CN109248872A - 一种空化射流清洗设备及清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空化射流清洗设备及清洗方法，包括：外罩壳、底盘、主控芯片、姿态传感器、传感器组件、安装在底盘上的多个空化射流喷头、安装在底盘前侧的两组麦克纳姆轮组件和后侧的两组麦克纳姆轮组件、和安装在底盘上用于磁吸附海洋平台的磁性部件，每组麦克纳姆轮组件包括一个麦克纳姆轮和用于驱动麦克纳姆轮移动的驱动部件；传感器组件包括用于检测空化射流清洗设备当前水深的水深传感器、和用于检测海洋平台边缘的左侧红外测距传感器、和右侧红外测距传感器；姿态传感器、驱动部件、水深传感器、左侧红外测距传感器和右侧红外测距传感器均与主控芯片通信连接。用于提高清刷效果及效率，该清洗设备移动灵活且易控，提高清刷效果可靠性。

Description

一种空化射流清洗设备及清洗方法

技术领域

本发明属于清洗技术领域，具体涉及一种空化射流清洗设备及清洗方法。

背景技术

随着全世界大力推进海洋科技发展，各种海洋装备正发挥着越来越大的作用，但是海水的腐蚀性和海洋生物的附着性，使得装备表面附着难以清除的贝类、锈皮和锈斑。为了延长海洋设备的使用寿命并保证其安全运行，对海洋设备表面进行水下清刷作业。现有的水下清刷机器人多数通过毛刷、铲除、高压水等机械式清刷方式，导致清刷效率低，清刷不彻底；我国的清洗行业多年来一直处于化学和手工清洗的落后状态，虽然清刷效果好，但是无形之中增加了海洋设备的成本损耗和非运营时间，而比较先进的空化射流清洗技术是西方发达国家的主流清洗技术，其清刷效率高且效果好，但是空化射流清洗设备价格也相对较高，导致消费者望而却步。因此，亟需一种清洗设备，用于调和我国海洋清洗行业在清刷效果与成本的矛盾状态。

发明内容

本发明提供的一种空化射流清洗设备及清洗方法的目的在于，用于解决我国现有技术中空化射流清洗设备缺乏导致的清刷效果差、效率低的问题，提高清刷效果及效率，该清洗设备移动灵活且易控，提高清刷效果可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案予以解决：

一种空化射流清洗设备，由上位机控制运行，其包括：外罩壳；底盘；主控芯片，其与所述上位机通信连接；姿态传感器，用于检测所述空化射流清洗设备的姿态，其与所述主控芯片通信连接；用于限定所述空化射流清洗设备清刷范围的与所述主控芯片通信连接的传感器组件，包括：用于检测所述空化射流清洗设备的当前水深的水深传感器、和用于检测海洋平台的边缘的左侧红外测距传感器和右侧红外测距传感器；多个空化射流喷头，其安装在所述底盘上；前侧两组麦克纳姆轮组件和后侧两组麦克纳姆轮组件，其均安装在所述底盘上，其中每组麦克纳姆轮组件包括一个麦克纳姆轮和用于驱动所述麦克纳姆轮移动的驱动部件，所述驱动部件与所述主控芯片通信连接；和磁性部件，其安装在所述底盘上，用于磁吸附海洋平台。

进一步地，为了实现该清洗设备对不平表面的自适应传动，提高该设备清洗越障能力，所述空化射流清洗设备还包括自适应调节组件，所述自适应调节组件包括第一立式轴承、第二立式轴承以及穿过所述第一立式轴承和第二立式轴承的光轴；所述底盘包括前底盘和后底盘，前侧两组麦克纳姆轮组件和第一立式轴承安装在所述前底盘上，且后侧两组麦克纳姆轮组件和第二立式轴承安装在所述后底盘上。

进一步地，为了提高清洗设备中电控元件的防水密封性，所述空化射流清洗设备还包括所述密封舱，所述密封舱设置在所述外罩壳和所述底盘之间；所述主控芯片、所述水深传感器和姿态传感器均设置在所述密封舱内，所述左侧红外测距传感器安装在所述外罩壳的左侧而所述右侧红外测距传感器安装在所述外罩壳的右侧。

进一步地，为了检验该清洗设备对海洋平台清洗的效果，所述空化射流清洗设备还包括均安装在所述外罩壳上的前侧摄像组件和后侧摄像组件，每个均与所述上位机通信连接且均包括摄像头和探照灯。

