基于爬壁机器人的船舶除锈清洗方法与流程

本发明涉及船舶除锈技术领域，特别是涉及一种基于爬壁机器人的船舶除锈清洗方法。

背景技术

船舶除锈清洗是船舶工业中的一项重要业务，是造船和修船不可或缺的重要环节，是船舶涂装前的首要步骤，另外由于船舶外壁长期沉浸在海水中，饱受海水的侵蚀，不可避免的发生锈蚀，为提高船舶的使用寿命和增加使用安全性，当船舶外壁锈蚀到一定程度时，必须进行除锈清洗。

而现有的除锈方法大都采用传统的人工手持喷枪进行喷干砂除锈，这种除锈工艺成本非常之高，需要耗费大量的铜矿砂以及需要人力，除成本高外，长期处于这种环境中，工人也容易患职业病，另外，这样的作业方式也容易出事故。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种基于爬壁机器人的船舶除锈清洗方法，是利用高压水射流除锈，采用真空抽干水分并回收锈渣来防止返锈，应用大型爬壁机器人来搭载除锈清洗器进行遥控作业，操作安全可靠，实现船舶绿色、高效、高质量除锈清洗，是通过如下技术方案实现的。

基于爬壁机器人的船舶除锈清洗方法，包括如下步骤：

配置吸附在船舶外壁上的爬壁机器人，以爬壁机器人横向、纵向逐行行走作业；

配置在爬壁机器人上的真空除锈清洗器，将高压水射流喷射在船舶外壁的锈面上，真空抽吸装置产生较大的真空抽吸力，将除锈过程中产生的锈渣和废水回收排放；

配置高压泵组与真空除锈清洗器通过管道连接，通过管道为真空除锈清洗器输入高压水流；

配置真空回收装置，通过回收管与真空除锈清洗器连接，用于回收爬壁机器人清洗后的锈渣和废水；

配置控制装置，与爬壁机器人通信连接，用于设置爬壁机器人的除锈参数以及控制爬壁机器人。

真空除锈清洗器的高压泵组包括高压水射流大功率泵组，采用三柱塞或五柱塞往复泵的结构形式，用于产生超高压水射流，通过喷枪或清洗器等执行机构作用于船体表面，实现船体表面的除锈。

进一步的，真空除锈清洗器所产生的高压水射流用于除锈作业的工作压力在200mpa‐300mpa，水射流所产生的温度为55～90°。

进一步的，所述爬壁机器人包括永磁吸附式履带，谐波减速器、电机及真空除锈清洗器。

进一步的，真空除锈清洗器包括真空清洗罩和毛刷，真空清洗罩和毛刷形成密封空间，真空清洗罩内安装有8个或者少于8个或者大于8个的高压水喷头，高压水喷头与船舶壁面之间的角度可以调节，通过气马达带动旋转。

进一步的，真空回收装置，由旋涡气泵、消音器、真空分离罐、配管阀、分离器、过滤器、除尘器、污水泵、储水槽和电气控制柜组成，其中，

旋涡气泵工作产生真空，将储锈罐及吸锈管路抽真空，将锈水等混合物吸到储锈罐；

锈水等混合物在储锈罐达到液位计设定量，污水泵自动工作将混合物中的大部分水排出储锈罐，液位低到液位计设定值，污水泵自动停止工作；

旋涡气泵继续工作，抽取锈水混合物，循环工作；

直到铁锈沉积到一定量，暂停抽真空，打开底部阀门放出铁锈；

过滤器一二级过滤分别拦截铁锈和水，罐底的过滤器滤芯在排水时拦截铁锈。

进一步的，控制装置负责完成对爬壁机器人行走和转向、与操作人员在线交互、高压水射流旋转射流机构运动、真空回收系统作业的功能控制，使除锈清洗爬壁机器人能够按照预定的轨迹或操作人员的操控去工作。

进一步的，控制装置作为上位机，负责接收操作人员的操控命令并将命令传给下位机控制器系统，并同时接收显示下位机实时返回的清洗机器人作业状态信息以及故障诊断信息。

所述下位机的控制器系统是清洗爬壁机器人控制系统，用于负责爬壁机器人的作业控制，包括超高压水射流清洗轨迹控制及参数配置、爬壁机器人轨迹运动控制、真空回收系统作业控制、设备故障诊断及安全预处理、在线操作通信。

