一種海上油汙處理機器人的製作方法
2023-05-14 22:52:21 2
本實用新型屬於海上吸除油汙技術領域，涉及小型可攜式油汙處理機器人在物理層面油汙的處理，尤其涉及在小範圍內處理油汙，相較於人工處理操作更簡便、靈活。油汙為粘度較高的原油、重油。
背景技術：
我國海洋面積達300萬公裡，海上油品的運輸量大，特別是海洋石油勘探的迅速發展，對海洋的汙染日趨嚴重，這樣就使我們必須研究海洋油汙染的處理，保護這有限的藍色國土。
目前對海洋油汙染的處理方法一般有三種：(1)撈取法，主要對能結塊的原油進行網撈；(2)吸取法，主要對液體態的成品油和油製品進行吸取；(3)化油法，是將化油劑噴入液態油中，使油乳化成微小顆粒，加速微生物的降解過程。
但是，撈取法主要對能結塊的原油進行網撈，操作簡便，設備簡單，應用範圍小。吸取法主要對液體態的成品油和油製品進行吸取，操作複雜，設備多，特別是需要大容量艙室，但應用範圍廣。化油法是將化油劑噴入液態油中，使油乳化成微小顆粒，加速微生物的降解過程。操作簡便，設備簡單，但應用範圍受到限制。
至今還未有關於在小範圍內進行油汙處理，相較於人工處理操作更簡便、靈活、易於組裝方便操作，採用吸附油汙過濾海水的海上油汙處理機器人。
技術實現要素：
本實用新型是的目的是針對現有技術的不足，提供一種適合小範圍且便捷操控的油汙處理機器人，採用臍帶纜實現供電與遠程控制，利用小型推進器配合自製的吸油、濾油裝置進行工作。
本實用新型採用如下技術方案：
本實用新型包括機架、控制艙、吸油裝置、自吸泵、底座、濾油缸、垂直推進器、水平推進器和重心調節模塊。所述的控制艙設有前、後端蓋；兩個呈45°的水平推進器設置在機架尾部；機架頂部設置垂直推進器。自吸泵的輸入口與吸油裝置的吸油嘴輸出口連接，吸油嘴水平設置；控制艙內設有浮動材料；吸油嘴上設置探測傳感器。濾油缸的濾油缸輸入口與自吸泵的輸出口連接。
所述的濾油缸中放置吸油材料，濾油缸採用分級過濾，相鄰兩級通過過濾網隔離吸油材料。濾油缸上蓋與濾油缸可拆卸連接；濾油缸的濾油缸座設有一體成型的n個凸環，n≥2，凸環內壁為內齒輪；底座與每個凸環均通過一根棍子固定，棍子上固定有外齒輪；每個外齒輪與濾油缸座上對應一個凸環的內齒輪嚙合。
所述的控制艙包括電源管理倉和通信倉；所述的電源管理倉包括備用電源和電源控制板；電源控制板與備用電源、母船的主用電源、通信倉、垂直推進器、水平推進器和自吸泵均通過臍帶纜連接，並控制備用電源或母船的主用電源實現通信倉、垂直推進器、水平推進器和自吸泵的通斷電以及母船的主用電源和備用電源切換，當母船的主用電源電量低於設定值時啟用備用電源，當主用電源電量恢復時重新啟用主用電源，同時為備用電源充電。所述的通信倉與垂直推進器和水平推進器均通過臍帶纜連接，控制垂直推進器和水平推進器運動；通信倉的主控電路板連接有姿態傳感器和深度計；吸油嘴上的探測傳感器與母船的主控電路板連接。與通信倉的主控電路板連接且設置在濾油缸底部的重力傳感器將信息傳遞至通信倉的主控電路板。
所述的重心調節模塊包括前重心調節軸、後重心調節軸以及多個重量規格的前重塊和後重塊；前重心調節軸和後重心調節軸前後平行固定在底座上；前重心調節軸上通過緊定螺釘固定一塊前重塊；後重心調節軸上通過緊定螺釘固定一塊後重塊。
所述的機架外圍設有防碰撞裝置。
所述的電源控制板、通信倉和母船的主控電路板均採用STM32L152晶片。
本實用新型與現有技術相比具有如下優點：
1.本實用新型機架採用ROV開架式，同等功率下提高其運動性能，滿足剛度和強度的要求，便於根據實際需求布置設備和儀器，經濟性好，工藝簡單，便於加工和安裝。
2.本實用新型採用臍帶纜供電，故有連續的動力做支撐。雖然機架式設計阻力較大，然而從整體布局考慮，極大方便了各設備儀器的安裝和固定，包括控制艙，濾油缸，自吸泵，驅動裝置等。
3.本實用新型便於攜帶，適用於小範圍處理油汙，結構簡單，性能可靠，性價比高並且還可以處理水下油汙。
4.採用可拆卸濾油缸且可更換高吸油性樹脂進行分層吸油，吸油裝置不漏油，吸油材料成本低。
5、濾油缸與底座固定牢靠，重心調節模塊使得機器人橫向、縱向重心可調。
附圖說明
圖1為本實用新型的整體結構示意圖；
