阅读说明：本技术 水下机器人搭载的高压脉冲放电船体表面清洗装置及方法 (High-voltage pulse discharge hull surface cleaning device and method carried by underwater robot ) 是由 赵雪梦 单鸣雷 李好洋 李江海 马浩 纪世豪 徐天宇 王贤松 陈秉岩 姚澄 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水下机器人搭载的高压脉冲放电船体表面清洗装置及方法,属于机械领域,其特征在于：本装置运用水下高电压放电技术,利用放电时的等离子体效应、空化清洗效应、冲击波效应和热点效应,实现及时、高效自动化清洗船体附着物；其包括高压脉冲电源、信息采集单元、控制单元和致泡清洗单元、脐带；本发明具有以下有益效果：1.高压脉冲放电致泡的方式能够充分利用空化泡产生时的冲击波效应和溃灭时的空化射流效应、冲击波效应,且对清洗介质无要求；2.该设备轻巧,可搭载于水下机器人,且无需额外机械动力；3.船体表面水下清洗无需进坞,可在海上实现自动化清洗；4.减去将船体周身的水排尽的中间步骤,减少清洗成本。(The invention discloses a high-voltage pulse discharge hull surface cleaning device and method carried by underwater robots, which belong to the field of machinery and are characterized in that the device utilizes an underwater high-voltage discharge technology and utilizes a plasma effect, a cavitation cleaning effect, a shock wave effect and a hot spot effect during discharge to realize timely and efficient automatic cleaning of hull attachments, and comprises a high-voltage pulse power supply, an information acquisition unit, a control unit, a bubble-causing cleaning unit and an umbilical cord.)

水下机器人搭载的高压脉冲放电船体表面清洗装置及方法

技术领域

本发明涉及一种水下机器人搭载的高压脉冲放电船体表面清洗方法与装置，属于机械领域。

背景技术

全球范围船舶数量达数十万艘，中国是世界上最大的船东国，船舶数达 5206艘。船舶长期在强腐蚀性海水和强附着力海洋生物环境中航行，水线以下部分附着多种难以清除的微生物，这将增加航行阻力，使消耗燃油增多，废气排放增加。

但现有船体清洗技术具有一系列的弊端，人工清洗效率低和船坞不足使船舶无法及时清洗，使运输成本大大增加。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水下机器人搭载的高压脉冲放电船体表面清洗方法与装置，以解决现有技术中存在的效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种水下机器人搭载的高压脉冲放电船体表面清洗装置，包括致泡清洗单元；所述致泡清洗单元包括电极板和固定在电极板四周的绝缘垫；所述电极板包括绝缘基板和设置在绝缘基板上的若干电极对。

进一步的，所述电极对包括两个相向设置的电极；

所述电极的尾端连接有脐带电缆；

所述脐带电缆的外周包裹有污染物回收管。

进一步的，所述电极对中的两个电极之间的首端相隔距离为1-1.5 mm；所述电极对中的电极之间的末端相隔距离为8-12 mm；所述电极的截面积为1-2mm；所述电极的长度为8-12mm；所述电极对之间的相隔距离大于15 mm；所述电极的材料为钨；所述电极的形状为柱状。

进一步的，所述电极由耐高温防水硅胶固定在绝缘基板上。

进一步的，所述绝缘基板的材料包括环氧树脂板。

进一步的，所述电极板的四角设置有万向轮。

进一步的，所述装置还包括控制单元、信息采集单元和机器人；所述控制单元包括舵机；

所述舵机的一端与绝缘基板连接，另一端连接水下机器人；

所述信息采集单元包括机械臂、海水电导率传感器；

所述海水电导率传感器安装在绝缘基板的底端；

所述机械臂的一端与绝缘基板连接，另一端安装有摄像机。

一种水下机器人搭载的高压脉冲放电船体表面清洗方法，所述方法包括如下步骤：

将电极板下水至需清洗的船体一侧；

调整所述电极板与船体贴合；

获取海水电导率、待清洗附着物的种类及厚度；

根据所述海水电导率和待清洗附着物的种类及厚度计算需要对电极对施加的高压脉冲电压的脉冲幅度；

根据所述脉冲幅度为致泡清洗单元供电；

所述致泡清洗单元产生空化泡，实现对船体的清洗。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过电极板上的电极对产生空化泡，通过空化泡产生时的冲击波效应和溃灭时的空化射流效应实现对船体的清洗功能，由于对清洗介质无要求，从而实现了能高效地清洗船体表面难以清洗的附着物的功能。

附图说明

图1为本发明的实验装置俯视图；

图2为本发明的实验装置侧视图；

图3为本发明的方法的具体流程图。

附图标记：1-绝缘基板；2-绝缘垫；3-电极；4-电极对；5-电极板；6-电缆；7-地线；8-耐高温防水硅胶；9-万向轮；10-脐带；11-污染物回收管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

为了降低由船舶清洗不及时而增加的航行能耗和成本，我们研发了一种水下机器人搭载的高压脉冲放电船体表面清洗方法与装置，能够高效、节能、无需进坞地自动清洗船体表面难以清除的附着物。本装置设备一次投入，运行成本低，无环境污染，在国内外有较好的应用前景。

如图1、图2所示，一种水下机器人搭载的高压脉冲放电船体表面清洗装置，包括信息采集单元、控制单元和致泡清洗单元、脐带10；

脐带10由脐带电缆6和包裹在脐带电缆6外周的污染物回收管11组成；污染物回收管11与作业船上的污染物回收舱连接，利用低压仓回收击落的船体附着物，避免污染海洋环境；

