CN208466747U - 一种水下钢管桩表面清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了水下钢管桩表面清洁机器人，其包括：主体平台，行走系统，空化水射流系统，控制系统，以及监控系统，行走系统设置在主体平台上，可产生磁力以吸附在钢管桩表面，并可带动主体平台沿钢管桩表面周向和轴向移动；空化水射流系统设置在主体平台上，在主体平台沿钢管桩表面移动时，对钢管桩表面进行清理；控制系统设置在主体平台上，并控制连接行走系统；监控系统设置在主体平台上。本实用新型提供的方案能够对水下钢管桩表面进行自动清洗施工作业，工作效率和施工质量高；同时不受天气条件限制，施工安全性高。

Description

一种水下钢管桩表面清洁机器人

技术领域

本实用新型涉及一种自动设备，具体涉及水下钢管桩表面清洁用设备。

背景技术

目前已有许多码头钢管桩到了防腐修复期，且随着时间的推移，会有越来越多的码头钢管桩和海上风电水下基础进入维护修复期，而目前全世界范围内的钢管桩防腐修复均为全人工操作，施工条件极为恶劣，因此会受到很多因素的限制。目前尚没有任何防腐修复类自动化成套设备应用于水下钢桩防腐修复的实际工程之中。

再者，随着越来越多的水下钢桩基础进入维修保养阶段，市场前景非常广阔，由于人工施工的效率和质量都非常差，不能保证钢管桩的二次修复效果。而且随着从事潜水施工的人员越来越少，潜水员施工的成本越来越高；另外，随着中国大力推行《中国制造2025》及新技术的发展，如智能化、新工艺、新材料的发展，开发自动化钢桩防腐修复设备的需求也会越来越强烈。

在钢桩防腐修复过程中，其中一个重要环节就是先除去钢桩表达的附着物和锈蚀层，而目前全世界范围内进行表面清洁及处理工作均为人工潜水员水下施工作业，其工作效率非常低下，且施工质量很难保证；同时受天气条件限制比较严重，施工安全性也很难得到保证。

由此可见，提供一种能够使用于水下钢管桩表面清洁的自动化设备是本领域亟需解决的问题，其市场应用前景也非常广阔。

实用新型内容

针对现有水下钢管桩表面清洁技术所存在的问题，需要一种新的水下钢管桩表面清洁方案。

为此，本实用新型所要解决的问题是提供一种水下钢管桩表面清洁机器人，以克服现有技术所存在的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供的水下钢管桩表面清洁机器人，包括：

主体平台；

行走系统，所述行走系统设置在主体平台上，可产生磁力以吸附在钢管桩表面，并可带动主体平台沿钢管桩表面周向和轴向移动；

空化水射流系统，所述空化水射流系统设置在主体平台上，在主体平台沿钢管桩表面移动时，对钢管桩表面进行清理；

控制系统，所述控制系统设置在主体平台上，并控制连接行走系统；

监控系统，所述监控系统设置在主体平台上。

进一步的，所述控制系统还控制连接空化水射流系统和/或监控系统。

进一步的，所述行走系统上采用磁力驱动轮，并由驱动装置进行驱动。

进一步的，所述行走系统中包括至少4只磁力驱动轮，所述至少4只磁力驱动轮分布在主体平台上，整体呈圆弧形分布；至少4只磁力驱动轮分别由驱动装置驱动进行转动和转向。

进一步的，所述行走系统上还设置有用于检测清洁机器人移动状态的若干传感器。

进一步的，所述空化水射流系统中具有角度可调的空化水射流喷嘴。

进一步的，所述监控系统主要包括摄像头和补光灯，沿主体平台四周相互配合设置。

本实用新型提供的方案能够对水下钢管桩表面进行自动清洗施工作业，工作效率和施工质量高；同时不受天气条件限制，施工安全性高。

再者，本实用新型提供的方案还具有如下特点：

1、本方案能在吊装设备辅助下快速完成设备吸附固定；

2、本方案能够精确按照设计要求精确控制；

3、本方案结构小巧灵活、施工工艺简单、操作便捷；

4、本方案采用顺时针行走一圈，逆时针行走一圈的行走，可解决管线的缠绕问题。

5、本方案可实时监控施工作业情况，并可根据现场情况随时调整对机器人的控制。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为本实用新型实例中清洁机器人的正面示意图；

