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探讨新型船底海洋污损生物智能清理装置的设计
时间:2019-09-27
摘要：长期以来， 由于海洋污损生物栖息而引起的航行阻力剧增。船底赘生生物将使船舶动力损失5%-10%, 且会增加耗油量， 大型船舶清污问题随之产生。针对此类问题， 提出了一种新型船底海洋污损生物智能清理装置的设计方案。通过建立力学模型和磁场理论计算模型， 最终设计出了永磁履带式爬壁船底清理机器人， 可以满足船底清理的要求。
关键词：人机交互； 水下清洁； 涂层保护；
目前， 大型船底表面的清理， 大都是通过喷砂、涂防污漆的方式达到防止海洋附着生物的依附， 或者人工方式进行铲除， 但喷砂容易造成厂区附近的空气质量下降， 涂防污漆所生成的化学物质容易污染海洋水质。这不但影响船只使用， 而且容易污染环境。而人工作业劳动强度大， 危险系数高且效率低。
1 分析该方法的可行性
中国船舶工业协会统计数据显示， 2017年1-7月全国造船完工2978万载重吨， 相对于2016年同期增长了55.1%.船舶业作为国际化程度相对较高的行业， 在国民经济中处于非常重要的位置。中国作为造船大国， 面对逐年上升的人力成本和日益趋严的环保法规， 迫切需要利用机器人技术来推动产业结构升级口。我国提出的海洋兴国战略在提高了对海洋资源的开发和利用的同时， 使得造船业快速发展。国内大型船坞数量不足， 坞修时间长， 费用昂贵， 还容易造成停航损失， 增大运输成本。而且在一个坞修周期内， 因污损导致船舶航行性能降低而产生的温室气体占全球船队温室气体排放的9%-12%, 船舶智能制造发展的方向是明确的， 已成为当今船舶制造和维修的必然趋势。船底污物清洁是船舶航行的必要环节， 能否做到智能高效、安全环保， 一直是船底清理的一个关键难题。
2 系统工作原理
本装置是一种通过搭载船底的切割清除装置， 且具备吸附能力、负载能力。本船底海洋污损生物智能清理装置包括壳体、传动机构、控制装置、清洁装置、行走转向装置、吸附装置及驱动装置， 各装置协同配合， 实现人机交互的智能水下清洁， 对船体附着植物、贝类、表面淤泥污物的全面清理。本装置本船底海洋污损生物智能清理装置包括机体、传动机构、控制装置、清洁装置、行走转向装置、吸附装置及驱动装置。
控制装置：水下摄像头通过计算机成像， 通过观察水下船底实际情况， 手动遥控控制机器人的清扫， 切割， 转向等多种操作， 通过机械臂控制铲斗移动， 翻转对藻类的清扫以及切割滚齿对上下移动对硬壳类生物进行切割。
清洁装置：主要由铲斗、切割滚齿及纤维滚柱三部分构成。首先通过铲斗对船底附着的海藻进行初步的清扫， 防止海藻等生物过多造成切割不便， 后续切割圆筒对硬壳类等吸附生物进行纵向切割， 切割完成后， 由纤维滚柱对清理后的船底进行细化清扫打磨。
行走转向装置：由履带构成， 履带由若干永磁吸附单元连接形成， 由电机完成驱动。而转向利用两侧履带行进的速度不同形成转速差， 进而完成转速。
吸附装置：若干永磁吸附单元连接而成， 形成较大的吸附力， 可直接吸附到船底。
驱动装置：主要由控制精确， 反应速度快的交流伺服电机进行驱动。
在保证机器人沿船舶壁面正常直行的前提下， 驱动单元提供的驱动转矩需满足：
3 结语
本作品研究开发了一种针对解决船底污物的问题， 作品具有以下优势与创新点：对比一些水下空化水射流的装置而言， 本装置造成附着生物的船体材料和防护涂层脱落损伤， 更好的保护了船体， 同时， 对海洋环境也不会造成污染。通过水下摄像机连接计算机终端进行成像， 可以直接反馈出水下情况， 实现人机交互， 准确遥控机器人精准清洁作业。为了保护海洋环境， 积极响应国家对海洋污染的治理等政策。在国家建设交通强国、海洋强国、智慧中国的大背景下， 本装置代替其他方式应用于船底污物的应用更加实际。本装置可用于国内外各大港口， 低成本， 高清洁， 高效率的特点能迅速占领船舶清理市场。
参考文献
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[3] Wen.si, DING, Xinghao WANG, et al.Structural design of permanent.Magnet adsorption tracked ship wall-climbing robot[J].Machine Tool&Hydraulics, 2016 （6） :6-11.
[4] 丁问司， 汪兴潮， 唐昌滔。永磁吸附履带式船舶爬壁机器人结构设计 （英文） [J].机床与液压， 2016, 44 （06） :6-11.
[5] 薛珊， 冯志强， 徐龙， 等。基于ANSYS的爬壁机器人永磁吸附单元研究[J].制造业自动化， 2016, 38 （08） :22-25.
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