CN106184651A - 一种船舶爬壁清洗车系统及其控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制技术领域，旨在提供一种船舶爬壁清洗车系统及其控制装置。该系统的清洗小车包括底盘和车轮，至少一个车轮连接伺服电机；底盘上装有永磁铁，用于将清洗小车吸附于铁质船壳上；还装有高压水喷嘴和污水回收口，高压水喷嘴上设喷嘴压力传感器，污水回收口上设负压压力传感器；喷嘴压力传感器和负压压力传感器均接至ARM单片机，ARM单片机还与无线电收发装置相接。本发明尺寸小，重量轻，操作简便，无需吊车、船等其它设备辅助，没有任何专业背景的个人即可操作。价格低廉，有明确的用途和使用价值，便于推广。易于加工、生产，工艺简单，便于快速投放市场。能够实现自动清洗，代替人完成船舶表面清洗任务，效率高，保护了人员的安全。

Description

一种船舶爬壁清洗车系统及其控制装置

技术领域

本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种用于船舶爬壁清洗车系统及其控制装置。

背景技术

大型船舶在经过常年的航行后，在其吃水线以下的船体外壳上会形成一层厚厚的垢层。这些垢层由藻类、贝类附着物构成，紧密而且坚硬。另一方面，船舶在运行多年后，不可避免地会产生大面积锈蚀的情况。因此，在大型船舶进行大修时，一般都要求将船体上的涂层、结垢和旧的尤其以及铁锈去除，然后再涂上新的油漆，这样才能保证船舶的正常航行和延长其使用寿命。目前，船体外壳上涂层、垢层的清除，还有的是工人手执锤子铲子进行敲打和铲刮，因垢层坚硬致密且面积大，维修工期长，工人劳动强度大。

国外于20世纪80年代末开始探索利用高压水射流技术对船舶进行清洗和除锈除油漆工作，并取得了成功，该项技术已在国外船舶维修行业广泛推广和采用。近几年来，随着我国高压水射流技术的发展，该项技术已成果应用于船舶行业。该技术的工作原理是利用高压水泵，将普通水的压力提高至40-250MPa，单枪流量约为20-39L/min,从喷嘴射出，形成超高压水射流或磨料水射流。利用水射流的强大冲击力、冲蚀力和剥离能力，能快速地将涂层、结垢、铁锈和油漆去除干净。在清洗时，可采用纯水射流清洗和磨料水射流清洗两种方式。采用纯水清洗时，水射流的压力很高，可采用旋转喷头，清洗速度快，设备简单。采用磨料水射流清洗时，水射流的压力相对较小，磨料为便宜的石英砂，操作现对复杂一些。利用高压水射流技术对船舶进行清洗是一种高效高质量快捷的维修维护方法。但是，目前该技术在实际应用中仍需人工现场操作，清洗工作量较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种船舶爬壁清洗车系统及其控制装置。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

本发明提供一种船舶爬壁清洗车系统，包括清洗小车；所述清洗小车包括底盘和装于底盘上的车轮，其中至少一个车轮连接用于驱动的伺服电机；底盘上装有若干组永磁铁，用于将清洗小车吸附于铁质船壳上；清洗小车上还装有高压水喷嘴和污水回收口，高压水喷嘴上设喷嘴压力传感器，污水回收口上设负压压力传感器；喷嘴压力传感器和负压压力传感器均接至ARM单片机，ARM单片机还与无线电收发装置相接。

本发明中，所述清洗小车有三个车轮，包括两个前部的驱动轮和一个后部的万向随动轮；两个驱动轮分别接至一个伺服电机。

本发明进一步提供了一种用于前述船舶爬壁清洗车系统的控制装置，该控制装置包括电控柜；该电控柜中设有驱动电源，以及分别连接至STC或ARM单片机的光控继电器、高压水泵站驱动电平接口、伺服控制器和无线电接收装置；其中，光控继电器与真空泵相接，高压水泵站驱动电平接口与高压水泵站的高压水泵站电磁阀相接，伺服控制器通过信号电缆与清洗小车的伺服电机相接；驱动电源分别接至真空泵和高压水泵站，并通过强电电缆接至清洗小车的伺服电机；真空泵通过真空管接至清洗小车的污水回收口，高压水泵站通过高压水管接至清洗小车的高压水喷嘴。

