專利名稱：船體用機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及典型地配置為清潔和/或檢測(cè)船體的船體用機(jī)器人。
背景技術(shù)：
船舶船體在其航行于水中時(shí)的摩擦阻力占總阻力的45%到90%，并且可能由于船體粘滿藻類、海草、藤壺等而增加6%到80%。由于油輪輪身適度生物粘附產(chǎn)生的30%的附加阻力會(huì)使船舶的燃料消耗增加12噸/天。最終增加了船舶的操作成本并增加了排放。因此，已有多種方法以降低生物粘附的機(jī)會(huì)和/或清潔船舶船體。例如，使用船體漆和涂層以試圖減少生物粘附的機(jī)會(huì)，但是這種處理并不總是可靠地起作用。例如參見在此引入作為參考的美國(guó)專利No. 7390560。同樣，船舶必須在施加油漆和/或涂層的同時(shí)在干船塢中停留相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。還需要防污油漆和涂層的環(huán)境條件。因此，典型地，當(dāng)船在碼頭區(qū)時(shí)和/或在正常卸貨期間，船體要由深水潛水員使用電動(dòng)刷子定期進(jìn)行手動(dòng)清潔。這種清潔措施的成本很高。這種清潔工作要大約每10到12 個(gè)月重復(fù)一次，如果需要的話會(huì)更短。更糟的是，一些管轄區(qū)域已經(jīng)認(rèn)定這種工作由于會(huì)污染水體的防污漆的毒性而變得非法。因此，提出了機(jī)器人船體清潔裝置。例如，“Hismar〃財(cái)團(tuán)已經(jīng)提出在正常卸貨期間用于船體清潔的機(jī)器人平臺(tái)。機(jī)器人在船舶穩(wěn)定時(shí)磁性附接到船體上并且拴系在操作員控制裝置、高壓水源、抽吸子系統(tǒng)和動(dòng)力子系統(tǒng)上。美國(guó)專利No. 5628271 ；No. 6317387 ；No. 4674949 ；No. 4401048 ；No. 4079694 ； No. 3946692和No. 3638600中公開了其它拴系機(jī)器人。同樣參見WO 02/074611 ；刊登于海洋科學(xué)和應(yīng)用學(xué)報(bào)，2004年6月第1期第3卷上的Lee Min Wai Serene和Koh Cheok Wei 的"用于水下船體的遙控潛水器(ROV)的設(shè)計(jì)"和Fu-cai等的"水下船體清潔機(jī)器人"。 所有這些文獻(xiàn)在此弓I入作為參考。大部分現(xiàn)有的船體清潔機(jī)器人具有一些缺點(diǎn)。典型地，機(jī)器人連接到電纜上，由機(jī)載電源和控制子系統(tǒng)進(jìn)行供電和控制并且只能在靜止船舶上操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新穎的船體用機(jī)器人。在一個(gè)實(shí)例中，船體用機(jī)器人為自主式并且能夠在船舶行進(jìn)期間操作。船體用機(jī)器人可以定期操作，例如每周、每日乃至連續(xù)進(jìn)行。在一個(gè)方面，船體清潔機(jī)器人能夠輔助降低船舶的摩擦阻力。有可能降低燃料費(fèi)用和降低二氧化碳(CO2)排放。船體清潔機(jī)器人可以降低使船舶船體去污的成本，在船體清潔期間減少防污油漆毒質(zhì)排放到水中，以及降低船體維修費(fèi)用。在本發(fā)明的一個(gè)方面，船體清潔機(jī)器人是可靠的，并且能夠在各種結(jié)構(gòu)上用于各種任務(wù)。本發(fā)明部分地由以下事實(shí)實(shí)現(xiàn)，S卩，新穎的船體清潔機(jī)器人在一個(gè)實(shí)例中包括渦輪，其可由在船舶行進(jìn)中流過船體的水驅(qū)動(dòng)并且使機(jī)器人的清潔和驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)(例如，提供動(dòng)力)。還公開了獨(dú)特的導(dǎo)航、通信和其它子系統(tǒng)。然而，在其它實(shí)施例中，本發(fā)明不必實(shí)現(xiàn)所有這些目的，其權(quán)利要求不限于能夠?qū)崿F(xiàn)這些目的的結(jié)構(gòu)或方法。本發(fā)明的特征在于船體清潔機(jī)器人，其包括用于清潔船舶船體的至少一個(gè)清潔設(shè)備。至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道在機(jī)器人圍繞船體移動(dòng)時(shí)將機(jī)器人保持到船體上。至少一個(gè)渦輪由流過船體的水驅(qū)動(dòng)并且操作所述至少一個(gè)清潔設(shè)備和所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)可由渦輪驅(qū)動(dòng)，并且具有用于所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的馬達(dá)和用于所述馬達(dá)的電源。電源由發(fā)電機(jī)供電。進(jìn)一步包括用于所述至少一個(gè)清潔設(shè)備的馬達(dá)和用于所述馬達(dá)的電源。電源由發(fā)電機(jī)供電。在另一實(shí)例中，具有位于渦輪和所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道之間的傳動(dòng)系統(tǒng)和位于渦輪和所述至少一個(gè)清潔設(shè)備之間的傳動(dòng)系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)例中，清潔設(shè)備包括至少一個(gè)清潔刷子。具有兩個(gè)側(cè)部清潔刷子和位于所述兩個(gè)側(cè)部清潔刷子之間的第三清潔刷子。在這個(gè)特定實(shí)例中，清潔刷子可一起驅(qū)動(dòng)。一個(gè)優(yōu)選的驅(qū)動(dòng)軌道包括環(huán)繞隔開的輥?zhàn)拥沫h(huán)形帶。機(jī)器人帶可以包括封裝到其中的磁鐵。還具有用于所述帶的轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)。一個(gè)轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)包括馬達(dá)，其驅(qū)動(dòng)與一個(gè)輥?zhàn)酉嗦?lián)的致動(dòng)器以改變其朝向。機(jī)器人還典型地包括機(jī)器人機(jī)載通信子系統(tǒng)，例如將振動(dòng)傳送給船體的發(fā)射器和 /或?qū)νㄟ^船體傳送的振動(dòng)產(chǎn)生響應(yīng)的接收器。