CN216332646U - 一种水下船体清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下船体清洗机器人，包括通过套管与水上平台相连的主体支架，所述主体支架上设有移动模块、清洗模块，所述移动模块包括水平推进器、垂直推进器及行走机构，通过水平推进器、垂直推进器的配合带动主体支架靠近并吸附于船体表面，进而通过行走机构实现行走驱动，所述清洗模块包括清洁毛刷、高压喷头，所述清洁毛刷通过驱动电机实现旋转驱动，通过清洁毛刷配合高压喷头的射流作用实现船体表面清洗。本实用新型将传统清洗工具与水下作业机器人技术相结合，代替人工进行自动化水下清洗作业，有效提高了水下船体清洗的作业效率及安全性，减少了清洗成本，同时充分保证清洗质量，具有良好的清洁效果。

Description

一种水下船体清洗机器人

技术领域

本实用新型涉及一种水下船体清洗机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

随着船舶常年在海洋中航行，船体会长上各种生物(海草、藤壶等)，统称为生物淤积。一方面，船体生物淤积会增加船舶航行阻力，需要耗费更多燃料维持速度，增加了碳排放量；另一方面，附着的生物随着船舶全球航行，会给不同海域造成生物入侵，因此船舶必须定期进行水下清洗。

水下清洗作业的特点是极端恶劣的工作环境，存在高压、低温、黑暗和海洋积雪造成的低可视度、无线电波衰减的低通信密度等问题。此外，考虑到潜水员在水下的身体承受能力，在水深15m内连续工作不能超过4h，水深超过20m时仅可工作1.5h，这将大大降低潜水员清洗的工作效率。潜水员的操作时间和范围受限，作业强度大，效率低，清洗质量难以保证，还存在疾病和事故隐患，费时费力且风险高。

因此，可代替潜水员作业的水下机器人成为备受期待的水下清洗作业新的载运工具。而水下机器人已在各种不同的水下任务中等到广泛应用，如观测深海油井钻机、桥墩水下结构、探索海洋生物、调查生态、维护水下电缆以及研究深海热泉和水下火山等。综合考虑来看，人工清洗的局限性大，难以适应新的发展。为了清除更多海洋结构物的表面污损，适应不同深度、形状的海洋结构物，减少清洗成本，将传统清洗工具与水下作业机器人技术结合的研究成了必然。

发明内容

发明目的：针对现有技术所存在的问题，本实用新型提供一种水下船体清洗机器人，将传统清洗工具与水下作业机器人技术相结合，代替人工进行自动化水下清洗作业，有效提高水下船体清洗的作业效率及安全性，减少清洗成本，同时保证清洗质量。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型提供一种水下船体清洗机器人，包括通过套管与水上平台相连的主体支架，所述主体支架上设有移动模块、清洗模块，所述移动模块包括水平推进器、垂直推进器及行走机构，通过水平推进器、垂直推进器的配合带动主体支架靠近并吸附于船体表面，进而通过行走机构实现行走驱动，所述清洗模块包括清洁毛刷、高压喷头，所述清洁毛刷通过驱动电机实现旋转驱动，通过清洁毛刷配合高压喷头的射流作用实现船体表面清洗。

进一步的，所述主体支架包括上固定板、下固定板及连接支架，所述水平推进器位于上固定板上，且下固定板上设有与水平推进器相对应的通孔，有利于流体通过，减低螺旋桨阻力，增大反推力。

进一步的，所述垂直推进器布置于上固定板、下固定板之间，驱动力分布稳定，且行走机构、清洗模块均位于下固定板底部，实现边行走边清洗。

进一步的，所述行走机构包括四个行走轮，其中两个行走轮为驱动轮，分别通过旋转电机实现单独驱动，另外两个行走轮为万向轮，用于配合驱动轮实现差速转弯，达到移动平稳的效果。