本发明中，所述驱动电源是市电电网的交流电，或者是直流电源；当驱动电源是直流电源时，该电控柜还配置直流转交流逆变器，用于将直流电转化为交流电。

本发明中，该控制装置还包括遥控盒；该遥控盒上设有分别连接至STC或ARM单片机的下述部件：用于控制小车进退和转向的遥杆、用于控制伺服电机转速的旋钮、真空泵供电开关阀、高压水泵开关阀、紧急停车阀按钮、高压水喷嘴失压报警灯和污水回收口负压超限报警灯和无线电收发装置。

发明原理描述：

本发明中，清洗小车的底盘四周安装强磁力的永磁铁，保证小车被船舶的铁质外壳吸住不掉下来。小车安装了两台伺服电机，用于驱动小车前进、后退和转向。小车运动由小车上的两个交流伺服电机驱动，两电机相同转速实现进退，差动转速实现转向。伺服电机可采用安川SGM7A-02A伺服电机。ARM单片机采集喷嘴压力传感器和负压压力传感器压力信号，通过无线电收发装置发送给遥控盒。

所述电控柜实现：1)将无线接收装置收到的信号转换为伺服控制器控制信号、真空泵开关信号、高压水泵站开关信号；2)将直流电转换为380V交流电和220V交流电。

真空泵供电开关采用光控继电器，安装在电控柜里，光控继电器与真空泵之间用电缆连接。真空泵供电开关起着对真空泵供电线路的断开和闭合作用。真空泵供电开关控制量为24V直流高电平。

高压水泵站开关采用电磁阀开关，安装在高压水泵站里，电磁阀开关与高压水泵站采用电缆连接。电磁阀开关起着对高压水泵站高压水的通断控制作用。高压水泵站电磁阀开关控制量为24V直流高电平。本发明中提及高压水泵站、高压水管或高压水喷嘴时，所述“高压”通常是指水压为2500bar或以上。

所述遥控盒采用无线电收发信号，摇杆控制小车进退和转向，旋钮有两档用以控制电机速度，2个开关阀分别是真空泵供电开关阀、高压水泵站开关阀，2个报警灯分别用于失压和负压超限时立即闪烁报警。遥控盒上的紧急停车阀通过无线发送装置发送给电控柜的无线接收装置实现真空泵断电、高压水断开、小车停车。

小车的速度控制采用如下控制方法：

(1)前进速度控制

如果高速前进，则操控人员将操控盒上的摇杆拨向上位，则控制信号通过无线电发送给电控柜上的伺服控制器，进而控制两个伺服电机转速达到3000r/min，小车前进速度＝8m/min。操控人员目测小车爬行到指定位置后，将摇杆拨回中间原位，则小车车轮停止运动，保持不动。

如果低速前进，同上实现控制两个伺服电机转速1850r/min，小车前进速度＝5m/min。

(2)后退速度控制

小车后退只有一个速度，操控人员将操控盒上的摇杆拨向下位，则控制信号通过无线电发送给电控柜上的伺服控制器，进而控制两个伺服电机反向转速1850r/min，小车后退速度＝5m/min。

小车的转向控制采用以下控制方法，

小车向左转，则操控人员将操控盒上的摇杆下拨向左位，则控制信号通过无线电发送给电控柜上的伺服控制器，进而控制小车首部的左边伺服电机转速1500r/min，右伺服电机转速3000r/min。操控人员目测小车转到指定角度后，将摇杆拨回中间原位，则小车车轮停止转动，保持不动。

同理小车向右转，则操控人员将操控盒上的摇杆下拨向右位，则控制信号通过无线电发送给电控柜上的伺服控制器，进而控制小车首部的左边伺服电机3000r/min，右伺服电机转速1500r/min。操控人员目测小车转到指定角度后，将摇杆拨回中间原位，则小车车轮停止转动，保持不动。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果及优点：

本发明是一种能在船舶表面爬行完成壳体外表面自动清洗的装置。与人工清洗相比，它采用了较复杂的推进和控制技术。具体表现在：1)采用伺服电机驱动，能够进行速度、转向控制，而采用人工清洗方式，耗费大量工时；2)采用无线遥控，与人工相比，智能化程度更高，更有效率；3)从经济性考虑，本发明清洗具有更低的成本。与现有垂直面爬行装置相比，本发明采用永磁吸附和轮式推进，能够在粗糙表面自由爬行。本发明爬壁清洗装置与现有清洗装置相比，不仅能够清洗表面，还能够将污水通过真空泵回收，防止污染海水。

