装配有清理刀头（12），所述座底板（9）的内部设置有喷水机构。

5.根据权利要求4所述的一种水下清理机器人，其特征在于：所述稳定机构包括固定安装在座底板（9）下端的支撑轴（13），所述支撑轴（13）远离座底板（9）的一端固定安装有安装板（14），所述安装板（14）远离支撑轴（13）的一侧装配有防水玻璃罩（15），所述安装板（14）和防水玻璃罩（15）之间通过设置有多个伸缩弹簧（16）固定连接。

6.根据权利要求3所述的一种水下清理机器人，其特征在于：所述电磁吸附机构包括装配在横杆（3）下端的升降气缸（17），所述升降气缸（17）的输出端转动安装有链条销轴（21），所述链条销轴（21）的外侧装配有支撑板（18），所述支撑板（18）的下端设置有电磁吸盘（20），所述电磁吸盘（20）的内部设置有内翼板（19），所述电磁吸盘（20）远离支撑板（18）的一侧装配有轭铁（22），所述电磁吸盘（20）的外侧设置有保护膜（23）。

7.根据权利要求4所述的一种水下清理机器人，其特征在于：所述喷水机构包括设置在座底板（9）内部的高压水管（24），所述高压水管（24）的外侧设置有加压泵（25），所述高压水管（24）的一端装配有高压喷头（26），所述高压水管（24）的另一端固定连接有吸水口（27），所述座底板（9）上铰接有多个液压伸缩杆（37），所述液压伸缩杆（37）远离座底板（9）的一端铰接有空化射流升降盘（38），空化射流升降盘（38）的下端铰接于高压水管（24）。

8.根据权利要求7所述的一种水下清理机器人，其特征在于：所述机座（1）的上端装配有平衡翼（28），所述控制中心（8）的外侧固定安装有用于支撑加压泵（25）的控制箱（29），所述控制箱（29）的外侧设置有橡胶垫（30），所述机座（1）的一端固定安装有探照灯（31），所述平衡翼（28）的上端和控制箱（29）的下端均固定安装有摄像头（32）。

9.根据权利要求8所述的一种水下清理机器人，其特征在于：所述伺服电机（4）的外侧设置有耐压玻璃罩（33），所述控制箱（29）的外侧固定安装有保护玻璃罩（34）。

10.根据权利要求9所述的一种水下清理机器人，其特征在于：所述控制箱（29）的一端固定安装有动力电源（35），所述保护玻璃罩（34）上设置有传感器组（36）。

Images