水下船舶清洗技术综述（英文）

This paper presents a comprehensive review and analysis of ship hull cleaning technologies. Various cleaning methods and devices applied to dry-dock cleaning and underwater cleaning are introduced in detail, including rotary brushes, high-pressure and cavitation water jet technology, ultrasonic technology, and laser cleaning technology. The application of underwater robot technology in ship cleaning not only frees divers from engaging in heavy work but also creates safe and efficient industrial products. Damage to the underlying coating of the ship caused by the underwater cleaning operation can be minimized by optimizing the working process of the underwater cleaning robot. With regard to the adhesion technology mainly used in underwater robots, an overview of recent developments in permanent magnet and electromagnetic adhesion, negative pressure force adhesion, thrust force adhesion, and biologically inspired adhesion is provided. Through the analysis and comparison of current underwater robot products, this paper predicts that major changes in the application of artificial intelligence and multirobot cooperation, as well as optimization and combination of various technologies in underwater cleaning robots, could be expected to further lead to breakthroughs in developing next-generation robots for underwater cleaning.     

船体清洗机器人的开发现状与展望

从船坞内作业和水下作业这两个方面对目前国内外所有船体清洗机器人的开发现状进行系统全面的介绍,包括超高压爬壁除锈机器人和水下船体清洗机器人,突出水下船体清洗机器人的发展优势。将现有的水下船体清洗机器人按磁吸附、真空负压吸附、推力吸附、复合吸附等吸附类型进行分类,具体针对各类吸附移动对其结构功能设计的优缺点进行分析比对。最后,总结吸附性和灵活性难统一、船体复杂壁面难适应和废水废渣难回收等技术难点,针对存在的问题提出推力磁轮复合吸附和水射流清洗技术相结合的创新设计建议,并对多功能化、高智能化、自主性强的多机器人编队协同作业的船体水下清洗发展进行展望。     

水下清刷装置优化设计及实验

水下清刷装置是水下船体表面清刷机器人的关键部件.文中分析了水下清刷装置在水下旋转的受力状况,建立了该装置在水下旋转过程中的动力学模型,运用优化设计和实验的方法确定合理结构参数,为设计和制造水下清刷装置提供了理论依据.     

蠕动爬行攻泥机构转向工作特性的有限元分析

针对用于沉船打捞的水下攻泥机器人蠕动爬行攻泥机构的结构与工作机理，建立了适当的有限元计算模型，进而通过弹塑性有限元计算，模拟了攻泥机构处于土中不同深度的工作情况，建立了攻泥机构前进位移V和转向角θ之间关系的通用公式。通过它可以实现对攻泥机构前进路线的规划与自动控制。     

船舶甲板智能抛丸机器人设计

为解决在船舶外场涂装阶段除锈和拉毛施工效率低、质量不稳定、环境污染严重等问题,设计一款用于船舶甲板的智能抛丸机器人。简介该型机器人系统组成,阐述其抛丸分系统、除尘分系统和越障辅助机构的硬件设计及其软件设计,并设计手动遥控和自主导引操作方式。实船测试结果表明,该型机器人可满足船舶甲板除锈清理的工作要求。     

水下船体表面清刷作业机器人的控制系统

水下船体表面清刷作业机器人是一种新型的用于水下特种作业的机器人。作者从电机驱动、姿态检测、自主控制等几个方面进行了机器人控制系统的硬件及软件设计，实验结果表明控制系统性能达到了设计要求。     

水面舰艇水下防御任务系统研究

该文根据水下防御作战需求,介绍了国外水下防御装备发展趋势,提出水面舰艇水下防御任务系统的功能模块和体系结构,并以水面舰艇编队为例,进行水下防御作战想定。最后指出了后续工作的重点方向。该文对我国海军水面舰艇水下防御发展有一定的参考价值。     

