水下船体表面清刷机器人方案研究

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1、水下船体表面清刷机器人方案研究孟庆鑫博士生导师哈尔滨工程大学机电学院[150001]王丽慧女博士生哈尔滨工程大学自动化学院[150001]王立权教授哈尔滨工程大学机电学院[150001]金海涛硕士研究生哈尔滨工程大学机电学院[150001]王峰硕士研究生哈尔滨工程大学机电学院[150001]摘要介绍一种新型的用于船体表面清刷、涂装等作业的水下船体表面清刷机器人总体组成、基本功能和工作原理,并提出了机械本体、清刷作业装置和控制系统三部分的设计方案。该机器人具有工作效率高,安全性好等优点。关键词机器人水下清刷船体表面吸附机构爬行机理中图分类

2、号U672.1式还是潜水员手工操作。因此,开展水下船体表面0引言清刷作业机器人的技术研究,对促进该领域的技术随着世界经济的发展,带来了远洋运输事业的进步具有重要意义。飞速发展,船舶作为海上交通运输的主要工具正发1总体技术方案的提出挥着越来越大的作用。但海水的强腐蚀性和海洋生物的强附着力,使得船体表面附着难以清除的贝类、1.1主要技术性能指标海藻、锈皮和锈斑等。为了延长船舶的使用寿命,保(1)吸附方式:永磁吸附;证船舶的经济及安全运行,船舶必须定期进坞进行(2)移动方式:履带和轮式的复合方式;检修。(3)移动速度:2~8m/min;开展水

3、下清刷作业由于可以在船舶锚泊或停靠(4)控制方式:有线遥控;码头时直接进行,这样可以解决船坞不足,特别是大(5)负重能力:不小于300N;坞严重不足的问题。水下船体表面清刷与涂装维护(6)工作壁面:船体水线以下表面。对降低油耗,提高航速具有显著的经济效益。对于1.2方案组成及工作原理海洋工程结构的维修及军事方面应用亦有广阔前水下船体表面清刷机器人可分为机械本体、清景。此外,该机器人还可用于大型流体容器内壁的刷作业装置和控制系统三部分,其工作原理为:在船检查和维护等。的甲板上放置有一个可自由移动的运载小车,它可在国外,日本、美国、法国等国

4、家的水下清刷作使机器人自动爬上或爬下船体表面,克服由于机器业装置已经日趋成熟并走向实用化。常用的设备人具有的永远吸力带来的放上取下的不便,并能起有:(1)手持单刷机具:由潜水员手持转刷,利用转刷到运输作用。小车上有控制柜,CRT显示器,动力产生的负压使之紧贴船体,推动其向前运动。(2)行走多刷式水下清扫装置:它的工作部分由3个转刷,3个行走轮和1个中心推进器构成。(3)喷射式清刷装置:是把高压水用于水下清洗作业。(4)遥控型水下清洗器:由遥控器或计算机来控制水下清扫机器人完成清刷作业。我国的救捞部门曾引进了几台清刷作业设备,主要在夏季水

5、温较高和在海水能见度高的港口才可以使用,有很大的局限性。主要方图1清刷机器人总体系统框图#44#5船舶工程62002年第1期源及卷扬装置。动力源可为水下机器人的移动和清主要是便于转弯功能的实现。刷作业提供动力,卷扬装置随着机器人的上下移动(3)密封和防腐结构的设计及时地收放保护缆绳,为机器人提供安全保障条件,机器人在海洋环境中与在陆地上工作有着显著同时为机器人输送动力和控制电缆。显示器通过安的区别就是要考虑密封与防腐问题。工控机等控制装在机器人本体上的摄像机,实时地显示机器人的部件可装在专门设计的金属承压箱中,加设固定式工作环境,便于操

6、作者掌握机器人的工作状态。机O型密封圈的端面密封结构;控制电缆可采用圆柱器人从运载小车爬上船体,先按从上至下的路径移橄榄形橡胶密封;电机可直接选用水下电机。机器动,当到达船的底部时,机器人旋转180b,然后再从人工作在海水里会受到多种腐蚀,如海洋大气的盐下至上移动。清洗刷具由两个电机单独驱动做逆向雾腐蚀、海水的化学腐蚀、不同金属在海水中的电位旋转运动,机器人边移动边清刷,如此往复,完成清差腐蚀、海水的应力腐蚀和金属零件之间的间隙腐刷工作。其总体系统框图如图1所示。蚀等。若不考虑这些因素,将会大大缩短机器人的使用寿命,还会使系统发生故障,

7、从而降低其工作的2技术方案分析可靠性。所以在选择材料时,要优先考虑选用耐海水腐蚀的合金材料,如不锈钢;非金属防海水腐蚀材2.1机械本体设计方案料,如特种尼龙,丁腈橡胶等;也可对金属表面进行(1)吸附方式的选择二次喷涂,如镀铬、镀镍等,也可涂覆耐海水腐蚀的壁面移动机器人按吸附功能来分有真空吸附、涂层材料。清刷机器人的本体结构示意图如图2所磁吸附和推力吸附三类。真空吸附法有单吸盘和多示。吸盘两种。它是通过真空泵装置,使吸盘内腔产生负压或由喷射器经喷嘴将压缩空气喷出,在其周围形成真空,使机器人吸附在壁面上。它不受壁面材料的限制,但当壁面凹凸不

8、平时,吸盘容易漏气,降低了吸附力和承载力。磁吸附法分永磁体和电磁体两种,它要求壁面必须是导磁材料,对壁面的凹凸适应性强,不存在漏气问题且结构简单。当壁面是导磁材料时优先考虑选用磁吸附。推力吸附法是一种新型的