一种船体表面附着物清理自动机器人制造技术

本发明专利技术一种船体表面附着物清理自动机器人，属于无人设备技术领域；包括壳体、移动模块、清理模块、吸附模块和控制模块；所述壳体用于搭载其他模块；通过所述清理模块实现对船体表面的清理；通过所述移动模块和吸附模块配合实现机器人吸附式行走于船体的表面；通过所述控制模块实现对机器人动作控制。本发明专利技术中的机器人通过永磁吸附模块和轮式移动模块配合吸附式行走于船体的表面，机器人通过电能驱动旋转刷进行机械清理任务，完全独立，不需要任何外设输入，可以独立完成清理工作，作业适用于多种条件和场合。此外，远洋航行过程中对船体表面的实时清理，还可以保护船体表面涂层不受长时间附着物的破坏，延长船只寿命。延长船只寿命。延长船只寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种船体表面附着物清理自动机器人


[0001]本专利技术属于无人设备
，具体涉及一种船体表面附着物清理自动机器人。

技术介绍

[0002]海洋上的船体由于长期与强腐蚀性海水接触都无法避免地被藤壶、石灰虫等海生物和污物附着，破坏船体的流线型，使得航行阻力增大，导致航速降低，耗费燃料增加。据统计，一只普通的船只出海半年后，船身便会有大量的海洋污损物附着，船速相比于出坞时下降了3.9％，燃烧消耗的能源却提高了8.2％，而出坞一年后航速下降了10.7％，而能源的耗费增加了25.5％。随着出海时间的增加，船体表面附着物对船体航行的影响越来越大。而根据美国海军的相关研究，附着物程度为轻度时，船体相比没有附着物以正常航速航行时，燃油的消耗量将会增加15％，而重度附着物时，燃油的消耗量将会是原来的两到三倍，因此要及时清理船体表面附着物。以我国远洋运输为例，消耗一千万吨燃油的情况下定期进行清洗船体可节省约2亿元人民币燃油费用，由此可见船体清洗工作能带来的经济效益。数据统计显示，全球范围内5万吨级以上的船体占船体总量的49.5％，因此对于船体，尤其是远洋运输用大型船体，对船体表面附着物的清洗方面做出研究是非常有必要的。
[0003]目前，船体表面清刷方法主要分为内清刷和水下人工清刷。对于船坞内清刷而言，主要是把船体停进船坞内，如果是小船，可吊装起船体，对于大中型船体而言则需要将船坞内的水排干，最后再由人工手持清刷工具进行清理，进坞清洗周期长、成本高而且大型船坞的数量有限，进坞清理周期长，也会增加非运营时间，造成经济上的损失。而水下人工清刷主要是通过专业的潜水员借助清理工具潜入水下对船体表面进行清理，且潜水员在水下工作的劳动强度、环境差，风险较高，清理费用十分昂贵，同时在清刷作业中水下的能见度低，对清刷质量也有影响。因此研制遥控或自动的水下清刷机器人是发展的方向。
[0004]而目前发展起来的一些遥控或自动的水下清刷机器人主要是采用机械清刷、喷砂清刷方式和高压射流清理等方式来进行清理。其中，机械清理方式主要采用刷子来进行清理，是较为通用的一种清理方式。而喷砂清刷方式一方面需要笨重的压缩空气动力源，喷出的磨砂材料也会对船体表面造成伤害，并且灰尘大，污染环境。高压射流技术也需要高压水发生装置，且操作失误的话，高压水流会对潜水员生命造成威胁。最后，这些遥控式/自动式清刷机器人一般都在船体停靠在船坞状态下进行清理，工作方式和效率也比较低。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题：
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提供一种船体表面附着物清理自动机器人，通过轮式移动模块、电动旋转钢刷模块、电动旋转毛刷模块、永磁吸附模块的相互配合，实现了机器人的小型化、自主化、智能化、低成本，能完成船体在海洋中航行引起的表面附着物的清理任务。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种船体表面附着物清理自动机器人，其特征在于：包括壳
体、移动模块、清理模块、吸附模块和控制模块；
[0008]所述壳体用于搭载其他模块；
[0009]通过所述清理模块实现对船体表面的清理；
[0010]通过所述移动模块和吸附模块配合实现机器人吸附式行走于船体的表面；
[0011]通过所述控制模块实现对机器人动作控制。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是：所述壳体采用仿生学设计，整体外形与蝠鲼的形状近似，截面采用低阻力的翼型结构和流线型的流体动力学设计，最大限度地减小运动阻力。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是：所述清理模块包括电动旋转钢刷模块和电动旋转毛刷模块，所述电动旋转钢刷模块设置于机器人躯干部分，用于清理强力附着性物质；两个所述电动旋转毛刷模块对称设置于机器人两侧，用于清理轻微附着性物质。