舰船除锈喷漆机器人的研究与设计

为了改进舰船修造行业除锈、喷漆工作落后的、传统的人工作业方式,设计了一种具有除锈、喷漆功能的机器人装置。该机器人采用直角坐标和柱坐标相结合的设计方法,通过主从遥控控制或自动轨迹规划控制,能够实现平面和曲面作业。详细介绍了该机器人的本体结构、驱动方式和控制系统构成,并对机器人自动工作方式的轨迹规划作了阐述。实践表明,使用该机器人代替人工作业,不仅可以减轻操作工人的劳动强度,还可提高工作效率和施工质量,具有较强的应用价值。     

基于蠕动原理拱泥机器人方案研究

本文针对目前沉般打捞作业中潜水员手工攻打千斤洞的现状,首次提出了拱泥机器人的概念。它基于蚯蚓在泥土中爬行的运动机理,可以在水下泥土环境中按预定轨迹从沉船底部一侧向另一侧蠕动爬行,并随时根据检测到的位置和力信息调整运动位置和姿态。将地下穿孔机的冲击原理与蚯蚓的蠕动机理相结合,提出了一种头部冲击式的拱泥机器人的方案。研究了拱泥机器人的运动控制与位姿检测方案,并建立了拱泥机器人在水下泥土环境中作业的力学模型。     

水下船体表面清刷机器人方案研究

介绍一种新型的用于船体表面清刷、涂装等作业的水下船体表面清刷机器人总体组成、基本功能和工作原理，并提出了机械本体、清刷作业装置和控制系统三部分的设计方案。该机器人具有工作效率高，安全性好等优点。     

船舶水下清洗设备控制部分设计

为提高船体水下清洗设备的自动化程度,使清洗设备能在人控制下自动地前进、后退、左转、右转、清刷头的自动提升和下降,文章设计了采用单片机控制液压马达驱动爬行机构运动及红外对射自动调整叶片高度的叶片清洗装置,使清洗设备既洗掉附在船壳上的海生物,又不刮伤船壳表面的油漆。并对整个电路的调试,采用软件进行模拟仿真运行,来提高设计准确率,并在实验中得到验证。     

便携式水下机器人设计

出于对近海海洋探索的目的,本文应用了上次研究[1]的水下ROV空间姿态控制系统设计了一种便携式水下机器人。该水下机器人系统硬件部分主要由电源模块、无刷电调、遥控部分以及姿态传感器模块组成,软件控制以及相关数据处理由一块ARM-M3内核的处理器完成,编译软件使用Kile。水下机器人结构采用3D打印机制作,材料选用PLA。遥控通讯采用CAN总线协议。水下机器人经过实际调试可以达到相关技术要求,下潜深度100 M,能实现简单的水下作业要求。     

悬臂式多自由度喷涂机器人在船舶分段涂装中的使用可行性分析

针对船舶分段涂装目标对象、产品及实施区域,提出悬臂式多自由度喷涂机器人使用方案,结合深中通道涂装机器人方案,从方案整体、目标工件、工作模式等角度对比分析其可行性,为提升船舶分段涂装作业自动化,实现"机器代人"提供解决方案.     

船舶低噪声设计技术研究

由动力装置引起的机械噪声是影响船舶舒适度、船舶电子设备可靠性、船员工作环境的最主要噪声源,也是船舶水下辐射噪声的主要噪声源之一。随着船舶动力装置向高功率密度方向发展,船舶的噪声级越来越高,简单的振动噪声处理已难以满足其噪声和振动限值的要求。为了研究控制船舶机械噪声,提出了船舶低噪声设计方法,建立了全船振动噪声评估及控制方法的设计流程。并以某型船舶低噪声设计为例,通过实船测试,验证了船舶低噪声设计方法的正确性、可靠性和规范性。该方法可适用于各种低噪声船舶的设计中,如物探船、游船、火车渡船等。     