用于機(jī)器人的一個(gè)導(dǎo)航子系統(tǒng)包括對(duì)通過船體傳送的聲信號(hào)產(chǎn)生響應(yīng)的至少一個(gè)接收器。另一個(gè)導(dǎo)航子系統(tǒng)包括位于機(jī)器人上的探針，其對(duì)船體中的變化進(jìn)行響應(yīng)?？刂破鞯湫偷嘏渲脼榭刂扑鲋辽僖粋€(gè)驅(qū)動(dòng)軌道并沿第一方向操作所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道，使得機(jī)器人沿流過船體的水的方向沿著船體前進(jìn)，隨后沿相反方向使所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的操作反向，使得機(jī)器人沿與流過船體的水的方向相反的方向沿著船體前進(jìn)。優(yōu)選地，機(jī)器人本體具有配置為推動(dòng)機(jī)器人靠著船體移動(dòng)的流體動(dòng)力學(xué)形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，船體清潔機(jī)器人包括用于清潔船舶船體的至少一個(gè)清潔設(shè)備， 至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道和至少一個(gè)渦輪，所述驅(qū)動(dòng)軌道包括隔開的輥?zhàn)雍铜h(huán)繞所述隔開的輥?zhàn)忧覂?nèi)部封裝有磁性材料的環(huán)形帶以在機(jī)器人圍繞船體移動(dòng)時(shí)將機(jī)器人保持在船體上，所述渦輪可由流過船體的水驅(qū)動(dòng)以操作所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道。用于所述帶的一個(gè)優(yōu)選的轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)包括馬達(dá)，其驅(qū)動(dòng)與一個(gè)輥?zhàn)酉嗦?lián)的致動(dòng)器以改變其朝向。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)船體清潔機(jī)器人典型地包括機(jī)器人本體；相對(duì)于機(jī)器人本體旋轉(zhuǎn)布置的多個(gè)清潔刷子；可由流動(dòng)的水驅(qū)動(dòng)的一對(duì)隔開的渦輪；在機(jī)器人圍繞船體移動(dòng)時(shí)將機(jī)器人保持在船體上的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道；和響應(yīng)于至少一個(gè)渦輪以操作所述驅(qū)動(dòng)軌道和清潔刷子的裝置。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，操作清潔刷子的裝置包括可由渦輪驅(qū)動(dòng)的用于給電池充電的發(fā)電機(jī)，所述電池給驅(qū)動(dòng)清潔刷子的馬達(dá)提供電力。操作所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的裝置可以包括用于給電池充電的可由渦輪驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，所述電池也給驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的馬達(dá)提供電力。在另一個(gè)實(shí)例中，操作清潔刷子的裝置包括位于渦輪和清潔刷子之間的傳動(dòng)系統(tǒng)，操作所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的裝置包括位于一個(gè)渦輪和所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道之間的傳動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的船體用機(jī)器人的特征典型地在于，機(jī)器人本體、使機(jī)器人圍繞船體移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)，和用于操作驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的可由流過船體的水驅(qū)動(dòng)的渦輪子系統(tǒng)。船體用機(jī)器人還可以包括至少一個(gè)清潔設(shè)備，例如至少一個(gè)清潔刷子。本發(fā)明的特征還在于使機(jī)器人圍繞一表面移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)和具有暴露的流體入口的至少一個(gè)渦輪，所述渦輪在流體進(jìn)入所述入口時(shí)給機(jī)器人驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)提供動(dòng)力。本發(fā)明的特征還在于船體清潔機(jī)器人包括用于清潔船舶船體的至少一個(gè)清潔設(shè)備和用于操作所述至少一個(gè)清潔設(shè)備的可由流過船體的水驅(qū)動(dòng)的至少一個(gè)渦輪。驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)典型地設(shè)置為使機(jī)器人圍繞船體移動(dòng)。典型地，驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)同樣由相同渦輪或第二渦輪提供動(dòng)力。


通過閱讀下列優(yōu)選實(shí)施例和附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其它目的、特征和優(yōu)
