CN221393973U - 船舶清洗水下机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人技术领域，特别是一种船舶清洗水下机器人。包括机架；清洗机构，包括清洗盘，清洗盘内设有数个复合喷嘴部，清洗盘依次通过小臂、大臂与机架的顶部表面连接；推进机构，包括设置在机架上的数个推进器；履带行走机构，包括履带、环形轨道和电磁吸附部，履带的内侧表面间隔设有数个电磁吸附部，电磁吸附部位于履带和环形轨道之间。其更便于机器人的自主运动，能够实现对船舶的充分清洗，清洗成本低，适用范围广。

Description

船舶清洗水下机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别是一种船舶清洗水下机器人。

背景技术

船舶长期与海水接触的过程中，大量生物附着在船舶上，主要附着部位为船体表面、螺旋桨、桨轴、声呐仓、海底门等。随着附着物的不断积累和侵蚀，最终造成船舶污损。

附着物对船舶的危害主要有以下几个方面：(1)破坏结构物表面防护涂层，改变基底材料腐蚀程度，增加船舶坞修次数，缩短船舶运营寿命；(2)增大表面粗糙度，增加船舶航行阻力，并降低船舶的航行速度，延长航行时间，另外还增加燃料消耗，造成更多的温室气体的排放；(3)若生物附着在特殊部位，还会危害主机安全，阻塞管道，影响设备正常运行，提高运营成本：例如，当螺旋桨被生物附着时，会使其有效输出功率降低20％。因此，船体表面附着物的清洗是实现船舶节能减排的重要途径之一。

目前对船体海洋污损附着生物的清洗通常采用以下几种方式。第一种方式，利用化学清洁剂对船舶进行清洗。该种清洁方式这不仅会对生态环境造成污染，还会对船体造成损伤，威胁到洗船人员以及驾船人员的人身安全。第二种方式，目前出现了针对船舶清洗的机器人装置，包括清洗机器人、超高压水泵、真空回收泵、各种管路等，其中，超高压水泵提供清洗所需的水介质以及巨大的冲击能量，真空泵作为回收设备用于回收清洗完的残渣。但是超高压泵机组的费用昂贵，导致现有的清洗机器人装置难以真正推广。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种船舶清洗水下机器人，其更便于机器人的自主运动，能够实现对船舶的充分清洗，清洗成本低，适用范围广。

本实用新型的技术方案是：一种船舶清洗水下机器人，包括机架，其中，还包括：

清洗机构，包括清洗盘，清洗盘内设有数个复合喷嘴部，清洗盘依次通过小臂、大臂与机架的顶部表面连接；

推进机构，包括设置在机架上的数个推进器；

履带行走机构，包括履带、环形轨道和电磁吸附部，履带的内侧表面间隔设有数个电磁吸附部，电磁吸附部位于履带和环形轨道之间。

本实用新型中，所述机架包括顶板、底板和侧板，顶板和底板之间通过两侧的侧板固定连接；

顶板通过大臂、小臂与清洗机构连接，大臂的一端与顶板铰接，大臂的另一端与小臂的一端铰接，小臂的另一端与清洗机构铰接；

底板的对称两侧边处分别与履带行走机构连接。

所述清洗盘包括连接板、以及与连接板的底部固定连接的环形板，连接板和环形板围成环形的空腔，且空腔具有向下的开口；

连接板的底部表面间隔设有数个复合喷嘴部。

所述复合喷嘴部包括：

超声波致动器，其一端与清洗盘固定连接，另一端连接有喷嘴，超声波致动器与设置在机架内的超声波发生器通过信号线连接；

喷嘴，内部设有流动腔室，流动腔室包括依次连通的入口腔室、谐振腔和喷嘴出口，入口腔室与超声波致动器连接，入口腔室处设有压力入口，谐振腔的尺寸小于入口腔室的尺寸，喷嘴的自由端设有喷嘴出口，喷嘴出口包括圆柱段和扩口段，圆柱段与谐振腔连通，扩口段与圆柱段连通一端的尺寸小于扩口段自由端的尺寸。

