一种船舶清洗残渣回收机器人及其系统的制作方法

本发明属于水下船舶清洗器械技术领域，特别涉及一种船舶清洗残渣回收机器人及其系统。

背景技术：

在进行船舶水下清洗时，被清洗掉的船舶表面附着物残渣会沉入水底，这些残渣的绝大部分由海生物或其分泌物构成，但也会包含少部分的船舶油漆等有害物质，如果不能够及时有效地回收，将会给海洋环境带来污染。与此同时，大多数的港口和码头，如果不进行残渣回收，将会禁止进行水下船舶清洗。现有通过将残渣回收装置集成在水下清洗机器人上的两用水下清洗机器人，水下机器人清洗船舶的同时回收残渣，将导致水下清洗机器人越来越重，自身的工作状态会发生改变，不利于保持良好的清洗能力。因此有必要设计和研究一种能够进行船舶清洗残渣回收的装置和系统。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种不影响清洗效果、能够有效回收残渣、运行平稳的船舶清洗残渣回收机器人及其系统。

本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种船舶清洗残渣回收机器人，其特征在于，包括残渣回收装置、浮力平衡水箱以及运动控制本体，所述的残渣回收装置滑动安装于运动控制本体的上，所述的残渣回收装置可沿运动控制本体高度方向做往复收缩运动，所述的浮力平衡水箱安装于运动控制本体的底部，所述的残渣回收装置上表面开设有残渣回收入口，所述的运动控制本体上设有若干推进器、摄像装置以及计算控制单元，所述的推进器、摄像装置均与计算控制单元通信连接，所述的摄像装置用于对水下清洗机器人进行定位。

本发明的工作原理：在水下清洗机器人作业时，本船舶清洗残渣回收机器人通过在浮力平衡水箱内充满水进行下潜，通过推进器运动到水下清洗机器人所在位置对掉落的残渣进行收集，残渣通过残渣回收入口进入残渣回收装置，回收完毕后，推进器控制本船舶清洗残渣回收机器人上浮到水面。采用上述结构的设置，采用与水下清洗机器人独立分开的设置，不影响水下清洗机器人的清洗作业，而且解决了船舶清洗残渣的回收问题，运行稳定，自动化程度高。

在上述的一种船舶清洗残渣回收机器人中，所述的浮力平衡水箱包括若干独立的储水罐，所述的运动控制本体上还设置有充气排水机构，所述的每个储水罐均通过管道连通充气排水机构，所述的每个储水罐的排水口上均设有一单向阀，所述的单向阀用于充气排水机构对储水罐进行充气时将储水罐内的水排出，储水罐外部的水无法从单向阀流入。

在上述的一种船舶清洗残渣回收机器人中，所述的浮力平衡水箱还包括固定支架，所述的固定支架上设有若干储水罐安装孔，所述的储水罐安装于储水罐安装孔上，所述的固定支架上还设有安装孔，所述的固定支架通过连接件和安装孔将储水罐安装在运动控制本体底部。

在上述的一种船舶清洗残渣回收机器人中，所述的运动控制本体上还设有与计算控制单元通信连接的深度传感器，所述的深度传感器用于感应深度变化。

在上述的一种船舶清洗残渣回收机器人中，所述的运动控制本体上还设有与计算控制单元通信连接的姿态传感器，所述的姿态传感器用于感知船舶清洗残渣回收机器人的姿态变化。

在上述的一种船舶清洗残渣回收机器人中，所述的推进器包括水平推进装置和竖直推进装置，所述的水平推进装置用于推进船舶清洗残渣回收机器人进行前进和后退动作，所述的竖直推进装置用于调节船舶清洗残渣回收机器人的深度和进行姿态补偿动作。

在上述的一种船舶清洗残渣回收机器人中，所述的摄像装置包括双目摄像机和伸缩支架，所述的运动控制本体上还开设有摄像安装槽，所述的伸缩支架安装于摄像安装槽上，所述的双目摄像机安装于伸缩支架上，所述的双目摄像机可随伸缩支架的伸缩运动沿伸缩支架长度方向做往复运动。

在上述的一种船舶清洗残渣回收机器人中，所述的残渣回收装置包括框架和网状面板，所述的网状面板安装于框架上，所述的框架顶部无网状面板处为残渣回收入口，所述网状面板上还设有安装滑轨，所述的残渣回收装置通过安装滑轨和连接件固定在运动控制本体上。

