專利名稱：一種溢油回收機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及海上溢油回收機(jī)器人，具體地說是一種在海上溢油事故發(fā)生后，自主完成溢油回收的機(jī)器人。
背景技術(shù)：
伴隨經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，我國海上石油開采活動日益頻繁，2010年中國海上在生產(chǎn)的油氣平臺達(dá)到195個，海洋溢油事故風(fēng)險升高；石油海運(yùn)進(jìn)口量日益增加，船舶溢油污染事故時有發(fā)生。2010年發(fā)生的墨西哥灣深水溢油事故和大連7.16溢油事故以及2011年渤海灣康菲漏油事故，給人們敲響了海洋環(huán)保的警鐘。一般來說，石油對大部分水生物能構(gòu)成危害。其次。它會引發(fā)火災(zāi)等次生災(zāi)害。另外還可能會導(dǎo)致海上和沿岸設(shè)施、船舶的損壞因此，溢油回收不但可以收集浪費(fèi)的能源，而且對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人類自身具有重大意義。目前通用的溢油回收方法為物理法，即在不改變溢油存在形態(tài)的情況下將溢油從水面分離出來，通用方式是采用船攜式撇油器進(jìn)行溢油回收。這種方式的主要問題是經(jīng)濟(jì)成本極高，即不僅造價高昂，且每次進(jìn)行溢油回收作業(yè)的運(yùn)營成本也極其昂貴。而且回收效率較低。因此急需一種經(jīng)濟(jì)可靠、回收效率高、海況適應(yīng)能力強(qiáng)的裝置進(jìn)行溢油回收。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有溢油回收方式中成本高、效率低、的問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種在海上溢油事故發(fā)生后，自主完成溢油回收機(jī)器人。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種溢油回收機(jī)器人，包括機(jī)器人本體，在及基礎(chǔ)上增設(shè)有自動收油系統(tǒng)；其中機(jī)器人本體采用大浮力耐壓艙式結(jié)構(gòu)，該耐壓艙式結(jié)構(gòu)的正浮力為100kg、穩(wěn)心高為50毫米，負(fù)責(zé)提供穩(wěn)定可靠的移動平臺；自動收油系統(tǒng)固定在機(jī)器人本體框架上，實(shí)現(xiàn)溢油的回收。自動收油系統(tǒng)由撇油分離器、自動更換分離裝置、儲油囊和自動收油控制系統(tǒng)組成，所述撇油分離器、自動更換分離裝置和儲油囊之間通過油管連通并分別由自動收油控制系統(tǒng)控制。所述撇油分離器由撇油器和油水分離器構(gòu)成，撇油分離器前后兩端口分別與電動泵連接。所述自動更換分離裝置包括直線電機(jī)、爆炸螺栓和連接直線電機(jī)的法蘭，該自動更換分離裝置通過直線電機(jī)用于儲油囊的自動更換，爆炸螺栓用于儲油囊的分離。機(jī)器人本體主要包括載體系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)及兩套穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)；其中，載體系統(tǒng)前端兩側(cè)分別設(shè)有圍油欄式掃油臂，圍油欄式掃油臂用于引導(dǎo)油水混合液流入自動收油系統(tǒng)。能源系統(tǒng)為油/電驅(qū)動系統(tǒng)，其中油驅(qū)動系統(tǒng)主要由柴油機(jī)及2個油箱構(gòu)成，安裝在載體系統(tǒng)框架上，兩油箱安置在撇油分離器的兩側(cè)為撇油分離器提供動力；電驅(qū)動系統(tǒng)主要由電池組及管理系統(tǒng)構(gòu)成，安裝在載體系統(tǒng)耐壓艙內(nèi)，為控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、推進(jìn)器、穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)及自動收油系統(tǒng)中的自動更換分離裝置提供動力。