所述推进机构包括四个水平推进器和四个竖直推进器，其中水平推进器位于底板的四个角点处，底板的对应设置的两侧板处分别对称设置有两个竖直推进器。

所述履带呈环形封闭设置，履带的内侧设有环形轨道，环形轨道通电；

环形轨道包括水平轨道段、以及与水平轨道段的两端连接的弧形轨道段，水平轨道段的上表面和下表面设有导电材料包覆层，弧形轨道段的上表面和下表面设有绝缘材料包覆层；

环形轨道和履带的底部内侧面之间通过电磁吸附部连接。

所述电磁吸附部包括：

电磁板，与履带的内侧面固定连接；

支撑架，电磁板朝向环形轨道的一侧固定有支撑架，支撑架上固定设有竖向导杆；

滚轮连接架，与导杆滑动连接，滚轮连接架上设有上滚轮和下滚轮，对应的环形轨道的顶部表面设有上滑轨，环形轨道的底部表面设有下滑轨，上滚轮可滚动地设置在上滑轨内，下滚轮可滚动地设置在下滑轨内。

滚轮连接架的侧面固定有滑套，滑套可滑动地套在导杆上；

导杆的自由端设有限位块。

所述支撑架上设有两个滚轮连接架，滚轮连接架位于环形轨道的对称两侧，环形轨道位于两滚轮连接架之间，两滚轮连接架分别与同侧的导杆滑动连接；

两滚轮连接架上均设有上滚轮和下滚轮，对应的在环形轨道内设有两个上滑轨和两个下滑轨，上滚轮和下滚轮分别对应设置在上滑轨和下滑轨内。

本实用新型的有益效果是：

(1)该清洗机构利用超声空化实现了对船舶的清洗，提高了对船舶的清洗效率，并且不会对环境造成污染，安全可靠，可以适用于对各种船舶表面的清洗，并且清洗机构的位置可调，因此在实际清洗过程中，可以根据清洗位置的不同，对清洗机构的位置进行准确的调整，使清洗机构能够正对需要清洗的部位；

(2)通过设置推进机构，实现了机器人在水中的航行，更有利用机器人的自主运动；

(3)履带行走机构既可以带动整个机器人行走，而且还能够实现机器人与船舶侧壁之间的吸附，实现了履带行走机构机动性与吸附性的统一。

附图说明

图1是本实用新型的主视结构示意图；

图2是本实用新型的仰视结构示意图；

图3是本实用新型的立体结构示意图；

图4是复合喷嘴部的剖面结构示意图；

图5是喷嘴出口处的局部结构示意图；

图6是电磁吸附部的结构示意图；

图7是履带和环形轨道的结构示意图。

图中：1机架；2清洗机构；3履带行走机构；4顶板；5底板；6侧板；7基座；8大臂；9小臂；10清洗盘；11复合喷嘴部；12连接板；13侧板；14超声波致动器；15喷嘴；16入口腔室；17谐振腔；18喷嘴出口；19圆柱段；20扩口段；21压力入口；22水平推进器；23竖直推进器；24履带；25环形轨道；26电磁吸附部；27电磁板；28支撑架；29导杆；30滚轮连接架；31上滚轮；32下滚轮；33滑套；34水平轨道段；35弧形轨道段；36导电材料包覆层。

具体实施方式

为了使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式的限制。

如图1至图3所示，本实用新型所述的船舶清洗水下机器人包括机架1、清洗机构2、履带行走机构3和推进机构。机架包括顶板4、底板5和侧板6，顶板4和底板5之间呈平行设置，顶板4和底板5之间通过对称设置的两侧板6固定连接。本实施例中，沿顶板和底板的长度方向设有侧板，顶板和底板的长度方向的两侧边之间分别通过侧板固定连接。机架的顶板4与清洗机构2连接，推进机构设置在机架的底板5上，通过推进机构，可以实现该机器人在水中的航行。机架的底部设有履带行走机构，本实施例中，机架的底部对称设有两履带行走机构3，履带行走机构沿机架的长度方向设置。通过履带行走机构，实现了该机器人的爬壁行走。

机架的顶板4依次通过基座7、大臂8、小臂9与清洗机构2连接。本申请中，基座7的底部表面与顶板4的顶部表面固定连接，基座7的顶部与大臂8的一端铰接，大臂8的另一端与小臂9的一端铰接，小臂9的另一端与清洗机构2的顶部表面铰接。大臂8和小臂9的转动角度可调，因此当大臂8和小臂9的角度发生变化时，与其连接的清洗机构2的角度和位置也会相应的产生变化。因此在清洗过程中，可以根据需要实际清洗的部分，通过对大臂8和小臂9的角度调整，实现对清洗机构位置的准确调整。

该机器人装置还包括控制机构，控制机构分别与大臂8、小臂9连接，通过控制机构，对大臂和小臂的转动角度进行自动调节，从而实现了根据船舶需要清洗的部位对清洗机构位置的准确调节。

