[发明专利]一种用于维持大型舰船船体外板清洁的仿生软体机器人

说明书

本发明提供一种用于维持大型舰船船体外板清洁的仿生软体机器人，包括核心舱，以悬臂结构安装在核心舱侧面的软体臂，连接在软体臂下侧的刮扫足阵列，安装在核心舱底部的行动装置，设置在核心舱内部的控制器和电源。本发明在软体臂形变与足上柔性结构补偿形变的双重自适应作用下，可以很好适应舰船外板的复杂曲面形状；刮扫足阵列中的刮扫足彼此独立，在各个刮扫足中均有足内永磁体直接为刮扫块提供所需的吸附力，使吸附力作用面积大，吸附柔和；由于行动装置无需为软体臂和刮扫足阵列提供吸附力，行走装置可以精简灵活，从而使仿生软体机器人行动灵活；通过同时增加软体臂的长度和刮扫足的数量，在保证吸附稳定的前提下，实现更大的清洁范围。

技术领域

本发明涉及与船有关的设备技术领域，具体涉及一种用于维持大型舰船船体外板清洁的仿生软体机器人。

背景技术

船体外板是对舰船舷侧和底部外侧的船体板的统称。作为舰船船体的水密外壳，船体外板在承受水动力的同时，会受到海洋生化环境影响。因此，在航行过程中，船体外板会发生生物污损现象，即以藤壶为代表的部分海洋生物会在船体外板上附着生长，逐渐累积形成一层不利于舰船航行的生物污损层。严重的生物污损层粗糙、牢固且有生化特性，使舰船的航行阻力增加、船体腐蚀加剧，致使舰船航行速度降低、燃料消耗增加、坞修频繁，使舰船的使用效率大打折扣。

当前，对抗生物污损的方法主要有两种。一种是在船体外板涂装中使用防污涂料，通过排斥甚至毒杀附着生物的方式阻止海生物附着；另一种是定期进入船坞使用机械和手工工具将生物污损层彻底清除。两种方法均有不足。对于使用防污涂料的方法，现有实用的防污涂料尚不能完全阻止生物污损层出现，作用限于延缓；新型涂料往往具有使用寿命限制，超期后需要进坞重涂；含毒涂料更是直接危害海洋环境，违背环境友好发展理念。对于定期进坞清除的方法，由于舰船需要进坞清理时，已经积累了相当严重的生物污损层，舰船性能下降的事实已经发生；同时，由于生物污损层已经粗糙而牢固，对其彻底清除费时而费力，维护成本高；另一方面，由于在坞期间舰船无法正常使用，进坞清理还会为舰船所属单位带来其它不利影响。

近年来，新出现了各种使用机器人在水下清除船体外板生物污损层的技术方案，如通过在履带式机器人上加装水下推进器和铲刀机构 (CN111252207B)、在轮式机器人上加装电磁铁和高压水枪(CN110606172B)、在轮式机器人上设置负压装置并加装水下推进器和清洗刷(CN111232151B)、在无人潜航器上加装紫外辐射装置 (CN111098994B)、在无人潜航器携带的机械臂(腿)上加装电磁铁和清洗刷(CN108313241B)等方式实现机器人在船体外板上的移动和对外板的清洁作业。尽管具体技术手段各不相同，但推究本质，现有技术方案的技术路线是相同的，均是提供一种能在船体外板上附着移动且附加清洁装置的刚性机器人，因而这些技术方案具有相同的局限性。第一，由于机器人为刚性而舰船外板为曲面，因此，机器人必须足够小，以至可以将外板曲面视为平面；第二，由于机器人是刚性的，因此，机器人无法跨越大曲率位置或必须与外板解除吸附后才能设法跨越；第三，由于清洁装置是被孤立地附加在机器人上的，而机器人的负载能力有限，因此，清洁装置的大小和数量受到限制。由于这三点局限性，现有技术方案提供的机器人无法同时实现大机型、低功耗、简单灵活、吸附可靠和大清洁范围，因而总的移动清洁能力是有限的，不足以在航行过程中经常性地自主或受控清洁各处大面积、有曲率的船体外板以使外板总是处于清洁的状态，即不足以用于维持大型舰船船体外板清洁。

综上所述，对于大型舰船，现有技术方案既无法永久避免生物污损的发生，也无法在航行过程中及时有效地清洁各处船体外板，致使大型舰船在长久航行后总会遭受严重的生物污损，性能下降，运行和服役受到影响。

发明内容