CN220809758U - 一种水下清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水下清洗机器人，包括水上工作平台和呈立体梯形的框架，框架的下底面装设清洗组件，框架的周侧和上底面装设若干推进器，框架的上底面周边装设照明摄像机；于框架下底面的相对两侧铰接浮力把手，浮力把手的内部呈密封填充浮力结构，浮力把手的一侧铰接点由浮力电机驱动连接；框架的下底面上固设电子舱，电子舱内安装蓄电池、角度传感器、压力传感器、速度仪、水声定位器、姿态传感器、水下声学通信模块，角度传感器、压力传感器、速度仪、水声定位器、姿态传感器通过水下声学通信模块的电信号连接水上工作平台，水上工作平台通过水下声学通信模块电控连接清洗组件、推进器、照明摄像机和浮力电机。

Description

一种水下清洗机器人

技术领域

本实用新型属于机械技术领域，涉及一种水下作业机器人，特别是一种水下清洗机器人。

背景技术

随着海洋经济的发展，海洋养殖产业规模不断扩大。养殖网衣常常攀附海洋生物，滋生物影响养殖鱼类生长率，进而制约了产业发展。网衣清洗已经成为海洋养殖研究热点之一。

现有水下机器人通常采用气囊或浮板控制机器人框架浮力，但由于下潜深度不定。清理网衣网箱时，由于深海水压和浮力等因素影响，清洗机器人重心难以调整，在遇到不明撞击之后难以修正，从而阻碍运行。

目前公开的相关大型清洗机器人中，特别是船舶清洗机器人在进行大型壁面清洗时，采用了掉头的方式，即弧形转弯，而大型水下机器人掉头半径大、调转时间长、控制难度大，因而此种掉头方式大大降低了工作效率，由于掉头后的机器人姿态、位置偏差大，控制精度问题，容易造成漏洗或重复清洗。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种水下清洗机器人。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种水下清洗机器人，包括呈立体梯形的框架，所述框架的下底面装设清洗组件，所述框架的周侧和上底面装设若干推进器，所述框架的上底面周边装设照明摄像机；于所述框架下底面的相对两侧铰接浮力把手，所述浮力把手的内部呈密封填充浮力结构，所述浮力把手的一侧铰接点由浮力电机驱动连接。在上述的水下清洗机器人中，所述清洗组件包括若干高压喷头和若干清洗刷，若干所述高压喷头与若干所述清洗刷至少排列成一排，在每排中所述高压喷头与所述清洗刷呈一一交替布设，所述高压喷头通过管路连接高压泵的出水口，所述高压泵的进水口与外界连通。在上述的水下清洗机器人中，所述框架的立体梯形上底面内周固设交叉杆架，所述交叉杆架上装设一个朝外的所述推进器和两个朝内的所述推进器，一个朝内的所述推进器位于所述交叉杆架的中间位置，两个朝内的所述推进器分别位于一个朝外的所述推进器的两侧。在上述的水下清洗机器人中，所述框架的立体梯形四根侧边上均设置所述推进器，所述推进器朝外设置，所述推进器的推力方向与所述框架上底面的对角线延长方向相一致。在上述的水下清洗机器人中，所述推进器／所述照明摄像机与所述框架之间连接卡座，所述卡座包括连接杆，所述连接杆的一端固连套环，所述连接杆的另一端固连圆弧卡爪，所述套环固套于所述推进器／所述照明摄像机的外周，所述圆弧卡爪卡套于所述框架的管材外周。与现有技术相比，本水下清洗机器人具有以下有益效果：1、本清洗机器人可用于船舶、深海的网衣、网箱等大型结构表面附着物的水下清洗作业，采用了电机调节不同方位螺旋桨转速向六个方向推进的移动方式，具体为上升、下降、左移、右移、前进、后退。其中左移和右移代替传统的转弯掉头，向前推进代替吸附运作，可减小操控难度，增大机动性，节约掉头时间和空间，提高控制精度、清洗效率和单次清洗覆盖率。