；^^，I .圖1是示意性框圖，顯示了在船舶船體上移動(dòng)的根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人的實(shí)例；圖2是根據(jù)本發(fā)明的船體清潔機(jī)器人的實(shí)例的示意性立體圖；圖3是示意性立體頂部剖視圖，顯示了與圖2所示船體清潔機(jī)器人相關(guān)的幾個(gè)主要子系統(tǒng)；圖4是圖2-3所示船體清潔機(jī)器人的示意性立體底部前視圖；圖5是示意性立體圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的船體清潔機(jī)器人的另一實(shí)施例相關(guān)的一些部件；圖6是框圖，顯示了與根據(jù)本發(fā)明的船體清潔機(jī)器人的一個(gè)方案相關(guān)的主要子系統(tǒng)；圖7是以圖6所示設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的根據(jù)本發(fā)明的船體清潔機(jī)器人的示意性底視圖；圖8是框圖，顯示了與根據(jù)本發(fā)明的船體清潔機(jī)器人的另一個(gè)方案相關(guān)的主要子系統(tǒng)；圖9是根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的實(shí)例的示意性局部視圖；圖10是詳細(xì)顯示了圖9所示轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的另一示意圖；圖11是可用于根據(jù)本發(fā)明的通信和導(dǎo)航的音源的示意圖；圖12是示意性側(cè)視圖，顯示了與用于通信和導(dǎo)航的根據(jù)本發(fā)明的船體用機(jī)器人連接的音頻接收器的實(shí)例；圖13是顯示了幾個(gè)不同聲信號(hào)的示意圖，舉例說明了在本發(fā)明中使用的聲定位系統(tǒng)的實(shí)例；
圖14A-14B是可在本發(fā)明的另一實(shí)施例中使用的導(dǎo)航探針的示意性側(cè)視圖；圖15是沿著船體長(zhǎng)度移動(dòng)的根據(jù)本發(fā)明的船體用機(jī)器人的實(shí)施例的示意圖；和圖16是框圖，顯示了與根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人平臺(tái)的實(shí)例相關(guān)的幾個(gè)主要子系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式除了下面公開的優(yōu)選實(shí)施例之外，本發(fā)明具有其它實(shí)施例并且能夠以各種方式實(shí)施或進(jìn)行。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的應(yīng)用不限于下列描述所闡述或附圖所顯示的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和部件布置。如果這里只描述了一個(gè)實(shí)施例，所附權(quán)利要求不局限于該實(shí)施例。此外，所附權(quán)利要求不受書面表達(dá)的限制，除非明確且毫無(wú)疑義地聲明某一排除、限制或放棄。圖1顯示了位于沿矢量14的方向行進(jìn)的船舶船體12(例如，海船)上的機(jī)器人 10。機(jī)器人本體16容納驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)18和渦輪子系統(tǒng)20。流體(例如，水)由于船舶運(yùn)動(dòng)的緣故沿矢量22的方向流動(dòng)穿過船體12。根據(jù)本發(fā)明，渦輪子系統(tǒng)20可由流動(dòng)流體致動(dòng) (例如，驅(qū)動(dòng))并且用于操作至少驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)18。這樣則導(dǎo)致機(jī)器人能夠至少圍繞船體12如箭頭M所示那樣移動(dòng)。此外，機(jī)器人典型地能夠圍繞船體沿著不與矢量14重合的受控路徑沿箭頭M所示方向移動(dòng)。機(jī)器人在船舶行進(jìn)中由流過船體的水提供動(dòng)力。這樣，在船舶運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)可以連續(xù)進(jìn)行清潔和/或檢修等工作。機(jī)器人因此配置為從流過該機(jī)器人的流體獲得其所需能量。典型地，作為機(jī)器人10的部件，其它子系統(tǒng)包括例如清潔子系統(tǒng)、導(dǎo)航子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)等，但是優(yōu)選地，渦輪本體16不必拴系到任何船載電源或控制子系統(tǒng)上。渦輪子系統(tǒng)可以直接或通過給電源子系統(tǒng)(例如，電池組)充電的發(fā)電機(jī)操作驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)18(在一個(gè)實(shí)例中，和清潔子系統(tǒng))，所述電源子系統(tǒng)給用于驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)和/或清潔子系統(tǒng)的一個(gè)或更多個(gè)馬達(dá)供電。電池組還能給與機(jī)器人相關(guān)的其它電子和/或電動(dòng)機(jī)械子系統(tǒng)提供能量。發(fā)電機(jī)還可能直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)或更多個(gè)馬達(dá)。在一個(gè)特定實(shí)例中，圖2所示機(jī)器人10'包括具有流動(dòng)入口濾篩30的本體16'。 本體16'優(yōu)選地具有圖示符合流體動(dòng)力學(xué)形狀或類似形狀。也就是說，它配置(例如成形) 為在水由于船航行于水中的緣故流過機(jī)器人時(shí)推動(dòng)機(jī)器人靠著船體?？梢詮暮Y30后面看到渦輪3 和32b的入口。渦輪3 和32b的入口通過篩30暴露給流動(dòng)經(jīng)過船體的流體。 在本實(shí)例中，機(jī)器人外殼16'的長(zhǎng)度約為36英寸、寬度約為M英寸、高度約為6英寸。如圖3-4所示，本實(shí)例中的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道34，其配置為在機(jī)器人10'移動(dòng)時(shí)將機(jī)器人保持在船體上?？梢栽O(shè)置多個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道。在本實(shí)例中，包括用于清潔船舶船體的清潔刷子36a-36c。電池組38顯示為電子控制模塊40。清潔刷子36a_36c可以由齒輪驅(qū)動(dòng)裝置42a-42c分別驅(qū)動(dòng)或共同驅(qū)動(dòng)。這些齒輪可以由渦輪32b的軸驅(qū)動(dòng)或者由實(shí)施例 (其中，渦輪32b的軸驅(qū)動(dòng)給操作馬達(dá)的電池組40提供電能的發(fā)電機(jī))中的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。