图2为本实用新型实例中清洁机器人的侧面示意图；

图3为本实用新型实例中清洁机器人的工作轨迹示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

本实例针对水下钢管桩整体为竖直设置的巨大圆柱形的结构形式，创新的采用具有磁力吸附功能的强磁滚轮，通过强磁滚轮产生的磁力将整体清洁设备稳固的吸附在水下钢管桩表面，并可沿水下钢管桩表面进行稳定移动，实现在无需人工辅助的情况下，自行在竖直圆柱形钢管桩外表面稳定移动，由此构成整个方案进行水下自动作业的基础。

在此基础上，针对钢管桩处于下水的情况下，采用空化水射流方案对钢管桩外表面进行高效清洁，保证清洁质量。

参见图1和2，其所示为基于上述方案原理构成的一种水下钢管桩表面清洁机器人的组成示例。

由图可知，该水下钢管桩表面清洁机器人100主要由主体框架110，行走系统120，空化水射流喷射系统130，视频监控系统140，以及控制系统150相互配合构成。

其中，主体框架110作为整个清洁机器人的承载主体，用于承载其它组成部件。该主体框架110的承载面上设置有相应的栏杆扶手111，以便使用。

如图2所示，该主体框架110除了整体结构稳定可靠外，其整体结构呈弧形，以适应钢管桩200的圆弧形外表面。

再者，本实例中主体框架110优选高强度的轻质材料制成，实现合理控制重量，以匹配行走系统120中磁力轮的吸力，保证整个主体框架110能够很好的吸附在钢管桩上。

本系统中的空化水射流喷射系统130集成在主体框架110上，通过空化水对钢管桩表面进行清洁施工。

该空化水射流喷射系统130主要由空化水射流喷嘴和高压水泵相互配合构成。其中，空化水射流喷嘴集成在主体框架110的侧面，而高压水泵放置在工作船上，两者之间通过水管连通。由此构成的空化水射流喷射系统130中，高压水泵产生的高压水由水管引到空化水射流喷嘴，喷嘴在工作时沿钢管桩表面向下喷射，以达到清洁钢管桩表面的功效。

本实例中，空化水射流喷嘴采用可调结构设置在主体框架110的侧面，使其安置角度可调，以实现调整空化水射流的角度，保证清洁效果。

在具体实现时，该可调结构可由相应的驱动装置(如电机、油泵或气泵等等)进行驱动，实现空化水射流喷嘴喷射角度的自动化调整，由此保证清洁效果。

本系统中的控制系统150用于直接控制清洁机器人的运行，其整体集成在主体框架110上方，采用防水密封箱进行保护。该控制系统150的控制信号及数据传输采用无线或有限的方式传输至水平面上的施工控制现场，以供施工人员根据施工现场情况，实时控制整套机器人设备的运行状态。

由于整个清洁机器人的施工过程都处于水下，为保证控制信号及数据传输的可靠性，本实例中采用有线通信的方式，即通过通讯线将控制信号及数据传输引到水面以上。

本系统中的视频监控系统140分别集成在主体框架110的四周，用于实时监控清洁机器人的现场施工情况，机器人设备情况及施工环境等因素等。该视频监控系统140将实时采集到的施工现场的视频图像经由控制系统150或直接传输至水平面上的施工控制现场。

该视频监控系统140主要由摄像头，补光灯以及安置云台构成，其中安置云台集成在主体框架110的四周，而摄像头和补光灯相互配合的安置在云台上，以对施工现场进行实时和全覆盖的监控。

为了保证监控效果，本视频监控系统140中的安置云台可采用任意方向可调的可调结构，并配合相应的驱动装置(如电机、油泵或气泵等等)，实现在任意方向上的角度自动调节，从而使得安置在其上的摄像头能够完成对工况，设备，环境及清理效果的全面监控。

