CN107010183B - 一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统 - Google Patents

一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统,由岸基保障系统及水下作业系统构成,所述岸基保障系统与水下作业系统通过线缆及气缆连接,所述岸基保障系统用于为水下作业系统提供动力、高压空气及保证通信,由所述岸基保障系统控制水下作业系统在水下海洋环境中对水下结构物表面进行清洗检测;本发明利用浮力舱来调整水下作业系统浮力的大小及作业姿态,其不仅增加了水下作业系统的载荷量,减少了系统的能量消耗。本发明中各行走足采用凸轮真空吸附式行走足,其可以实现对各种水下结构物表面的吸附,通过在不同的方向设置推进器,可以在海洋结构物表面形貌复杂时,使水下作业系统更方便的吸附于结构物的表面,从而实现清洗及检测工作。

Description

一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统
技术领域
本发明涉及清洗、检测设备领域,尤其涉及一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统。
背景技术
海洋装备长时间浸泡于海水中,外表面会附着难以消除的各种水生物,从而影响海洋装备的水动力性能,增加其运行阻力。而且由于深海的高压环境会导致海洋装备的外表面产生裂纹。因此需要对海洋装备外表面进行清洗及检测。相比于水下作业设备,陆地作业设备需要将海洋装备通过船坞等设备从水下提升起来,增加了作业成本和作业难度。
当前普遍存在的水下海洋装备表面清洗机器人大多采用磁吸附方式在海洋装备表面实现行走功能。采用磁吸附式的机器人存在无法吸附于非钢铁结构物表面、整机重量大以及能耗高等缺陷。
发明内容
本申请人针对上述现有问题,进行了研究改进,提供一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统,本发明可以吸附于非钢铁结构物表面进行清洗检测工作,同时通过浮力舱的调整实现机器人的悬停,增加其再和梁并减少能量消耗。
本发明所采用的技术方案如下:
一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统,由岸基保障系统及水下作业系统构成,所述岸基保障系统与水下作业系统通过线缆及气缆连接,所述岸基保障系统用于为水下作业系统提供动力、高压空气及保证通信,由所述岸基保障系统控制水下作业系统在水下海洋环境中对水下结构物表面进行清洗检测;
所述岸基保障系统的具体结构如下:
包括上位机、遥控手柄、岸基MCU、电力系统及高压空气系统,由所述遥控手柄及上位机输出控制指令,所述岸基MCU接收所述控制指令并分别控制高压空气系统、电力系统向水下作业系统传输高压空气及电能,所述岸基MCU还接收所述控制指令并控制水下作业系统进行清洗检测作业;
所述水下作业系统的具体结构如下:
包括壳体,在所述壳体的外部设置用于实现对水下结构物清洗、检测动作的行走作业组件,在所述壳体的内部设置用于检测当前工作状态的状态检测组件及用于实现水下作业系统悬停状态的浮力舱。
其进一步技术方案在于:
所述行走作业组件包括用于实现水下作业系统在水平方向移动的推进器、用于实现水下作业系统在海洋装备表面行走的行走机构、真空吸盘、摄像头、探照灯、云台及用于海洋装备表面清洗的除污装置,所述摄像头、探照灯设置于云台上,所述云台与壳体连接;
所述推进器包括用于实现水平面上三个自由度运动的第二推进器和第四推进器、以及用于提供推动力贴附海洋装备表面的第一推进器及第三推进器;所述行走机构包括第一行走足、第二行走足、第三行走足及第四行走足;所述真空吸盘包括与第一行走足连接的第一吸盘、与第二行走足连接的第二吸盘、与第三行走足连接的第三吸盘及与第四行走足连接的第四吸盘;
所述第一行走足、第二行走足位于所述壳体的一侧,所述第三行走足、第四行走足位于所述壳体的另一侧;
所述状态检测组件包括第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器、用于检测水下作业系统工作姿态的电子罗经及用于检测水下作业系统作业深度的深度传感器;