布置其它清潔子系統(tǒng)也是可能的。例如，機(jī)器人可以包括橡皮刷、被動(dòng)清潔墊、噴水器等。對(duì)于被動(dòng)清潔設(shè)備來(lái)說，不使用渦輪子系統(tǒng)來(lái)操作清潔設(shè)備。在渦輪32a的軸通過傳動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)接到輥?zhàn)?0a上的情況下，可以使用渦輪3 直接驅(qū)動(dòng)軌道輥?zhàn)?0a。但是優(yōu)選地，渦輪3 的軸聯(lián)接到給驅(qū)動(dòng)輥?zhàn)?0a的馬達(dá)提供電能的發(fā)電機(jī)上。在所示實(shí)例中，環(huán)形帶34圍繞輥?zhàn)?0a和50b布置并且包括包埋(例如，封裝)在帶材料，典型地為橡膠中的磁鐵和/或磁性材料52。這樣，帶34將機(jī)器人保持到船舶船體上。用于使機(jī)器人與船舶船體接合的其它磁性子系統(tǒng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。在圖5所示實(shí)例中，渦輪32a的軸聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)所述軌道輥?zhàn)?0a的傳動(dòng)系統(tǒng)60a 上，渦輪3 的軸聯(lián)接到經(jīng)由帶6 和6 以及滑輪64a-64d而驅(qū)動(dòng)清潔刷子36a-36c的傳動(dòng)系統(tǒng)60b上。布置用于操作所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道和清潔設(shè)備的其它裝置也是可能的。例如，圖6顯示了本發(fā)明可能的更為優(yōu)選的實(shí)施例，其中，渦輪子系統(tǒng)32 (包括可由流過船體的流體致動(dòng)的一個(gè)或更多個(gè)裝置)包括給電源38再充電的發(fā)電機(jī)70。諸如馬達(dá)7 和72b的一個(gè)或更多個(gè)馬達(dá)由電源38供電。馬達(dá)7 通過傳動(dòng)系統(tǒng)7 驅(qū)動(dòng)軌道子系統(tǒng)18。機(jī)器人的移動(dòng)方向可以通過電子控制子系統(tǒng)76進(jìn)行反向，所述電子控制子系統(tǒng)配置為根據(jù)來(lái)自導(dǎo)航子系統(tǒng)78和/或通信子系統(tǒng)80的輸入使馬達(dá)72a的方向逆轉(zhuǎn)。電子控制器76同樣由電源38供電。類似地，馬達(dá)72b經(jīng)由傳動(dòng)系統(tǒng)74b驅(qū)動(dòng)清潔子系統(tǒng)82 (例如，如上所述的一個(gè)或更多個(gè)清潔刷子)。馬達(dá)72b同樣由電源38供電。在其它實(shí)施例中， 所述一個(gè)或更多個(gè)馬達(dá)可以基于除電力以外的能源進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，流體驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)是已知的。渦輪子系統(tǒng)隨后可以給馬達(dá)泵送壓力流體。如果清潔子系統(tǒng)是被動(dòng)的，例如，墊和/ 或橡皮刷，則不需要馬達(dá)72b和傳動(dòng)系統(tǒng)74b。如果清潔子系統(tǒng)是有源的，例如是從動(dòng)的，有利的是操作清潔設(shè)備以輔助機(jī)器人移動(dòng)操作。例如，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)清潔刷子可以沿相反方向操作，從而在機(jī)器人上不產(chǎn)生合力。利用可圍繞橫向于機(jī)器人移動(dòng)主方向定位的軸旋轉(zhuǎn)的較大的單個(gè)前部和/或后部清潔刷子， 當(dāng)機(jī)器人沿水流過船體的方向(即，下游)移動(dòng)時(shí)，可以操作所述清潔刷子以沿與軌道移動(dòng)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)器人向上游移動(dòng)時(shí)，人們希望清潔刷子沿與軌道相同的方向操作。當(dāng)機(jī)器人沿橫向于水流方向的方向移動(dòng)時(shí)，人們同樣希望沿相同的方向操作清潔刷子和軌道。圖7顯示了容納渦輪/發(fā)電機(jī)單元32a'和32b'(其在部署時(shí)經(jīng)控制電子設(shè)備 40'給電池38'充電)的機(jī)器人本體16"。電池38(經(jīng)由控制電子設(shè)備40')給使齒輪 33旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)帶馬達(dá)7 提供動(dòng)力，齒輪33推動(dòng)驅(qū)動(dòng)帶輥?zhàn)?0a的齒輪35。電池38還 (經(jīng)由控制電子設(shè)備40')給使齒輪37旋轉(zhuǎn)的清潔刷子馬達(dá)7 提供動(dòng)力，所述齒輪37 與驅(qū)動(dòng)清潔刷子齒輪4 和42c的齒輪42b本身相配合。控制電子設(shè)備40'(典型地利用微處理器、供電電路等)也由電池38供電。圖8顯示了更直接的驅(qū)動(dòng)方案，其中，渦輪32a'經(jīng)由傳動(dòng)系統(tǒng)7 推動(dòng)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)18。渦輪32a同樣經(jīng)由傳動(dòng)系統(tǒng)74b驅(qū)動(dòng)清潔子系統(tǒng)82 (如果它是有源的)。由電子控制器子系統(tǒng)76控制的變速器86a可以與傳動(dòng)系統(tǒng)7 關(guān)聯(lián)以控制軌道子系統(tǒng)18的運(yùn)轉(zhuǎn)、 速度和方向。類似地，可以使用由電子子系統(tǒng)76控制的變速器86b調(diào)節(jié)清潔子系統(tǒng)82的運(yùn)轉(zhuǎn)。圖9-10顯示了轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)的實(shí)例，其包括馬達(dá)90 (由電池組38供電，圖3)和通過馬達(dá)90進(jìn)行驅(qū)轉(zhuǎn)的致動(dòng)器94。在這個(gè)特定實(shí)例中，輥?zhàn)?0b通過位于致動(dòng)器94和輥?zhàn)虞S 96之間的連桿92的作用與機(jī)器人底盤成一定角度(參見圖10中的角度α )。致動(dòng)器94旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)連桿92沿箭頭98所示方向來(lái)回運(yùn)動(dòng)。因此，輥?zhàn)?0b傾斜以使機(jī)器人轉(zhuǎn)向。其它轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)也是可能的。例如參見在此引入作為參考的美國(guó)專利No. 3934664,No. 4046429 和No. 4119356。如果使用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的話，可以通過有差異地操作軌道實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