本发明的有益效果是：能实现船舶绿色、高效、高质量的除锈清洗，大幅提高除锈效率以及节省人工材料成本。

附图说明

图1是本发明的具体实施例的工艺原理示意示意图。

图2是本发明的具体实施例的除锈工艺线路框图。

图3是本发明的具体实施例的爬壁机器人以及控制系统构成图。

图4是本发明的具体实施例的控制系统总体架构。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，以本发明的具体实施例进行详细说明。

如图1所示，实现基于爬壁机器人的船舶除锈清洗方法，需要具有图1中所示的各装置来实现，结合图1除锈清洗方法包括：

配置吸附在船舶外壁上的爬壁机器人，以爬壁机器人横向、纵向逐行行走作业；

配置在爬壁机器人上的真空除锈清洗器，将高压水射流喷射在船舶外壁的锈面上，真空抽吸装置产生较大的真空抽吸力，将除锈过程中产生的锈渣和废水回收排放；

配置高压泵组与真空除锈清洗器通过管道连接，通过管道为真空除锈清洗器输入高压水流；

配置真空回收装置，通过回收管与真空除锈清洗器连接，用于回收爬壁机器人清洗后的锈渣和废水；

配置控制装置，与爬壁机器人通信连接，用于设置爬壁机器人的除锈参数以及控制爬壁机器人。

如图1-2所示，清洗船舶外壁的锈面的高压水射流的工作压力在200mpa‐300mpa，高压水射流采用清洁水或者工业处理水为原料，解决了人工除锈的水污染、空气污染、以及危险性的问题，而且人工除锈在船壁进行射流除锈后有一些水分积累，很快会重新生锈，即返锈。本发明在高压水射流除锈中引入真空技术，将多个除锈喷嘴安装在一个真空腔内，优选实施例为8个，但实际上采用其他数量的喷嘴，形成旋转射流，在一个真空腔内，常温水泵送至超高压水时候，温度可以达到70摄氏度，在真空腔内形成高温度场，可以实现即除即干。同时，真空装置的负压抽吸作用还实现了废水废料回收，达到防止返锈和环保的效果，对于船体不同的锈蚀程度以及船东对除锈质量的等级要求，操作工人可以通过遥控器，远程调节除锈参数，比如高压泵的压力和流量、爬壁机器人的移动速度和轨迹等，来满足不同的需求。

基于高压水射流技术的船体除锈清洗爬壁机器人成套装备以环保无污染的自来水为除锈介质，通过超高压大功率柱塞泵机组获得水射流除锈能量，以爬壁机器人为除锈载体，搭载真空除锈清洗器。真空除锈清洗器安装在爬壁机器人框架上，利用真空装置的抽吸作用产生足够的真空度作用在真空除锈清洗器上，以协助磁吸附爬壁机器人紧贴在船舶壁面上。同时，真空抽吸装置产生较大的真空抽吸力，将除锈过程中产生的锈渣和废水回收排放，达到减少排放回收环保的目的，为彻底治理船舶除锈对江河湖海污染的环保问题提供了解决方案。与此同时，由于在除锈的过程中除锈空间内保持着一定的真空度，高压水以一定的角度从喷头中喷出冲击在钢板上，使钢板表面产生约70摄氏度的高温，这样在除锈过程中钢板表面的水滴很快被蒸发，从而达到了利用水除锈而不产生返锈的目的。

高压泵组，是整个除锈成套系统的重要组成部分，其核心组件是超高压水射流大功率泵组，采用三柱塞或五柱塞往复泵的结构形式，主要功能是产生超高压水射流，通过喷枪或清洗器等执行机构作用于船体表面，实现船体表面的除锈。

除锈高压泵组参数选择的首要任务是确定系统压力参数。超高压水射流压力高，主机及配件必须适应超高压水射流要求，这使选择材料及设计成本上涨，而且还带来了运行可靠性问题。根据大量实验证明，高压水射流压力250mpa左右，完全可以达到高标准的除锈等级要求。根据国内外研究经验，超高压泵组无论射流压力达到多高，射流流量都不应该小于25l/min。然而，为防止返锈，船舶壁面除锈要求即除即干，流量也不应该过大。

