[發(fā)明專利]一種船體壁面清潔系統(tǒng)及清刷作業(yè)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010044796.6
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN111232150B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋大雷;郭亭亭;孫忠民;嚴(yán)志鵬;陳小平;王鑫寧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): B63B59/06
• 分類號(hào): B63B59/06;B63B59/10;B25J11/00;B25J9/16
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

本發(fā)明涉及一種船體壁面清潔系統(tǒng)及清刷方法，所述清潔系統(tǒng)包括船體清潔機(jī)器人、控制臺(tái)、定位組件和輔助組件，所述船體清潔機(jī)器人包含機(jī)器人本體、推力組件、全向移動(dòng)組件、吸附組件、控制通訊組件、無線通訊組件、殼體轉(zhuǎn)向組件、清洗組件和傳感組件，本發(fā)明通過推力組件和對轉(zhuǎn)槳的負(fù)壓吸附組件配合作業(yè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人從服務(wù)艇無輔助下的運(yùn)動(dòng)至船體壁面，并且在壁面清潔時(shí)兩者吸附力和推力結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人吸附力自由控制，提高了機(jī)器人帶負(fù)載能力，使用定位模塊配合機(jī)器人內(nèi)部傳感器的輔助融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人現(xiàn)場快速、低成本的高精度定位，提高了機(jī)器人自動(dòng)路徑規(guī)劃能力，降低了機(jī)器人定位裝置的布局復(fù)雜度和應(yīng)用成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種船體壁面清潔系統(tǒng)及清刷作業(yè)方法，具體涉及一種采用清潔機(jī)器人進(jìn)行的船體壁面清潔系統(tǒng)及清刷作業(yè)方法。

背景技術(shù)

船舶在長期航行的過程中，水下部分的船體表面會(huì)附著貝類和銹斑等，嚴(yán)重影響了船舶的航行速度和使用壽命，也增加燃油消耗。目前國內(nèi)外對于水下船體的清刷工作絕大多數(shù)仍是潛水員進(jìn)行清刷，應(yīng)用船體清刷機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)清刷，大大節(jié)約了勞動(dòng)力，降低了潛水員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也提高了修船效率。當(dāng)前船體清潔機(jī)器人主要涉及的核心關(guān)鍵技術(shù)主要有：壁面移動(dòng)技術(shù)、壁面吸附技術(shù)和壁面定位技術(shù)。對于壁面移動(dòng)技術(shù)，目前主流的移動(dòng)方案有：履帶式移動(dòng)、輪式移動(dòng)和推力移動(dòng)。公開號(hào)為CN106428459A的專利公布的空化射流船體清潔機(jī)器人，主要采用左右兩個(gè)履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，公開號(hào)為CN101317744A公布的基于正負(fù)壓吸附原理的壁面清潔機(jī)器人，主要采用輪式移動(dòng)底盤實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在壁面的移動(dòng)，公開號(hào)為CN110316333A公布的用于船舶清洗的水下機(jī)器人典型的方案中依靠推進(jìn)器在流體中的推力實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)，對于壁面吸附技術(shù)，當(dāng)前主流的吸附方案有：負(fù)壓吸附、推力吸附和磁力吸附。公開號(hào)為CN106240666A公布的負(fù)壓吸附式爬壁機(jī)器人及其系統(tǒng)，主要采用伯努利原理實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的壁面貼附，公開號(hào)為CN110316333A公布的用于船舶清洗的水下機(jī)器人，推力吸附方案中依靠推進(jìn)器在流體中的推力實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的反向運(yùn)動(dòng)貼緊壁面，公開號(hào)為CN106428267A公開的磁吸附履帶機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用磁性材料或通電產(chǎn)生磁力效應(yīng)形成對鋼鐵材質(zhì)的壁面吸附，因?yàn)槁膸街蚊娣e大，負(fù)壓吸附效率高，所以目前多數(shù)采用履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)行走、負(fù)壓吸附實(shí)現(xiàn)壁面吸附，典型的方案有：公開號(hào)為CN109677499A公布的一種間隙式負(fù)壓吸附爬壁機(jī)器人，公開號(hào)為CN102424100A公布的一種復(fù)合吸附船體清刷機(jī)器人。對于機(jī)器人壁面定位技術(shù)，目前現(xiàn)有技術(shù)中的方案有：組合定位方式、傳感器自定位方式，其中組合定位方式依靠多種傳感器數(shù)據(jù)，采用機(jī)器人內(nèi)部慣性導(dǎo)航傳感器、配合外部的超短基線定位系統(tǒng)、多普勒計(jì)程儀等設(shè)備實(shí)現(xiàn)機(jī)器人相對船體的位置定位，典型的案例有公開號(hào)為CN110006433A的發(fā)明專利公布了海底油氣管檢測機(jī)器人的組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)及方法，傳感器自定位方式主要依靠自身移動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳感器進(jìn)行測定轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)的距離實(shí)現(xiàn)位置累積定位，典型的案例有公開號(hào)為CN106647751A的專利公開的一種船舶水下清洗機(jī)器人路徑控制和定位裝置。但是上述對于壁面移動(dòng)技術(shù)和壁面吸附技術(shù)，目前的船體清刷機(jī)器人只是單一地采用磁吸附或者推進(jìn)器吸附，應(yīng)用場景易受限且吸附效果并不理想。采用磁吸附的清刷機(jī)器人在船體貝類等附著較厚的地方吸附效果并不好，并且磁吸附由于強(qiáng)度較大導(dǎo)致機(jī)體行進(jìn)和轉(zhuǎn)向困難，并且磁吸附的機(jī)器人由于存在磁泄露，會(huì)對船上羅盤等設(shè)備產(chǎn)生干擾，并且不可用于軍艦船體清潔；另外，采用磁吸附的機(jī)器人無法實(shí)現(xiàn)從服務(wù)艇到船體壁面的運(yùn)動(dòng)，需專人放置。采用推力進(jìn)行吸附的船體清潔機(jī)器人存在能耗大、噪聲高等缺點(diǎn)，且機(jī)器人在吸附船體時(shí)受壁面摩擦影響運(yùn)動(dòng)控制較為困難，尤其隨著空化射流設(shè)備功率的增加，導(dǎo)致機(jī)器人所需的吸附力增加，從而間接增大機(jī)器人體積和成本。另外，對于壁面定位技術(shù)，采用傳感器自定位方式來講，如單純使用編碼器等機(jī)械技術(shù)傳感器，由于機(jī)器人在壁面吸附清潔時(shí)，極易因清洗物產(chǎn)生變摩擦而發(fā)生側(cè)滑，導(dǎo)致機(jī)器人定位偏差變化；單純采用慣性導(dǎo)航組件會(huì)因傳感器的漂移而造成定位誤差增加。而采用組合定位方式時(shí)，不僅成本高，而且使用超短基線也會(huì)因船體壁面反射造成大誤差，對高精度定位帶來重大影響。基于此，本發(fā)明提供一種船體壁面清潔系統(tǒng)及清刷作業(yè)方法，采用負(fù)壓吸附船體清潔機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人從服務(wù)艇自動(dòng)航行至船體壁面，在船體上高效吸附、高機(jī)動(dòng)性運(yùn)動(dòng)以及全方位壁面清洗功能，解決當(dāng)前船體清潔機(jī)器人的無法自動(dòng)航行至壁面、壁面行走的移動(dòng)機(jī)構(gòu)不靈活、吸附機(jī)構(gòu)效率低以及自動(dòng)化程度差的問題。