各種通信和導(dǎo)航子系統(tǒng)可與根據(jù)本發(fā)明的船體清潔和/或檢修系統(tǒng)相連。在一個(gè)特定實(shí)例中，圖11所示換能器100包括由螺線管104驅(qū)動(dòng)以撞擊船體結(jié)構(gòu)12的撞擊器 102。產(chǎn)生的聲音信號(hào)可由位于船體外側(cè)上的機(jī)器人檢測(cè)。簡(jiǎn)單的信息可以例如控制機(jī)器人反向或移動(dòng)到吃水線上方的指定拾取位置?？商鎿Q地或者另外，機(jī)器人可以配備有這種換能器以實(shí)現(xiàn)例如通過船舶船體的雙向通信。圖12顯示了機(jī)器人10配備有形式為拾取頭112和位置傳感器114(例如，電位計(jì) /編碼器)的接收器110，所述位置傳感器114響應(yīng)于拾取頭以檢測(cè)船體12內(nèi)由于撞擊器 102的振動(dòng)，參見圖11。使用穿過船體的聲音通信，機(jī)器人可以由船載計(jì)算機(jī)控制。例如， 一種音調(diào)可以發(fā)送反向命令信號(hào)，雙音調(diào)可以產(chǎn)生左轉(zhuǎn)命令等等。通過使用不同的音調(diào)系列和/或頻率，可以給機(jī)器人發(fā)送(可選地，從其接收)更復(fù)雜的信息。然而，其它通信系統(tǒng)也是可能的。通過使用多個(gè)撞擊器10加-102(3，參見圖13，導(dǎo)航也是可能的。驅(qū)動(dòng)撞擊器10 以發(fā)送如所示具有第一頻率103a的聲信號(hào)，驅(qū)動(dòng)撞擊器102b以提供具有第二頻率10 的穿過船體的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)撞擊器102c以提供具有頻率103c的穿過船體的第三聲信號(hào)。在機(jī)器人處，信號(hào)被檢測(cè)(例如使用圖12所示接收器)、過濾和通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。音調(diào)信號(hào)被分離，信號(hào)之間的時(shí)間延遲由與機(jī)器人相關(guān)的電子子系統(tǒng)確定以便對(duì)機(jī)器人在船體上的位置作三角測(cè)量。因此，例如圖3所示電子控制模塊40典型地包括用于通信、導(dǎo)航和機(jī)器人移動(dòng)/控制的軟件和/或電路。在另一實(shí)例中，船體特征由機(jī)器人測(cè)繪和檢測(cè)以便確定機(jī)器人在船體上的位置。 圖14顯示了與機(jī)器人相關(guān)的探針130，包括輥?zhàn)?32、臂部134和響應(yīng)于臂部134的傳感器或開關(guān)136。當(dāng)輥?zhàn)?32由于結(jié)構(gòu)焊縫或有意設(shè)計(jì)的陸標(biāo)焊縫138抬升時(shí)，如圖14B所示， 傳感器136檢測(cè)該事件并且機(jī)器人控制子系統(tǒng)配置為參考這些特征的存儲(chǔ)圖以確定機(jī)器人在船體上的位置。在一種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)中，當(dāng)機(jī)器人沿著船體長(zhǎng)度前進(jìn)時(shí)，僅僅記錄它遇到過多少焊縫線，在經(jīng)過預(yù)定數(shù)量的焊縫線之后，它略微旋轉(zhuǎn)，使其方向反向，并且沿著船體長(zhǎng)度向后前進(jìn)以進(jìn)行清潔和/或檢修操作。典型地，圖15所示機(jī)器人10始終定向?yàn)槭箿u輪3 和32b的入口面向流過船體 12的水的方向，如矢量150所示。船體12沿矢量152的方向移動(dòng)。利用來(lái)源于渦輪3 和 /或32b的動(dòng)力，機(jī)器人10沿著路徑154以相當(dāng)?shù)偷乃俣?，例如遠(yuǎn)慢于船舶速度的速度移動(dòng)?？拷按w的邊緣，機(jī)器人10略微旋轉(zhuǎn)，如附圖標(biāo)記156所示，停止，隨后進(jìn)行反向 (如附圖標(biāo)記158所示)?？梢允共僮鳈C(jī)器人驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的馬達(dá)的方向反向或者可以使用傳輸子系統(tǒng)，如上所述。這樣，水流方向始終是進(jìn)入機(jī)器人渦輪入口。上文參考圖9-10描述了機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)。然而，其它機(jī)器人行為也是可能的。典型地，機(jī)器人由與控制模塊40 相關(guān)的軟件和/或電路控制，參見圖3。同樣，在船體上可以同時(shí)部署多于一個(gè)的機(jī)器人。因此，一般而言，如圖16所示的機(jī)器人平臺(tái)動(dòng)力裝置200包括如上所述的幾種渦輪子系統(tǒng)。所用渦輪可以包括通過附接到軸上的葉片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的軸，或者渦輪可以包括由流動(dòng)流體例如葉輪等致動(dòng)的其它結(jié)構(gòu)。機(jī)器人驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)202可以包括上文公開的所述至少一個(gè)磁性軌道或者將機(jī)器人附著到船體上的其它裝置。典型地，存在幾種清潔子系統(tǒng) 204，例如如上所述的清潔刷子。同樣典型地設(shè)置有導(dǎo)航系統(tǒng)206和通信系統(tǒng)208。在一些實(shí)施例中，機(jī)器人平臺(tái)包括檢修子系統(tǒng)210和/或危險(xiǎn)監(jiān)視子系統(tǒng)212。