[0014]本专利技术的进一步技术方案是：所述电动旋转钢刷模块包括动力源和钢刷，所述钢刷嵌装于壳体内，通过动力源驱动钢刷转轴，实施清理工作；所述钢刷的末端与船体表面保证间隙大于1cm，以保证不会在运动中与船体表面直接摩擦。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述电动旋转毛刷模块包括动力源和毛刷，所述毛刷嵌装于壳体内，通过动力源驱动毛刷转轴，实施清理工作；所述毛刷的末端与船体表面紧密接触，保证清理效果。
[0016]本专利技术的进一步技术方案是：所述移动模块包括滚轮和直流电机，三组滚轮成三角形分布设置于壳体底部，通过直流电机驱动滚轮实现机器人在船体表面的前进和后退，通过后侧两个轮子的差速运动实现机器人的转向动作。
[0017]本专利技术的进一步技术方案是：所述吸附模块包括多个稀土钕铁硼强磁铁，布置于壳体底部，实现机器人在船体表面的吸附。
[0018]本专利技术的进一步技术方案是：所述稀土钕铁硼强磁铁的数量为十个，呈对称结构布置于壳体底部的中部位置，在机器人吸附在船体表面时，与船体表面的距离在 0.5
‑
1cm范围内。
[0019]本专利技术的进一步技术方案是：所述控制模块包括摄像头图像模块、LED照明模块、水密主舱、控制系统和电源系统；所述控制系统和电源系统设置于壳体内的水密主舱内；所述摄像头图像模块和LED照明模块安装于机器人壳体前端，分别用于获取图片和水下照明。
[0020]本专利技术的进一步技术方案是：所述水密主舱主要由铝合金主舱主体和铝合金盖板组成，通过沿周向设置的若干螺栓实现两者的固定连接，通过O型圈实现两者连接处的密封；密封设计指标为水密100m，机器人考虑安全阈值之后的整体水密等级为50m。
[0021]有益效果
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023](1)永磁吸附模块提供的吸附力结合轮式移动模块可以使得机器人可以跨介质 (水线以下的水介质和水线以上的空气介质)行走于船体的表面。一方面，摆脱了机器人对水工作介质的需求，在船舶停靠在船坞内或表面附着物高于水线时，依旧可以完成清理工作。另一方面，使得机器人可以由船员在船侧边即可完成机器人的布放和回收，操作和使用更加便捷。
[0024](2)永磁吸附的设计使得机器人不需要像现有的某些船体表面附着物清理机器人那样通过螺旋桨等装置时刻维持机器人贴合在船体表面，极大地节约了机器人的能源消
耗。此外，通过电能驱动旋转刷进行机械清理任务，不需要像喷砂清刷方式一样需要外接压缩空气源，也不需要像高压射流技术一样需要外界高压水枪，也不需要连接电缆进行大型电动装置的供电。因而，本机器人在工作时仅依靠自身携带能源，不需要任何岸上或船上的外设，可以独立完成清理工作，能源消耗低，作业适用于任何条件和场合。
[0025](3)机器人在执行清理任务时可以全自动运行，不需要人员的关注和操控，作业时间自由，白天黑夜均可，节省了人工成本和时间消耗。此外，自主清理机器人不需要限定工作场合，在船坞停靠以及正常航行过程中，均可以在船体表面进行自动清理工作。因此，船舶在正常航行时可以定期进行自动清理，不需要支付船舶进坞清理费用，潜水员人工清理费用，停泊带来的经济损失节省了经济投入，挽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船体表面附着物清理自动机器人，其特征在于：包括壳体、移动模块、清理模块、吸附模块和控制模块；所述壳体用于搭载其他模块；通过所述清理模块实现对船体表面的清理；通过所述移动模块和吸附模块配合实现机器人吸附式行走于船体的表面；通过所述控制模块实现对机器人动作控制。2.根据权利要求1所述船体表面附着物清理自动机器人，其特征在于：所述壳体采用仿生学设计，整体外形与蝠鲼的形状近似，截面采用低阻力的翼型结构和流线型的流体动力学设计，最大限度地减小运动阻力。3.根据权利要求1所述船体表面附着物清理自动机器人，其特征在于：所述清理模块包括电动旋转钢刷模块和电动旋转毛刷模块，所述电动旋转钢刷模块设置于机器人躯干部分，用于清理强力附着性物质；两个所述电动旋转毛刷模块对称设置于机器人两侧，用于清理轻微附着性物质。4.根据权利要求3所述船体表面附着物清理自动机器人，其特征在于：所述电动旋转钢刷模块包括动力源和钢刷，所述钢刷嵌装于壳体内，通过动力源驱动钢刷转轴，实施清理工作；所述钢刷的末端与船体表面保证间隙大于1cm，以保证不会在运动中与船体表面直接摩擦。5.根据权利要求3所述船体表面附着物清理自动机器人，其特征在于：所述电动旋转毛刷模块包括动力源和毛刷，所述毛刷嵌装于壳体内，通过动力源驱动毛刷转轴，实施清理工作；所述毛刷的末端与船体表面紧密接触，保证清理效果。...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗扬，秦永辉，秦登辉，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：