长期以来,船舶清理工作主要依赖人工敲打、铲刮或高压水射流等方式,不仅效率低下,还存在劳动强度大、作业风险高等问题。如今,随着“水下船舶清理机器人”的诞生,这一局面有望被彻底改变。

传统方式弊端凸显,智能清理成趋势

在传统的船舶维护中,工人需手持工具对船体表面进行敲打和铲刮,耗时耗力。因垢层坚硬致密且面积大,维修工期长,工人劳动强度大。而高压水射流技术虽效率较高,但往往需要将船舶脱离水面,工序复杂,成本高昂。尤其是在大型船舶的维护中,船坞资源紧张、修船期长等问题进一步加剧了船舶运营的压力。

针对这些痛点,近日，延安大学杨延宁老师指导的团队设计了一款可在水下直接作业的清理机器人,其中主要设计发明人以曹峻华同学为首。该机器人通过电磁吸附装置牢牢固定在船体表面,配合旋转刀头和智能控制系统,实现对附着物的高效清除。机器人可手动遥控,也可输入程序自动运行,适应不同作业需求。这种灵活的控制方式,既保证了人工干预的可能性,又为实现全自动作业奠定基础。

技术亮点频现,创新不止

该机器人的一大创新在于其“清理足”结构。每个清理足中部装有动力马达,带动下方刀头旋转,弹簧设计提供了微调和缓冲功能,确保刀头与船体表面紧密贴合。外部的高强度玻璃罩则有效隔离水压和杂物,保障内部结构安全。驻足杆的可伸缩设计,使机器人能够灵活调节清理位置,适应不同船型的作业需求。

值得一提的是,机器人的清理系统采用模块化设计,刀具从上部安装进内部辐条中,通过弹簧抵住上顶板将刀头固定于伸展状态。定力矩结构采用紧定螺钉与弹簧将滚珠抵住,以此来设定其工作清扫力。这种设计使得刀头可以对藻类等进行高效清除,而外围结构可以作为藤壶、贝类等难以去除的附着物的预清扫工具,在定力矩刀具的清扫时,避免了打滑、滑移及清扫力矩过大导致的电机过载等问题。

机器人配备多种传感器,包括姿势传感器、激光传感器、压力传感器等,实时监测机器人状态和水下环境。信号处理模块与控制器协同工作,确保机器人在复杂水流中保持稳定,精准执行清理任务。控制器姿势传感器分别安装在控制器和机器人本体上,用于控制机体的运动速度、加速度和偏移位置,控制机体实现位置修正。

在结构强度方面,设计团队通过有限元分析对关键部件进行了校核。分析结果显示,在受到侧向倾角为30度的冲击时,结构的应变程度为9.513e-009,满足正常使用需要;其所受应力为3.295e-003 N/m²,同样在设计预计内。这一数据验证了机器人结构的可靠性和安全性。

应用场景拓展与行业价值

随着海洋开发进程的加快,对水下作业装备的需求日益增加。海底探测、打捞、管线检测与修复等复杂任务对水下机器人的性能提出了越来越高的要求。除了船舶清理,该机器人还可应用于深远海养殖平台、海洋牧场、水电大坝检测等多个领域,本机器人的应用将为深远海养殖装备智能化升级提供有力支撑。

从经济效益看,机器人采用密闭空间设计,浮力与重力平衡,有效降低能耗。其电池组防水性能优越,支持长时间水下作业。据测算,若大规模推广应用,船舶燃油消耗可显著降低,维护成本大幅缩减。以一艘5万吨级油船为例,在19个月内没有进行清理的情况下,速度约降低2节;而定期清理的船舶,两年内可节省燃料约2000吨,相当于50万美元。

团队成员表示,未来他们还将进一步优化机器人的智能化水平,探索更多应用场景,助力绿色航运和海洋环保事业。在全球航运业绿色低碳转型的大趋势下,水下清理机器人有望成为船舶运维领域不可或缺的重要装备。