一些類型的計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)214配置為操作這些不同的子系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，最終獲得一種新穎的船體用機(jī)器人，其典型地在船舶行進(jìn)中以連續(xù)方式清潔船舶船體以降低船體阻力，繼而節(jié)省燃料成本，減少排放和減少海水污染。與機(jī)器人相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)渦輪可由流過機(jī)器人的水致動(dòng)并且典型地用于操作機(jī)器人清潔設(shè)備、驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)等。因此，盡管本發(fā)明的特定特征在一些附圖中進(jìn)行了顯示，而在其它附圖中沒有顯示，但這只是為了方便起見，并且每個(gè)特征可以與根據(jù)本發(fā)明的任何或全部其它特征相結(jié)合。當(dāng)在此使用時(shí)，詞語(yǔ)〃包含〃、“包括〃、“具有〃和〃帶有〃應(yīng)廣義、全面地理解并且不限于任何物理連接。此外，本申請(qǐng)公開的任何實(shí)施例不理解為唯一可能的實(shí)施例。例如，這里討論的實(shí)例主要涉及在水中運(yùn)行的船舶。然而，可以利用這里公開的機(jī)器人方案對(duì)其它結(jié)構(gòu)主體進(jìn)行清潔、檢修等工作。另外，在對(duì)本專利的專利申請(qǐng)進(jìn)行起訴期間進(jìn)行的任何補(bǔ)正不是對(duì)所提交申請(qǐng)中任何要求保護(hù)的元素的放棄聲明本領(lǐng)域技術(shù)人員不能合理地想到起草字面上涵蓋所有可能等效方式的權(quán)利要求，許多等效方式在補(bǔ)正時(shí)不可預(yù)見并且超出可以理解的清楚解釋的范圍(即使有的話)，支持補(bǔ)正的基本原理可以與許多等效方式僅略有關(guān)聯(lián)，和/或具有許多其它理由，申請(qǐng)人不能預(yù)料到描述用于所補(bǔ)正的任何要求保護(hù)的元素的某些非實(shí)質(zhì)的替代方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其它實(shí)施例并且它們落入下列權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種船體清潔機(jī)器人，包括用于清潔船舶船體的至少一個(gè)清潔設(shè)備；在機(jī)器人圍繞船體移動(dòng)時(shí)將該機(jī)器人保持在船體上的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道；和用于操作所述至少一個(gè)清潔設(shè)備和所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的、能夠由流過船體的水致動(dòng)的至少一個(gè)渦輪。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，還包括能夠由所述渦輪驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。
3.如權(quán)利要求2所述的機(jī)器人，還包括用于所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的馬達(dá)和用于所述馬達(dá)并能夠由所述發(fā)電機(jī)充電的電源。
4.如權(quán)利要求2所述的機(jī)器人，還包括用于所述至少一個(gè)清潔設(shè)備的馬達(dá)和用于所述馬達(dá)并能夠由所述發(fā)電機(jī)充電的電源。
5.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，還包括位于所述渦輪和所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道之間的傳動(dòng)系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，還包括位于所述渦輪和所述至少一個(gè)清潔設(shè)備之間的傳動(dòng)系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，所述清潔設(shè)備包括至少一個(gè)清潔刷子。
8.如權(quán)利要求7所述的機(jī)器人，其中，具有兩個(gè)側(cè)部清潔刷子和位于所述兩個(gè)側(cè)部清潔刷子之間的第三清潔刷子。
9.如權(quán)利要求8所述的機(jī)器人，其中，所述清潔刷子能夠共同驅(qū)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道包括圍繞隔開的輥?zhàn)拥沫h(huán)形帶。
11.如權(quán)利要求10所述的機(jī)器人，其中，所述環(huán)形帶包括封裝在其中的磁鐵。
12.如權(quán)利要求10所述的機(jī)器人，還包括用于所述環(huán)形帶的轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)。
13.如權(quán)利要求12所述的機(jī)器人，其中，所述轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的馬達(dá)，所述致動(dòng)器聯(lián)接到一個(gè)輥?zhàn)由弦愿淖兤涑颉?br> 14.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，還包括用于與機(jī)器人通信的機(jī)器人機(jī)載通信子系統(tǒng)。
15.如權(quán)利要求14所述的機(jī)器人，其中，所述通信子系統(tǒng)包括給船體施加振動(dòng)的發(fā)射器和/或?qū)Υ┻^船體傳送的振動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)的接收器。
16.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，還包括用于機(jī)器人的導(dǎo)航子系統(tǒng)。
17.如權(quán)利要求16所述的機(jī)器人，其中，所述導(dǎo)航子系統(tǒng)包括對(duì)穿過船體傳送的聲信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)的至少一個(gè)接收器。
