[00334418]复合吸附式船体清刷机器人

成果来源 来源于项目负责人的自拟项目的相关研究工作,已申报多项专利。 二、产业领域 面向船舶维修行业市场,客户群包括船舶修理厂、船舶运输公司、军用舰船等。 三、拟转化落地方式 技术转让、股权投资或合作开发。 四、成果简介 据相关资料显示我国的船舶建造与维修处于产业生命周期的成长期的前期。虽然国外已经逐步开始使用水下机器人进行船舶壳体的清理工作,但是仍采用潜水员驾驶;并且目前国内广泛应用的船体清刷技术为传统的坞内高压水清洗或喷丸清洗,可见高技术的机器人水下船体清刷技术的应用方兴未艾,具有极大的应用价值和市场潜力。 本项目所研发和产业化的水下船体清刷机器人是应用于船舶维修行业的高新科技产品,能够解决传统清刷技术所固有的问题（如船舶入坞成本高、潜水员作业危险度高等）。 下面从机器人的技术角度对其进行简要介绍。 ①复合吸附原理 复合吸附水下船体清刷机器人是采用磁吸附和推进器吸附这两种吸附方式附着在船体上进行工作的,在船的侧面不与水接触的地方,一般不会生长较厚的贝类等,所以这部分不会因为磁吸附履带与船体距离变大而导致磁吸附失效的情况发生,因此机器人可以依靠磁吸附的方式在船体侧面行走。在船的侧面与水接触的部分,如果常年未进行清刷,就会生长数层较厚的贝类等,当机器人行走在此处时,就会因为船体与磁吸附履带的距离变大从而导致磁吸附方式部分甚至全部失效,此时推进器吸附就会成为主要的吸附方式。所以本设计将两种吸附方式结合在一起,保证了机器人不会因吸附方式失效而导致与船体分离,以克服传统船体清刷机器人使用效果不理想的问题。 使用时,首先从船弦通过绞车将清刷机器人放在船外侧的某一位置,并吸在船外表面,启动后开始按照程序所预定的轨迹向船体位于水下的部分行走,在开始行走的时候,机器人前部的清洁刷2开始旋转工作,机器人一边行走,三个清洁刷所覆盖的区域即被清刷干净。 ②海藻或藤壶的清洁刷方式 此外清洁刷是一个比较关键的部件,根据清刷的对象（海藻或藤壶）形式的不同分为藤壶刷和海藻刷两种。藤壶刷是一个专门用于清除藤壶和其他硬壳的海洋附着物的工具,适于钢铁,水泥和木材桩,海堤,桥梁,隔板和船只外表面的清刷。突出特点是能够摧垮藤壶以及其他重型贝类增长物。海藻刷是一种软毛刷,可以高效的清洁海藻以及附着初期的贝类,对于表层只有海藻或经常清刷的船可采用海藻刷进行快速刷洗。 另外,在本清刷机器人的前部加装有探照灯、摄像头、高压水枪等辅助装置。探照灯配合摄像头可以实时监控清刷机器人的工作状态。而在有些附着比较坚硬的贝类的地方,清洁刷无法清刷干净的时候,可以启动高压水进行清刷,然后再使用清洁刷进行清刷。整体复合吸附船体清刷机器人的电力、液压力采用复合电缆提供,在复合电缆内部含有钢丝绳、电源电缆和信号电缆、油管等,在船甲板上加装卷扬装置,在本清刷机器人出现故障的时候,依靠卷扬装置,通过复合电缆将机器人拉回船甲板上。 五、成果成熟性与可行性 本项目经过多年的研究与开发,已经积累了大量的经验。目前已有样品机3代,多项核心技术已申请专利,关键技术已经实现并掌握： 水下机、电、液一体化作业装备技术; 水下机器人自主导航技术; 水下清刷与切削切削技术; 水下机器人遥控及监测技术。 六、主要竞争对手与国内外同类产品比较 美国海军研究中心研发的“船体水下自动维护工程车”（AHMV）。自重为400kg,是一款集船体清污和水下检测功能为一体的水下机器人。在工程车的后半部有一个大直径的螺旋桨,依靠液压动力驱动螺旋桨产生巨大推力,使其吸附在船体表面;在螺旋桨周围有三个行走轮子,通过电机驱动轮子使工程车可以在船体表面行走;在工程车底部由三个清洁刷组成的清刷系统,依靠液压动力提供旋转动力。在工程车的表面还装有各类传感器,如深度传感器检测水下深度,距离传感器检测到钢板的距离,另外还装有水下灯和水下摄像头观察其水下的清刷效果。 英国船舶研究计划中心研发的SCAMP水下机器人采用液压站提供主要动力。工作原理是依靠动力源提供动力,带动中心推进器进行旋转,将机器人贴在船体表面,利用旋转的刷具对表面的污损物去除,。缺点是需要依靠潜水员水下进行人工操作,而且机器人选用的推力吸附的螺旋桨直径比较大,造成体积也比较庞大,潜水员在水下操作会造成很大的困难。 国内集美大学实验室制作的水下清污器,吸附方式是采用永磁和电磁复合吸附方式,保证吸附方式的可靠性。移动方式是采用履带和车轮的复合移动方式,可以在船体的表面可靠行走。使用人工操作的有线遥控,可以在岸上对机器人进行操作。缺点是机器人在船体表面污损物比较厚的地方,吸附力不能可靠保证。 