毕业设计（论文）-船舶清洗机器人设计.docx

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1、学号I2017212349毕业设计设计题目I船殖例面A1.叠等寄生生物清洗机器人的设计学生姓名：专业：机械电子工程班级：机械工程17-2（本）学院：机电工程学院指导教师I二O二一年五月二十四日摘要当藤壶或者其他的寄生生物附若在船体或锚索时会发生生物污染，传统的人力清理方式会消耗大量人力和时间，占用干船坞，影响船舶公司的收益，由于船舶在远洋运输环境中会常常行驶在物种种类极为丰富的大海上，船舶水线以卜一的船体外壳与螺旋桨上都会有大量海洋生物、寄生生物等附着。陨若船舶航行时间的不断延长，这些海洋里的寄生生生物将会不断附着在船底与船侧，寄生生物的不断增加，对于航行的船船来说，将会导致许多不利船舶航行的

2、状况,尤其是会使船舶水线下的船体外壳表面粗糙度增加，这会极大增加船舶的航行阻力，使得船舶航行时所需的燃料增多，并让船舶的航行速度下降，增加了船舶的货运成本。改善对寄生生物的清理方式,通过设计船舶侧面藤壶等寄生生物清洗机器人，降低人力的使用，减少时间的损耗，对于解决给侧面藤布等寄牛.生物具有重要意义。本设计研究的对象便是船舶侧面藤壶等寄生生物清洗机器人。研究使用藤壶等寄生生物的清洗机胧人替代人力，从而实现船舶在水下清理作业方面的智能化、自动化，更有效率地清理寄生生物，避免浪贽人力，占用干船坞。研究从传统的人力清理出发，探究需耍解决的问题，运用相关的理论知识，进行理论分析并设计出解决的方案。本设汁

3、采用了导管式推力器与永磁万向轮的设计，通过推力器驱动机器人在水卜移动，同时依靠永能万向轮将机器人吸附在船舶（W壁。关键词船舶：藤壶：清洗：吸盘：机器人Ab%1.rae1.AbstractWhenbarnac1.esorotherparasiticorganismsattachtothehu1.1.oranchorcab1.e,bio1.ogica1.po1.1.utionwi1.1.occur.Thetraditiona1.manua1.c1.eaningmethodwi1.1.consumea1.otofmanpowerandtime,occupythedrydock,andaffectth

4、eincomeofshippingcompanies,T1.ierearea1.otofmarineorganismsandparasitesonthehu1.1.andPmpenerbe1.owthewater1.ine.Withthecontinuousextensionofshipsai1.ingtime,thesemarineparasiteswi1.1.continuetoattachtothebo1.iomandsideoftheship.Theincreasingnumberofparasiteswi1.1.1.eadtomanyadverseconditionsforthesa

5、i1.ingship,especia1.1.ytheincreaseofhu1.1.surfaceroughnessunderthewater1.ine,whichwi1.1.great1.yincreasethenavigationresistanceoftheship.Itincreasesthefue1.requiredbytheshipwhensai1.ing,reducestheshipssai1.ingspeedbyI-2knots,andincreasestheshipsfreightcost.Itisofgreatsignificancetoimprovethec1.eanin

6、gmethodofparasiticorganismsandreducetheuseofmanpowerandthe1.ossoftimebydesigningac1.eaningrobotforparasiticorganismssuchasba11ac1.esonthesideoftheship.TheresearchobjectofthisPrQj1.X1.isthec1.eaningrobotofbamav1.candotherparasiticorganismsonthesideofIhcship.Thispaperstudiestheuseofbarnac1.eandotherpa

7、11siticc1.eaning11)botstorep1.acehumanpower,soastorea1.izetheinte1.1.igent,automaticandmoreefficientc1.eaningofparasiticorganisms,andavoidwastinghumanpowerandoccupyingdrydock.Theresearchstartsfromthetraditiona1.manpowerc1.eaning,exp1.orestheprob1.emstobeso1.ved,usesthere1.evanttheoretica1.know1.edge

8、,carriesonthetheoretica1.ana1.ysisanddesignstheso1.ution.Thedesignofthisprojectadoptsthedesignofductedthrusterandpermanentmagnetuniversa1.whee1.Thethrusterdrivestherobottomoveunderwater.Atthesametime,therobotisadsorbedonthesidewa1.1.oftheshipbythepermanentmagnetuniversa1.whee1.KeywordsShips：Barnac1.

9、es：C1.eaning：Suctioncups：Robots目录摘要IAbstractIII绪论11.1 课题背景11.2 课题研究的目的21.3 课题研究的内容31.4 国内外现状31.5 小结42方案设计52.1 工艺范闹52.2 爬行方案52.2.1 真空吸附爬行方案82.2.2 永磁吸附爬行方案92.2.3 复合吸附方案IO2.3 机器人的清洗方案112.3.1 柔性清扫方式I1.2.3.2 刚性清扫方式122.3.3 宓合式清扫方式122.4 机器人的冲洗方案122.5 机器人的整体设计方案132.6 小结143移动吸附机构的设计计算153.1 电机的计算与选择153.2 真空吸盘

