船体外壁清理装置和水下机器人的制作方法

本申请涉及水下船体维护技术领域，例如涉及一种船体外壁清理装置和水下机器人。

背景技术：

众所周知，船在水中航行，船体外壁会长期与水接触，水中大量细菌会附着在船体外壁，形成一层生物调节膜；该层生物调节膜会不断繁殖，不断积累，并侵蚀着船体外壁，影响着船体的正常航行，还会阻塞安装在船体上的一些设备的注水口等。

目前，多采用紫外线照射的方式，破坏船底表面生物调节膜的生物活性，以此来实现对船底的清理。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：

由于紫外线仅适合于10厘米以内厚度的静态水层，随水层厚度的增加，紫外线对生物调节膜的破坏作用将大幅度衰减，因此，在水层比较厚的情况下，紫外线对船体表面附着的生物调节膜物的破坏能力较差，无法有效实现对水下环境中生物调节膜的破坏。

技术实现要素：

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供了一种船体外壁清理装置和水下机器人，以解决在水下船体表面的生物调节膜不能被有效地破坏的问题。

在一些实施例中，船体外壁清理装置，包括：

罩壳，被设置为罩设在船体外壁，以与船体外壁形成密闭的清理空间；

辐射组件，设置于罩壳内，被设置为向船体外壁发射破坏生物调节膜的电磁波；

排水组件，被设置为将清理空间的水排出至罩壳外。

在一些实施例中，水下机器人包括上述的船体外壁清理装置。

本公开实施例提供的船体外壁清理装置和水下机器人，可以实现以下技术效果：

通过排水组件将罩壳内的水排出至罩壳外，使罩壳与船体外壁形成密闭的清理空间，实现辐射组件向船体外壁发射破坏生物调节膜的电磁波可以不受水层的影响，有效破坏船体外壁的生物调节膜。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的一种船体外壁清理装置的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的另一种船体外壁清理装置的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的另一种船体外壁清理装置的结构示意图；

图4是本公开实施例提供的另一种船体外壁清理装置的结构示意图；

图5是本公开实施例提供的水下机器人的结构示意图。

附图标记：

10、罩壳；11、清理空间；12、进气口；13、出水口；20、排水组件；22、单向阀；23、导气管；30、辐射组件；31、凹槽；40、电刷部件；50、紧固部件；51、伸缩杆；52、舵机；60、移动部件；61、滑轨；62、滑块；100、船体外壁清理装置。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本公开实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。

另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。

除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

结合图1-4所示，本公开实施例提供了一种船体外壁清理装置，可以用于水下环境；船体外壁清理装置包括罩壳10、辐射组件30和排水组件20；罩壳10被设置为罩设在船体外壁，以与船体外壁形成密闭的清理空间11；辐射组件30设置于罩壳10内，被设置为向船体外壁发射破坏生物调节膜的电磁波；排水组件20被设置为将清理空间11的水排出至罩壳10外。这样，通过排水组件20将罩壳10内的水排出至罩壳10外，使罩壳10与船体外壁形成密闭的清理空间11，实现辐射组件30向船体外壁发射破坏生物调节膜的电磁波可以不受水层的影响，有效破坏船体外壁的生物调节膜。

可选地，罩壳10可以包括底面和侧面，罩壳10可以为由一个底面和一个或一个以上侧面围成的桶状结构；其中，罩壳10的底面的形状这里不做具体限定，罩壳10的底面的形状可以为圆形，如图2所示，其中，因未涉及本公开实施例的创新点，出水口处的单向阀等部件在图2中未示出；罩壳10的底面的形状也可以为矩形，如图1、3和4所示。

可选地，罩壳10的内侧面和底面可以均布设有辐射组件30，增加辐射组件30的辐射面积和辐射强度。可选地，辐射组件30也可以设置于罩壳10内的任一表面；例如，辐射组件30仅在罩壳10的底面内设置。

可选地，辐射组件30距离罩壳10的开口边缘的距离可以为5至25厘米；具体地，辐射组件30距离清理位置的距离可以为5厘米、9厘米、13厘米、17厘米、21厘米或者25厘米。

可选地，辐射组件30可以设置于罩壳10底面内壁，这里，侧面高度可以为从侧面与底面的重合线沿侧面所在平面在该平面与重合线的垂直距离，此时，罩壳10侧面的高度可以为5至25厘米。

可选地，在罩壳10侧面内壁，可以在距离罩壳10开口边缘等距位置，将辐射组件30沿周侧均匀设置。如图2所示，可以在罩壳10侧面内壁与罩壳10开口等距位置设置一周凹槽31，并将辐射组件30设置于凹槽31内；其中，因未涉及本公开实施例的创新点，辐射组件在凹槽中的具体设置方式在图2中未示出。

