CN110606172B - 一种船舶表面污物清理的活动平台 - Google Patents

Abstract

一种船舶表面污物清理的活动平台，属于水下机器人作业领域。结构包括承载平台、辅助运动机构、污物清理机构、磁力单元控制器、污物清理机构、水下观测单元，承载平台的两侧下方分别设置运动机构，承载平台的中部下方安装有辅助运动机构，承载平台的上方安装有磁力单元控制器，磁力单元控制器通过控制线路管道中的导线与运动机构、辅助运动机构相连，承载平台的前部下方安装有污物清理机构，承载平台下方安装有水下观测单元，机构连接处均使用防水盒、水密垫圈进行水密处理。本发明吸附力更强，运动稳定性也更好，能源消耗更小，安全性更好，适应性更强，可以实现曲率较大区域的稳定运动，而且转向更灵活，清污工作效率和效果更好。

Description

一种船舶表面污物清理的活动平台

技术领域

本发明属于水下机器人领域，具体涉及一种船舶表面污物清理的活动平台。

背景技术

在海洋中航行的船舶表面往往附着有海洋生物以及沉积污垢，这些污物的存在使得船舶的航行阻力增加，造成燃耗增加，同时也使得船体的表面特性遭到破坏，钢结构的损坏，造成安全隐患。因而，定期对船舶表面清理至关重要。

船体清理分为水面线以上和水面线以下两个清理区域，水上部分清理方便而且代价较低；水下部分清理目前的主要方式还是人力清理，不仅代价高，同时也有很大的安全问题。最近几年出现了新型的爬壁装置，使用永磁体履带式结构吸附在船体表面，但是这种装置也存在很大问题：一是履带结构僵硬，在清理曲率较大的船体表面时，履带容易从船体表面脱落；二是履带式的底座的应用，使得转弯较为困难，灵活性差；三是永磁体履带底座，使得需要的动力更大，能耗更多。还有就是目前大多采用高压水枪的清理方式，清理效率低且效果不好。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种船舶表面污物清理的活动平台。

为实现上述目的，一种船舶表面污物清理的活动平台，其结构包括承载平台1、辅助运动机构、污物清理机构、磁力单元控制器14、污物清理机构、水下观测单元，所述承载平台1的两侧下方分别设置所述运动机构，承载平台1的中部下方安装有所述辅助运动机构，承载平台1的上方安装有所述磁力单元控制器14，磁力单元控制器14通过控制线路管道3中的导线与运动机构、辅助运动机构相连，承载平台1的前部下方安装有污物清理机构，承载平台1下方安装有水下观测单元，机构连接处均使用防水盒、水密垫圈进行水密处理。

所述运动机构共有四组，每组运动机构由两个同轴运动轮通过轮间连接件11组成，轮间连接件11通过减震装置、轴管与所述承载平台1相连，两个同轴运动轮均可自主运动，运动轮表面交错均匀固定电磁铁12、防滑垫片13，电磁铁12通过控制线路管道3与所述磁力单元控制器14相连，连接处均使用防水盒、水密垫圈进行水密处理。

所述辅助运动机构由液压伸缩管7、磁力吸盘15组成，磁力吸盘15通过液压伸缩管7、轴管与所述承载平台1相连，磁力吸盘15下表面固定有电磁铁12，电磁铁12通过控制线路管道3与所述磁力单元控制器14相连，连接处均使用防水盒、水密垫圈进行水密处理。

所述污物清理机构包括滑轨16、旋转机构、角度调节器、空化水枪10，空化水枪10通过旋转机构、角度调节器与滑轨16相连，空化水枪10的进气管道8、供水管道9通过空化水管与空化水枪10的枪嘴相连。