带缆水下机器人控制仿真模拟与水动力分析

本文以Fluent多重滑移网格技术对带缆水下机器人系统进行路径跟踪的仿真计算,将收放缆反馈控制与PID算法调节螺旋桨转速的双重控制策略应用于带缆水下机器人系统,并对带缆水下机器人系统升沉运动的控制误差、螺旋桨推力与转速之间的关系、缆绳系统的张力特性以及水下机器人的水动力响应做了分析。文中数值模拟结果表明,双重控制策略下,带缆水下机器人路径跟踪的控制运动较为精确,其升沉运动位移最大误差约为0.2 m;螺旋桨的转速与推力呈正相关性,转速越大,推力也越大;水下机器人沿预定轨迹运动过程中,缆绳系统张力呈现周期性震荡的变化规律,机器人主体受到的水动力荷载与多种因素相关。     

气泡运动与舰船设备冲击振动关系的试验验证

由于水下爆炸和舰船动态响应的复杂性,对舰船水下爆炸动响应的认识的深刻程度主要来自试验现象和试验数据的分析.由于水下爆炸冲击波和二次压力波早已在水下爆炸试验测量中被发现,因此,在舰船和设备水下爆炸动响应的理论分析和计算过程中只将药包水下爆炸的冲击波作为主要外力,有时也考虑二次压力波的作用.也有人在研究中发现,气泡的运动有时对于舰船设备的运动是重要的.作者于1995年在浮动冲击平台水下爆炸试验中发现"水下爆炸气泡膨胀产生的滞后流是使安装频率为数十赫兹的舰船设备产生冲击振动的主要能源".近年来,发表的水下爆炸气泡运动的研究文献增多,但是,基本没有涉及气泡运动与舰船设备冲击振动的关系.在2003年的圆筒模型水下爆炸试验研究中,作者从另一种角度,用更加简明有力的证据,验证了上述结论.显然,这一发现不仅对于建立正确的理论计算力学模型有重要作用,甚至对于舰船防护的研究乃至水中兵器的研究都有着重要意义.     

用于提高修船效率的绳牵引并联机器人之设计

随着世界修船业的繁荣,中国修船业飞速发展,但也存在不少问题,其中之一就是由于技术水平和装备落后导致修船的效率不高。飞毯是由美国国家标准局提出,它是一个能有效提高修船效率的基于Stewart平台的绳牵引并联机器人。在给定干船坞尺寸参数的情况下,文章设计一套可用于维修11000t级江海直达货船的绳牵引并联机器人系统（即飞毯）;着重介绍其主要部分的布局设计,并探讨其自动化控制策略;为以后飞毯的研制打下理论基础。     

水下锚机设计关键技术

文章介绍某型半潜船水下锚机的使用工况及环境要求,分析总体结构设计、隔舱密封设计、锚进近保护设计和防海水腐蚀设计等关键技术.通过对控制系统和液压系统设计方案进行对比分析,得出解决水下锚机工作的最优方案,为实现锚机的智能化及无人化操作奠定技术基础.     

基于自感控一体的多功能绿色清漂船设计与研究

针对景区湖泊、城市内河等景观水域的漂浮垃圾清理工作量大及小型水面快速自动清污设备短缺的现状,从实用性的角度出发,设计开发了一种基于自感控一体的多功能绿色清漂船。提出了整体设计方案,完成了结构设计与功能开发,利用Fluent等仿真软件进行了动力性能分析,得到了清漂船进行正常清漂作业的性能指标。并通过制作样机和下水实验,验证了所设计清漂船的控制及功能实现,从而为实船应用提供依据。     

水下爆炸冲击波作用下船体舱段变形试验研究

对舰船实尺度舱段在水下爆炸载荷作用下的船底板架变形进行了试验研究及理论分析。以舱段在水下爆炸的试验现象及结果为基础,通过平板模型求解药包在水下任意位置爆炸时舱段的刚体运动特性,以冲击波的入射能减去舱段刚体运动动能作为船底板架的弹塑性变形能,利用能量法,对船底板架应用薄板的大挠度弯曲理论进行局部变形求解。试验结果及理论分析表明:舱段模型在水下爆炸过程中会产生较大的刚体运动,船底外板变形区域主要集中在纵桁和实肋板交叉的板格内,理论求解的板格最大变形与试验结果较为一致。该文结果可对船体外板变形计算及局部强度考核提供数据及理论的参考。