所述浮力舱包括第一浮力舱、第二浮力舱、第三浮力舱、第四浮力舱,所述第一浮力舱、第二浮力舱、第三浮力舱及第四浮力舱均包括通过管路与高压空气系统连通的活塞缸,于所述管路上分别设置用于通入或排出高压空气的进气阀及排气阀,于所述活塞缸内设置活塞,所述活塞的底部与多根弹簧的一端连接,所述弹簧的另一端与所述活塞缸的底部连接,在所述活塞缸的底部中心处还开设进出水口;
在活塞缸内还设置用于测量活塞缸内部高压空气含量的测距传感元件,沿所述活塞缸的内壁还设置限位器,在所述活塞的外圈还设置活塞密封圈;所述测距传感元件包括用于第一浮力舱的第一位移传感器、用于第二浮力舱的第二位移传感器、用于第三浮力舱的第三位移传感器及用于第四浮力舱的第四位移传感器;
所述第一行走足、第二行走足、第三行走足、第四行走足均为凸轮式真空吸附行走足;
在所述壳体上还设置配电箱及高压空气控制箱;
所述第一推进器及第二推进器均位于所述壳体的一侧,所述第三推进器位于壳体的尾部,所述第四推进器位于所述壳体的另一侧。
本发明的有益效果如下:
本发明结构简单、使用方便,利用浮力舱来调整水下作业系统浮力的大小,其不仅增加了水下作业系统的载荷量,减少了系统的能量消耗,还能对各浮力舱内高压空气量通过测距传感元件进行监控。本发明中各行走足采用凸轮真空吸附式行走足,其可以实现对各种水下结构物表面的吸附,通过在不同的方向设置推进器,可以在海洋结构物表面形貌复杂时,使水下作业系统更方便的吸附于结构物的表面,从而实现清洗及检测工作。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中清洗检测装置与岸基的硬件连接示意图。
图3为本发明中浮力舱结构示意图。
其中:1、除污装置;2、第一吸盘;3、第一行走足;4、第一浮力舱;5、第二吸盘;6、第二行走足;7、第二推进器;8、第一位移传感器;9、第一推进器;10、第二浮力舱;11、第二位移传感器;12、高压空气控制箱;13、机器人MCU;14、摄像头;15、探照灯;16、云台;17、配电箱;18、第三位移传感器;19、第四推进器;20、第三推进器;21、第三浮力舱;22、第三行走足;23、电子罗经;24、第三吸盘;25、第四位移传感器;26、第四行走足;27、第四吸盘;28、第四浮力舱;29、深度传感器;30、高压空气系统;31、上位机;32、遥控手柄;33、岸基MCU;34、电力系统;35、限位器;36、活塞缸;37、活塞;38、弹簧;39、进出水口;40、活塞密封圈;41、测距传感元件;42、进气阀;43、排气阀;44、壳体。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式。
如图1所示,一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统包括岸基保障系统及水下作业系统,岸基保障系统用于为水下作业系统提供动力、高压空气及保证通信,由岸基保障系统控制水下作业系统在水下海洋环境中对水下结构物表面进行清洗检测;
如图2所示,岸基保障系统的具体结构如下:
包括上位机31、遥控手柄32、岸基MCU33、电力系统34及高压空气系统30,由遥控手柄32及上位机31输出控制指令,岸基MCU33接收控制指令并分别控制高压空气系统30、电力系统34向水下作业系统传输空气及电能,岸基MCU33还接收控制指令并控制水下作业系统进行清洗检测作业;
如图1、图2所示,水下作业系统的具体结构如下:
包括壳体44,在壳体44的外部设置用于实现对水下结构物清洗、检测动作的行走作业组件,在壳体44的内部设置用于检测当前工作状态的状态检测组件及用于实现水下作业系统悬停状态的浮力舱。
如图1所示,所行走作业组件包括用于实现水下作业系统在水平方向移动的推进器、用于实现水下作业系统在海洋装备表面行走的行走机构、真空吸盘、摄像头14、探照灯15、云台16及用于海洋装备表面清洗的除污装置1,用于拍摄海洋装备表面图像的摄像头14、探照灯15设置于云台16上,云台16与壳体44连接。
如图1所示,推进器包括用于实现水平面上三个自由度运动的第二推进器7和第四推进器19、以及用于提供推动力贴附海洋装备表面的第一推进器9及第三推进器20;第一推进器9及第二推进器7均位于所述壳体44的一侧,所述第三推进器20位于壳体44的尾部,所述第四推进器19位于所述壳体44的另一侧。
行走机构包括第一行走足3、第二行走足6、第三行走足22及第四行走足26;真空吸盘包括与第一行走足3连接的第一吸盘2、与第二行走足6连接的第二吸盘5、与第三行走足22连接的第三吸盘24及与第四行走足26连接的第四吸盘27。上述第一行走足3、第二行走足6位于壳体44的一侧,第三行走足22、第四行走足26位于壳体44的另一侧。上述第一行走足3、第二行走足6、第三行走足22、第四行走足26均为凸轮式真空吸附行走足。