所述控制與導(dǎo)航系統(tǒng)包括無線電天線布置在機(jī)器人上部，用于與圍油欄上的局域差分GPS系統(tǒng)通信；光標(biāo)由發(fā)光二極管及控制電路組成，用于顯示機(jī)器人位置；自動駕駛計算機(jī)采用PC104總線方式，由標(biāo)準(zhǔn)板卡和自制功能板卡組成，負(fù)責(zé)整個機(jī)器人的管理決策。所述推進(jìn)系統(tǒng)安裝在機(jī)器人艉部，由兩個螺旋槳推進(jìn)器及電機(jī)驅(qū)動單元組成，負(fù)責(zé)機(jī)器人的航行及轉(zhuǎn)向兩套穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)，分別安裝在機(jī)器人下部兩側(cè)，每套穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)均包括皮囊、液壓油箱、液壓泵及換向閥；其中，皮囊安置在機(jī)器人外部，其余部分在機(jī)器人耐壓艙內(nèi)，當(dāng)機(jī)器人穩(wěn)心發(fā)生變化時，液壓油箱中的油被泵抽入皮囊或從皮囊抽入油箱，進(jìn)而改變排水體積以改變穩(wěn)心。本實(shí)用新型的有益效果及優(yōu)點(diǎn)為:1.成本低廉。相對于傳統(tǒng)的溢油回收船，不僅造價低，且每次收油作業(yè)的運(yùn)營成本也大大減少。而且由于采用了自主作業(yè)的方式(全部由機(jī)器人替代操作)，成本大大降低。2.回收效率高，覆蓋范圍廣。機(jī)器人設(shè)有兩套穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)加上自動姿態(tài)調(diào)節(jié)控制，能夠使撇油器始終在最佳效率下工作；由于采用油水分離器，使之能夠回收覆蓋大部分粘度范圍的海上溢油。3.本實(shí)用新型通過油水分離極大的提高了回收溢油的濃度，增加了機(jī)器人的溢油收集量，提高了回收效率，且經(jīng)濟(jì)性良好，適用于多種油品。

圖1為本實(shí)用新型海上溢油回收機(jī)器人工作原理組成方框圖。圖2為本實(shí)用新型海上溢油回收機(jī)器人的結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖3為圖2的溢油回收機(jī)器人中自動收油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3的溢油回收機(jī)器人撇油分離器和柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)組裝示意圖。圖5為本實(shí)用新型海上溢油回收機(jī)器人的儲油囊連接示意圖。圖6為本實(shí)用新型海上溢油回收機(jī)器人穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)布置圖。圖7為本實(shí)用新型海上溢油回收機(jī)器人穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，為本實(shí)用新型海上溢油回收機(jī)器人工作原理組成方框圖。是一種溢油回收機(jī)器人，包括機(jī)器人本體1，其特征在于:增設(shè)了自動收油系統(tǒng)；機(jī)器人本體I采用大浮力耐壓艙式結(jié)構(gòu)，設(shè)有正浮力為100kg、穩(wěn)心高為50毫米；所述自動收油系統(tǒng)固定在機(jī)器人本體I框架上，實(shí)現(xiàn)溢油的回收。機(jī)器人本體I包括載體系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)及兩套穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)21 ;其中，載體系統(tǒng)前端兩側(cè)分別設(shè)有圍油欄式掃油臂2，圍油欄式掃油臂用于引導(dǎo)油水混合液流入自動收油系統(tǒng)。本實(shí)施例中所述機(jī)器人本體由載體系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)及兩套穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)21組成，其中載體系統(tǒng)由耐壓艙、框架、浮力材料為環(huán)氧樹脂和圍油欄式掃油臂2組成。