本系统中的行走系统120集成在主体框架110上，通过产生磁力以将整个清洁机器人吸附在钢管桩表面，并可带动主体框架110及其上集成的各系统沿钢管桩表面周向和轴向移动，实现清洁机器人自行在竖直圆柱形钢管桩外表面稳定移动。

参见图2，本实例中的行走系统120主要由若干的强磁滚轮121，滚轮驱动装置122、滚轮转向装置123配合构成。根据需要本行走系统120中还设置有各类传感器，以用于对清洁机器人的移动状态进行实时监测，以保证清洁机器人运行的可靠性。

本行走系统120中的强磁滚轮121能够产生相应的磁力，其分布设置在主体框架110的底部。

如图所示，本实例中优选四个强磁滚轮121，这些强磁滚轮121由能够产生强力磁性的材料制成。每个强磁滚轮121的圆弧外侧面能够很好的与钢管桩外表面接触，并产生相应的磁力以吸附在钢管桩外表面上。

该四个强磁滚轮121分别分布在主体框架110的四角处，并随主体框架110结构整体呈圆弧形分布。再者，每个强磁滚轮121独立设置，分别由一个滚轮驱动装置122和滚轮转向装置123进行独立控制，以实现滚动和转向。每个强磁滚轮121在滚动或/和转动的同时进行磁力吸附，从而可带动主体框架110始终吸附在钢管桩200外表面上，并稳定的沿钢管桩外表面移动

本行走系统120中的滚轮驱动装置122设置在主体框架110上，本实例中优选设置四个滚轮驱动装置122，分别对应于四个强磁滚轮121设置，并驱动连接每个强磁滚轮121，以驱动每个强磁滚轮121进行滚动运行，且每个强磁滚轮121在滚动的同时对钢管桩外表面进行磁力吸附，从而可带动主体框架110自行稳定的沿钢管桩外表面移动。

如此设置的四个滚轮驱动装置122受控于控制系统150，能够同步驱动四个强磁滚轮121进行同步滚动，以实现带动主体框架110自行稳定的沿钢管桩外表面移动。

每个滚轮驱动装置122主要由滚轮驱动机构和驱动动力源配合构成，并受控于控制系统150。具体的结构形式可根据实际需求而定，此处不加以赘述。

本行走系统120中的滚轮转向装置123设置在主体框架110上，本实例中优选设置四个滚轮转向装置123，分别对应于四个强磁滚轮121设置，并驱动连接每个强磁滚轮121，以驱动每个强磁滚轮121进行转向。滚轮转向装置123可与滚轮驱动装置122同步驱动强磁滚轮121，以实现清洁机器人向任意方向移动。

如此设置的四个滚轮转向装置123受控于控制系统150，能够同步驱动四个强磁滚轮121进行同步转向，以控制调整主体框架110沿钢管桩外表面移动的方向。

每个滚轮转向装置123主要由滚轮转向机构和转向动力源配合构成，并受控于控制系统150。具体的结构形式可根据实际需求而定，此处不加以赘述。

由此构成的行走系统120依靠强磁滚轮的磁力吸附力将整个主体框架110(即整个清洁机器人)整体吸附在需要清洁的钢管桩200表面之上，首先由滚轮驱动装置122驱动所有磁力轮同步滚动，磁力轮在滚动的同时进行磁力吸附，从而使清洁机器人整体自行沿钢管桩表面圆周行走。

当行走一圈后，可由滚轮转向装置驱动所有磁力轮同步转向，使清洁机器人自行沿钢管桩表面轴向移动，达到下一待清洁位置后，清洁机器人再反向沿钢管桩表面圆周行走，如此往复，从而达到钢管桩表面的全覆盖(如图3所示)。

另外，本实例中的水下钢管桩表面清洁机器人在应用时，其上的数据线、通讯线、水管及电源线做成一个线束，由水面以上施工平台引到清洁机器人之上，使施工人员能实时监控现场的情况，且可随时对清洁机器人进行控制。

