海上油污处理机器人的制作方法

本发明属于海上吸除油污技术领域，涉及小型便携式油污处理机器人在物理层面油污的处理，尤其涉及在小范围内处理油污，相较于人工处理操作更简便、灵活。油污为粘度较高的原油、重油。

背景技术：

我国海洋面积达300万公里，海上油品的运输量大，特别是海洋石油勘探的迅速发展，对海洋的污染日趋严重，这样就使我们必须研究海洋油污染的处理，保护这有限的蓝色国土。

目前对海洋油污染的处理方法一般有三种：(1)捞取法，主要对能结块的原油进行网捞；(2)吸取法，主要对液体态的成品油和油制品进行吸取；(3)化油法，是将化油剂喷入液态油中，使油乳化成微小颗粒，加速微生物的降解过程。

但是，捞取法主要对能结块的原油进行网捞，操作简便，设备简单，应用范围小。吸取法主要对液体态的成品油和油制品进行吸取，操作复杂，设备多，特别是需要大容量舱室，但应用范围广。化油法是将化油剂喷入液态油中，使油乳化成微小颗粒，加速微生物的降解过程。操作简便，设备简单，但应用范围受到限制。

至今还未有关于在小范围内进行油污处理，相较于人工处理操作更简便、灵活、易于组装方便操作，采用吸附油污过滤海水的海上油污处理机器人。

技术实现要素：

本发明是的目的是针对现有技术的不足，提供一种适合小范围且便捷操控的油污处理机器人，采用脐带缆实现供电与远程控制，利用小型推进器配合自制的吸油、滤油装置进行工作。

本发明采用如下技术方案：

本发明包括机架、控制舱、吸油装置、自吸泵、底座、滤油缸、垂直推进器、水平推进器和重心调节模块。所述的控制舱设有前、后端盖；两个呈45°的水平推进器设置在机架尾部；机架顶部设置垂直推进器。自吸泵的输入口与吸油装置的吸油嘴输出口连接，吸油嘴水平设置；控制舱内设有浮动材料；吸油嘴上设置探测传感器。滤油缸的滤油缸输入口与自吸泵的输出口连接。

所述的滤油缸中放置吸油材料，滤油缸采用分级过滤，相邻两级通过过滤网隔离吸油材料。滤油缸上盖与滤油缸可拆卸连接；滤油缸的滤油缸座设有一体成型的n个凸环，n≥2，凸环内壁为内齿轮；底座与每个凸环均通过一根棍子固定，棍子上固定有外齿轮；每个外齿轮与滤油缸座上对应一个凸环的内齿轮啮合。

所述的控制舱包括电源管理仓和通信仓；所述的电源管理仓包括备用电源和电源控制板；电源控制板与备用电源、母船的主用电源、通信仓、垂直推进器、水平推进器和自吸泵均通过脐带缆连接，并控制备用电源或母船的主用电源实现通信仓、垂直推进器、水平推进器和自吸泵的通断电以及母船的主用电源和备用电源切换，当母船的主用电源电量低于设定值时启用备用电源，当主用电源电量恢复时重新启用主用电源，同时为备用电源充电。所述的通信仓与垂直推进器和水平推进器均通过脐带缆连接，控制垂直推进器和水平推进器运动；通信仓的主控电路板连接有姿态传感器和深度计；吸油嘴上的探测传感器与母船的主控电路板连接。与通信仓的主控电路板连接且设置在滤油缸底部的重力传感器将信息传递至通信仓的主控电路板。

所述的重心调节模块包括前重心调节轴、后重心调节轴以及多个重量规格的前重块和后重块；前重心调节轴和后重心调节轴前后平行固定在底座上；前重心调节轴上通过紧定螺钉固定一块前重块；后重心调节轴上通过紧定螺钉固定一块后重块。

所述的机架采用钛合金材料。

所述的机架外围设有防碰撞装置。

所述的吸油材料采用高吸油性树脂、膨胀石墨以及炭化秸秆三种材料以质量分数为1:1:5的比例混合而成。

深层海底吸除油污时，更换大的滤油嘴，且吸油嘴垂直向上，吸油材料为纤维素纤维。

所述的电源控制板、通信仓和母船的主控电路板均采用stm32l152芯片。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明机架采用rov开架式，同等功率下提高其运动性能，满足刚度和强度的要求，便于根据实际需求布置设备和仪器，经济性好，工艺简单，便于加工和安装。

2.本发明采用脐带缆供电，故有连续的动力做支撑。虽然机架式设计阻力较大，然而从整体布局考虑，极大方便了各设备仪器的安装和固定，包括控制舱，滤油缸，自吸泵，驱动装置等。

3.本发明便于携带，适用于小范围处理油污，结构简单，性能可靠，性价比高并且还可以处理水下油污。

4.采用可拆卸滤油缸且可更换高吸油性树脂进行分层吸油，吸油装置不漏油，吸油材料成本低。

5、滤油缸与底座固定牢靠，重心调节模块使得机器人横向、纵向重心可调。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的俯视示意图；