2、本清洗机器人通过调转浮力模块，通过监控并利用浮力模块与机身的相对位置，从而实现浮心与重心的平衡调节，在机身发生碰撞倾斜的情况时，能够及时、自动恢复机身的平稳状态，提高清洗机器人在水下运行的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本水下清洗机器人的立体结构图。

图2是本水下清洗机器人的俯视结构图。

图3是本水下清洗机器人的侧视结构图。

图中，1、框架；2、推进器；3、照明摄像机；4、浮力把手；5、电子舱。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

实施例一

如图1至图3所示，一种水下清洗机器人，包括水上工作平台和呈立体梯形的框架1，框架1的下底面装设清洗组件，框架1的周侧和上底面装设若干推进器2，框架1的上底面周边装设照明摄像机3；于框架1下底面的相对两侧铰接浮力把手4，浮力把手4的内部呈密封填充浮力结构，浮力把手4的一侧铰接点由浮力电机驱动连接；框架1的下底面上固设电子舱5，电子舱5内安装蓄电池、角度传感器、压力传感器、速度仪、水声定位器、姿态传感器、水下声学通信模块，角度传感器、压力传感器、速度仪、水声定位器、姿态传感器通过水下声学通信模块的电信号连接水上工作平台，水上工作平台通过水下声学通信模块电控连接清洗组件、推进器2、照明摄像机3和浮力电机。

框架1外形设计为扁平梯形，框架1主体为双层管材结构，其宽高比小，垂直清洗面大，防倾覆能力强，航行稳定性优异；并通过管状结构替代实心结构，减轻框架1重量，增加平台稳定性。照明摄像机3上有照明灯和摄像头，共设置四个照明摄像机3朝向四个不同方向，用于观察清洗机器人前后左右四个方向的环境情况。浮力结构具体为空气或密度小于水的浮力材料。通过摆转浮力把手4使其位于框架1的前侧、顶侧或后侧，从而调节整体框架1的重心，实现框架1在水中的平衡状态。

清洗组件包括若干高压喷头和若干清洗刷，若干高压喷头与若干清洗刷至少排列成一排，在每排中高压喷头与清洗刷呈一一交替布设，高压喷头通过管路连接高压泵的出水口，高压泵的进水口与外界连通，水上工作平台电控连接高压泵。

开启高压泵将外界海水泵入管路并由高压喷头喷射出，通过高压水流冲洗清洗壁面上攀附的海洋生物。若遇到难以通过冲洗去除的杂物，通过清洗刷在清洗壁面表面往复摩擦移动，进一步将杂物刷除。通过高压喷头与清洗刷的间隔设置，实现冲洗与刷洗的均匀布设，从而避免出现遗漏。

框架1的立体梯形上底面内周固设交叉杆架，交叉杆架上装设一个朝外的推进器2和两个朝内的推进器2，一个朝内的推进器2位于交叉杆架的中间位置，两个朝内的推进器2分别位于一个朝外的推进器2的两侧。

框架1的立体梯形四根侧边上均设置推进器2，推进器2朝外设置，推进器2的推力方向与框架1上底面的对角线延长方向相一致。推进器2具体为推进电机驱动螺旋桨，螺旋桨的外周罩设网壳。水上工作平台分别电控连接各个推进电机。清洁机器人主要通过控制七个螺旋桨的转速大小来完成俯仰、前进、贴壁、转向等动作，提高水下航行机动性。推进器2采用非矢量控制，运控直接高效。

推进器2/照明摄像机3与框架1之间连接卡座，卡座包括连接杆，连接杆的一端固连套环，连接杆的另一端固连圆弧卡爪，套环固套于推进器2/照明摄像机3的外周，圆弧卡爪卡套于框架1的管材外周。通过卡座能实现在框架1上牢固安装推进器2和照明摄像机3，同时便于拆装操作以便对推进器2/照明摄像机3的维修更换。

