随着世界经济的发展以及我国“海洋强国”战略的实施，远洋运输事业飞速发展，船舶作为海上交通运输的主要工具正发挥着越来越大的作用。但海水的强腐蚀性和海洋生物的强附着力，使得船体表面附着难以清除的贝类、海藻、锈皮和锈斑等。一般情况下，因海洋微生物的附着，导致船舶速度下降 10%至 50%，船舶要消耗更多的燃油以弥补速度的下降，极大的增加了运输成本。为了延长船舶的使用寿命，保证船舶的经济及安全运行，船舶必须定期进坞进行检修。目前船舶表面清洗大都还采用人工操作的清洗方式，效率低下，所以本作品结合现有的空化射流技术，研发出一款船舶表面自动化清洗机器人。

整体结构

1.清洗模块

2.吸附模块

3.运动模块

4.控制模块

空化射流技术

空化射流技术是一项将空化机理与水射流技术的结合的射流技术，就是人为地在水射流内增加空泡数量，利用大量空泡破裂产生的强大冲击力来增强射流的作业效果。

空化水射流技术具有以下优点：

①节约能源，利用廉价的自来水或工业用水为介质，从而节省大量的清洗剂或喷沙，使清洗成本大为降低；

②无环境污染，对人体没有伤害，属于绿色环保产品；

③清污效率高，经一次清洗后，锈蚀、油漆、防腐涂层即可去除，无需二次处理；

④对设备、工件等具有一定保护性，不改变工件表面物理机械性能；

⑤ 便于清洗形状和结构复杂的各种设备和零部件；

⑥不受场地、天气条件的限制，可随时随地作业；

⑦易于实现机械化、自动化，清洗效率高。

空化喷嘴

喷嘴图纸

喷嘴实物

清洗盘

1.旋转接头 2.三通 3.万向轮4.外壳 5.弯头

6.喷嘴

吸附模块

机器人在船舶表面工作时会受到射流反作用力的影响，船体外壳通常是碳素钢和高强度钢焊接而成，具有较高的导磁性，为了提高机器人的吸附可靠性，选用以推力吸附为主和磁吸附相结合的方案。

运动模块

移动方案：车轮式的结构简单，会大大地减小清洗机器人的总体结构和重量，通过水平推进器的差速控制，使得机器人能够在船舶表面上自由移动。

驱动方案：本机器人将2个螺旋桨推进器左右平行布置方式，可实现向前、向后直航，利用两个推进器差速航行实现转向；另外采用3个垂向推进器来实现上浮、下潜。该驱动方式响应速度快，精确度比较高。

控制系统

整机控制器以Arduino 单片机为核心，负责五个推进器控制，搭配姿态传感器、水深传感器、光电门传感器等模块，实现姿态检测、水下深度和温度测量等功能。此机器人动力源为 2 个横向推进器以及 3 个纵向推进器，横向推进器用于 控制机器人水平运动，纵向推进器除控制竖直方向的移动外还用于提供吸附力，通过推进器使得机器人能够实现转向，前进，后退，上浮，下沉以实现船体表面的路径便利。

创新点

（1）清洗方案创新：将空化射流技术与旋转式清洗盘结合起来。利用射流的反作用力，在清洗盘内部形成水射流圈--有利于空泡生长的低压区。同时控制清洗盘的高度能够有效控制靶距，充分发挥空化射流清洗技术高效节能的优点；

（2）结构创新：采用双层三角形的开式框架设计，便于模块布放，减少前进阻力，同时也有利于机器人功能的拓展，如可在机器人添加仪器对船舶表面进行探伤；

（3）布局创新：清洗盘的三角形布局能够实现工作区域的无重复全覆盖作业。垂直推进器与清洗盘的错位式布局使整体结构趋向扁平化，缩短重心与浮心的距离，利于机器人姿态调整。

（4）机器学习：上位机具有基于深度学习的图像识别功能，用于水压调节和多机器协作时的区域划分。其一，上位机通过摄像头画面判断污物附着程度，选择合适的水压以降低能耗；其二，在多机器工作时，上位机能通过摄像头判断当前路径是否为已清洗区域，无需外加复杂的水下通信设备来实现机器互联。

（5）吸附方式创新：采用推力吸附为主、磁吸附为辅的复合吸附方式，在保证吸力的同时提高越障能力。

应用前景

（1）未来可实现产品系列化、定制化设计，为船舶、海洋平台、大型网箱及海上风力发电桩基等提供清洗服务。

（2）从长远的眼光来看本设计有巨大的市场，该设计使用了空化射流装置， 相比于国内同行业的清刷机器人来说清刷效率大大提高。设计合理简洁且结构紧凑，成本和耗能都相对低。因此，该设计将拥有良好的市场前景。

（3）纵观社会，本设计降低了民用海洋设备的使用保养成本，同时还缓解了船坞不足的问题，降低了潜水员清刷事故的风险。其中，最大的好处在于，该机器人能够在不同季节和海洋设备工作期间进行作业，释放了潜水员等劳动力，增加了海洋设备作业时长。因此，本设计有效提高了经济效益。

专家评语：作品模型构建和设计过程完整，具有创新性；从实际问题出发，解决水下疑难问题，有待开发。

作品如何，请在留言区评论~

编辑：三叶

审稿：汐行

▼

返回搜狐，查看更多