进一步地，为了实现对多个空化射流喷头的固定，多个空化射流喷头包括位于前侧的四个空化射流喷头和后侧的四个空化射流喷头；所述空化射流清洗设备还包括第一固定座和第二固定座；在所述前底盘的前端间隔开设有四个第一孔，且在所述后底盘的后端间隔开设有四个第二孔，前侧的四个空化射流喷头的固定端穿过各第一孔螺纹连接至第一固定座上开设的螺纹孔内，后侧的四个空化射流喷头的固定端穿过各第二孔螺纹连接至第二固定座上开设的螺纹孔内。

进一步地，为了增强该清洗设备与平台的吸附效果，所述空化射流清洗设备还包括弹簧螺栓，所述磁性部件通过所述弹簧螺栓固定在所述底盘上。

进一步地，所述上位机采集所述空化射流清洗设备的各个部件的数据并通过上位机上的人机交互界面显示；所述人机交互界面上还设置有控制所述驱动部件转向和速度的控制按键。

本发明还涉及一种如上所述的空化射流清洗设备的清洗方法，包括如下步骤：S1:控制所述主控芯片、所述驱动部件和所述多个空化射流喷头上电并初始化所述空化射流清洗设备中各部件；S2：采集姿态传感器反馈的姿态数据，姿态数据在X轴上的角度与预设行进方向偏离预设角度时，启动姿态校正步骤S21；S3:采集所述水深传感器反馈的水深数据，在水深数据与设定的上边界或下边界距离第一预设距离时，启动水深边界检测步骤S31；以及S4：采集所述左侧红外测距传感器和右侧红外测距传感器反馈的距离数据，在距离数据与设定的左边缘或右边缘距离第二距离时，启动边缘检测步骤S41。

进一步地，姿态校正步骤S21包括：校正所述空化射流清洗设备的姿态数据在X轴上的角度与预设行进方向一致。

进一步地，水深边界检测步骤S31包括：控制所述空化射流清洗设备停止清洗、控制其向左或向右平移、并且反方向开始清刷。

进一步地，边缘检测步骤S41包括：控制所述空化射流清洗设备停止清洗，并反方向开始清刷。

进一步地，所述清洗方法还包括用于查看清洗效果的步骤：控制前侧摄像组件和后侧摄像组件上电，获取并比对所述前侧摄像组件中摄像头拍摄的图片和所述后侧摄像组件中摄像头拍摄的照片。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：多个空化射流喷头配合麦克纳姆轮组件用于清刷海洋平台，清刷彻底且效率高，使用的麦克纳姆轮组件，实现上下左右折线清刷，不需要转弯移动，降低控制难度和提高清刷效率，间接提高了清洗设备的清刷效果可靠性，且姿态传感器、水深传感器和左侧和右侧红外测距传感器用于保证清洗设备在所规划的遍历范围内清刷，也提高了清刷可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简要介绍，显而易见地，下面描述的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明中空化射流清洗设备的主视图；

图2为本发明中空化射流清洗设备的立体图；

图3为本发明中空化射流清洗设备的爆炸图；

图4为本发明中去掉外罩壳后的空化射流清洗设备的立体图；

图5为本发明中去掉外罩壳后的空化射流清洗设备的主视图；

图6为本发明的去掉外罩壳后的空化射流清洗设备的仰视图；

图7为本发明中控制空化射流清洗设备的清洗方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，在我国，还没有一种将空化射流技术和麦克纳姆轮配合使用且结构简单的海洋平台清洗设备，导致我国现有海洋平台清洗效率低，基于此，本实施例涉及一种空化射流清洗设备100，由上位机（未示出）控制运行，包括：外罩壳10；底盘；主控芯片（未示出），其与上位机通信连接；姿态传感器（未示出），用于检测空化射流清洗设备100的姿态，其与主控芯片通信连接；用于限定空化射流清洗设备100清刷范围的与主控芯片通信连接的传感器组件，包括：用于检测空化射流清洗设备100当前水深的水深传感器（未示出）、和用于检测海洋平台边缘的左侧红外测距传感器13和右侧红外测距传感器14；多个空化射流喷头40，其安装在底盘上；前侧两组麦克纳姆轮组件（未示出）和后侧两组麦克纳姆轮组件（未示出），其均安装在底盘上，其中每组麦克纳姆轮组件包括一个麦克纳姆轮和用于驱动麦克纳姆轮移动的驱动部件，驱动部件与主控芯片通信连接；和磁性部件80，其安装在底盘上，用于磁吸附海洋平台。