实施例二

基于实施例一，本实施例的区别点在于：

一种水下清洗机器人的监测清洗方法，该监测清洗方法应用于上述的水下清洗机器人，该监测清洗方法包括以下内容：

S1、监测方法：

由压力传感器感测框架1的深度信息，由速度仪检测框架1的移动速度信息，由水声定位器检测框架1的位置信息，由姿态传感器感测框架1的当前姿态信息，由角度传感器感测框架1的角度信息，通过水下声学通信模块将上述深度信息、移动速度信息、位置信息、角度信息和当前姿态信息转换成第二声学信号发送至水上工作平台；

S2、控制方法：

1)、水上工作平台根据深度信息、移动速度信息、位置信息和当前姿态信息，控制7个推进器2驱动框架1上升、下降、左移、右移、前进、后退、俯仰、贴壁、转向运动，将框架1驱动至清洗壁面通过清洗刷进行往复刷洗，同时水上工作平台开启高压泵使高压喷头喷射高压液流冲洗清洗壁面；贴壁即通过前进动作使框架1完全贴于清洗壁面开始清洗工作时的一种稳定状态。

2)、水上工作平台根据角度信息判断框架1的偏移方向，控制框架1下倾侧边上的推进器2增加转速，使下倾侧边沿对角线方向增加推力，逐渐扶正框架1至水平状态；

3)、水上工作平台根据角度信息判断框架1的偏移方向，控制浮力电机驱动浮力把手4摆转至框架1下倾的一侧，通过浮力把手4的浮动力带动框架1下倾的一侧逐渐上抬至水平状态。

通过角度传感器感知撞击后框架1的角度偏差，而后调动浮力把手4调整相对框架1垂直方向的角度，用于调整重心，以实现恢复框架1平稳状态的目的。

步骤S2的1)中，当框架1前侧的两个推进器2与后侧的两个推进器2产生速度差时，使整体框架1发生俯/仰动作；当周圈的四个推进器2之间发生速度差时，均会使框架1产生倾斜。当左侧的两个推进器2与右侧的两个推进器2产生速度差时，使整体框架1进行左/右移动。转向并非普通意义上的转向，本机器人使用左右移动来代替常规转向，在机器人沿单向路径完成一个单位的升降清洗工作后，无需整体调头清洗另一同长度路径，而是通过向左或向右移动一个单位长度实现旁边一新路径的清洗。

步骤S2的1)中，当清洁机器人进行清洗时，立体梯形的框架1处于侧立状态，此时通过上底面朝外的推进器2推动框架1接近清洗壁面，使下底面的清洗组件靠近或压贴清洗壁面进行近距离清洁；通过上底面朝内的推进器2推动框架1远离清洗壁面，使下底面的清洗组件远离清洗壁面进行远距离清洁；当清洁机器人在水中移动时，立体梯形的框架1处于正立状态，此时通过上底面朝外的推进器2推动框架1下降，通过上底面朝内的推进器2推动框架1上升；

当清洁机器人进行清洗时，立体梯形的框架1处于侧立状态，此时通过四根侧边的推进器2配合作用，使框架1平行于清洗壁面移动；当清洁机器人在水中移动时，立体梯形的框架1处于正立状态，此时通过四根侧边的推进器2分别沿四个方向推动框架1进行水下移动；每两相邻侧边的推进器2同时启动，作用框架1沿两个方向的合力方向进行移动。

步骤S2的3)中，当清洗机器人在水中沿清洗壁面向上爬行时，检测框架1实际前行方向与预定前行方向之间的夹角A，若夹角A小于设定角度值，浮力电机调整浮力把手4转动角度，直至框架1状态恢复侧立状态，角度传感器检测到框架1无偏转后，将信息传送给水上工作平台，控制浮力把手4停止转动以完成纠偏；

若夹角A大于设定角度值且小于90°，控制下倾侧的推进器2增大转速，直至框架1状态恢复侧立状态，角度传感器检测到框架1无偏转后，将信息传送给水上工作平台，控制下倾侧的推进器2恢复转速以完成纠偏；若夹角A大于90°，则清洁机器人结束作业。

夹角大于90度有两种情况，一种是清洁机器人从墙壁掉落，此时应当先停止清洗作业，调整框架1位置到正常作业区域；另一种是机器人完成作业已经上升到清洗壁最上方，清洗完成，停止作业。