可选地，辐射组件30可以为紫外线灯，被设置为向船体外壁发射紫外线光，这里，紫外线为波长为10至400纳米之间的电磁波。由于在上述波长范围内的电磁波具有杀菌效果，可以在较短时间内，通过向船体外壁发射电磁波，破坏船体外壁表面附着的生物调节膜，以便进行后续的进一清理；且由于紫外线照射使原本具有生物活性的生物调节膜，也避免了由于残留具有活性的生物体而使水下生物很快再次附着于船体外壁。

由于船底长期置于海水环境中，船底表面会形成一层生物调节膜。该生物调节膜包括：细菌类生物、霉菌孢子类生物、水藻类生物、草履虫属生物、小球藻属生物等。

可选地，将含有上述生物调节膜包括的生物种类的一种或多种置于培养基中，可以以此模拟生物调节膜。

本公开实施例提供的辐射组件30可以为短波长紫外线发光二极管(uv-led)；可选地，辐射组件30的型号可以为smd3535，该型号紫外线发光二极管发出的80％的紫外线为光波波长为265至285纳米的紫外线。

可选地，使用上述短波长紫外线发光二极管，单个发光二极管输入电压为12伏，功率为80mw的各发光二极管串联的方式连接，并配以与各发光二极管的总功率相同的镇流器。上述辐射组件30在距离生物调节膜10厘米处，10秒以内即可破坏绝大多数细菌和藻类生物的生物活性，因此，本公开实施例中，采用能够发射波长为265至285纳米的紫外线的辐射组件30。具体地，辐射组件30发射电磁波的波长可以为265纳米、269纳米、273纳米、277纳米、281纳米或285纳米。

可选地，将紫外线发光二极管均匀设置于罩壳10的底面，这样可使紫外线向船体外壁均匀照射，使船体外壁的生物调节膜被破坏的情况较均衡，不易出现某一处已经彻底失活，但其他位置的生物还未被破坏，以致于需要更长的照射时间，浪费能源。

可选地，辐射组件30可以为红外线灯，被设置为向船体外壁发射红外线光，这里，红外线为波长为760纳米至1毫米之间的电磁波。

可选地，辐射组件30可以为微波发射器，被设置为向船体外壁发射微波；这里，微波为频率为300mhz至300ghz之间的电磁波。

可选地，罩壳10设置有进气口12和出水口13；排水组件20包括空气泵，空气泵与进气口12连通；空气泵被设置为向罩壳10内充气，以使清理空间11内的水在气压的作用下被排出。这样，通过空气泵向罩壳10内充注气体，使罩壳10内的水由出水口13排出至罩壳10外，使罩壳10与船体外壁形成密闭的清理空间11，实现辐射组件30向船体外壁发射破坏生物调节膜的电磁波可以不受水层的影响，有效破坏船体外壁的生物调节膜。

可选地，空气泵与罩壳10的进气口12可以通过导气管23连通。空气泵可以用于将气体注入罩壳10内，将清理空间11内的水挤压，并从出水口13排出。

这里，对气体的种类不做具体限定，可以为空气或氮气或惰性气体。

可选地，进气口12可以设置在罩壳10的任意面，这里不做具体限定；例如，设置在罩壳10的底面。可选地，进气口12可以设置于罩壳10底面。在罩壳10底面的边缘处设置有通孔，作为进气口12，并将进气口12与导气管23的一侧连通；该进气口12可以连通罩壳10内的氢气空间与导气管23连接的另一侧。

可选地，清理装置可以与其他具有充气功能的设备连接，将具有充气功能的设备连接与导气管23的另一侧，与进气口12连通的导气管23可以与其他具有充气功能的设备的出气口连通。

可选地，进气口12可以为多个，多个进气口12可以均匀分布于罩壳10底面；此时，导气管23可以包括主管路和支管路，其中，主管路与具有充气功能的设备相连，连接于同一主管路的各分支管路可以与同一罩壳10上设置的多个进气口12连通。这样，可以使向罩壳10内充气效果更好，使船体外壁的生物调节膜被破坏的情况较均衡。

可选地，导气管23的主管路与具有充气功能的设别相连的情况下，其各支管路还可以分别与不同的船体外壁清理装置的进气口12相连。这样，可以使多个船体外壁清理装置同时进行船体清理，提高清理效率。

可选地，导气管23的主管路端可以与空气泵的出气端连通，导气管23还可以设置有多个支管路，各支管路分别与各进气口12连通。可选地，空气泵可以设置在水下机器人上。

可选地，空气泵可以包括进气端和出气端，所述进气端通过水下机器人与水面上的空气连通；所述出气端与所述导气管23的进气主管路连通；空气泵可以通过压缩空气产生气压，向所述导气管23中充气，以实现向罩壳10内充气的效果。