致泡清洗单元连接高压脉冲电源、高压脉冲电源由作业船供电；高压脉冲电源提供频率为40kHz以上，电压为10kV以上，脉冲宽度毫秒级的脉冲电压；高压脉冲电源的脉冲幅度、脉冲频率、脉冲宽度可根据海水电导率、待清洗的船体附着物的类别调整。

致泡清洗单元包括电极板5与耐高压的绝缘垫2；电极板5由绝缘基板1与若干电极对4构成；绝缘基板1的材料选择环氧树脂板或者其他防水耐高压、耐磨损的绝缘材料；绝缘基板1近船侧四周固定耐高压的绝缘垫2；绝缘垫2的高根据电极3的长度等实际情况计算获取，限制电极3和船体的最小距离，对电极3起保护作用；

电极对4中的两个电极3之间的首端相隔距离为1-1.5 mm，此距离也可以根据海水电导率以及所需清洗的船体附着物种类及厚度等实际计算获取；电极对4由两个电极3构成，电极3数目根据实际情况进行适当调整；电极3的材料选择钨或其他耐高压耐磨损的导电材料；电极3的形状选择柱状、锥状或者其他便于清洗、便于生产、利于产生空化泡的形状；电极3的截面积为1-2mm，电极3的截面积也需要符合实际情况, 根据海水电导率以及所需清洗的船体附着物种类及厚度等实际计算获取；电极3的长度为8-12mm，电极3的长度也可以根据实际情况进行调整，如根据海水电导率以及待清洗的船体附着物类别决定；电极对4中的电极3之间的末端相隔距离为8-12 mm，电极对4之间的相隔距离大于15mm，电极对4中的电极3之间的末端相隔距离及电极对4之间的相隔距离通过海水电导率、待清洗附着物的种类及厚度等实际因素进行计算，可根据实际情况进行调整。

电极对4之间相隔距离不可过短，避免非电极对4的两根电极3之间击穿，影响清洗效率；电极材料、电极截面积、电极形状、电极长度、电极之间的距离将直接影响清洗效果与生产成本、维护成本。

绝缘基板1近船侧四角可固定万向轮9；根据空化泡泡径大小调节万向轮9的长度，使空化泡泡径与空化泡泡心到附着物表面距离的比值近似1.2；参数可根据实际情况调节；

电极对4中的两个电极3之间的夹角以及与绝缘基板1的夹角通过海水电导率、待清洗的船体附着物类别、厚度计算获得，且分别朝向所在电极对4中的另一根钨棒；电极3与绝缘基板1的夹角以及电极对4中的两个所述电极3之间的距离与夹角直接影响清洗效果。

电极3于前端进行放电；电极3的尾端与脐带10的电缆6连接，固定于绝缘基板1上；电极3由耐高温绝缘防水硅胶固定在绝缘基板1上；绝缘垫2由耐高温绝缘防水硅胶8固定在绝缘基板1上，在损坏后便于更换；

绝缘基板1上还设置有地线7。

电极板5的动作由控制单元调节；电极板5的控制单元包括舵机；舵机的前端连接到绝缘基板1背船面中心位置；舵机的另一端固定于水下机器人的法兰上，通过远程控制舵机调整绝缘基板1与船体的角度，达到适应不同型号船舶与不同类型附着物的目的。

信息采集单元包括机械臂、摄像机、海水电导率传感器；机械臂安装在绝缘基1的背船面中线的边缘位置；机械臂包括机械手臂和夹持装置；机械手臂与夹持装置连接；海水电导率传感器安装在绝缘基板的底端。

作业船控制舵机改变机械手臂姿势，实现多角度全方位信息即时采集；夹持装置安装摄像机，进行船体清洗信息采集；采集信息通过无线传至作业船，在控制端进行计算并显示器显示，即时反馈清洗信息；海水电导率传感器测量海水的电导率，并利用无线将采集到的信息传输回作业船；根据海水电导率、待清洗附着物的类别和厚度计算脉冲电压的幅值。

如图3所示，一种水下机器人搭载的高压脉冲放电船体表面清洗方法，利用上述的装置，步骤如下：

（1）作业船搭载清洗装置到达指定清洗位置；

（2）水下机器人搭载电极板5下水，并移动到需清洗的船体一侧；

（3）通过海水电导率传感器测量海水电导率并通过无线传至作业船；

（4）通过舵机调整极板与船体角度，贴合船体；

（5）根据海水电导率和待清洗船体附着物的种类和厚度计算高压脉冲电压的脉冲幅度；

（6）打开高压脉冲电源为致泡清洗单元供电；

（7）致泡清洗单元自动连续产生空化泡；

（8）控制舵机使电极板5移动，实现船体清洗；

（9）通过摄像机采集清洗信息，并在控制端显示，实时监控；

（10）周围清洗完毕，控制水下机器人搭载电极板5移动到下一清洗位置；

（11）船体全部清洗完毕，关闭高压脉冲电源。

本发明的设备轻巧，可搭载于水下机器人，且无需额外机械动力；船体表面水下清洗无需进坞，可在海上实现自动化清洗；减去将船体周身的水排尽的中间步骤，减少清洗成本。本装置运用水下高电压放电技术，利用放电时的等离子体效应、空化清洗效应、冲击波效应和热点效应，实现及时、高效自动化清洗船体附着物。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应该本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。