1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 水下船舶清洗设备的设计 【 前言 】 随着世界经济的发展，带来了远洋运输事业的飞速发展，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、锈皮和锈斑等，为了延长船舶的使用寿命，保证船舶的安全运行，船舶必须定期进坞进行检验。这就存在着修船期长，船坞不足的问题，同时也增加了船舶的非营运时间和燃油的消耗。所以开展船舶水下清刷作业，提高水下清刷作业的自动化水平，是目前急需解决的问题。 船舶 水下清刷技术是从六十年代开始的，在进坞前对船舶实行水下清洗、除锈、水下检查等，使得进坞后可以迅速
2、地对查出的故障进行处理，对船体进行涂装等维修工作，从而可缩短坞修时间，也可以对水下检查后没有必要进坞维修的船舶进行完全的坞外清刷、喷涂。这样可在拥有同样多船坞的条件下修更多的船，并可在某些项目上，开展大型船舶的服务业务，而不必局限在大坞的吨位上。据统计，世界上 5 万吨以上的船占船舶总数的 49.4%，这是一部分相当大的业务对象。而我国虽有大连造船新厂等几家拥有 20 万吨级以上的船坞，但还是与国外存在很大的差距，我国只有 在修船效率上下工夫。水下清刷作业由于可以在舰船锚泊或停靠码头时直接进行，一方面减少了船舶的停航损失，另一方面也使得船舶的燃油消耗大大地降低。这样可以解决船坞不足，特别是大坞
3、严重不足的问题。其长远意义在于海洋工程结构的维修及军事方面应用的巨大前 景 【 1】 。 【主题】 水下清刷作业由于可以在舰船锚泊或停靠码头时直接进行，一方面减少了船舶的停航损失，另一方面也使得船舶的燃油消耗大大地降低。这样可以解决船坞不足，特别是大坞严重不足的问题 【 2】 。其长远意义在于海洋工程结构的维修及军事方面应用的巨大前景。 水下清刷作业具 有减小船舶阻力、减少航速损失和节约燃料等优点，特别是在全球石油危机的影响下，船舶的水下清刷作业更是得到了广泛的应用和发展。 水下清刷技术的发展分为三个阶段。第一阶段为手工操作阶段，由潜水员下水进行清刷工作。第二阶段为机械操作阶段，由专用的清洗器
4、、涂装机等机械完成大型船舶的清刷任务，并具有较高的工作效率。第三阶段为遥控机械或机器人作业阶段，为在恶劣的海洋环境下开展工作提供了保障 【 3】 。 在国外，机器人作业装置已经日趋成熟并走向实用化。法国的 BK 型、瑞典的曲雷耳和澳大利亚的 Anstralian 型的结构均采用了水 下运载工具的设计原理，使装置紧贴于船舷壳板做垂直或水平爬行，控制箱在工作艇上，遥控操作。它的工作部分由 3 个转刷， 3 个行走轮和 1 个中心推进器构成。动力源是压或气动的。 在国内，水下清刷作业自 1983 年在湛江、厦门、天津、秦皇岛、烟台、大连等地建立了业务以来，主要方式是潜水员水下手工作业，与国外的无潜水
5、员遥控操作形成了鲜明的对比。上海救捞局有关厂曾对进口设备进行过研究，并仿制了单刷式清扫器，但效果不好，对于更高层次的产品研究则更少 【 4】 。 清刷机器人系统介绍 ： 水下船体清刷机器人的主要任务是完成水下船体 表面附着海生物的清除 ,其工作面是船体表面。 机器人系统由机械本体、清刷作业装置和控制系统三部分组成。其工作原理为 :在船体甲板上放置有一个可自由移动的运载小车 ,它可使机器人自动爬上或爬下船体表面 ,克服由于机器人具有的永久吸力带来的放上取下的不便 ,并起到运输作用。小车上有控制柜、 CRT显示器、动力源及卷扬装置。动力源为水下机器人的移动和清刷作业提供动力 ,卷扬装置随着机器人的
6、上下移动及时地收放保护缆绳 ,为机器人提供安全保障条件 ,同时为机器人输送动力和控制电缆。显示器通过安装在机器人本体上的摄像机 ,实时地显示机器人 的工作环境 ,便于操作者及时了解机器人的工作状态。 机器人从运载小车爬上船体 ,先按从上至下的路径移动 ,当到达船的底部时 ,机器人旋转180 ,然后再从下至上移动 【 5】 。 【总结】 船体清刷机器人工作于水下环境 ,是高度非线性系统 ,建立精确数学模型十分困难。在进行运动轨迹控制时 ,参数的变化对系统模型的影响较大。机器人移动路径的一般控制方法是把期望移动方向与机器人实际移动方向之差作为控制器的输入偏差 ,控制器输出控制量为驱动机器人移动的伺
7、服马达的转角 【 6】 。实际上 ,清刷机器人的运动与链轮、链条、机器人绕其重心的转动惯量 、重心位置、前后链轮侧偏系数、船舶的运动状态、船体形状和表面状况、海水中的波浪、海流状况等诸多因素有关。 【文献】 1.在我国开展船舶水下维修的可行性 .中船总平台公司 .1990； 2.袁夫彩 ;孟庆鑫 ;王义文 ;水下船体表面清刷机器人吸附及移动性能分析 J;哈尔滨工程大学学报 ； 3.吕长生 ;水下船体表面清刷机器人工程样机的研究 D;哈尔滨工程大学 ;2006年 ； 4.袁夫彩 ,孟庆鑫 ,王立权 ,贾鹏 ;水下清刷装置优化设计及实验 J;船舶工程 ； 5.王丽慧 ;周华 ;孟庆鑫 ;水下船体清刷机器人运动分析及仿真 J;自动化技术与应用 ;； 6.韩春生 ,何江青 ,王峰 ,金海涛 ;水下船体表面清刷机器人磁吸附系统的研究 J;应用科技 ;