所述水下观测单元包括LED灯、前置水下高清相机、后置水下高清相机、左置高清水下相机和右置高清水下相机。

所述磁力单元控制器14放置于水密结构中，连接处均使用包括防水盒、水密垫圈进行水密处理。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种船舶表面污物清理的活动平台，使用电磁铁安装在轮式运动机构上，吸附力更强，运动时稳定性也更好；使用电磁铁实现平台运动相比较控制电机对能源消耗更小，而且无需克服永磁铁脱离吸附船体表面时带来的能源浪费；采用轮式结构相比于目前市面上的履带式，可以实现曲率较大区域的稳定运动，而且转向更灵活。在辅助运动装置的帮助下，轮式机构的安全性得以保证；空化水枪的使用，相比于普通高压水枪，其工作效率和效果更好；滑轨以及角度调节等一系列控制机构的使用，不仅适用于一般较为平整的船体表面，对于球鼻艏、船底、船尾等复杂区域，也可以实现空化水枪的精准定位，实现全方位污物清理。

附图说明

图1是本发明的整体示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明俯视图图；

图4是本发明运动机构示意图；

图5是本发明辅助运动机构示意图；

图6是本发明空化水枪示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

实施例1

本发明的目的是改变现有技术的缺陷，提供一种安全有效的船体表面污物清理方式，既可以稳固地吸附在船体表面，又可以全方位、全覆盖地清理船体表面，同时也避免了人力清理带来的危险和昂贵的收费。

本发明专利采用下列技术方案：

一种船舶表面污物清理的活动平台，主要包括运动机构、辅助运动机构、污物清理机构、水密结构、磁力单元控制器以及水下观测单元。

1.所述运动机构所述运动机构包括水密结构4、连接到设备搭载平台的轴管、减震装置、轴管和运动轮之间的轮间连接件、运动轮6、电磁铁12、防滑垫13。所述运动轮2个为一组，2个运动轮之间采用同轴方式连接，每个运动轮转动方向互不干扰，但轴向一致。所述运动轮表面包括电磁铁、防滑垫。所述电磁铁均匀分布在轮式结构上，环绕一周，使用螺丝固定。所述防滑垫分布在相邻电磁铁之间，起到防滑作用。通过控制电磁铁磁性的强弱有无可以实现轮子的转动。通过控制2个运动轮的相同或不同转动可以实现运动机构的前、后、转向运动。通过控制运动机构的运动可以实现平台的横向、纵向、斜向、转弯等运动。

2.所述辅助运动机构包括动水密结构4、连接到设备搭载平台的轴管、液压伸缩杆、磁力吸盘15、电磁铁。所述液压伸缩杆7与轴管下端相连，控制磁力吸盘上下运动。所述电磁铁通过螺丝固定在盘体上，均匀分布，各电磁铁之间并联相通。通过控制电磁铁通电实现平台紧贴在船体表面，通过控制电磁铁断电实现平台在船体表面自由移动。

3.所述污物清理机构包括滑轨16、旋转机构、角度调节器、管道、空化水管10、枪嘴。所述管道通有高压空气和高压水。所述滑轨连接空化水枪主体，带着空化水枪左右移动。旋转机构和角度调节器分别控制空化水枪主体的水平位置和垂直位置。滑轨、旋转机构和角度调节器共同实现空化水枪嘴的空间定位。空化水管将空气和水混合，从枪嘴喷出空化水流，利用空化剥蚀原理清理船体表面的污物。

4.所述磁力单元控制器包括电路板、导线、水密结构，是整个平台唯一的控制系统，通过导线连接上位机以及各运动机构，精准实现平台在船体表面的移动。

5.所述水下观测单元包括前置、后置、左置、右置水下高清相机以及水下LED灯，是整个平台唯一的观测系统。通过高清相机配合LED灯可以清晰观察到平台作业情况以及作业后效果。