如图1所示,上述状态检测组件包括第一位移传感器8、第二位移传感器11、第三位移传感器18、第四位移传感器25、用于检测水下作业系统工作姿态的电子罗经23及用于检测水下作业系统作业深度的深度传感器29。
浮力舱包括浮力舱包括第一浮力舱4、第二浮力舱10、第三浮力舱21、第四浮力舱28,第一浮力舱4、第二浮力舱10、第三浮力舱21及第四浮力舱28均包括通过管路与高压空气系统30连通的活塞缸36,于管路上分别设置用于通入或排出高压空气进气阀42及排气阀43,于活塞缸36内设置活塞37,活塞37的底部与多根弹簧38的一端连接,弹簧38的另一端与活塞缸36的底部连接,在活塞缸36的底部中心处还开设进出水口39。在活塞缸36内还设置用于测量活塞缸36内部高压空气含量的测距传感元件41,沿活塞缸36的内壁还设置限位器35,在活塞37的外圈还设置活塞密封圈40。上述测距传感元件41包括用于第一浮力舱4的第一位移传感器8、用于第二浮力舱10的第二位移传感器11、用于第三浮力舱21的第三位移传感器18及用于第四浮力舱28的第四位移传感器25。
在上述壳体44上还设置配电箱17及高压空气控制箱12。
本发明的具体工作过程如下:
如图1、图2所示,在本发明中岸基保障系统通过线缆及气缆与水下作业系统相连,首先通过遥控手柄32、上位机31及岸基MCU33与水下作业系统中机器人MCU13的通信实现对高压空气系统30、电力系统34、行走作业组件、状态检测组件、浮力舱、摄像头14、探照灯15、除污装置1的控制,并实现对水下作业系统中高压空气及电能的传输。
浮力舱压力调整:
机器人MCU13通过电子罗经23检测水下作业系统姿态、通过深度传感器29检测水下作业系统的作业深度,检测完毕后根据目标工作深度及目标工作姿态对第一浮力舱4高压空气、第二浮力舱10高压空气、第三浮力舱21高压空气、第四浮力舱28高压空气的调整,同时机器人MCU13根据清洗检测所需的作业深度及海洋结构表面的形貌计算出各浮力舱所需高压空气量。由于第一浮力舱4、第二浮力舱10、第三浮力舱21、第四浮力舱28均为刚性结构,如图3所示,通过进气阀42、排气阀43实现各活塞缸36内空气的调整,由此可以实现水下作业系统以任意姿态悬停于任意水平面,高压空气通过岸基保障系统采用复合缆供给,大大提高了水下作业系统的工作时间。当需要增加各浮力舱内高压空气时,可以控制高压空气系统30通过进气阀42通入高压空气,同理,当需要减少各浮力舱内高压空气时,可以控制排气阀43打开,将高压空气排出。
利用上位机31、遥控手柄32控制各推进器进行工作,使水下作业系统贴附于海洋结构物表面,当处于同一水平面的海洋结构物表面的形貌发生较大变化时,采用上述浮力舱压力调整过程。其中通过第二推进器7和第四推进器19实现水平面上三个自由度运动,当海洋装备表面结构较为复杂无法吸附时,可以通过第一推进器9及第三推进器20提供推动力贴附海洋装备表面,以便进行后续清洗工作。
在清洗过程中通过控制云台16调整摄像头14及探照灯15的角度,进行海洋结构物表面信息采集,并传输到上位机31。
以上描述是对本发明的解释,不是对发明的限定,本发明所限定的范围参见权利要求,在不违背本发明的基本结构的情况下,本发明可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统,其特征在于:由岸基保障系统及水下作业系统构成,所述岸基保障系统与水下作业系统通过线缆及气缆连接,所述岸基保障系统用于为水下作业系统提供动力、高压空气及保证通信,由所述岸基保障系统控制水下作业系统在水下海洋环境中对水下结构物表面进行清洗检测;
所述岸基保障系统的具体结构如下:
包括上位机(31)、遥控手柄(32)、岸基MCU(33)、电力系统(34)及高压空气系统(30),由所述遥控手柄(32)及上位机(31)输出控制指令,所述岸基MCU(33)接收所述控制指令并分别控制高压空气系统(30)、电力系统(34)向水下作业系统传输高压空气及电能,所述岸基MCU(33)还接收所述控制指令并控制水下作业系统进行清洗检测作业;
所述水下作业系统的具体结构如下:
包括壳体(44),在所述壳体(44)的外部设置用于实现对水下结构物清洗、检测动作的行走作业组件,在所述壳体(44)的内部设置用于检测当前工作状态的状态检测组件及用于实现水下作业系统悬停状态的浮力舱;所述行走作业组件包括用于实现水下作业系统在水平方向移动的推进器、用于实现水下作业系统在海洋装备表面行走的行走机构、真空吸盘、摄像头(14)、探照灯(15)、云台(16)及用于海洋装备表面清洗的除污装置(1),所述摄像头(14)、探照灯(15)设置于云台(16)上,所述云台(16)与壳体(44)连接;所述推进器包括用于实现水平面上三个自由度运动的第二推进器(7)和第四推进器(19)、以及用于提供推动力贴附海洋装备表面的第一推进器(9)及第三推进器(20);所述行走机构包括第一行走足(3)、第二行走足(6)、第三行走足(22)及第四行走足(26);所述真空吸盘包括与第一行走足(3)连接的第一吸盘(2)、与第二行走足(6)连接的第二吸盘(5)、与第三行走足(22)连接的第三吸盘(24)及与第四行走足(26)连接的第四吸盘(27);所述第一行走足(3)、第二行走足(6)、第三行走足(22)、第四行走足(26)均为凸轮式真空吸附行走足;
所述浮力舱包括第一浮力舱(4)、第二浮力舱(10)、第三浮力舱(21)、第四浮力舱(28),所述第一浮力舱(4)、第二浮力舱(10)、第三浮力舱(21)及第四浮力舱(28)均包括通过管路与高压空气系统(30)连通的活塞缸(36),于所述管路上分别设置用于通入或排出高压空气的进气阀(42)及排气阀(43),于所述活塞缸(36)内设置活塞(37),所述活塞(37)的底部与多根弹簧(38)的一端连接,所述弹簧(38)的另一端与所述活塞缸(36)的底部连接,在所述活塞缸(36)的底部中心处还开设进出水口(39)。
2.如权利要求1所述的一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统,其特征在于:所述第一行走足(3)、第二行走足(6)位于所述壳体(44)的一侧,所述第三行走足(22)、第四行走足(26)位于所述壳体(44)的另一侧。
3.如权利要求1所述的一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统,其特征在于:所述状态检测组件包括第一位移传感器(8)、第二位移传感器(11)、第三位移传感器(18)、第四位移传感器(25)、用于检测水下作业系统工作姿态的电子罗经(23)及用于检测水下作业系统作业深度的深度传感器(29)。
4.如权利要求1所述的一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统,其特征在于:在活塞缸(36)内还设置用于测量活塞缸(36)内部高压空气含量的测距传感元件(41),沿所述活塞缸(36)的内壁还设置限位器(35),在所述活塞(37)的外圈还设置活塞密封圈(40);所述测距传感元件(41)包括用于第一浮力舱(4)的第一位移传感器(8)、用于第二浮力舱(10)的第二位移传感器(11)、用于第三浮力舱(21)的第三位移传感器(18)及用于第四浮力舱(28)的第四位移传感器(25)。
5.如权利要求1所述的一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统,其特征在于:在所述壳体(44)上还设置配电箱(17)及高压空气控制箱(12)。
6.如权利要求1所述的一种基于浮力舱的水下结构物表面清洗检测系统,其特征在于:所述第一推进器(9)及第二推进器(7)均位于所述壳体(44)的一侧,所述第三推进器(20)位于壳体(44)的尾部,所述第四推进器(19)位于所述壳体(44)的另一侧。
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Date Code Title Description
PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Wan Jianglong

Inventor after: Kong Cuan

Inventor after: Xie Renhe

Inventor after: Zhang Jie

Inventor after: Li Binbin

Inventor before: Wan Jianglong

Inventor before: Kong Cuan

Inventor before: Xie Renhe

Inventor before: Li Binbin

GR01 Patent grant
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