英国UMC公司生产的MINI PAPER船体清刷机器人,既能实现船体表面污损物的清刷,也可以对船体表面的状况进行水下监测,是目前船体清刷技术领域中最为先进和完善的机器人,目前市场已经遍布在世界各个港口。在机器人的内部有两个反向旋转清洁刷,通过旋转刷子产生几百千克的吸力吸附到船体表面。缺点是机器人需要潜水员水下作业,虽然体积不是过于庞大,但是工作环境还是比较恶劣。 比利时HYDREX公司生产的船体清刷机器人,可以为各类船舶提供清刷、修理及其维护,延长船体的寿命。目前,针对国际油价的升高,使用小型船体清刷设备进行清刷处理普遍推广。而HYDRX公司的MC312–Typhoon船体清刷机器人是一款由液压动力源提供动力,在水下进行清污处理的水下机器人。外形类似于汽车形状的机器人,主要依靠旋转刷在清刷过程产生的吸附力使机器人贴附在船体表面,采用轮式行走机构保证移动方式的可靠性。缺点是清洁刷停止清刷时,机器人无法贴附在船体表面,同时,工作时需要潜水员进行水下操作,水下的环境比较恶劣,危险性较大。 七、市场预测 据相关资料显示我国的船舶建造与维修处于产业生命周期的成长期的前期,成长期将持续到21世纪中期,成熟期将至少持续到22世纪中期。虽然国外已经逐步开始使用水下机器人进行船舶壳体的清理工作,但是仍采用潜水员驾驶;并且目前国内广泛应用的船体清刷技术为传统的坞内高压水清洗或喷丸清洗,可见高技术的机器人水下船体清刷技术的应用方兴未艾,具有极大的应用价值和市场潜力。 八、风险分析与对策 1.市场需求风险 水下机器人清刷技术在国内是一项用于传统船舶维修行业的新兴技术,让客户接受和认识需要一定的时间和方法。因此在产品和服务的推广期间,充分以客户为中心,向其充分展示新技术应用所能带来的经济效应和便利。同时提供良好的技术服务支持,建立合理的售后服务和技术培训,缩短客户对新技术的学习和磨合时间。此外,针对客户的反馈,及时进行技术更新和升级,优化人机操作界面,提高产品的操作性。 2.盈利周期过长风险 水下机器人清刷技术具备明显的技术优势,但在国内进行产业化是第一次。如何保证新技术产品的产业化按计划实施、尽快缩短产品开发周期,是公司需要考虑和解决的主要问题。在产品开发期间,主要通过以下几个方面来确保开发过程的顺利进行：做好开发工作的协调管理,明确开发人员的作业目标及责任,做好开发计划、划分好进程关键点,按计划完成相关工作;为确保研发工作顺利进行,强调后勤保障工作到位,确保物料、生产设备、外委工厂联系、调试场地和船舶等相关工作与研发工作相协调,有利保障产品开发工作的进行;在进行产品研发的同时,逐渐加强市场营销工作的推广,培养潜在客户、建立意向签约客户,为产品尽快上市打好基础,以便迅速将技术产品转化为企业的实际利润。 九、投入与效益分析 为更好更快地推广复合吸附船体清刷机器人,并增加企业的盈利空间。我们首先进行免费清刷推广、微利清刷推广、产品销售以及高附加值清刷服务三个阶段。前期主要同传统的清刷方式进行市场竞争,产品的认知、推广是主要矛盾,后期销售渠道打开,产品稳定了就转移到机器人产品销售以及高附加值清刷服务上来,最终实现每个船东都意识到“船舶清洗变得像刷车一样的简单、便捷”,每一艘大型船舶上都配备一个船体清刷机器人,这样该项目产品的主要获利模式将变为机器人销售。 在经济效益上,使用具有自主式的水下船体清刷机器人,可以大量降低船体航行的耗油量,节省人工清刷船体的费用,为船体长期的使用带来方便;在操作人员上,使用自主式的船体清刷机器人可以实现机器人的自主式清刷,不需要工作人员下潜到水底进行控制,也不用船舶专门进入到船坞进行清理,可以节省大量的人力、物力和时间;在国家利益安全上,机器人在水下船体清刷技术的应用方兴未艾,具有极大的应用价值和市场潜力,研究这种船体清刷机器人可以让我国在机器人清刷方面抢到制高点,同国外的产品可以进行自由竞争,跟上国际科技研究的潮流。 按照每台机器人每年清洗当量10万吨级的船舶一艘,每年可为客户节省能源（跟据国外文献可节油7%,10万吨级船舶日消耗量燃油90吨,每吨柴油价格按0.59万元计算,一年航行时间按100天计算）： V=1×100×90×0.59×7%=371.7万元 再按照每两年进船坞进行清刷作业,清刷作业的费用为100万元,那么每年折合50万元。 同时,从环保角度分析,按照1吨柴油产生3.115吨CO2计算,每年由于节约燃料而减少的温室气体排放量约为： M=1×100×90×3.115×7%=1962.45吨 可以看出,该项目可为国家节约大量燃油和船舶维修费用,减少二氧化碳等温室气体的排放,因此项目同时具有巨大的经济效益和社会效益。