本发明的第二个目的可通过下列技术方案来实现：

一种船舶清洗残渣回收系统中，包括上述的一种船舶清洗残渣回收机器人，其特征在于，还包括残渣回收站和机器人检修站，所述的机器人检修站用于船舶清洗残渣回收机器人的状态检查和充电维护。

在上述的一种船舶清洗残渣回收系统中，所述的船舶清洗残渣回收机器人数量至少为2台，所述的船舶清洗残渣回收机器人交替工作回收残渣。

本发明的优点有：本发明具有回收高效、稳定可靠、有效减少海底环境污染、不干扰和打断水下清洗机器人清洗作业的优点。

附图说明

图1是本发明的等轴侧示意图；

图2是图1的另一角度示意图；

图3是本发明主视图；

图4是本发明剖面示意图；

图中，1、残渣回收装置；2、浮力平衡水箱；3、运动控制本体；4、残渣回收入口；5、推进器；6、摄像装置；7、计算控制单元；8、充气排水机构；9、储水罐；10、单向阀；11、固定支架；12、储水罐安装孔；13、深度传感器；14、姿态传感器；15、水平推进装置；16、竖直推进装置；17、双目摄像机；18、伸缩支架；19、框架；20、网状面板；21、安装滑轨；22、摄像安装槽。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-4所示，本船舶清洗残渣回收机器人包括残渣回收装置1、浮力平衡水箱2以及运动控制本体3，残渣回收装置1滑动安装于运动控制本体3上，残渣回收装置1可沿运动控制本体3高度方向做往复收缩运动，浮力平衡水箱2安装于运动控制本体3的底部，残渣回收装置1上表面开设有残渣回收入口4，运动控制本体3上设有若干推进器5、摄像装置6、计算控制单元7，推进器5、摄像装置6均与计算控制单元7通信连接，摄像装置6用于对水下清洗机器人进行定位。推进器5通过常用的连接件和安装支架的连接方式固定。

进一步细说，浮力平衡水箱2包括若干独立并排设置的储水罐9，运动控制本体3上还设置有充气排水机构8，每个储水罐9均通过管道连通充气排水机构8，每个储水罐9的排水口上均设有一单向阀10，单向阀10用于充气排水机构8对储水罐9进行充气时将储水罐9内的水排出，储水罐9外部的水无法从单向阀10流入。当残渣回收装置1某一区域的残渣累积较多，导致本船舶清洗残渣回收机器人朝这个方向倾斜，计算控制单元7控制充气排水机构8向此处的储水罐9内的充气使水排出，既能够起到调节重力的作用，又能够改善本船舶清洗残渣回收机器人的浮力平衡。

进一步细说，浮力平衡水箱2还包括固定支架11，固定支架11上设有若干储水罐安装孔12，储水罐9安装于储水罐安装孔12上，固定支架11上还设有安装孔，固定支架11通过连接件和安装孔将储水罐9安装在运动控制本体3底部。相对于一体式的水箱，多个独立的储水罐9能够单独拆卸，不仅方便维护，而且有利于本船舶清洗残渣回收机器人的姿态控制和浮力平衡，能够更加精确地控制本船舶清洗残渣回收机器人的姿态。

进一步细说，运动控制本体3上还设有与计算控制单元7通信连接的深度传感器13，深度传感器13用于感应深度变化。随着回收残渣的增加，清洗残渣回收机器人的受到的重力大于浮力，此时清洗残渣回收机器人有下沉的趋势，深度传感器13感应到深度变化后，深度传感器13将信息反馈到计算控制单元7，计算控制单元7做出决策来操控充气排水机构8排水或者驱动推进器5提供推力保持清洗残渣回收机器人的作业深度。深度传感器13采用是采用市面上常见的设备，这里不再赘述。

进一步细说，运动控制本体3上还设有与计算控制单元7通信连接的姿态传感器14，姿态传感器14用于感知船舶清洗残渣回收机器人的姿态变化。姿态传感器14是基于mems技术的高性能三维运动姿态测量系统，它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗arm处理器得到经过温度补偿的三维姿态与方位等数据，利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据。当姿态传感器14检测到船舶清洗残渣回收机器人的姿态变化时，将零漂移三维姿态方位数据反馈给计算控制单元7，计算控制单元7控制充气排水机构8对某一位置的储水罐9充气进行排水或者打开推进器5进行姿态调整。