18.如權(quán)利要求16所述的機(jī)器人，其中，所述導(dǎo)航子系統(tǒng)包括對(duì)船體中的變化進(jìn)行響應(yīng)的位于機(jī)器人上的探針。
19.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，還包括配置為控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的控制器。
20.如權(quán)利要求19所述的機(jī)器人，其中，所述控制器配置為沿第一方向操作所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道，使得機(jī)器人沿著船體沿流過船體的水的方向前進(jìn)，隨后使所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的操作沿相反方向反向，使得機(jī)器人沿著船體沿與流過船體的水的方向相反的方向前進(jìn)。
21.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，所述機(jī)器人具有的流體動(dòng)力學(xué)形狀配置為推動(dòng)機(jī)器人靠著船體。
22.—種船體清潔機(jī)器人，包括用于清潔船舶船體的至少一個(gè)清潔設(shè)備；至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道，該至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道包括隔開的輥?zhàn)雍铜h(huán)形帶，所述環(huán)形帶圍繞所述隔開的輥?zhàn)硬⒕哂蟹庋b于其中的磁性材料，從而在機(jī)器人圍繞船體移動(dòng)時(shí)將機(jī)器人保持在船體上；和用于操作所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的能夠由流過機(jī)器人的水致動(dòng)的至少一個(gè)渦輪。
23.如權(quán)利要求22所述的機(jī)器人，還包括用于所述環(huán)形帶的轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)。
24.如權(quán)利要求23所述的機(jī)器人，其中，所述轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的馬達(dá)，所述致動(dòng)器聯(lián)接到一個(gè)輥?zhàn)由弦愿淖兤涑颉?br> 25.一種船體清潔機(jī)器人系統(tǒng)，包括 機(jī)器人，該機(jī)器人包括用于清潔船舶船體的至少一個(gè)清潔設(shè)備，使機(jī)器人圍繞船體移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)，和用于操作所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的能夠由流水致動(dòng)的至少一個(gè)渦輪；通信子系統(tǒng)；導(dǎo)航子系統(tǒng)；和機(jī)器人機(jī)載控制器，該機(jī)載控制器對(duì)通信子系統(tǒng)和導(dǎo)航子系統(tǒng)進(jìn)行響應(yīng)以控制驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)和使機(jī)器人移動(dòng)。
26.一種船體清潔機(jī)器人，包括 機(jī)器人本體；相對(duì)于所述機(jī)器人本體旋轉(zhuǎn)布置的多個(gè)清潔刷子； 能夠由流水致動(dòng)的一對(duì)隔開的渦輪；在機(jī)器人圍繞船體移動(dòng)時(shí)將機(jī)器人磁性保持在船體上的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道； 響應(yīng)于至少一個(gè)渦輪以操作所述清潔刷子的裝置；和響應(yīng)于至少一個(gè)渦輪以操作所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的裝置。
27.如權(quán)利要求沈所述的船體，其中，用于操作清潔刷子的裝置包括用于給電池充電的能夠由渦輪驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，所述電池給馬達(dá)供電以驅(qū)動(dòng)清潔刷子。
28.如權(quán)利要求沈所述的船體清潔機(jī)器人，其中，用于操作所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的裝置包括用于給電池充電的能夠由渦輪驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，所述電池給驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的馬達(dá)供電。
29.如權(quán)利要求沈所述的船體清潔機(jī)器人，其中，用于操作清潔刷子的裝置包括位于所述渦輪和所述清潔刷子之間的傳動(dòng)系統(tǒng)。
30.如權(quán)利要求沈所述的船體清潔機(jī)器人，其中，用于操作所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道的裝置包括位于一個(gè)渦輪和所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道之間的傳動(dòng)系統(tǒng)。
31.如權(quán)利要求沈所述的船體清潔機(jī)器人，其中，所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道包括具有封裝于其中的磁性材料的環(huán)形帶。
32.如權(quán)利要求沈所述的船體清潔機(jī)器人，其中，所述機(jī)器人本體具有的流體動(dòng)力學(xué)形狀配置為在水流過機(jī)器人本體時(shí)推動(dòng)機(jī)器人靠著船體。
33.一種船體用機(jī)器人，包括機(jī)器人本體；使機(jī)器人圍繞船體移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)；和用于操作所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的能夠由流過船體的流體致動(dòng)的渦輪子系統(tǒng)。