可选地，出水口13可以设置在罩壳10的任意面，这里不做具体限定；例如，设置在罩壳10的侧面。可选地，出水口13可以设置于罩壳10侧壁靠近船体的位置。

可选地，排水组件20还包括单向阀22，单向阀22设置在出水口13处，单向阀22被设置为使清理空间11内的水单向通过出水口13，以排出至罩壳10外。这样，可以防止水从出水口13倒灌入清理空间11内，影响排水组件20的排水效果，进而影响辐射组件30的对生物调节膜的破坏效果。

可选地，出水口13的数量可以为多个，其排布方式在这里不做具体限定，可以为沿与罩壳10开口等距位置均匀分布，也可以在罩壳10侧壁沿开口向地面方向分布。

可选地，排水组件20可以包括心脏瓣膜结构的出水口13，该结构可以使罩壳10内的水单向通过出水口13以排出罩壳10，防止罩壳10外的水通过出水口13，向罩壳10内倒灌。

可选地，出水口13设置在罩壳10的一个方向的侧面上，在船体外壁清理装置工作时，始终保持该设置有出水口13的侧面，该侧面罩壳10外一侧朝向深水方向，以防止水倒灌入罩壳10内。

在一些实施例中，船体外壁清理装置还包括电刷部件40，电刷部件40设置于罩壳10内，电刷部件40被设置为对船体外壁进行清扫。这样，通过电刷部件40对船体外壁的进一步清理，将已被辐射组件30破坏了生物活性的附着物，以物理的方式，使其与船体外壁脱离，同样可以不受水层的影响，有效破坏船体外壁的生物调节膜。

可选地，可以在辐射组件30对船体外壁进行照射之前，就先启动电刷部件40，对船体外壁的生物调节膜进行清扫，先对生物调节膜进行物理破坏，增加具有生物活性部分与空气的接触面积，再利用辐射组件30对船体外壁进行照射，破坏生物调节膜的活性。这里，电刷部件40可以设置有驱动电机。

可选地，电刷部件40与所述罩壳10的连接处还可以设置有伸缩部件，伸缩部件可用于驱动电刷部件40靠近或远离船体外壁，在该方向上可以适应性调节电刷的作用距离。若仅适用电刷部件40对船底表面的生物调节膜进行物理清除，船体表面将很快再次附着新的生物，再次形成生物调节膜。因此，将电刷部件40与辐射组件30相结合，对船体外壁进行清理，并通过排水组件20将罩壳10内的水排出至罩壳10外，使罩壳10与船体外壁形成密闭的清理空间11，实现辐射组件30向船体外壁发射破坏生物调节膜的电磁波可以不受水层的影响，有效破坏船体外壁的生物调节膜。

可选地，辐射组件30的数量为多个，辐射组件30间隔设置在罩壳10的底面，电刷部件40设置于相邻的辐射组件30的间隙处。这样，可以减少电刷部件40的刷头对辐射组件30发出电磁波的阻挡，以减小电刷部件40对辐射组件30发挥作用的影响，减少电刷部件40阻碍辐射组件30向清理位置照射的情况发生。

可选地，辐射组件30包括多个辐射部，辐射部可顺序排列于罩壳10的底面内壁，此时，电刷部件40包括的电刷头也可以为多个，如图2所示，辐射部和电刷头可以间隔排列。这样的排列方式可以使电刷头均匀分布，且使电刷头在清理船体外壁的附着物时，对清理位置的作用更加均匀；此外，辐射部设置于两相邻电刷头间隙处，也使点刷头尽可能避免在辐射部发生电磁波向船体外壁的传播路径上不会造成阻挡，以减小电刷部件40对辐射组件30发挥作用的影响，减少电刷部件40阻碍辐射组件30向清理位置照射的情况发生。

本文中，船体外壁清理装置在进行船体外壁清理时，其移动到的船体外壁的某一位置，可以称作清理位置，其中，第一清理位置和第二清理位置可以表示任意两不相同的清理位置，仅为方便下文描述船体外壁清理装置在清理完某一位置，再移动至另一位置进行下一清理周期这一动态过程，而不对清理位置进行具体限定，以此进行说明。

可选地，罩壳10与船体外壁的衔接处设置有密封部件。例如，在罩壳10与体外壁衔接处的开口周缘设置有可弹性形变的密封条，使罩壳10与船体外壁紧密接触，不会使罩壳10外的水又罩壳10与船体外壁的衔接处倒灌入罩壳10内，防止由罩壳10与船体外壁的衔接处向清理空间11内进水，使罩壳10内在排水组件20的作用下，形成的密闭空间不被破坏，保证了辐射组件30对船底外壁生物调节膜的破坏作用。

