一种用于船底附着物清洁开架式全自动水下机器人的制作方法

本发明涉及一种全自动水下机器人，尤其涉及一种用于船底附着物清洁开架式全自动水下机器人，属于船底清洁设备技术领域。

背景技术：

船舶在长期航行过程中，船底难免受到各种海洋生物吸附，大量的附着物吸附后会严重的降低船舶的航行速度浪费燃料，同时附着物会分泌大量的腐蚀性物质腐蚀船底，对整个船舶的航行安全和运营费用有极大的影响，因此需要定期对船底附着物进行清洁，现在的船舶尤其是特大型船舶都需拖出水面进入船坞采用专用设备清洁。现有的清洁方式：1、手动铲除配合化学药剂，缺点是容易产生二次污染，清洁效率低浪费人力物力。2、利用压缩空气将预先准备好的磨料喷射到受洗表面，缺点是作用过程比较剧烈，破坏能力强，难以精确控制，重污染环境，噪声大，对操作人员的身体健康和工作安全也有潜在危害。3高压水射流清洁是利用高压泵使高压水依次流过管路和喷嘴，形成高速射流并连续冲击受洗表面，使污垢脱落的技术。缺点是对藤壶类和贝类等部分生物，对该类生物的清洁效果不理想。以上的三种主流清洁方式是现代船坞使用的主要方法，都有各自的缺点并且船舶需要拖进船坞停靠费用巨大，耗时长，经济损失大。

检索现有专利发现专利申请号201910572508.1也提供一种水下清洁机器人，该装置缺点如下：

1、喷水枪的反作用力与吸水腔的的反作用力会产生抵消，产生能量浪费；

2、船底表面是一个巨大的不规则立体面，装置设计中没有交代机器人如何实现空间位置移动；

3、吸水腔的喷水口的反作用力会让装置底部毛刷产生现滑动现象，无法正常工作；

4、高压水枪的位置需要移动呈直线状态才可以达到清洁效果，一条直线走完才可以实现一次清洁，效率低；

5、清洁后的碎屑可能再次流入到要高压水枪内，对水枪本身，或者船底产生创击；

对藤壶类和贝类等部分生物，对该类生物的清洁效果不理想；

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有船底清洁技术费用高昂、效率低、耗时长、对环境污染等诸多的不理想因素而提供一种用于船底附着物清洁开架式全自动水下机器人。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于船底附着物清洁开架式全自动水下机器人，包括水上装置和水下装置，所述水上装置和水下装置通过零浮力电缆49和液压管48连接；所述水上装置包括液压装置46和控制器47，所述水下装置包括骨架、动力装置、清洁装置、控制仓和辅助装置。

本发明还包括这样一些特征：

所述骨架由左支撑板1、右支撑板9连接前底腹板41、后底腹板38和上腹板2，上腹板2通过六个螺栓组5连接上浮力材3；

所述动力装置包括在前底腹板41上的第一推进器11、第二推进器43，设置在后底腹板38上的第三推进器20、第四推进器27，设置在右支撑板9上的第五推进器44、第六推进器21，设置在左支撑板1上的第七推进器12、第八推进器16，在后底腹板38右侧设置有第一减速电机50连接第一联轴器51，第一联轴器51右侧连接第一轱辘23，第一轱辘23连接第一左支撑座36、第一右支撑座52将两者固定在后底腹板38上，在底腹版38左侧设置有第二减速电机15连接第二联轴器13，第二联轴器13左侧连接第二轱辘14，第二轱辘14连接第二右支撑座34、第二左支撑座55将两者固定在后底腹板38上；

所述清洁装置由主动清洁装置8和固定清洁装置两部分组成，所述主动清洁装置8为前支架28设置在前底腹板41上，后支架56设置在后底腹板38上，前支架28和后支架56之间连接转动轴33，转动轴33连接左支架35和右支架32，左支架35连接左转动板57，在左转动板57上设置有左浮力材25、第一液压马达42，第一液压马达42主轴连接第一清洁圆刷45，在左转动板57左侧设置有第一推力转动支架24，第一推力转动支架24连接第一直线电机26，第一直线电机26固定在左支撑板1上；右支架32连接右转动板61，在右转动板61上设置有右浮力材58、第二液压马达29，第二液压马达29主轴连接第二清洁圆刷31，在右转动板61右侧设置有第二推力转动支架30，第二推力转动支架30连接第二直线电机62，第二直线电机62固定在右支撑板9上，在第二直线电机62和第一直线电机26的作用下左转动板57和右转动板61沿着转动轴33转动且最大工作角度水平方向呈±18度角；固定清洁装置是在后底腹板38中部连接第三液压马达22，第三液压马达22主轴连接第三清洁圆刷40；