具体的工作过程如下：

平台由轮子上的4个电磁铁吸附在船体表面，此时空化水枪开始工作，清理船体表面污物，并由角度调节器控制清理位置的力度。

当平台前部分范围内的污物清理干净后，平台开始向前移动，由磁力单元控制器开始控制8个轮子上的磁力变化。内侧轮子与外侧轮子上的电磁铁成交错布置，此时内侧4轮处于未吸附状态而外侧4轮处于吸附状态。控制外轮下一个电磁铁磁力增强，而内侧轮正在吸附的电磁铁磁力减弱，平台逐渐向前移动，直到下一个电磁铁完全吸附上，此时完成一步简单地向前运动。持续重复此步骤即完成连续前进，空化水枪持续运行，进行船体表面污物清理。

在实现复杂运动时：若平台要实现横向运动，磁力单元控制器首先控制辅助运动机构吸附在船体表面，然后对每一组2轮结构单独控制。对一组2轮结构，通过控制两轮的不同前后电磁铁，实现两轮相反转动，直到2轮与变化前成90°，控制辅助运动机构解除吸附状态，完成调整。其余命令按照正常前进命令即可；若平台要实现转向，磁力单元控制器辅助运动机构吸附在船体表面，控制运动机构工作，将平台转动一定角度，解除辅助运动对船体的吸附；若平台要实现掉头，磁力单元控制器控制转向边前轮外轮保持始终吸附状态，转向边后轮以及非转向边前后轮运动，直至完成掉头；或是先实现横向移动到下一个位置，再原地180°转向也可实现掉头运动。

在清理船体表面污物时：对于普通平整的船体表面，一组2个空化水枪同时运作，喷嘴朝着平台前进方向，随着平台前进逐渐清理；对于球鼻艏、船体、船后等复杂区域，调用单个空化水枪工作。辅助运动机构固定好平台位置后，调节空化水枪主体在滑轨上移动，同时对应调节旋转角度以及抬升、下降角度，实现空化水枪嘴的空间定位，将空化水枪嘴对准要清理的位置，清理完后微调，实现周边其他位置的清理，多次调整后进而实现复杂区域的全方位清理。

图中：1.设备承载平台，2.水密结构，3.控制线路管道，4.水密结构，5.水下相机，6.运动轮，7.液压伸缩杆，8.进气管道，9.进水管道，10.空化水枪，11.轮间连接件，12.电磁铁，13.防滑垫片，14.磁力单元控制器，15.磁力吸盘，16.滑轨。

结合图1为本发明轴测图，图2、图3为本发明主视图和俯视图，图4、图5、图6为本发明运动机构、辅助运动机构和空化水枪，本发明的船舶表面污物清理的活动平台由总布置平台1、水密结构2、控制线路管道3、水密结构4、水下相机5、运动轮6、液压伸缩杆7、进气管道8、进水管道9、空化水枪10、轮间连接件11、电磁铁12、防滑垫13、磁力单元控制器14、磁力吸盘15、滑轨16主组成。

从图1，图2和图3来看，设置在平台四侧的运动机构、平台中央的辅助运动机构。信号传输的线路布置在管道3里，两头有水密结构4保护线路。所述磁力单元控制器14位于平台上方，其控制平台前进的速度与空化水枪10清理效率适配，自行调节。供电以及上行控制线路由磁力单元控制器14上方的管道进入，接口处由水密结构4保护；磁力单元控制器14分别伸出线路到运动机构、辅助运动机构、空化水枪以及水下高清相机，线路从控制线路管道2中穿过，连接处均由水密结构4保证其水下安全性；平台上下各机构均由螺丝安装在平台上，其自身均由很强的水密性；水下高清相机5分别安装在平台前后两侧下方，观察空化水枪10清理情况以及平台运动方向。

图4展示的是平台运动机构，包括中轴、轮间连接件11、运动轮6，以及运动轮6上的电磁铁12和防滑垫13。内外侧2运动轮6上的电磁铁12和防滑垫13相错开。磁力单元控制器通过控制贴上船体表面的、已经脱离的和未吸附的电磁铁12的磁性的强弱有无来控制运动轮6向前转动；防滑垫13防止运动轮在船体表面打滑。