具体地，如图1至图3所示，为了实现对该清洗设备的电器部件的防水密封性，在本实施例中，在底盘和外罩壳10之间通过螺钉、焊接或粘贴等方式设置密封舱70，密封舱70内密封有主控芯片、水深传感器和姿态传感器，本实施例水深传感器为MS5837-30BA压力传感器，用于判断上下水深边界，通过I²C总线与主控芯片通信，且在该清洗设备运行时，通过上位机采通过串口从主控芯片采集该水深数据且与上位机设定的水深上下边界或默认的水深范围比较，规范清洗设备的上下清刷范围。本实施例中姿态传感器为MPU6050，其整合了加速度和陀螺仪，主控芯片能够得到三维的角度值，并通过采集X轴数据（即陀螺仪的X轴数据）与设既定行进方向比较，使得该清洗设备在清刷过程中处于垂直状态，提高清刷效率，其中上位机可以通过串口采集到姿态数据。并且为了通过检测左右方向上是否有障碍物遮挡，判断海洋平台的边缘，防止该清洗设备从海洋平台上滑落，在本实施例中，外罩壳10上的左右两侧安装有红外测距传感器13和14，如图2所示，本实施例红外测距传感器13和14为选用E18-D80NK红外避障传感器，主控芯片通过采集红外测距传感器13或14的输出信号判断是否检测到障碍物，例如，通过主控芯片采集到高电平时表示未检测到障碍物而采集到低电平时表示检测到障碍物。此外，还可以设置温度传感器，用于检测当前海洋环境温度，并且上位机通过与主控芯片串口通信读取温度数据。

如图1至图3所示，在本实施例中，每组麦克纳姆轮组件的结构相同，为了简化描述，仅描述一组麦克纳姆轮组件50，包括一个麦克纳姆轮51、水下直流减速电机54、用于将该麦克纳姆轮51连接至该水下直流减速电机54的大法兰51，通过L型连接板53将每组麦克纳姆轮50安装至底盘上，本实施例底盘由前底盘30和后底盘20形成，前侧的两组麦克纳姆轮安装至前底盘30上而后侧的两组麦克纳姆轮安装至后底盘20，麦克纳姆轮51可以上下左右平移，不需要转弯，实现折线往返行进，提高清刷效果，且使设备100简单且可灵活地控制。如图2、图5和图6所示，在底盘下方且在前侧的两组麦克纳姆轮和后侧的两组麦克纳姆轮之间的空间中安装有自适应调节组件60和磁性部件80，本实施例中该清洗设备100通过该磁性部件80吸附有待清洗的海洋平台。为了实现该清洗设备对不平表面的自适应传动，提高该设备清洗越障能力，如图3、图5和图6所示，自适应调节组件60包括第一立式轴承61、第二立式轴承62以及穿过第一立式轴承61和第二立式轴承62的光轴63，其中第一立式轴承62安装在前底盘30下方且第二立式轴承62安装在后底盘20下方，该自适应调节组件具有结构简单、成本低、强度高、易保养的优点，能在一定程度上与不平工作表面相适应，以取得最佳的吸附作业效果。

此外，为了增强吸附性能，如图3至图5所示，本实施例磁性部件80通过弹簧螺栓固定至底盘上，具体固定至前底盘30下方，在清洗设备磁吸至海洋平台表面上时，利用弹簧的弹性势能使磁性部件80根据工作表面情况调整位置以保持与海洋平台表面保持贴紧，增强贴合度，以达到最优的吸附力效果，避免该清洗设备越障时磁性部件80与工作表面间隙增大而导致该清洗设备脱落，提高清洗设备吸附的可靠性和清刷时的自适应性。并且，为了进一步增强吸附能力，可以把各麦克纳姆轮制作成磁轮，具体可将麦克纳姆轮斜向分布的小辊子的心轴换成由磁性材料（例如钕铁硼）充磁的心轴。