所述辅助装置包括前部设置的万向转动轮7，万向轮7上部连接在上腹板2上，在后底部腹板38上设置有支撑轮37，支撑轮54；

所述辅助装置还包括在上腹板前和后分别设置相同规格的图像传输机构，该图像传输机构包括支架53连接近景摄像63、广角摄像头60、灯光59、灯光64；

所述辅助装置还包括在装置顶部设置的声呐4；

所述控制仓6垂直于后底腹板38，控制仓6依次由底法兰65、底密封圈66、壁筒67、上密封圈68、上法兰69，上法兰69上设置有深度传感器70、排气阀71和多个用于连接水密插件的螺纹孔72，固定支架18内侧连接控制仓6，固定支架18外侧连接上腹板2，用于固定控制仓6；

所述后底腹板38底部连接有阳极硬质氧化铝合金衬板39；

所述液压装置46通过液压管48传输制动液到第三液压马达22、第二液压马达29、第一液压马达42带动第二清洁圆刷31、第一清洁圆刷45、第三清洁圆刷40高速转动实现清洁目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、清洁方式：通过三个高速清洁圆刷的转动，通过转动刷角度变换，可实现三个刷子之间的清洁面可以适应船底表面几何形状变换的特点，能更好的达到清洁效果，无污染。

2、姿态控制：通过多推进器的控制不仅可以准确的实现清洁路径的控制，更可以及时的调整因波浪，回波对装置的扰动及时修正，及时的调整清洁路线，从而保证清洁无表面遗漏。

3、清洁效率：船舶可以拖出水面、不停靠船坞，直接在港口或者停泊地点直接清洁，清洁成本低，单次行走清扫直径可以达到1m，清扫面积大，清洁效果好，清洁效率高。

4、结构优势：开架式结构不仅结构稳定，水下阻力小，能源利用高，更不涉及水下壳体密封，建造成本低，而且清洁的附着物碎屑可直接飘落在海底，不会残留在结构内部。

5、工作深度：整个装置可在水下0-38m压力变化范围内正常工作，可满足现有的任何船舶的吃水深度。

自动化控制：装置入水后启动后自动清洁，无需人员介入，高自动化，高智能化。

附图说明

图1装置整体结构图

图2装置部分结构图

图3装置仰视结构图

图4装置部分结构图

图5装置转动清洁圆刷图

图6装置部分结构图

图7图像传输机构图

图8a-b控制仓结构图

图9控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

一种用于船底附着物清洁开架式全自动水下机器人，装置由水上装置和水下装置两部分组成，通过零浮力电缆49和液压管48进行连接；水上装置包括液压装置46和控制器47，水下装置包括骨架、动力装置、清洁装置、控制仓、辅助装置四部分组成；通过多推进器的推力分配控制实现装置任一工作姿态控制的实现使装置底部清洗部位贴紧船底壁效果，通过液压控制实现机器人底腹部清洁圆刷的高速旋转清除船底底部的附着物，在多推进器和轱辘的转速控制实现对船底表面的全路径清扫。所述骨架由左支撑板1、右支撑板9连接前底腹板41、后底腹板38和上腹板2，上腹板2通过六个螺栓组5连接上浮力材3。所述动力装置由设置在前底腹板41上的第一推进器11、第二推进器43，设置在后底腹板38上的第三推进器20、第四推进器27，设置在右支撑板9上的第五推进器44、第六推进器21，设置在左支撑板1上的第七推进器12、第八推进器16。在后底腹板38右侧设置有第一减速电机50连接第一联轴器51，第一联轴器51右侧连接第一轱辘23，第一轱辘23连接第一左支撑座36、第一右支撑座52将两者固定在后底腹板38上，在底腹版38左侧设置有第二减速电机15连接第二联轴器13，第二联轴器13左侧连接第二轱辘14，第二轱辘14连接第二右支撑座34、第二左支撑座55将两者固定在后底腹板38上，由以上机构构成本装置的动力装置。