清洗机构包括清洗盘10和复合喷嘴部11，清洗盘内设有空腔，且具有向下的开口。如图3所示，本实施例中的清洗盘10包括顶部的连接板12、以及环形侧板13，连接板12的顶部表面与小臂9铰接，沿连接板12的底部表面的边缘处设有环形侧板13，连接板12与环形侧板13围成一个腔体，该腔体的底部设有开口。由于该机器人进行清洗工作时完全处于水下，因此海水可以通过腔体底部的开口进入清洗盘内。

清洗盘内设有数个复合喷嘴部，如图2所示，本实施例中，连接板12的底部表面且沿其长度方向均匀间隔设置四个复合喷嘴部11。机架内设有超声波发生器，复合喷嘴部11通过信号线与超声波发生器连接，超声波发生器产生的超声波通过信号线传输至各个复合喷嘴部处。

如图4所示，复合喷嘴部11包括超声波致动器14和喷嘴15，超声波致动器14的顶部表面与连接板12固定连接，超声波发生器通过信号线与超声波致动器14连接。超声波致动器14的下部与喷嘴15固定连接。喷嘴15内设有流动腔室，该流动腔室上至下依次包括入口腔室16、谐振腔17和喷嘴出口18，入口腔室16、谐振腔17和喷嘴出口18之间呈连通状态，谐振腔17的尺寸小于入口腔室16的尺寸。喷嘴15的底部设有喷嘴出口18，如图5所示，喷嘴出口18由圆柱段19和扩口段20两部分组成，圆柱段19位于扩口段20的上方，扩口段20的顶端与圆柱段19连通，扩口段底端的尺寸大于扩口段顶端的尺寸，因此扩口段的纵向截面呈圆台状。

入口腔室16与超声波致动器14连接，入口腔室16所对应的喷嘴侧壁的上部设有压力入口21，清洗盘内的海水通过压力入口21进入入口腔室16内。超声波致动器14将超声波转换为超声波振荡，对进入入口腔室的海水进行空化，使入口腔室内的海水产生高频振动，瞬间形成微小气泡，这些微小气泡在海水环境中迅速生长和坍塌，形成空化效应。在空化的过程中，气泡的坍塌释放出巨大的能量，产生高速液流和冲击波、以及微小的气泡爆炸声。

当流体流经谐振腔17、并通过喷嘴出口高速喷出时，由于喷嘴出口18的尺寸远小于谐振腔17的尺寸，因此流体会在喷嘴出口18的收缩断面产生自激，该压力脉动反馈回谐振腔17。若自激频率与喷嘴的固有频率接近，在谐振腔17内会产生流体共振，此时自激振荡最强烈，空化作用最明显。空化流体通过喷嘴出口流出时，喷嘴出口的扩口段20会进一步增大流体的流速。从喷嘴流出的高速液流和冲击波作用于船舶表面时，可以对船舶表面的附着物进行充分的剥离、冲刷和清洗。

推进机构包括数个水平推进器22和竖直推进器23，本实施例中，推进机构包括四个对称设置的水平推进器22和四个对称设置的竖直推进器23，水平推进器和竖直推进器均设置在底板的顶部表面。如图2所示，机架底板5的四个角点处分别设有水平推进器22。沿机架底板5的长度方向的侧边处分别设有两个竖直推进器23，每一侧处的两竖直推进器之间呈对称设置，两侧边的对应的竖直推进器之间呈对称设置。通过四个水平推进器和四个竖直推进器，可以实现该机器人装置在水下的六自由度运动，从而实现了该机器人装置的水下航行。

履带行走机构包括履带24、环形轨道25和电磁吸附部26，履带24呈环形设置，履带的两端缠绕在主动轮和被动轮上，主动轮与驱动电机的输出轴传动连接，驱动电机动作过程中，带动主动轮转动，通过主动轮与履带之间的啮合，实现了履带的环向转动、以及被动轮的转动。主动轮和被动轮均设置在履带支撑架上。履带行走机构还包括涨紧轮，通过涨紧轮，可以对履带的张紧度进行调整。

履带24的环形内侧设有环形轨道25，环形轨道固定设置在履带支撑架上，且环形轨道带电。环形轨道25和履带24之间设有数个电磁吸附部。

如图6和图7所示，履带24的内侧表面固定有数个电磁吸附部，履带在做环形运动的过程中，带动电磁吸附部也随之做环形的运动。电磁吸附部包括电磁板27、支撑架28和滚轮，本申请中的电磁板为圆形电磁板。电磁板27的一侧平面与履带24固定连接，电磁板27的另一侧平面即朝向环形轨道的一侧固定有支撑架28，支撑架上设有数个滚轮。滚轮与环形轨道之间呈滚动式接触。