图5展示的是平台的辅助运动机构，包括液压伸缩杆7和下面的磁力吸盘15组成。当平台要完成转向，斜向运动或是在船体表面曲率较大区域时，需要辅助运动机构帮助平台稳固在船体表面。当需要时，液压伸缩杆7将磁力吸盘15伸到船体表面，磁力单元控制器14控制磁力吸盘15上的电磁铁12吸附在船体表面。

图6展示的是平台的空化水枪部分，包括滑轨16、旋转装置、抬升下降装置、进气管道8、进水管道9、空化水枪主体以及枪嘴组成。工作时，由枪嘴喷出高压水、气泡混合物，快速清理船体表面的污物。当遇到不易清理的球鼻艏、船底、船后等复杂结构时，通过调节空化水枪主体在滑轨上移动，同时对应调节旋转角度以及抬升角度，实现空化水枪的空间定位，实现全方位清理。

结合图1至图6，本发明的一种船舶表面污物清理的活动平台工作原理是：平台由运动轮6上的电磁铁12固定在船体表面，等待上位机发出前进指令时磁力单元控制器控制8个运动轮6电磁铁12磁性发生变化，磁力转换间运动轮6滚动同时带动平台向前移动。进气管道8和进水管道9同时输入，2个空化水枪工作，开始清理船体表面。当需要转弯时，磁力单元控制器控制辅助运动机构工作，磁力吸盘15吸附在船体表面，配合运动轮6完成转向。借助于辅助运动机构，平台也可完成横向、斜向运动等操作。

综上所述：一种船舶表面污物清理的活动平台，涉及机器人控制领域。本发明力求实现对于船体表面污物的安全、高效清理。本发明的船舶表面污物清理的活动平台，包括总布置平台1、水密结构2、控制线路管道3、水密结构4、水下相机5、运动轮6、液压伸缩杆7、进气管道8、进水管道9、空化水枪10、轮间连接件11、电磁铁12、防滑垫13、磁力单元控制器14、磁力吸盘15、滑轨16。本发明使用轮式设计，与电磁铁结合，实现船体表面任意位置的安全吸附；空化水枪的使用使得清理效率和效果更好；空化水枪调节机构的设计，使得船体表面的任何复杂结构都清理得到。

实施例2

本发明的目的在于清理水上和水下部分船体表面污物。包括设备承载平台、运动机构、辅助运动机构、污物清理机构、水密结构、磁力单元控制器以及前后水下观测单元。所述运动机构由4个轮式结构构成，分别位于平台两侧。所述辅助运动机构位于平台中央。所述污物清理机构位于平台外部。所述磁力单元控制器位于设备承载平台上。所述水下观测单元分别位于平台前后两侧。本发明首先设计平台在水下船体表面自由移动，在此基础上将空化水枪集成到平台上，从而完成船舶表面污物清理的活动平台。磁力轮式运动机构的使用使得船体表面可以得到全面清理，空化水枪的使用对于顽固的海洋附着物也可以有效清理，在提高工作效率的同时降低了工人清理的事故率。水下观测单元可以清楚地观测到运动路线以及清理效果。

一种船舶表面污物清理的活动平台，包括设备承载平台和设置在设备承载平台两侧的运动机构，在所述设备承载平台上部设置有磁力单元控制器，在所述设备承载平台下部设置有辅助运动机构，在所述设备承载平台前部设置有污物清理机构和前水下观测单元、运动机构、辅助运动机构、污物清理机构、水密结构、磁力单元控制器以及前后水下观测单元，在所述设备承载平台前后部设置有水下观测单元。

所述磁力单元控制器通过导线、管道、水密结构与运动机构和辅助运动机构相连，并且水密结构为多套，分别对应设备承载平台两侧的运动机构、设备承载平台下部的辅助运动机构和水下观测单元。

