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某船体水下清洁机器人总体设计案例

目录

TOC\o1-3\h\u13196某船体水下清洁机器人总体设计案例 1

167231.1船体水下清洁机器人设计要求 1

112271.2船体水下清洁机器人的系统设计方案 2

1.1船体水下清洁机器人设计要求

本课题设计的船体水下清洁机器人要求是能够安全行驶在水下，密封性能够满需要求。设计出的移动机构能够稳定的吸附在船只表面，而且可以全方位的移动。设计出的清洁装置能够有效的清除船体表面的附着物。

其需要具备的要求如表2-1所示。

表2-1理想情况下的船体水下清洁机器人设计要求

功能

要求

动态性能

反应较快，运动精确

机构有良好的好水措施，能够耐冲击，有良好的电路保护措施

能够耐受水流的冲击

感知能力

能够在浑浊的海水中感知清扫质量

外形

最大尺寸应小于船体的切线尺寸

吸附性能

能够吸附于不同曲率的船体

目前国内的水下机器人多采用履带吸附和负压吸附。

现在清洁方式主要有两种，一种是柔性清扫，在圆盘上安装有毛刷，通过转盘的高速旋转运动来清扫船体表面的附着物。此种方式针对藻类有很好地清扫效果，也不会伤害船体。

还有一种清扫方式为刚性清扫，通过刚性清洁刷与船体之间的碰撞来去除难以清扫的附着物，但对于船体表面有凸起的焊缝不能进行规避，会对船体造成伤害。

研究现在已有的船体水下清洁机器人方案，提出了使船体水下清洁机器人能够全方位无死角移动，清洁不伤害船体的理念。因此提出了一种全新的船体水下清洁机器人设计方案，对其提出的要求如表2-2所示。

表2-2船体水下清洁机器人的设计要求

特点

移动特性

可以无死角的移动

可以稳定的吸附在船表面

能通过曲率较大的船表面

清扫特性

将清扫机构模块化

清扫机构能够对附着物进行有效清扫，清洁的效率和质量更好。

1.2船体水下清洁机器人的系统设计方案

1.1.1船体水下清洗机器人设计准则

船体水下清洁机器人的机械结构可以分为移动机构和清洗机构两部分。移动机构通过内部组成支撑清扫机构的整体框架，利用模块化接口，可以轻松的连接、拓展其清扫模块。水下清洁机器人具体的机械结构可以分为支撑整体的框架；传递力的动力件；齿轮组；清扫装置；确保机器人能够行进和吸附的履带机构。

通过对船体水下清洁机器人的分析总结出主要有以下几条原则

稳定性：指系统在外界影响下表现出的某种稳定状态，是衡量系统质量的重要指标。

通用性：包括在功能性的要求，对船体水下机器人提出了更广泛的要求。

实用性：采用可靠、经济的方案进行设计，能够在产业上制造和使用。

1.1.2设计方法

通过上述的分析与研究，首先对船体水下清洁机器人的整体进行规划，划分为两个模块设计，另一个方面设计的机器人的零件尽可能采用标准化零件。

模块化设计

模块化设计的基本概念可概括为依据产品的功能定位以及性能要求，在选择了规格参数合理的零部件后，使用合理的方法将零部件集成为不同的功能实现单元，并通过合理的连接结构将不同的功能单元连接起来，从而实现产品的整体功能REF_Re\r\h[11]REF_Re\r\h。

可以将船体水下清洁机器人分为移动机构、清洁装置、整体框架三部分。移动机构确保机器人能够稳定的在船体表面行走，清洁装置确保机器人能够有效的清洁附着物。

根据标准件以及成品部件设计零件

船体水下清洁机器人采用标准化的设计。分为两种方法：一、根据已有的设计对其进行改良；二、总结此设计的特点，利用已有的标准化零件设计。

图2-1标准化体系

功能模块

可供选择的成品零部件

整体机架

标准铝合金

清扫盘

标准尼龙毛刷

履带连接件

标准侧链板

清扫盘传动

标准同步齿形带

履带驱动

直流有刷电机与行星齿轮减速器

表2-3成品零部件系列

1.1.3船体水下清洗机器人清洁装置的设计

方案（一）

清洁盘式：船体水下清洁机器人通过电机带动清洁装置上的转盘转动，从而达到清洁的目的。

方案（二）

超声波震荡式：该装置通过超声波装置发出超声波，进而把船只表面的附着物给震下来。

方案一中，电动机连接着清洁装置，通过电动机带动清洗装置旋转，把附着在船体表面的东西给清洗掉。这种装置安装在机器人载体上，可以实现船体全方位的清洁，这种方案简单易操作，价格低廉。

图2-2船体水下清洁装置示意图

在方案二中，超声波对工件施加非常巨大的能量，从而把附着物从船体标满震下来，尤其适用于清除牢固地附着在基底上的污垢REF_Re\r\h[12]。但是这种清洗方式不但复杂，而且设施昂贵。

刷盘式清洗装置可分为硬式清扫方式和软式清扫方式。

图2-3硬式清扫

现有的硬式清扫方式，从图2-3可以看出，其通过刚性刀片2的高速旋转来清除船体表面的