支撑架28上设有竖向的导杆29，导杆29上套有滚轮连接架30。滚轮连接架30的顶部和底部分别设有滚轮，对应的在环形轨道25的顶部和底部分别设有滑轨，滚轮设置在滑轨内。本实施例中，滚轮连接架30的顶部设有上滚轮31，对应的环形轨道的顶部设有上滑轨，上滚轮31位于上滑轨内，且上滚轮可以在上滑轨内滚动；滚轮连接架30的下部设有下滚轮32，对应的环形轨道的底部设有下滑轨，下滚轮32位于下滑轨内，且下滚轮可以在下滑轨内滚动。

滚轮连接架30的侧边处固定有滑套33，滑套33可滑动的套在导杆29上，从而实现了导杆29与滚轮连接架30之间的滑动连接。履带行走机构动作过程中，履带24与环形轨道25之间的距离并不是处处相等，当履带与环形轨道之间的距离产生变化时，滚轮连接架可以沿导杆上下运动，以保证滚轮连接架上的滚轮与环形轨道之间始终处于接触的状态。也就是说，通过滚轮连接架与导杆之间的滑动连接，使电磁吸附部能够始终适应履带与环形轨道之间的变化的距离。

本实施例中，导杆的一端与支撑架固定连接，导杆的另一端可以固定有限位块，通过限位块，可以对滚轮连接架的位置进行限定，以防止滚轮连接架脱离导杆。

另外，本实施例中，支撑架28上设有两个滚轮连接架30和两根导杆29，两滚轮连接架分别设置在环形轨道的两侧，即环形轨道位于两侧的滚轮连接架之间，两滚轮连接架分别滑动套在同侧的导杆上。两滚轮连接架上分别设有上滚轮和下滚轮，对应的在环形轨道上设有两个上滑轨和两个下滑轨，上滚轮和下滚轮分别设置在对应的上滑轨和下滑轨内。

如图7所示，环形轨道25包括水平轨道段34、以及位于水平轨道段两端的弧形轨道段35，两侧的弧形轨道段分别连接电源的正负极，从而实现了环形轨道的带电。本实施例中，水平轨道段34、以及两侧的弧形轨道段35之间呈一体式结构。水平轨道段34的上表面和下表面均贴有导电材料包覆层36，例如铜制包覆层，两侧的弧形轨道段35的上表面和下表面处均贴有绝缘材料包覆层。

当履带上的电磁吸附部26随履带运动至水平轨道段34时，此时电磁吸附部的上滚轮31和下滚轮32与下水平轨道段34之间呈滚动接触，此时通过导电材料包覆层36，将环形轨道的电能通过滚轮传递至电磁板27，电磁板27得电产生电磁吸附力。通过电磁吸附力，可以将履带24吸附至船舶的钢制外壁面处，实现了机器人与船舶之间的牢固连接。

与此同时，随着履带的行走，当电磁吸附部26从水平轨道段运动至两侧的弧形轨道段处时，滚轮与包覆在环形轨道外侧的绝缘材料包覆层接触，此时绝缘材料包覆层对滚轮和环形轨道之间形成绝缘隔离，环形轨道25上的电能无法传递至滚轮处，与该滚轮连接的电磁板失电从而失去电磁吸附力，因此电磁铁的电磁吸附力不会成为阻止机器人爬行的阻力，实现了机器人机动性与吸附性的统一。

该机器人动作过程中，首先将该机器人运输并投放至指定海域内，该机器人在推进机构的带动下，实现了在海中的航行。当该机器人航行至逐渐靠近船舶需要清洗处时，利用电磁吸附部产生的磁力，实现了履带行走机构与船舶壳体之间的连接，从而实现了机器人与船舶之间的吸附连接。

此时，清洗机构动作，通过调整大臂9和小臂8的角度，使复合喷嘴部11正对需要清洗的附着物。复合喷嘴部产生的高速液流和冲击波对船舶表面的附着物进行高速冲击，对附着物进行充分的剥离、冲刷和清洗。