进一步的，所述下固定板底部设有若干永磁铁，其底部高度高于行走机构，所以可以产生一定的吸附力，但不会对行走机构造成移动的阻力。

进一步的，所述清洁毛刷、高压喷头的底部高度均高于行走机构，所以毛刷清洁不到淤积物根部，这样可以保护船体表面的油漆，而根部的船体生物淤积通过高压喷头进行喷射清洗。

进一步的，所述高压喷头布置于行走机构的外围，且清洁毛刷布置于高压喷头的外围，这样机器人在移动过程中，生物淤积物都被清洁毛刷和高压水枪清洁掉了，移动阻力大大减小，提高移动效率，增加吸附力。

进一步的，所述套管内设有电缆、高压水管、承重绳，且高压水管与高压喷头供水连接，水上平台需要配备电源、控制系统、高压水泵及清洁用水。

进一步的，所述主体支架上设有摄像头，用于观察并反馈该机器人的清洁效果。

进一步的，所述主体支架内设有导航系统和遥控系统，用于实现机器人的遥控作业。

有益效果：本实用新型提供的一种水下船体清洗机器人，将传统清洗工具与水下作业机器人技术相结合，代替人工进行自动化水下清洗作业，有效提高了水下船体清洗的作业效率及安全性，减少了清洗成本，同时充分保证清洗质量，具有结构简单、操作方便、驱动稳定、吸附力较高等特点，达到了良好的清洁效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例的顶部轴测图；

图2为本实用新型实施例的底部轴测图；

图3为本实用新型实施例的主视图；

图4为本实用新型实施例的侧视图；

图中的附图标记包括：01、上固定板，02、下固定板，03、连接支架，04、套管，05、水平螺旋桨，06、垂直螺旋桨，07、永磁铁，08、驱动轮，09、行走电机，10、万向轮，11、驱动电机，12、清洁毛刷，13、高压喷头。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的优选实施方式进行描述，更加清楚、完整地阐述本实用新型的技术方案。

如图1所示为一种水下船体清洗机器人，包括主体支架、移动模块、清洗模块、吸附模块，其中主体支架包括上固定板01、下固定板02及连接支架03，移动模块包括4个水平螺旋桨05、两个垂直螺旋桨06及4个行走轮，清洗模块包括6个由驱动电机11实现旋转驱动的清洁毛刷12和8个与高压水管连通的高压喷头13，吸附模块包括3块钕铁硼永磁铁07。

本实施例中，四个水平螺旋桨05分布于上固定板01上，且下固定板02上设有与水平螺旋桨05相对应的圆形通孔，有利于流体通过，减低螺旋桨阻力，增大反推力；两个垂直螺旋桨06安装于下固定板02、上固定板01之间。

如图2所示，清洁毛刷12、高压喷头13、行走轮、永磁铁07均位于下固定板02底部，其中永磁铁07在中间，行走轮布置于永磁铁07的两侧，高压喷头13布置于行走轮的两侧，清洁毛刷12布置于最外围，这样机器人在移动过程中，生物淤积物都被两侧的清洁毛刷12和高压水枪清洁掉了，移动阻力大大减小，提高移动效率，同时中心保持良好的吸附力。

进一步的，四个行走轮中两个行走轮为驱动轮08，分别通过旋转电机实现单独驱动，另外两个行走轮为万向轮10，用于配合驱动轮08实现差速转弯，达到移动平稳的效果。

如图3、4所示，永磁铁07的底部高度高于行走轮(即短于行走轮)，所以可以产生一定的吸附力，但不会对行走机构造成移动的阻力；清洁毛刷12、高压喷头13的底部高度也都高于行走轮(即短于行走轮)，所以毛刷清洁不到淤积物根部，这样可以保护船体表面的油漆(如果刷到底部，可能会刮伤船体本色的油漆，船体会因此遭到破坏而生锈)，而根部的船体生物淤积通过高压喷头13进行喷射清洗。

进一步的，整个机器人的电源线、信号线、高压水管、承重绳都通过套管04组合在一起，然后连接到水上平台，水上平台可以是船体本身的地面系统，也可以是另外的操作平台，水上平台需要配备电源、控制系统、高压水泵及清洁用水等。