如圖2所示，為本實(shí)用新型海上溢油回收機(jī)器人的立體結(jié)構(gòu)示意圖。載體系統(tǒng)的耐壓艙及框架用于安置機(jī)器人本體I內(nèi)的所有組成部件及設(shè)備；機(jī)器人本體中載體系統(tǒng)的浮力材料采用環(huán)氧樹脂用于提供正浮力，圍油欄式掃油臂2安裝在機(jī)器人本體I前端，用于在航行時引導(dǎo)油水混合液進(jìn)入自動收油系統(tǒng)；起吊架6安裝在機(jī)器人本體I上部框架上，用于溢油回收機(jī)器人的布放和回收；導(dǎo)流罩8安裝在機(jī)器人本體I下部框架外圍，用于減小溢油回收機(jī)器人的阻力。能源系統(tǒng)為油/電驅(qū)動系統(tǒng)，其中油驅(qū)動系統(tǒng)主要由柴油機(jī)15及2個油箱11構(gòu)成，安裝在載體系統(tǒng)框架上，兩油箱11安置在撇油分離器14的兩側(cè)為撇油分離器14提供動力；電驅(qū)動系統(tǒng)主要由電池組及管理系統(tǒng)構(gòu)成，安裝在載體系統(tǒng)耐壓艙內(nèi)，為控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、推進(jìn)器7、穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)21及自動收油系統(tǒng)中的自動更換分離裝置提供動力。所述控制與導(dǎo)航系統(tǒng)包括無線電天線4布置在機(jī)器人上部，用于與圍油欄上的局域差分GPS系統(tǒng)通信；光標(biāo)5由發(fā)光二極管及控制電路組成，用于顯示機(jī)器人位置；自動駕駛計算機(jī)采用PC104總線方式，由標(biāo)準(zhǔn)板卡和自制功能板卡組成，負(fù)責(zé)整個機(jī)器人的管理決策。本實(shí)施例中，所述控制與導(dǎo)航系統(tǒng)由無線電天線4、光標(biāo)5、姿態(tài)及測速傳感器、自動駕駛計算機(jī)、其他傳感器及應(yīng)急系統(tǒng)組成；姿態(tài)及測速傳感器安裝在機(jī)器人內(nèi)部，用于實(shí)時檢測機(jī)器人的航向角、縱傾角、搖滾角、航行速度等各種參數(shù)，為機(jī)器人自主航行提供數(shù)據(jù)支持。其他傳感器包括深度計、前視聲納3、入水傳感器、漏水傳感器等，用于機(jī)器人的輔助控制。應(yīng)急系統(tǒng)主要用于當(dāng)自動駕駛的計算機(jī)出現(xiàn)問題時，應(yīng)急系統(tǒng)接管機(jī)器人的航行控制。所述推進(jìn)系統(tǒng)安裝在機(jī)器人艉部，由兩個螺旋槳推進(jìn)器7及電機(jī)驅(qū)動單元組成，負(fù)責(zé)機(jī)器人的航行及轉(zhuǎn)向所述兩套穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)21，分別安裝在機(jī)器人下部兩側(cè)，每套穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)21均包括皮囊16、液壓油箱、液壓泵22及換向閥23 ;其中，皮囊16安置在機(jī)器人外部，其余部分(液壓油箱、液壓泵22及換向閥23)在機(jī)器人耐壓艙內(nèi)。如附圖6、7所示，為本實(shí)用新型海上溢油回收機(jī)器人穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)布置圖和海上溢油回收機(jī)器人穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓原理圖。機(jī)器人本體I中設(shè)置兩套穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)21，分別布置在機(jī)器人下部兩側(cè)，它由皮囊16、液壓油箱、液壓泵22及換向閥23組成。其中皮囊16安置在機(jī)器人本體外部，其余部分在機(jī)器人耐壓艙內(nèi)。在溢油回收過程中，由于海浪或自動更換分離裝置12的各儲油囊13與機(jī)器人脫離，使機(jī)器人本體I穩(wěn)心發(fā)生變化，這時穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)開始工作:通過液壓泵將液壓油箱中的油抽入皮囊16，或從皮囊16中將油抽入液壓油箱的自動操作，來改變皮囊16的排水體積，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)器人本體I穩(wěn)心。