此外，本发明还具备以下优点：

1.本发明尺寸小，重量轻，操作简便，无需吊车、船等其它设备辅助，没有任何专业背景的个人即可操作。

2.本发明价格低廉，有明确的用途和使用价值，便于推广。

3.本发明易于加工、生产，工艺简单，便于快速投放市场。

4.本发明能够实现自动清洗，代替人完成船舶表面清洗任务，效率高，保护了人员的安全。

附图说明

图1是本发明的组成示意图。

图2是图1中清洗小车的结构原理图。

图3是图1中控制装置的结构原理图。

具体实施方式

首先需要说明的是，本发明涉及机器人技术。在本发明的实现过程中，可能会涉及到软件功能模块的应用。申请人认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本发明的实现原理和发明目的以后，在结合现有公知技术的情况下，本领域技术人员完全可以运用其掌握的软件编程技能实现本发明。凡本发明申请文件提及的均属此范畴，申请人不一一列举。另外，本发明的实现依赖于多种电子元器件的应用，而这些电子元器件均为现有技术，且有成熟产品可市场购置获得，例如下面提到的伺服电机、伺服控制器、遥控盒、单片机、直流转交流逆变器、无线电接收装置，光控继电器，电磁阀、电池、喷嘴压力传感器、负压压力传感器，等等。

本发明中的船舶爬壁清洗车系统及其控制装置如图1所示。船舶爬壁清洗车系统包括清洗小车10，清洗小车10包括底盘和装于底盘上的车轮。车轮有三个，包括两个前部的驱动轮和一个后部的万向随动轮；两个驱动轮分别接至伺服电机15、16。底盘上装有若干组永磁铁，用于将清洗小车10吸附于铁质船壳上；清洗小车10上还装有高压水喷嘴和污水回收口，高压水喷嘴上设喷嘴压力传感器14，污水回收口上设负压压力传感器11；喷嘴压力传感器14和负压压力传感器11均接至ARM单片机13，ARM单片机13还与无线电收发装置12相接，当高压水喷嘴的压力失压或污水回收口负压超限时，立即向遥控盒29发送报警信号。

用于船舶爬壁清洗车系统的控制装置包括电控柜19和遥控盒29。

电控柜19中设有驱动电源28，以及分别连接至STC或ARM单片机22的光控继电器23、高压水泵站驱动电平接口27、伺服控制器20和无线电接收装置21；其中，光控继电器23与真空泵24相接，高压水泵站驱动电平接口27与高压水泵站26的高压水泵站电磁阀25相接，伺服控制器20通过信号电缆17与清洗小车的伺服电机15、16相接；驱动电源分别接至真空泵24和高压水泵站26，并通过强电电缆18接至清洗小车的伺服电机15、16；真空泵24通过真空管31接至清洗小车的污水回收口，高压水泵站26通过高压水管30接至清洗小车的高压水喷嘴。

驱动电源28是市电电网的交流电，或者是直流电源；当驱动电源是直流电源(如蓄电池)时，该电控柜还配置直流转交流逆变器，用于将直流电转化为交流电。

遥控盒29上设有分别连接至STC或ARM单片机1的下述部件：用于控制小车进退和转向的遥杆7、用于控制伺服电机转速的旋钮8、真空泵供电开关阀5、高压水泵开关阀2、紧急停车阀按钮4、高压水喷嘴失压报警灯6和污水回收口负压超限报警灯3和无线电收发装置9。

本发明中的控制装置能够提供遥控指令接口和驱动功能。通过遥控盒29发送遥控指令后，指令通过无线电发送给电控柜19的STC或ARM单片机22，打开高压水泵站26和真空泵24的开关，向伺服控制器20发送伺服控制信号，伺服控制信号通过信号电缆17传送给伺服电机15、16，达到调节电机转速的目的。通过改变清洗小车10上两个电机的转速，即可调节其速度和方向。打开高压水泵站26可完成船舶表面清洗。打开真空泵24可实现污水收集。