可选地，当船体外壁清理装置在清理位置发挥作用时，可以防止水从罩壳10与船体外壁的衔接处进入罩壳10内；此外，在船体外壁清理装置由第一清理位置移动到第二清理位置的过程中，罩壳10与船体外壁的脱离和紧固过程中，密封部件还可以对罩壳10与船体外壁之间的连接起到缓冲作用，使密封部件在脱离船体外壁时，或者紧固船体外壁的过程不会由于罩壳10与船体外壁的碰着而对船体或罩壳10造成磕碰损伤。例如，密封部件可以为均匀设置于罩壳10与体外壁衔接处的开口周缘的橡胶条。

这样，清理装置可以实现在罩壳10内营造出无水环境，使辐射组件30的作用效果更好。使罩壳10可以与船体外壁的待清理部位紧密贴合，使船体外壁清理装置在清理时，不会有水由罩壳10与船体外壁的衔接处从罩壳10外进入罩壳10内，而增加空气泵的充气负担，影响罩壳10内辐射组件30的作用效果。

结合图5所示，本公开实施例提供了一种水下机器人，包括上述的船体外壁清理装置100。这样，船体外壁清理装置100可以搭载于水下机器人的动力结构，运动到需要进行船体外壁的清理位置，进行船体外壁清理；并通过排水组件20将罩壳10内的水排出至罩壳10外，使罩壳10与船体外壁形成密闭的清理空间11，实现辐射组件30向船体外壁发射破坏生物调节膜的电磁波可以不受水层的影响，有效破坏船体外壁的生物调节膜。

在一些实施例中，水下机器人还包括紧固部件50，紧固部件50与罩壳10连接，紧固部件50被设置为驱使船体外壁清理装置100紧固或脱离船体外壁。

可选地，紧固部件50包括伸缩杆51和舵机52，伸缩杆51具有两个或两个以上套接设置的伸缩段；舵机52被设置为驱动所述伸缩杆51的伸长或缩短，以使船体外壁清理装置100沿靠近或远离船体外壁的方向移动。

这样，可以使船体外壁清理装置100搭载于水下机器人的动力结构部分，在紧固部件50的作用下，实现船体外壁清理装置100沿靠近或远离船体外壁的方向移动；并通过排水组件20将罩壳10内的水排出至罩壳10外，使罩壳10与船体外壁形成密闭的清理空间11，实现辐射组件30向船体外壁发射破坏生物调节膜的电磁波可以不受水层的影响，有效破坏船体外壁的生物调节膜。

在一些实施例中，水下机器人还包括移动部件60，移动部件60与罩壳10连接，以改变船体外壁清理装置100的清理位置。

可选地，移动部件60包括滑轨61、滑块62和驱动电机，滑轨61与水下机器人主体固定连接；滑块62设置于罩壳10，并与滑轨61滑动配合；驱动电机被设置为驱动滑块62沿滑轨61设置方向移动，以使船体外壁清理装置100沿平行于船体外壁的方向移动。

这样，可以使船体外壁清理装置100搭载于水下机器人的动力结构部分，在移动部件60的作用下，实现船体外壁清理装置100由一个清理位置向另一个清理位置移动；并通过排水组件20将罩壳10内的水排出至罩壳10外，使罩壳10与船体外壁形成密闭的清理空间11，实现辐射组件30向船体外壁发射破坏生物调节膜的电磁波可以不受水层的影响，有效破坏船体外壁的生物调节膜。

可选地，滑轨61为工字形结构，滑块62为横截面为c字形的凹形结构，滑块62可滑动地套设在滑轨61上。这样，不仅可以实现滑块62与滑轨61的滑动配合，也使滑块62与滑轨61不易脱离。

在本公开实施例中，水下机器人可以在水下清理传递，开启清理模式，水下机器人停止移动，移动机构被设置为在横向和纵向调整罩壳10的位置，直至罩壳10的开口与被清理的船体接触并贴合，向罩壳10内充气，罩壳10内的水可以从出水口13排出，开启罩壳10内的辐射组件30，持续10秒后，关闭辐射组件30，停止充气，通过移动机构将罩壳10移动到下一待清理位置。

在一些实施例中，水下机器人还包括清扫配件，设置于所述清理装置的下方，被配置为在清理装置清理船体时，保证水下机器人与船体的相对位置稳定，从而提高清理效率。

可选地，清扫配件可以为电磁铁，与铁质的船体相贴合，利用电磁铁与铁的吸引力作用，实现水下机器人与船体的相对位置稳定。

这样，通过排水组件20将罩壳10内的水排出至罩壳10外，使罩壳10与船体外壁形成密闭的清理空间11，实现辐射组件30向船体外壁发射破坏生物调节膜的电磁波可以不受水层的影响，有效破坏船体外壁的生物调节膜。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。