34.如權(quán)利要求33所述的機(jī)器人，其中，所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)包括圍繞隔開的輥?zhàn)拥沫h(huán)形磁性帶。
35.如權(quán)利要求33所述的機(jī)器人，還包括至少一個(gè)清潔設(shè)備。
36.如權(quán)利要求35所述的船體清潔機(jī)器人，其中，所述清潔設(shè)備包括至少一個(gè)清潔刷子。
37.如權(quán)利要求33所述的機(jī)器人，還包括能夠由所述渦輪子系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。
38.如權(quán)利要求37所述的機(jī)器人，還包括用于所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的馬達(dá)和用于所述馬達(dá)并能夠由所述發(fā)電機(jī)充電的電源。
39.如權(quán)利要求33所述的機(jī)器人，還包括位于所述渦輪子系統(tǒng)和所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)之間的傳動(dòng)系統(tǒng)。
40.如權(quán)利要求33所述的機(jī)器人，還包括轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)。
41.如權(quán)利要求33所述的機(jī)器人，還包括通信子系統(tǒng)。
42.如權(quán)利要求41所述的機(jī)器人，其中，所述通信子系統(tǒng)包括給船體施加振動(dòng)的發(fā)射器和/或?qū)Υ┻^船體傳送的振動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)的接收器。
43.如權(quán)利要求33所述的機(jī)器人，還包括用于機(jī)器人的導(dǎo)航子系統(tǒng)。
44.如權(quán)利要求43所述的機(jī)器人，其中，所述導(dǎo)航子系統(tǒng)包括對(duì)穿過船體傳送的聲信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)的至少一個(gè)接收器。
45.如權(quán)利要求43所述的機(jī)器人，其中，所述導(dǎo)航子系統(tǒng)包括對(duì)船體中的變化進(jìn)行響應(yīng)的位于機(jī)器人上的探針。
46.如權(quán)利要求33所述的機(jī)器人，還包括配置為控制所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的控制器。
47.如權(quán)利要求46所述的機(jī)器人，其中，所述控制器配置為沿第一方向操作所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)，使得機(jī)器人沿著船體沿流過船體的水的方向前進(jìn)，隨后使所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的操作沿相反方向反向，使得機(jī)器人沿著船體沿與流過船體的水的方向相反的方向前進(jìn)。
48.如權(quán)利要求33所述的機(jī)器人，其中，所述機(jī)器人本體具有的流體動(dòng)力學(xué)形狀配置為推動(dòng)機(jī)器人本體靠著船體。
49.一種機(jī)器人，包括使機(jī)器人圍繞一表面移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)；和具有暴露的流體入口的至少一個(gè)渦輪，用于在流體進(jìn)入所述入口時(shí)給機(jī)器人驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)提供動(dòng)力。
50.如權(quán)利要求49所述的機(jī)器人，其中，所述渦輪布置在外殼內(nèi)并且所述入口布置在外殼的入口篩網(wǎng)部分的后面。
51.如權(quán)利要求49所述的機(jī)器人，還包括至少一個(gè)清潔設(shè)備。
52.如權(quán)利要求51所述的機(jī)器人，其中，所述清潔設(shè)備包括由渦輪子系統(tǒng)操作的至少一個(gè)清潔刷子。
53.如權(quán)利要求49所述的機(jī)器人，還包括能夠由所述渦輪子系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。
54.如權(quán)利要求53所述的機(jī)器人，還包括用于所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的馬達(dá)和用于所述馬達(dá)并能夠由所述發(fā)電機(jī)充電的電源。
55.如權(quán)利要求49所述的機(jī)器人，還包括位于所述渦輪子系統(tǒng)和所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)之間的傳動(dòng)系統(tǒng)。
56.如權(quán)利要求49所述的機(jī)器人，其中，所述機(jī)器人具有本體，該本體配置為在流體流經(jīng)機(jī)器人時(shí)將機(jī)器人推壓在所述表面上。
57.一種船體清潔機(jī)器人，包括用于清潔船舶船體的至少一個(gè)清潔設(shè)備；和用于操作所述至少一個(gè)清潔設(shè)備的能夠由流過船體的水致動(dòng)的至少一個(gè)渦輪。
58.如權(quán)利要求57所述的船體清潔機(jī)器人，還包括用于使機(jī)器人圍繞船體移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)。
全文摘要
一種船體清潔機(jī)器人，包括用于清潔船舶船體的至少一個(gè)清潔設(shè)備，在機(jī)器人圍繞船體移動(dòng)時(shí)將該機(jī)器人保持在船體上的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道，和用于操作所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軌道和可選的清潔設(shè)備的可由流過船體的水致動(dòng)的至少一個(gè)渦輪。
文檔編號(hào)B63B59/00GK102224067SQ200980146422
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者F·史密斯, J·H·魯尼三世, J·N·哈里斯, J·T·朗利, S·C·雅各布森 申請(qǐng)人:雷斯昂公司