自動收油系統(tǒng)由撇油分離器14、自動更換分離裝置12、3個儲油囊13和自動收油控制系統(tǒng)組成；所述撇油分離器、自動更換分離裝置和儲油囊之間通過油管9連通并分別由自動收油控制系統(tǒng)控制。本實(shí)施例中，撇油分離器14安裝在機(jī)器人框架下前端，撇油分離器14由撇油器和油水分離器構(gòu)成，撇油分離器14前后兩端口分別與電動泵10連接，用于抽吸油水混合液。其中，撇油分離器14、自動更換分離裝置輸入端分別接自動收油控制系統(tǒng)。所述自動更換分離裝置12包括直線電機(jī)、爆炸螺栓18和連接直線電機(jī)的法蘭19，該自動更換分離裝置通過直線電機(jī)用于儲油囊13的自動更換，爆炸螺栓18用于儲油囊13的分離。上述3個儲油囊13分別通過爆炸螺栓18、連接儲油囊的法蘭17和連接直線電機(jī)的法蘭19與直線電機(jī)連接。所述儲油囊13內(nèi)設(shè)有單向閥20，該單向閥20安裝在儲油囊13入口處，在儲油囊13脫離后內(nèi)部油液不會溢出。如圖3、4所示，為溢油回收機(jī)器人中自動收油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖和溢油回收機(jī)器人的撇油分離器和柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)組裝示意圖。機(jī)器人的溢油回收原理:油水混合液由圍油欄式掃油臂2引導(dǎo)進(jìn)入電動泵10后，流入撇油分離器14，進(jìn)行油水分離，分離后的水經(jīng)撇油分離器14的排水管排出，分離出的油通過自動更換及分離裝置12進(jìn)入儲油囊13。在自動更換及分離裝置12的油路上設(shè)有流量計，用于檢測進(jìn)入儲油囊13的油量，當(dāng)儲油囊13沖滿時，爆炸螺栓18動作使儲油囊13與機(jī)器人本體I分離。自動更換及分離裝置12設(shè)有直線電機(jī)和3個儲油囊13，每個儲油囊13分別通過爆炸螺栓18、連接儲油囊的法蘭17和連接直線電機(jī)的法蘭19與直線電機(jī)連接。直線電機(jī)用于儲油囊13的自動更換，爆炸螺栓18用于儲油囊13的分離。儲油囊13內(nèi)設(shè)有單向閥，當(dāng)儲油囊13與機(jī)器人本體I脫離后內(nèi)部油液不會溢出，如圖5所示。本實(shí)用新型中所述具體實(shí)施案例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施案例，而非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)作為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求1.一種溢油回收機(jī)器人，包括機(jī)器人本體(1)，其特征在于:在其基礎(chǔ)上增設(shè)有自動收油系統(tǒng)；其中機(jī)器人本體(I)采用大浮力耐壓艙式結(jié)構(gòu)，該耐壓艙式結(jié)構(gòu)的正浮力為100kg、穩(wěn)心高為50毫米，負(fù)責(zé)提供穩(wěn)定可靠的移動平臺；自動收油系統(tǒng)固定在機(jī)器人本體(I)框架上，實(shí)現(xiàn)溢油的回收。
2.按權(quán)利要求1所述的一種溢油回收機(jī)器人，其特征在于:自動收油系統(tǒng)由撇油分離器(14)、自動更換分離裝置(12)、儲油囊(13)和自動收油控制系統(tǒng)組成，所述撇油分離器(14)、自動更換分離裝置(12)和儲油囊(13)之間通過油管(9)連通并分別由自動收油控制系統(tǒng)控制，其儲油囊(13)可布置3個。
3.按權(quán)利要求2所述的一種溢油回收機(jī)器人，其特征在于:所述撇油分離器(14)由撇油器和油水分離器構(gòu)成，撇油分離器(14)前后兩端口分別與電動泵(10)連接。
4.按權(quán)利要求2所述的一種溢油回收機(jī)器人，其特征在于:所述自動更換分離裝置(12)包括直線電機(jī)、爆炸螺栓(18)和連接直線電機(jī)的法蘭(19)，該自動更換分離裝置通過直線電機(jī)用于儲油囊(13)的自動更換，爆炸螺栓(18)用于儲油囊(13)的分離。