圖2為本實用新型的俯視示意圖；
圖3為本實用新型中濾油缸的外部結構示意圖；
圖4為本實用新型中濾油缸的剖面圖；
圖5為本實用新型中底座與濾油缸的鎖緊固定示意圖；
圖6為本實用新型中重心調節模塊的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
如圖1、2和4所示，一種海上油汙處理機器人包括機架2、控制艙、吸油裝置3、自吸泵5、底座6、濾油缸7、垂直推進器8、水平推進器9和重心調節模塊。機架2採用鈦合金材料；機架外圍設有防碰撞裝置，如船用防撞輪胎，防止機器人在水下吸油時被海水中的漂浮物撞擊，保護機器人；控制艙設有前、後端蓋；兩個呈45°的水平推進器9設置在機架2尾部，同時工作時實現前進、後退，不同時工作時差速運動實現轉彎功能；機架2頂部採用單個功率較大的垂直推進器8正反轉實現垂直方向的上行下潛功能。自吸泵5的輸入口與吸油裝置3的吸油嘴4輸出口連接，吸油嘴4水平設置，進行吸油工作；控制艙內設有浮動材料1，使吸油嘴4恰好處於油水分界處，更大地增加吸油效率；吸油嘴上設置探測傳感器，檢測機器人周圍的油汙是否吸除乾淨並且將信號傳回母船，使母船控制機器人完成油汙吸除。濾油缸7固定在底座6上，濾油缸7的濾油缸輸入口11與自吸泵5的輸出口連接，對油汙進行吸附；將吸油材料放置在濾油缸中，吸油時進行過濾並將油吸附在吸油材料中，動力由自吸泵提供，過濾完海水直接由濾油缸輸出口14導入海中。
如圖3、4和5所示，濾油缸採用分級過濾，相鄰兩級通過過濾網13隔離吸油材料12。吸油材料採用高吸油性樹脂、膨脹石墨以及炭化秸稈三種材料以質量分數為1:1:5的比例混合而成，這樣的配比，可以防止機器人在水下吸油時水壓過大而造成吸油裝置漏油，並且以此比例混合可以使吸油指數高於三種材料單獨作為吸油材料時，其中炭化秸稈比例較高降低了吸油材料的成本，且材料容易獲得。進入深層海底吸除油汙時，可更換大的濾油嘴，將吸油裝置3的位置調成垂直向上，同時將吸油材料更換為纖維素纖維，在水下進行一定範圍的掃描。為方便更換過濾材料，濾油缸上蓋10可從濾油缸7上拆卸；濾油缸7的濾油缸座設有一體成型的四個凸環15，凸環內壁為內齒輪16；底座與每個凸環均通過一根棍子18固定，棍子18上固定有外齒輪17；每個外齒輪17與濾油缸座上對應一個凸環的內齒輪嚙合，使濾油缸7與底座6固定更加牢靠。
控制艙包括電源管理倉和通信倉；電源管理倉包括備用電源和電源控制板；電源控制板與備用電源、母船的主用電源、通信倉、垂直推進器8、水平推進器9和自吸泵均通過臍帶纜連接，並控制備用電源或母船的主用電源實現通信倉、垂直推進器8、水平推進器9和自吸泵的通斷電以及母船的主用電源和備用電源切換，當母船的主用電源電量低於一定值時啟用備用電源，當主用電源電量恢復時重新啟用主用電源，同時為備用電源充電。通信倉與垂直推進器8和水平推進器9均通過臍帶纜連接，控制垂直推進器8和水平推進器9運動，從而使海上油汙處理機器人實現前進、後退、左轉、右轉、定點旋轉、上浮、下潛和左右平移中任意一種運動或任意幾種組合運動；臍帶纜作為供電線及控制線。電源控制板、通信倉和母船的主控電路板均採用超低功耗的STM32L152晶片；母船的主控電路板控制母船的主用電源對母船進行供電；當控制艙和母船不需要工作時，電源控制板、通信倉的主控電路板處於低功耗模式以節約電量，增加續航時間。
通信倉的主控電路板連接有姿態傳感器和深度計；吸油嘴上的探測傳感器與母船的主控電路板連接。機器人在漏油區工作時，當濾油缸滿載時，與通信倉的主控電路板連接且設置在濾油缸7底部的重力傳感器將信息傳遞至通信倉的主控電路板，通信倉的主控電路板控制機器人停止吸油，並使機器人自動回到母船卸油，然後出發至漏油區繼續工作。
如圖6所示，重心調節模塊包括前重心調節軸20、後重心調節軸22以及多個重量規格的前重塊19和後重塊21；前重心調節軸20和後重心調節軸22前後平行固定在底座6上；前重心調節軸20上通過緊定螺釘固定一塊前重塊19；後重心調節軸2上通過緊定螺釘固定一塊後重塊21；機器人橫向重心位置通過改變前重塊19和後重塊21的固定位置來調節，縱向重心位置通過調節前重塊19和後重塊21的重量規格來調節。