当该处的附着物冲洗完毕后，履带行走机构的驱动电机动作，带动履带沿船舶壁面行走，对其他处的船舶附着物进行冲洗。履带行走机构带动该机器人沿船舶壁面行走，同时履带行走机构中的电磁吸附部又能够使该机器人能够牢固的吸附在船舶壁面处。机器人沿船舶壁面行走过程中，对船舶上的附着物进行了充分的清洗。

清洗完成后，环形轨道25失电，此时作用在机器人和船舶侧壁之间的电磁吸附力消失，该机器人可以在推进机构的带动下返回水面，或者行驶至其他船舶处进行接下来的清洗工作。

以上对本实用新型所提供的船舶清洗水下机器人进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种船舶清洗水下机器人，包括机架，其特征在于，还包括：

清洗机构，包括清洗盘，清洗盘内设有数个复合喷嘴部，清洗盘依次通过小臂、大臂与机架的顶部表面连接；

推进机构，包括设置在机架上的数个推进器；

履带行走机构，包括履带、环形轨道和电磁吸附部，履带的内侧表面间隔设有数个电磁吸附部，电磁吸附部位于履带和环形轨道之间。

2.根据权利要求1所述的船舶清洗水下机器人，其特征在于，所述机架包括顶板、底板和侧板，顶板和底板之间通过两侧的侧板固定连接；

顶板通过大臂、小臂与清洗机构连接，大臂的一端与顶板铰接，大臂的另一端与小臂的一端铰接，小臂的另一端与清洗机构铰接；

底板的对称两侧边处分别与履带行走机构连接。

3.根据权利要求1所述的船舶清洗水下机器人，其特征在于，所述清洗盘包括连接板、以及与连接板的底部固定连接的环形板，连接板和环形板围成环形的空腔，且空腔具有向下的开口；

连接板的底部表面间隔设有数个复合喷嘴部。

4.根据权利要求1所述的船舶清洗水下机器人，其特征在于，所述复合喷嘴部包括：

超声波致动器，其一端与清洗盘固定连接，另一端连接有喷嘴，超声波致动器与设置在机架内的超声波发生器通过信号线连接；

喷嘴，内部设有流动腔室，流动腔室包括依次连通的入口腔室、谐振腔和喷嘴出口，入口腔室与超声波致动器连接，入口腔室处设有压力入口，谐振腔的尺寸小于入口腔室的尺寸，喷嘴的自由端设有喷嘴出口，喷嘴出口包括圆柱段和扩口段，圆柱段与谐振腔连通，扩口段与圆柱段连通一端的尺寸小于扩口段自由端的尺寸。

5.根据权利要求1所述的船舶清洗水下机器人，其特征在于，

所述推进机构包括四个水平推进器和四个竖直推进器，其中水平推进器位于底板的四个角点处，底板的对应设置的两侧板处分别对称设置有两个竖直推进器。

6.根据权利要求1所述的船舶清洗水下机器人，其特征在于，所述履带呈环形封闭设置，履带的内侧设有环形轨道，环形轨道通电；

环形轨道包括水平轨道段、以及与水平轨道段的两端连接的弧形轨道段，水平轨道段的上表面和下表面设有导电材料包覆层，弧形轨道段的上表面和下表面设有绝缘材料包覆层；

环形轨道和履带的底部内侧面之间通过电磁吸附部连接。

7.根据权利要求6所述的船舶清洗水下机器人，其特征在于，所述电磁吸附部包括：

电磁板，与履带的内侧面固定连接；

支撑架，电磁板朝向环形轨道的一侧固定有支撑架，支撑架上固定设有竖向导杆；

滚轮连接架，与导杆滑动连接，滚轮连接架上设有上滚轮和下滚轮，对应的环形轨道的顶部表面设有上滑轨，环形轨道的底部表面设有下滑轨，上滚轮可滚动地设置在上滑轨内，下滚轮可滚动地设置在下滑轨内。

8.根据权利要求7所述的船舶清洗水下机器人，其特征在于，滚轮连接架的侧面固定有滑套，滑套可滑动地套在导杆上；

导杆的自由端设有限位块。

9.根据权利要求7所述的船舶清洗水下机器人，其特征在于，

所述支撑架上设有两个滚轮连接架，滚轮连接架位于环形轨道的对称两侧，环形轨道位于两滚轮连接架之间，两滚轮连接架分别与同侧的导杆滑动连接；

两滚轮连接架上均设有上滚轮和下滚轮，对应的在环形轨道内设有两个上滑轨和两个下滑轨，上滚轮和下滚轮分别对应设置在上滑轨和下滑轨内。