使用示例：

遥控盒29上设遥杆7、旋钮8、真空泵供电开关阀5、高压水泵开关阀2、紧急停车阀按钮4、失压报警灯6和负压超限报警灯3，均接至STC或ARM单片机1，后者通过无线电收发装置9向外发射或接受无线电信号。电控柜19上的无线电接收装置21收到无线电信号转换成电信号发送给STC或ARM单片机22，然后STC或ARM单片机22输出电信号并分发给伺服控制器20、光控继电器23和高压水泵站驱动电平接口27。驱动电源28提供380V交流电或220V交流电，给真空泵24供电，以及通过强电电缆18给清洗小车10上的伺服电机16和15供电。伺服控制器20将电信号通过信号电缆17发送给伺服电机16和15。操控人员操作操控盒上29的摇杆7和旋钮8，控制信号通过无线电收发装置9发送给电控柜19上的伺服控制器20，进而控制清洗小车10的两个伺服电机的转速，实现清洗小车10的转向和速度控制。清洗小车10由于底盘装有强磁力永磁铁，磁力是自身重力的1.5倍到2倍，所以始终被吸在船舶表面不掉下来，在小车首部的两个驱动轮在伺服电机15、16驱动下进行运动，可以实现清洗小车10的前进、后退和转向。在清洗小车10爬行运动过程中，操控人员操作操控盒29上的高压水泵开关阀2，控制信号通过无线电发送给电控柜19上的高压水泵站驱动电平接口27，进而给高压水泵站电磁阀25发送电信号，控制高压水泵站26的开关，高压水通过高压水管30传送给清洗小车10，此时高压水流喷出，实现清洗船舶表面污渍的目的。操控人员操作操控盒上29的真空泵供电开关阀5，控制信号通过无线电发送给电控柜19上的光控继电器23控制真空泵24的供电开关，真空泵24通过真空管31形成负压气流，将清洗小车10清洗过的废水回收岸上专门的废水收集箱，实现废水回收的目的。如此，在控制小车爬行过程中，完成对高压水和废水回收进行控制。操控人员操作操控盒29上的紧急停车阀按钮4，控制信号通过无线电以极短的时间(0.1秒)分别发送给电控柜19上的伺服控制器20、真空泵供电开关阀5、高压水泵开关阀2，实现伺服电机零转速、真空泵24断电、高压水泵站26断电，等等。清洗小车10上的负压压力传感器11检测到压力信号发送给ARM单片机13，然后ARM单片机13再将电信号通过无线电收发装置12发送给无线电收发装置9，STC或ARM单片机1对无线电收发装置9发来的电信号进行检测，实现失压和负压超限报警。

Claims (5)

1.一种船舶爬壁清洗车系统，包括清洗小车；其特征在于，所述清洗小车包括底盘和装于底盘上的车轮，其中至少一个车轮连接用于驱动的伺服电机；底盘上装有若干组永磁铁，用于将清洗小车吸附于铁质船壳上；清洗小车上还装有高压水喷嘴和污水回收口，高压水喷嘴上设喷嘴压力传感器，污水回收口上设负压压力传感器；喷嘴压力传感器和负压压力传感器均接至ARM单片机，ARM单片机还与无线电收发装置相接。

2.根据权利要求1所述的船舶爬壁清洗车系统，其特征在于，所述清洗小车有三个车轮，包括两个前部的驱动轮和一个后部的万向随动轮；两个驱动轮分别接至一个伺服电机。

3.一种用于权利要求1或2所述船舶爬壁清洗车系统的控制装置，其特征在于，该控制装置包括电控柜；该电控柜中设有驱动电源，以及分别连接至STC或ARM单片机的光控继电器、高压水泵站驱动电平接口、伺服控制器和无线电接收装置；其中，光控继电器与真空泵相接，高压水泵站驱动电平接口与高压水泵站的高压水泵站电磁阀相接，伺服控制器通过信号电缆与清洗小车的伺服电机相接；驱动电源分别接至真空泵和高压水泵站，并通过强电电缆接至清洗小车的伺服电机；真空泵通过真空管接至清洗小车的污水回收口，高压水泵站通过高压水管接至清洗小车的高压水喷嘴。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述驱动电源是市电电网的交流电，或者是直流电源；当驱动电源是直流电源时，该电控柜还配置直流转交流逆变器，用于将直流电转化为交流电。

5.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，该控制装置还包括遥控盒；该遥控盒上设有分别连接至STC或ARM单片机的下述部件：用于控制小车进退和转向的遥杆、用于控制伺服电机转速的旋钮、真空泵供电开关阀、高压水泵开关阀、紧急停车阀按钮、高压水喷嘴失压报警灯和污水回收口负压超限报警灯和无线电收发装置。