5.按權(quán)利要求2所述的一種溢油回收機(jī)器人，其特征在于:所述儲油囊(13)內(nèi)設(shè)有單向閥(20)，該單向閥(20)安裝在儲油囊(13)入口處，在儲油囊(13)脫離后，保證內(nèi)部油液不會溢出。
6.按權(quán)利要求1所述的一種溢油回收機(jī)器人，其特征在于:機(jī)器人本體(I)主要包括載體系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)及兩套穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)(21);其中，載體系統(tǒng)前端兩側(cè)分別設(shè)有圍油欄式掃油臂(2)，圍油欄式掃油臂用于引導(dǎo)油水混合液進(jìn)入自動收油系統(tǒng)。
7.按權(quán)利要求6所述的一種溢油回收機(jī)器人，其特征在于:能源系統(tǒng)為油/電驅(qū)動系統(tǒng)，其中油驅(qū)動系統(tǒng)主要由柴油機(jī)(15)及2個油箱(11)構(gòu)成，安裝在載體系統(tǒng)框架上，兩油箱(11)安置在撇油分離器(14)的兩側(cè)為撇油分離器(14)提供動力；電驅(qū)動系統(tǒng)主要由電池組及管理系統(tǒng)構(gòu)成，安裝在載體系統(tǒng)耐壓艙內(nèi)，為控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、推進(jìn)器(7)、穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)(21)及自動收油系統(tǒng)中的自動更換分離裝置提供動力。
8.按權(quán)利要求6所述的一種溢油回收機(jī)器人，其特征在于:所述控制與導(dǎo)航系統(tǒng)包括無線電天線(4)布置在機(jī)器人上部，用于與圍油欄上的局域差分GPS系統(tǒng)通信；光標(biāo)(5)由發(fā)光二極管及控制電路組成，用于顯示機(jī)器人位置；自動駕駛計算機(jī)采用PC104總線方式，由標(biāo)準(zhǔn)板卡和自制功能板卡組成，負(fù)責(zé)整個機(jī)器人的管理決策。
9.按權(quán)利要求6所述的一種溢油回收機(jī)器人，其特征在于:所述推進(jìn)系統(tǒng)安裝在機(jī)器人艉部，由兩個螺旋槳推進(jìn)器(7)及電機(jī)驅(qū)動單元組成，負(fù)責(zé)機(jī)器人的航行及轉(zhuǎn)向
10.按權(quán)利要求6所述的一種溢油回收機(jī)器人，其特征在于:兩套穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)(21)，分別安裝在機(jī)器人下部兩側(cè)，每套穩(wěn)心調(diào)節(jié)系統(tǒng)(21)均包括皮囊(16)、液壓油箱、液壓泵(22 )及換向閥(23 );其中，皮囊(16 )安置在機(jī)器人外部，其余部分在機(jī)器人耐壓艙內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種溢油回收機(jī)器人，具體地說是一種發(fā)生海上溢油事故后，在圍油欄等設(shè)備配合下，能自主完成溢油回收機(jī)器人，它由機(jī)器人本體及自動收油系統(tǒng)兩部分組成；機(jī)器人本體采用大浮力耐壓艙式結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)提供穩(wěn)定可靠的移動平臺；自動收油系統(tǒng)將機(jī)器人航行中吸入的油水混合液經(jīng)撇油器及油水分離器分離后，通過儲油囊自動更換及分離裝置，進(jìn)入儲油囊；儲油囊裝滿后可自行脫離，機(jī)器人更換新油囊繼續(xù)完成溢油回收作業(yè)；本實(shí)用新型通過油水分離極大的提高了回收溢油的濃度，增加了機(jī)器人的溢油收集量，提高了回收效率，且經(jīng)濟(jì)性良好，適用于多種油品。
文檔編號E02B15/10GK202936769SQ20122061391
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者王雷, 袁學(xué)慶, 張敏革, 姚紅堅 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所