在本实施例中，为了实现对海洋平台的清刷效果，在底盘上设置有四个前侧空化射流喷头和四个后侧空化射流喷头，当然数量不局限于前侧四个和后侧四个，在此不做数量限制，其中四个前侧空化射流喷头和四个后侧空化射流喷头的喷头方向朝下并与垂直方向成一定角度。四个前侧空化射流喷头的固定方式与四个后侧空化射流喷头的固定方式一样，为了简单描述，仅描述四个前侧空化射流喷头的固定方式，如图3至图5所示，为了实现喷头倾斜向下喷射，在前底盘30的前端具有倾斜向上的部分，在该部分上间隔开设有四个第一孔，对应地，在第一固定座90上开设有对应于四个第一孔的四个螺纹孔，各前侧空化射流喷头40的固定端具有外螺纹，各固定端穿过各第一孔拧入各螺纹孔内，实现第一固定座90、各前侧空化射流喷头40与前底盘30的整体装配；同理，实现第二固定座、各后侧空化射流喷头与后底盘20的整体装配。

如图2所示，在本实施例中，为了方便查看该清洗设备100的清刷效果，在外罩壳10的前后两侧均设置摄像组件，前侧的包括前摄像头12和为前摄像头12提供光源的前探照灯11，且后侧的包括后摄像头16和为后摄像头16提供光源的后探照灯15，前探照灯11、前摄像头12、后探照灯15和后摄像头16均由上位机控制上电，在清洗设备100运行过程中，前摄像头12拍摄清刷前的海洋平台底面且后摄像头16拍摄进过空化射技术清刷后的海洋平台底面，前摄像头12和后摄像头16通过AV转USB转换器将拍摄的图片传输至上位机，对比得出清刷效果。

此外，整个清洗设备100模拟了主要海洋平台附着生物的天敌海星捕食运动特性、布置、结构及功能；如图1和图2所示，利用椭球的部分作为外罩壳10建立整个清洗设备100的形状，使得阻力减小、外观美观及易于加工。当然，外罩壳10的形状不局限于此种椭球形状。

在本实施例中，上位机为前侧的四个空化射流喷头40和后侧的四个空化射流喷头、前探照灯11、前摄像头12、后探照灯15、后摄像头16分别控制每个麦克纳姆轮的四个水下直流减速电机、主控芯片以及各个传感器提供电源。

如图7所示，该清洗设备100的操作过程如下：上电后对整个系统进行初始化，首先会对清洗设备的初始姿态进行校正，例如，在X轴的角度偏离既定行进路线2°时，启动姿态校正中断程序，校正清洗设备100的行进方向直至与X轴的角度在“0”附近，然后返回主程序继续清刷；清洗设备100开始进行清刷作业，根据水深传感器给出的水深信号与上下边界进行比较，在距离第一预设距离时，启动水深边界检测中断程序，例如，在达到上边界时，该清洗设备停止清刷，并向左或向右平移，然后向下开始清刷，或在达到下边界时，该清洗设备停止清刷，并向左或向右平移，然后向上开始清刷；根据左侧红外测距传感器13和右侧红外测距传感器14反馈的距离数据，在距离数据与海洋平台的左边缘或右边缘距离第二距离时，即表示检测到该清洗设备100移动至海洋平台的左或右边缘，此时启动边缘检测中断程序，例如，在清洗设备100到达左边缘时，停止清刷，并反向向右开始清刷，在清洗设备100到达右边缘时，停止清刷，并反向向左开始清刷；此后根据设定的程序遍历平台表面进行清刷。在清洗设备100的上述整个运行中，上位机可以采集设备100的数据（例如，水深深度、温度、左侧和右侧红外测距传感器的状态等）并显示在上位机的人机交互界面上，以便进行数据监控，例如，可以人机交互界面监控水深深度、海洋环境温度、姿态数据中的X轴方向的角度等，同时还可以控制多个空化射流喷头的开关、摄像组件的开关等。并且还可以由上位机通过USB口采集前摄像头12和后摄像头16采集的图片数据，并显示在人机交互界面上，便于操作人员直观对比，了解清刷效果。

此外，为了增强该设备100的适用性，还可以通过该人机交互界面上的控制按键（例如，向左移动、向右移动、向上移动、向下移动等）人工控制清洗设备的清刷，具体地控制四个水下直流减速电机54的下的转向和速度，完成特定的清刷作业，适用于较难强刷干净的区域。