进一步的，主体支架上设有水下高清摄像头，用于观察并反馈该机器人的清洁效果，同时主体支架内设有导航系统和遥控系统，用于实现机器人的遥控作业。

本实用新型的具体实施方式如下：

首先通过套管04把机器人缓慢放到水下，然后通过水上平台控制系统控制机器人在水下的一系列动作。通过水平及垂直两个方向的螺旋桨，调整机器人自身的姿态，螺旋桨在转动的时候，在水体里面会形成一个反推力，然后可以让机器人旋转，然后缓慢吸附到船体上，吸附力度的大小可根据实际情况(不同船体以及水下条件等)进行调节。

当机器人缓慢靠近船体后，3个永磁铁07开始起作用，磁铁与船体开始产生吸力，增大吸附力度，6个驱动电机11带动清洁毛刷12高速转动，清除掉船体表面的生物淤积，可以根据不同的船舶生物淤积物更换不同硬度和不同材质的刷子，达到最佳的清洁效果，而根部的船体生物淤积通过6个高压喷头13进行喷射清洗，高压喷头13的喷水由水上平台的高压泵和清洁水箱提供。

清洗过程中机器人通过行走电机09带动驱动轮08进行移动，移动速度根据实际清洁情况由水上控制系统进行控制，两个驱动轮08由两个单独电机进行控制，通过两个轮子的差速进行转弯，两个万向轮10配合两个驱动轮08进行移动，达到移动平稳的效果，同时垂直螺旋桨06还可以辅助移动，增大移动速度。此外，下固定板02上的摄像头可用于检查机器人的清洁效果，机器人内部的导航系统和遥控系统，统一由水上控制系统进行控制。

水上控制系统根据机器人实际的清洁效果和工况控制机器人的移动速度和方向，因为清洁机器人是通过刷子和高压水枪组合清洁船体生物淤积的，机器人移动的速度越慢，清洁时间会越长，效果会越好，通过路径规划可以让机器人重复清洁多次而达到清洁更佳效果。

上述具体实施方式仅仅对本实用新型的优选实施方式进行描述，而并非对本实用新型的保护范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本实用新型所提供的文字描述、附图对本实用新型的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本实用新型的保护范畴。

Claims (10)

1.一种水下船体清洗机器人，其特征在于，包括通过套管与水上平台相连的主体支架，所述主体支架上设有移动模块、清洗模块，所述移动模块包括水平推进器、垂直推进器及行走机构，通过水平推进器、垂直推进器的配合带动主体支架靠近并吸附于船体表面，进而通过行走机构实现行走驱动，所述清洗模块包括清洁毛刷、高压喷头，所述清洁毛刷通过驱动电机实现旋转驱动，通过清洁毛刷配合高压喷头的射流作用实现船体表面清洗。

2.根据权利要求1所述的一种水下船体清洗机器人，其特征在于，所述主体支架包括上固定板、下固定板及连接支架，所述水平推进器位于上固定板上，且下固定板上设有与水平推进器相对应的通孔。

3.根据权利要求2所述的一种水下船体清洗机器人，其特征在于，所述垂直推进器布置于上固定板、下固定板之间，且行走机构、清洗模块均位于下固定板底部。

4.根据权利要求3所述的一种水下船体清洗机器人，其特征在于，所述行走机构包括四个行走轮，其中两个行走轮为驱动轮，分别通过旋转电机实现单独驱动，另外两个行走轮为万向轮，用于配合驱动轮实现差速转弯。

5.根据权利要求3所述的一种水下船体清洗机器人，其特征在于，所述下固定板底部设有若干永磁铁，其底部高度高于行走机构。

6.根据权利要求3所述的一种水下船体清洗机器人，其特征在于，所述清洁毛刷、高压喷头的底部高度均高于行走机构。

7.根据权利要求3所述的一种水下船体清洗机器人，其特征在于，所述高压喷头布置于行走机构的外围，且清洁毛刷布置于高压喷头的外围。

8.根据权利要求1所述的一种水下船体清洗机器人，其特征在于，所述套管内设有电缆、高压水管、承重绳，且高压水管与高压喷头相接。

9.根据权利要求1所述的一种水下船体清洗机器人，其特征在于，所述主体支架上设有摄像头，用于观察并反馈该机器人的清洁效果。

10.根据权利要求1所述的一种水下船体清洗机器人，其特征在于，所述主体支架内设有导航系统和遥控系统，用于实现该机器人的遥控作业。

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