图3为本发明中滤油缸的外部结构示意图；

图4为本发明中滤油缸的剖面图；

图5为本发明中底座与滤油缸的锁紧固定示意图；

图6为本发明中重心调节模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2和4所示，海上油污处理机器人包括机架2、控制舱、吸油装置3、自吸泵5、底座6、滤油缸7、垂直推进器8、水平推进器9和重心调节模块。机架2采用钛合金材料；机架外围设有防碰撞装置，如船用防撞轮胎，防止机器人在水下吸油时被海水中的漂浮物撞击，保护机器人；控制舱设有前、后端盖；两个呈45°的水平推进器9设置在机架2尾部，同时工作时实现前进、后退，不同时工作时差速运动实现转弯功能；机架2顶部采用单个功率较大的垂直推进器8正反转实现垂直方向的上行下潜功能。自吸泵5的输入口与吸油装置3的吸油嘴4输出口连接，吸油嘴4水平设置，进行吸油工作；控制舱内设有浮动材料1，使吸油嘴4恰好处于油水分界处，更大地增加吸油效率；吸油嘴上设置探测传感器，检测机器人周围的油污是否吸除干净并且将信号传回母船，使母船控制机器人完成油污吸除。滤油缸7固定在底座6上，滤油缸7的滤油缸输入口11与自吸泵5的输出口连接，对油污进行吸附；将吸油材料放置在滤油缸中，吸油时进行过滤并将油吸附在吸油材料中，动力由自吸泵提供，过滤完海水直接由滤油缸输出口14导入海中。

如图3、4和5所示，滤油缸采用分级过滤，相邻两级通过过滤网13隔离吸油材料12。吸油材料采用高吸油性树脂、膨胀石墨以及炭化秸秆三种材料以质量分数为1:1:5的比例混合而成，这样的配比，可以防止机器人在水下吸油时水压过大而造成吸油装置漏油，并且以此比例混合可以使吸油指数高于三种材料单独作为吸油材料时，其中炭化秸秆比例较高降低了吸油材料的成本，且材料容易获得。进入深层海底吸除油污时，可更换大的滤油嘴，将吸油装置3的位置调成垂直向上，同时将吸油材料更换为纤维素纤维，在水下进行一定范围的扫描。为方便更换过滤材料，滤油缸上盖10可从滤油缸7上拆卸；滤油缸7的滤油缸座设有一体成型的四个凸环15，凸环内壁为内齿轮16；底座与每个凸环均通过一根棍子18固定，棍子18上固定有外齿轮17；每个外齿轮17与滤油缸座上对应一个凸环的内齿轮啮合，使滤油缸7与底座6固定更加牢靠。

控制舱包括电源管理仓和通信仓；电源管理仓包括备用电源和电源控制板；电源控制板与备用电源、母船的主用电源、通信仓、垂直推进器8、水平推进器9和自吸泵均通过脐带缆连接，并控制备用电源或母船的主用电源实现通信仓、垂直推进器8、水平推进器9和自吸泵的通断电以及母船的主用电源和备用电源切换，当母船的主用电源电量低于一定值时启用备用电源，当主用电源电量恢复时重新启用主用电源，同时为备用电源充电。通信仓与垂直推进器8和水平推进器9均通过脐带缆连接，控制垂直推进器8和水平推进器9运动，从而使海上油污处理机器人实现前进、后退、左转、右转、定点旋转、上浮、下潜和左右平移中任意一种运动或任意几种组合运动；脐带缆作为供电线及控制线。电源控制板、通信仓和母船的主控电路板均采用超低功耗的stm32l152芯片；母船的主控电路板控制母船的主用电源对母船进行供电；当控制舱和母船不需要工作时，电源控制板、通信仓的主控电路板处于低功耗模式以节约电量，增加续航时间。

通信仓的主控电路板连接有姿态传感器和深度计；吸油嘴上的探测传感器与母船的主控电路板连接。机器人在漏油区工作时，当滤油缸满载时，与通信仓的主控电路板连接且设置在滤油缸7底部的重力传感器将信息传递至通信仓的主控电路板，通信仓的主控电路板控制机器人停止吸油，并使机器人自动回到母船卸油，然后出发至漏油区继续工作。

如图6所示，重心调节模块包括前重心调节轴20、后重心调节轴22以及多个重量规格的前重块19和后重块21；前重心调节轴20和后重心调节轴22前后平行固定在底座6上；前重心调节轴20上通过紧定螺钉固定一块前重块19；后重心调节轴2上通过紧定螺钉固定一块后重块21；机器人横向重心位置通过改变前重块19和后重块21的固定位置来调节，纵向重心位置通过调节前重块19和后重块21的重量规格来调节。