步骤S2中，当水下清洗机器人在水底作业时，框架1前行方向为水平方向，浮力把手4垂直位于框架1正上方，使浮心位于框架1顶侧的最高位置；浮力把手4远离框架1，使其浮心与重心相对平衡，便于水平方向前进。

当水下清洗机器人在水中沿清洗壁面爬行时，框架1前行方向为竖直方向，浮力把手4竖直位于框架1正上方，使浮心高于框架1的重心；浮力把手4靠近框架1，在上升过程中浮力把手4提供浮动力，给框架1最大程度向上的浮力。

当水下清洗机器人爬出水面时，浮力把手4浮于水面，浮力把手4的浮心高度与框架1的重心高度持平。浮力把手4由水平状态转向近垂直状态，但其转动角度小于90度，通过浮心高度与重心高度接近持平时即可通过浮力把手4为框架1提供稳定浮力。

综上，通过浮力把手4转向调位，与框架1靠近或远离，以平衡清洁机器人的重心和浮心，自动纠正倾斜的程度，避免清洁机器人走偏方向或从清洗壁面掉落，保证了清洁机器人在水下作业运动的平稳性。

具体通过水上物联网系统将在水下执行清洗工作的机器人工作状态数据经过水声通信方式传输至水上工作平台；水上工作平台用于对接收的清洗工作状态数据进行分析并存储，以及在观察或检测到水下突发情况时对机器人的行进方向及速度进行及时调整。

与现有技术相比，本水下清洗机器人具有以下有益效果：

1、本清洗机器人可用于船舶、深海的网衣、网箱等大型结构表面附着物的水下清洗作业，采用了电机调节不同方位螺旋桨转速向六个方向推进的移动方式，具体为上升、下降、左移、右移、前进、后退。其中左移和右移代替传统的转弯掉头，向前推进代替吸附运作，可减小操控难度，增大机动性，节约掉头时间和空间，提高控制精度、清洗效率和单次清洗覆盖率。

2、本清洗机器人通过调转浮力模块，通过监控并利用浮力模块与机身的相对位置，从而实现浮心与重心的平衡调节，在机身发生碰撞倾斜的情况时，能够及时、自动恢复机身的平稳状态，提高清洗机器人在水下运行的稳定性和可靠性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

Claims (5)

1.一种水下清洗机器人，包括呈立体梯形的框架，其特征在于，所述框架的下底面装设清洗组件，所述框架的周侧和上底面装设若干推进器，所述框架的上底面周边装设照明摄像机；于所述框架下底面的相对两侧铰接浮力把手，所述浮力把手的内部呈密封填充浮力结构，所述浮力把手的一侧铰接点由浮力电机驱动连接。

2.如权利要求1所述的水下清洗机器人，其特征在于，所述清洗组件包括若干高压喷头和若干清洗刷，若干所述高压喷头与若干所述清洗刷至少排列成一排，在每排中所述高压喷头与所述清洗刷呈一一交替布设，所述高压喷头通过管路连接高压泵的出水口，所述高压泵的进水口与外界连通。

3.如权利要求2所述的水下清洗机器人，其特征在于，所述框架的立体梯形上底面内周固设交叉杆架，所述交叉杆架上装设一个朝外的所述推进器和两个朝内的所述推进器，一个朝内的所述推进器位于所述交叉杆架的中间位置，两个朝内的所述推进器分别位于一个朝外的所述推进器的两侧。

4.如权利要求3所述的水下清洗机器人，其特征在于，所述框架的立体梯形四根侧边上均设置所述推进器，所述推进器朝外设置，所述推进器的推力方向与所述框架上底面的对角线延长方向相一致。

5.如权利要求1所述的水下清洗机器人，其特征在于，所述推进器/所述照明摄像机与所述框架之间连接卡座，所述卡座包括连接杆，所述连接杆的一端固连套环，所述连接杆的另一端固连圆弧卡爪，所述套环固套于所述推进器/所述照明摄像机的外周，所述圆弧卡爪卡套于所述框架的管材外周。