进一步细说，推进器5包括水平推进装置15和竖直推进装置16，水平推进装置15用于推进船舶清洗残渣回收机器人进行前进和后退动作，竖直推进装置16用于调节船舶清洗残渣回收机器人的深度和进行姿态补偿动作。水平推进装置15数量优选为2个，且位于船舶清洗残渣回收机器人的左右两侧，此设置能够保证船舶清洗残渣回收机器人稳定地滑行；竖直推进装置16数量优选为4个，分别安装于运动控制本体3的四角，竖直推进装置16主要有三个功能：一是调节船舶清洗残渣回收机器人的深度，并跟随水下清洗机器人的运动；二是调节船舶清洗残渣回收机器人的姿态，补偿残渣回收过程中的姿态变化；三是提供浮力，当浮力平衡水箱2内的水排空后，此时继续回收残渣产生的重量由竖直推进装置16产生的推力进行补偿。

进一步细说，摄像装置6包括双目摄像机17和伸缩支架18，运动控制本体3上还开设有摄像安装槽22，伸缩支架18安装于摄像安装槽22上，双目摄像机17安装于伸缩支架18上，双目摄像机17可随伸缩支架18的伸缩运动沿伸缩支架18长度方向做往复运动。双目摄像机17能够实现对水下清洗机器人进行相对定位，双目摄像机17采用双目立体视觉系统，一般由双摄像机从不同角度同时获得被测物的两幅数字图像，或由单摄像机在不同时刻从不同角度获得被测物的两幅数字图像，并基于视差原理恢复出物体的三维几何信息，重建物体三维轮廓及位置。在水下清洗机器人作业过程中，能见度会降低，为了获得较好的视角，双目摄像机17能够进行伸缩调节，不需要对水下清洗机器人进行定位时，伸缩支架18将双目摄像机17回收到摄像安装槽22内，保护双目摄像机17。伸缩支架18优选为电机驱动双目摄像机17升降或者气缸活塞杆推动双目摄像机17的方式。

进一步细说，残渣回收装置1包括框架19和网状面板20，网状面板20安装于框架19上，框架19顶部无网状面板20处为残渣回收入口4，网状面板20上还设有安装滑轨21，残渣回收装置1通过安装滑轨21和连接件安装在运动控制本体3上。网状面板20能够减少阻力，网孔采用细小网口。框架19的材料优选为重量轻、强度高的非金属复合材料，如工程塑料等。网状面板20的材料优选采用高强度凯夫拉材料编织网状材料。重量轻、强度高，同时方便拆卸和更换，有利于后期维护和提高工作效率。

本发明的第二个目的可通过下列技术方案来实现：

一种船舶清洗残渣回收系统中，包括上述的一种船舶清洗残渣回收机器人，还包括残渣回收站和机器人检修站，机器人检修站用于船舶清洗残渣回收机器人的状态检查和充电维护。

进一步细说，船舶清洗残渣回收机器人数量至少为2台，船舶清洗残渣回收机器人交替工作回收残渣。第一台船舶清洗残渣回收机器人执行回收作业时，第二台船舶清洗残渣回收机器人处于待命状态，当残渣回收量达到规定值时，第一台船舶清洗残渣回收机器人返航到残渣回收站，第二台船舶清洗残渣回收机器人到位继续执行残渣回收工作，此时第一台船舶清洗残渣回收机器人完成残渣倾倒后，进入机器人检修站进行状态检查和机器人充电，如果残渣回收装置1的侧网损坏则及时更换，浮力平衡水箱2重新冲水，充气排水机构8重新充气，完毕后保持待命状态。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了残渣回收装置1、浮力平衡水箱2、运动控制本体3、残渣回收入口4、推进器5、摄像装置6、计算控制单元7、充气排水机构8、储水罐9、单向阀10、固定支架11、储水罐安装孔12、深度传感器13、姿态传感器14、水平推进装置15、竖直推进装置16、双目摄像机17、伸缩支架18、框架19、网状面板20、安装滑轨21、摄像安装槽22等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。