10、的计算与选择163.3 气缸的计匏与选型193.4 推进器的选择223.5 永磁轮的选择233.6 小结234清洗机构的设计选型254.1 清洗盘的选择254.2 空化射流喷嘴的选择254.3 小结265机器人的整体建模袋配275.1 机器人的建模装配275.2 小结306总结与展望316.1 总结316.2 展望31参考文献33谢辞351绪论1.1 课题背景当藤壶或衣其他的寄生生物附着在船体或锚索时会发生生物污染。每年因为寄生生物造成的船体拖拽会增加极多的货运成本。上千年来，铜制品直被用来防止海洋生物的寄生，将铜粉与船漆混合，涂抹在船体水线下，防止船舶受到寄生生物的附着.但是随着海洋的不断腐

11、蚀，防护漆公逐渐磨损变薄，藤壶、贝类等寄生生物会重新附着到船体上。藤壶这种贝类可以分泌出黏性极高的体液，吸附在岩石、船舶底部甚至大型海洋生物的身体上，从生物学角度来说，这是它亿万年来进化的本能，就是利用寄生的方式被移动物体带到很远的地方进行繁杂，可是这种寄生给船的带来了极大的麻烦，它们在船底寄生速度较快，不需一年时间就会长满船底，改变船舶的潦体外形使得船的航行中阻力增加，使航速减微，如图1.1所示。图1.1.船舶衣面的寄生物藤壶是远洋航行中一种非常常见的海洋揖生生物,具有难以消除与黏接强度高的特点，当船只在海面上行驶时，各种寄生生物，类似藤壶、贝类、藻类和其他生物会附着在船体上。尤其是在国际贸

12、易中，海运这种交通方式具有极其亟要的意义。船舶装栽的货物比其他方式多，运费较为低廉等是船的货运输的优点。然而远洋运输中的船舶会常常行驶在洋流附近这些生物种类繁多的大海上，在船体水线以卜的船舶侧面与底部的表面甚至螺旋桨上都会附着这些寄生生物。随着船舶航行时间的不断延长，这些海洋里的寄生生4：.物将会不断附着在船W1.wf壁与脂底。对于航行的船舶来说，随着寄生生物的不断增加符会导致许多不利于船舶航行的状况，尤其是会使船舶侧面与船底的表面更加粗糙，破坏船体的流线里外形，这会加大船舶航行时所需的动力，增加船舶航行时所需的燃料，并使船舶的速度卜.降12节，延长了货物抵达的时间，增加了远洋货运的成木。因此

13、如何及时迅速的清理船舶水卜.的船体表面具有非常重要的意义，清洗效果如图1.2。图1.2清洗效果1.2 课题研究的目的船舶在航行过程中，常年行驶在物种繁多的海面上，这会吸引大量的寄生生物附着在船舶（W面，涂抹在船底的有毒油漆会因大海的腐蚀失去作用，不仅会对海洋环境造成一定的污染，还无法有效的防止寄生生物。因此人们需要定期的将船舶停泊在码头、干船坞，对船舶底部和曲面的藤布等寄生.生物进行清理和维护并重新喷漆。然而传统的清理维护方式不仅危险还十分低效，清理人员需要身着潜水服携带工具潜入水下打磨船舶外壳。在此过程中清理人员难以拥有妥善的防护，工作环境较为恶劣,存在工作量大的同时还有较高的风险，与此同时

14、我国的航海事业发展迅速,大量的船舶不断建造下水，这导致了大量用于清理的船坞被占用，J1.清理人员与船舶的数量比例不断降低，清理人员缺乏严1.it,很多船船无法的到较为全面的清理和维护。因此本课题的目的就是为了设计出一款可以代替人工，由机器人潜入水中对船舶侧面的奇牛.生物进行清理的机器人。通过这种机人，减少清理工人的劳动量，提高工作效率，解决对干船坞的占用问题。1.3 课题研究的内容本文”船舶（W面藤壶等寄生生物清洗机器人的设计”的主要内容是：总体方案的分析和设计,根据船舶侧面藤壶等寄生生物清洗机器人的使用环境，与i殳计要求。南定机器人的导管式推力器与万向永磁轮的行走结构，确定多吸盘的真空吸附机

15、构和清洗机构，建立完整的机潺人模型。1.4 国内外现状当前我国船舶清理藤布的主要方式为卸除船上的货物，将货轮拖拽至干船坞.在由船坞的工人使用砂轮机和高压水枪进行藤壶等寄生生物的清除，不仅耗时耗力，船的还有极长的一段时间无法正常出海，同时由丁需要使用干船坞，对造船厂的船舶制造也带来了不利影响，不仅如此航母同样也是船舶，它也会被“藤壶”一类的海洋贝类寄生，也会出现寄生贝类所带了的伤害，现代航母造价都非常品贵，理论上使用寿命在50年以上，这就需要定期对它们进行有效的保养，通常情况下航母要每一年驻泊三个月时间进行舰内各系统的维护、每三年进入干坞中进行中等规模的维护，而进入到干均的第一项就是船底的清理工作。使用清理机器人衿代人工清理，实现船舶在水卜清理作业方面的自幼化，智能化，让船舶不必停船进坞，可在岸边码头或者船舶锚地进行施工作业，能进一步的提高船舶的维修效率，减少清洗时对船坞的占用，清洗机涔人是以后般船表而藤壶等寄生生物清理方式的必然方向。欧盟,美国等重视海运的西方国家已经开始了对船舶测面藤壶等寄生生物的清洗机器人技术开展了研发与设计，并I1.已经取得了定的成果。而目前，我国在船舶清洗方面上的清洗工艺较为落后仍需工人下海进行潜水作业，为清理而使用的喷砂技术造成的环境污染也不容小觑.更是存在工人们作业条件恶劣，缺乏防护等问题.为r提高我国在船舶维护和修理的能力，