所述运动机构包括连接到设备搭载平台的轴管、轴管、减震装置和磁轮之间的轮间连接件、运动轮、电磁铁、防滑橡胶，所述减震装置有四套，每个运动就各安装一套，所述运动轮有八个，两个为一组对称分布在设备承载平台下侧，在每个运动机构中，内外侧两运动轮均可自主运动，通过轮间连接件对称安装在两侧，所述磁盘有若干，均匀安装在运动轮上，所述电磁铁由磁力单元控制器控制，每个电磁铁均做水密处理，所述防滑橡胶片有若干，具有防腐蚀性能，均匀固定在两相邻电磁铁间隙。

所述辅助运动机构包括动水密结构、连接到设备搭载平台的轴管、液压伸缩杆、磁力吸盘、电磁铁，所述液压伸缩杆连接在轴管和磁盘中间，所述电磁铁均匀分布在盘体下表面，均做水密处理。

所述污物清理机构包括滑轨、旋转机构、角度调节器、进水管道、进气管道、空化水管、枪嘴，所述滑轨连接空化水枪主体和平台，所述进水管道和进气管道连接到空化水管，产生的空化水流由枪嘴喷出。

所述水密结构包括防水盒、水密垫圈和六角螺钉，每个运动机构安装1个防水盒和1个水密垫圈，磁力单元控制器安装5个防水盒和5个水密垫圈。

所述磁力单元控制器放在水密盒子内固定在设备搭载平台上方，上部接入电缆和数据线缆，侧面接出电缆和数据线缆。

所述水下观测单元包括LED灯、前置水下高清相机、后置水下高清相机、左置高清水下相机和右置高清水下相机。

Claims (5)

1.一种船舶表面污物清理的活动平台，其结构包括承载平台(1)、辅助运动机构、污物清理机构、磁力单元控制器(14)、水下观测单元，其特征在于：所述承载平台(1)的两侧下方分别设置所述运动机构，承载平台(1)的中部下方安装有所述辅助运动机构，承载平台(1)的上方安装有所述磁力单元控制器(14)，磁力单元控制器(14)通过控制线路管道(3)中的导线与运动机构、辅助运动机构相连，承载平台(1)的前部下方安装有污物清理机构，承载平台(1)下方安装有水下观测单元，机构连接处均使用防水盒、水密垫圈进行水密处理；所述运动机构共有四组，每组运动机构由两个同轴运动轮通过轮间连接件(11)组成，轮间连接件(11)通过减震装置、轴管与所述承载平台(1)相连，两个同轴运动轮均可自主运动，运动轮表面交错均匀固定电磁铁(12)、防滑垫片(13)，电磁铁(12)通过控制线路管道(3)与所述磁力单元控制器(14)相连，连接处均使用防水盒、水密垫圈进行水密处理。

2.根据权利要求1所述的一种船舶表面污物清理的活动平台，其特征在于：所述辅助运动机构由液压伸缩管(7)、磁力吸盘(15)组成，磁力吸盘(15)通过液压伸缩管(7)、轴管与所述承载平台(1)相连，磁力吸盘(15)下表面固定有电磁铁(12)，电磁铁(12)通过控制线路管道(3)与所述磁力单元控制器(14)相连，连接处均使用防水盒、水密垫圈进行水密处理。

3.根据权利要求1所述的一种船舶表面污物清理的活动平台，其特征在于：所述污物清理机构包括滑轨(16)、旋转机构、角度调节器、空化水枪(10)，空化水枪(10)通过旋转机构、角度调节器与滑轨(16)相连，空化水枪(10)的进气管道(8)、供水管道(9)通过空化水管与空化水枪(10)的枪嘴相连。

4.根据权利要求1所述的一种船舶表面污物清理的活动平台，其特征在于：所述水下观测单元包括LED灯、前置水下高清相机、后置水下高清相机、左置高清水下相机和右置高清水下相机。

5.根据权利要求1所述的一种船舶表面污物清理的活动平台，其特征在于：所述磁力单元控制器(14)放置于水密结构中，连接处均使用包括防水盒、水密垫圈进行水密处理。

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