所述清洁装置由主动清洁装置8和固定清洁装置两部分组成，所述主动清洁装置8为前支架28设置在前底腹板41上，后支架56设置在后底腹板38上，前支架28和后支架56之间连接转动轴33，转动轴33连接左支架35和右支架32，左支架35连接左转动板57，在左转动板57上设置有左浮力材25、第一液压马达42，第一液压马达42主轴连接第一清洁圆刷45，在左转动板57左侧设置有第一推力转动支架24，第一推力转动支架24连接第一直线电机26，第一直线电机26固定在左支撑板1上；右支架32连接右转动板61，在右转动板61上设置有右浮力材58、第二液压马达29，第二液压马达29主轴连接第二清洁圆刷31，在右转动板61右侧设置有第二推力转动支架30，第二推力转动支架30连接第二直线电机62，第二直线电机62固定在右支撑板9上，在第二直线电机62和第一直线电机26的作用下左转动板57和右转动板61可以沿着转动轴33转动且最大工作角度水平方向呈±18度角。固定清洁装置是在后底腹板38中部连接第三液压马达22，第三液压马达22主轴连接第三清洁圆刷40，通过转动主动清洁刷刷实现角度变换，使三个清洁圆刷适应船底表面几何形状变换的特点，能更好的达到清洁效果。辅助装置包括前部设置的万向转动轮7，万向轮7上部连接在上腹板2上，在装置后底部腹板38上设置有支撑轮37，支撑轮54，三个辅助轮子为装置提供支撑。所述辅助装置还包括在装置上腹板前和后分别设置相同规格的图像传输机构，该机构包括支架53连接近景摄像63、广角摄像头60、灯光59、灯光64。控制仓6垂直于后底腹板38，控制仓6依次由底法兰65、底密封圈66、壁筒67、上密封圈68、上法兰69，上法兰69上设置有深度传感器70、排气阀71和多个用于连接水密插件的螺纹孔72。固定支架18内侧连接控制仓6，固定支架18外侧连接上腹板2，用于固定控制仓6。后底腹板38底部连接有阳极硬质氧化铝合金衬板39，用于加强后底腹板38强度。液压装置46通过液压管48传输制动液到液压马达22、液压马达29、液压马达42带动清洁圆刷31、清洁圆刷45、清洁圆刷40高速转动实现清洁目的。辅助装置还包括在装置顶部设置的声呐4，声呐4用于装置工作时周围环境、工作位置等进行检测。

本发明的提供的清洁实现方式如下：

装置在进入水中后推进器44、推进器21正向转动，推进器12、推进器16反向转动将装置在水中90度转动，并保持悬浮在水中迅速改变推进器12、推进器16推动方向为正向推动，使装置机器人底部迅速的贴船底侧壁，在控制仓内姿态传感器的信号反馈下作用推进器43、推进器11、推进器27、推进器20通过推力分配调整装置水中姿势，启动水面液压装置46通过液压管48带动清洁圆刷45、清洁圆刷40、清洁圆刷31高速转动，启动减速电机15、减速电机50带动轱辘14、轱辘23转动驱动装置前行，在前行过程中通过前置摄像组件10和后置摄像头组件19的时时监测对比清洁状况，由于船底表面是一个带有一定弧度不规则的形状的壳体，预先将船舶模型轮廓输入进控制系统中，通过声呐5将船底表面几何形状变化位置信息传动至控制仓，由控制仓控制控制直线电机26驱动转动底板57、直线电机62驱动转动底板，以便清洁圆刷40、清洁圆刷31、清洁圆刷45通过空间角度的调整达到更好的清洁效果。装置沿着船底侧面同一水平高度从船头到船尾完成一次行走清洁(或者从船尾到船头)。然后装置在推进器11、推进器43、推进器27、推进器20用下，装置下潜一个清洁宽度的距离，并重复开始的操作清洁操作方法，直至达到船底的一个表面的全部清洁。

综上所述：本发明公开了一种用于船底附着物清洁开架式全自动水下机器人，其特征在于，装置由由水上装置和水下装置两部分组成，通过零浮力电缆和液压管进行连接；水上装置包括液压装置和控制器，水下装置包括骨架、动力装置、清洁装置、控制仓、辅助装置五部分组成。通过多推进器的推力分配控制实现装置任一工作姿态控制的实现使装置底部清洗部位贴紧船底壁效果，通过液压控制实现机器人底腹部清洁圆刷的高速旋转清除船底底部的附着物，在多推进器组和轱辘的转速控制下实现对船底表面的全路径清扫。本发明无需将船舶拖出水面进行清洁，可在任意停泊地点实现无间断清洁，清洁效果好，作业效率高，经济效益显著。

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