本发明的空化射流清洗设备100及清洗方法，多个空化射流喷头配合麦克纳姆轮组件用于清刷海洋平台，清刷彻底且效率高，使用的麦克纳姆轮组件，实现上下左右折线清刷，不需要转弯移动，降低控制难度和提高清刷效率，间接提高了清洗设备的清刷效果可靠性，姿态传感器用于校正该设备100的姿态，保证设备100在清刷过程中的姿态处于垂直状态，提高清刷效率；水深传感器和左侧红外测距传感器和右侧红外测距传感器用于保证清洗设备100在所规划的遍历范围内清刷，保证清洗设备100的使用安全，提高清刷可靠性；自适应调节组件50使得该清洗设备100对不平表面有一定的自适应性能，提高了该设备100的越障能力，从而扩宽了该设备100的使用范围；前摄像头12和后摄像头16拍摄图像对比，能够实时地反馈清刷效果，有利于对海洋平台的维护。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种空化射流清洗设备，由上位机控制运行，其特征在于，包括：外罩壳、底盘、与所述上位机通信连接的主控芯片、用于检测所述空化射流清洗设备姿态的姿态传感器、用于限定所述空化射流清洗设备清刷范围的传感器组件、安装在所述底盘上的多个空化射流喷头、安装在所述底盘上前侧的两组麦克纳姆轮组件和后侧的两组麦克纳姆轮组件、和安装在所述底盘上用于磁吸附海洋平台的磁性部件，其中每组麦克纳姆轮组件包括一个麦克纳姆轮和用于驱动所述麦克纳姆轮移动的驱动部件；所述传感器组件包括用于检测所述空化射流清洗设备当前水深的水深传感器、和用于检测海洋平台的边缘的左侧红外测距传感器、和右侧红外测距传感器；所述姿态传感器、驱动部件、水深传感器、左侧红外测距传感器和右侧红外测距传感器均与所述主控芯片通信连接。

2.根据权利要求1所述的空化射流清洗设备，其特征在于，还包括自适应调节组件，所述自适应调节组件包括第一立式轴承、第二立式轴承以及穿过所述第一立式轴承和第二立式轴承的光轴；所述底盘包括前底盘和后底盘，前侧的所述两组麦克纳姆轮组件和第一立式轴承安装在所述前底盘上，且后侧的所述两组麦克纳姆轮组件和第二立式轴承安装在所述后底盘上。

3.根据权利要求1所述的空化射流清洗设备，其特征在于，还包括所述密封舱，所述密封舱设置在所述外罩壳和所述底盘之间；所述主控芯片、所述水深传感器和姿态传感器均设置在所述密封舱内，所述左侧红外测距传感器安装在所述外罩壳的左侧而所述右侧红外测距传感器安装在所述外罩壳的右侧。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的空化射流清洗设备，其特征在于，还包括均安装在所述外罩壳上的前侧摄像组件和后侧摄像组件，每个均与所述上位机通信连接且均包括摄像头和探照灯。

5.根据权利要求2所述的空化射流清洗设备，其特征在于，多个空化射流喷头包括位于前侧的四个空化射流喷头和后侧的四个空化射流喷头；所述空化射流清洗设备还包括第一固定座和第二固定座；在所述前底盘的前端间隔开设有四个第一孔，且在所述后底盘的后端间隔开设有四个第二孔，所述前侧的四个空化射流喷头的固定端穿过各第一孔螺纹连接至第一固定座上开设的螺纹孔内，所述后侧的四个空化射流喷头的固定端穿过各第二孔螺纹连接至第二固定座上开设的螺纹孔内。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的空化射流清洗设备，其特征在于，还包括弹簧螺栓，所述磁性部件通过所述弹簧螺栓固定在所述底盘上。

7.一种权利要求1至6中任一项所述的空化射流清洗设备的清洗方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:控制所述主控芯片、所述驱动部件和所述多个空化射流喷头上电并初始化所述空化射流清洗设备中各部件；

S2：采集姿态传感器反馈的姿态数据，姿态数据在X轴上的角度与预设行进方向偏离预设角度时，启动姿态校正步骤S21；

S3:采集所述水深传感器反馈的水深数据，在水深数据与设定的上边界或下边界距离第一预设距离时，启动水深边界检测步骤S31；以及

S4：采集所述左侧红外测距传感器和右侧红外测距传感器反馈的距离数据，在距离数据与设定的左边缘或右边缘距离第二距离时，启动边缘检测步骤S41。

8.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于，姿态校正步骤S21包括：校正所述空化射流清洗设备的姿态数据在X轴上的角度与预设行进方向一致。

9.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于，水深边界检测步骤S31包括：控制所述空化射流清洗设备停止清洗、控制其向左或向右平移、并且反方向开始清刷。

10.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于，边缘检测步骤S41包括：控制所述空化射流清洗设备停止清洗，并反方向开始清刷。