根据上述方案构成的水下钢管桩表面清洁机器人能够实现在无需人工辅助的情况下，自行在水下竖直圆柱形钢管桩外表面稳定移动并对水下钢管桩外表面进行清洁。

具体的，施工人员可在水面上的监控中心根据施工现场情况，通过远程控制集成在主体平台(即主体框架)之上的控制系统实时控制整套机器人设备；

而清洁机器人主体基于由强磁滚轮构成的行走系统，利用强磁滚轮与钢管桩间的磁力吸力把清洁机器人整体吸附在钢管桩上，并带动清洁机器人自行沿钢管桩外表面进行移动和清洁施工。

参见图3，清洁机器人在沿钢管桩外表面自行移动清洁时，首先由滚轮驱动装置驱动相应的强磁滚轮同步沿钢管桩表面圆周顺时针滚动，强磁滚轮沿钢管桩表面圆周顺时针滚动的同时产生磁力吸附以吸附在钢管桩外表上，继而促使清洁机器人吸附并沿钢管桩表面圆周顺时针行走；

在沿钢管桩表面圆周顺时针移动一周后，根据需要通过滚轮转向装置同步调整磁轮方向，使清洁机器人沿钢管桩表面轴向移动；

在移动到下一待清洁部位后，通过滚轮转向装置同步调整磁轮方向，使清洁机器人沿钢管桩表面圆周方向移动，接着再由滚轮驱动装置驱动相应的强磁滚轮同步沿钢管桩表面圆周逆时针滚动，继而促使清洁机器人吸附并沿钢管桩表面圆周逆时针行走；

由此反复使清洁机器人既能在圆周表面进行圆行走，又能进行上下行走，且圆周行走采用顺时针转一周，往下行走一段后再逆时针转一周，由此对钢管桩表面进行全覆盖，且能够避免绕钢管桩圆周行走时带来的绕线问题，不需要考虑管线的排布与跟随。

当清洁机器人沿钢管桩表面行走时，将继承在主体平台(即主体框架)上的空化水射流系统的喷嘴打开，对钢管桩表面附着物进行清理。

在清洁机器人沿钢管桩表面清洁施工时，可通过监控系统实时监控清洁机器人的现场施工情况、机器人设备情况及施工环境等因素，通过通讯数据线，把监控数据实时传到水面以上监控中心，以供控制人员根据监控数据做决断。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.水下钢管桩表面清洁机器人，其特征在于，包括：

主体平台；

行走系统，所述行走系统设置在主体平台上，可产生磁力以吸附在钢管桩表面，并可带动主体平台沿钢管桩表面周向和轴向移动；

空化水射流系统，所述空化水射流系统设置在主体平台上，在主体平台沿钢管桩表面移动时，对钢管桩表面进行清理；

控制系统，所述控制系统设置在主体平台上，并控制连接行走系统；

监控系统，所述监控系统设置在主体平台上。

2.根据权利要求1所述的水下钢管桩表面清洁机器人，其特征在于，所述控制系统还控制连接空化水射流系统和/或监控系统。

3.根据权利要求1所述的水下钢管桩表面清洁机器人，其特征在于，所述行走系统上采用磁力驱动轮，并由驱动装置进行驱动。

4.根据权利要求3所述的水下钢管桩表面清洁机器人，其特征在于，所述行走系统中包括至少4只磁力驱动轮，所述至少4只磁力驱动轮分布在主体平台上，整体呈圆弧形分布；至少4只磁力驱动轮分别由驱动装置驱动进行转动和转向。

5.根据权利要求3所述的水下钢管桩表面清洁机器人，其特征在于，所述行走系统上还设置有用于检测清洁机器人移动状态的若干传感器。

6.根据权利要求1所述的水下钢管桩表面清洁机器人，其特征在于，所述空化水射流系统中具有角度可调的空化水射流喷嘴。

7.根据权利要求1所述的水下钢管桩表面清洁机器人，其特征在于，所述监控系统主要包括摄像头和补光灯，沿主体平台四周相互配合设置。