除锈爬壁机器人作为实现本发明的方法重要组成部分，其主要任务是携带真空除锈清洗器在大型船舶外壁面上自由灵活爬行。本发明的爬壁机器人包括永磁吸附式履带，谐波减速器、电机作为动力系统，以及真空除锈清洗器。

首先，爬壁机器人需要足够牢固的吸附在船舶外壁面上，爬壁机器人需要对钢铁壁面要有足够大的安全的吸附力，以防止在工作过程中突然脱落；其次，由于爬壁机器人在爬行的过程中，后面需要拖动为超高压水除锈提供高压水的高压水管、真空抽取废渣所需的水管和供电线缆。所以爬壁机器人要具有足够大的负载作业能力，负载重就往往会导致驱动困难，因此机器人要具备强大的驱动系统；最后，由于爬壁机器人作业的船舶外壁面并不是平面而是曲面，并且还有焊缝等障碍，所以爬壁机器人需要有较好的壁面适应能力和良好的越障能力。

永磁吸附式履带：针对船舶除锈爬壁机器人所要实现的任务及其工作的实际环境特点，对船舶除锈爬壁机器人各功能模块进行合理的机械结构设计在不影响灵活行走基本功能的情况下提高负载能力、壁面适应能力和越障能力，永磁吸附方式，可为爬壁机器人提供稳定的强大的吸附力，并可减轻爬壁机器人自身质量，且减少布线等麻烦，是最优选择履带式行走方式，与壁面接触面积大，可将永磁吸附机构安装到履带上，履带式行走在转向时履带内拉力较大，船舶壁面存在泥土、铁锈皮等，工作环境恶劣，永磁吸附单元要方便安装与履带上形成永磁履带，综上考虑，选用适用于低速重载的链轮链条传动方式，本文采用双排链条传动，以增加传动机构的寿命。

爬壁机器人的动力采用启动力矩较大、稳定性好的交流伺服电机驱动，由于爬壁机器人采用履带式转向时的滑动摩擦导致驱动力矩较大，需采用大减速比的减速器来提高驱动力矩。常见减速器中在同样减速比和额定输出扭矩的情况下，谐波减速器具有体积小、重量轻，的特点，采用谐波减速器。

真空除锈清洗器是实现超高压水除锈和真空抽取废水废渣的关键部件。清洗器在真空清洗罩和毛刷共同作用下，形成密封空间。真空清洗罩内安装有多个高压水喷头，高压水喷头与船舶壁面之间的角度可以调节，工作时通过气马达带动旋转。真空清洗罩周边安装有四个万向轮，万向轮与船舶壁面接触，防止真空清洗罩与船舶壁面之间接触产生滑动摩擦阻力，同时避免真空清洗罩因摩擦而磨损在真空腔内，有高压水射流旋转流场，超高压水射流形成的温度场(约70摄氏度)，真空造成的真空场，其复合的结果是：水射流剥除了锈层、真空流卷走了锈屑和废渣、温度场及时干燥了被作业表面。于是，用水除锈实现了即干即除不返锈。

真空回收装置主要由旋涡气泵、消音器、真空分离罐、配管阀、过滤器、除尘器、污水泵、储水槽和电气控制柜组成，真空回收的步骤如下：

1、旋涡气泵工作产生真空，将储锈罐及吸锈管路抽真空，将锈水等混合物吸到储锈罐，旋涡气泵是一种罗茨真空泵；

2、锈水等混合物在储锈罐达到液位计设定量，用于排水的污水泵自动工作将混合物中的大部分水排出储锈罐，存放在储水槽内，液位低到液位计设定值，污水泵自动停止工作；

3、旋涡气泵继续工作，抽取锈水混合物，循环工作；

4、直到铁锈沉积到一定量，暂停抽真空，打开底部阀门放出铁锈；

5、过滤器一二级过滤分别拦截铁锈和水，罐底滤芯在排水时拦截铁锈。

其他装置中，配管阀设置在管道上，消音器用于减少旋涡气泵和污水泵产生的噪音，真空分离罐用于分离杂质和水，电气控制柜用于控制真空回收装置的运行。

爬壁机器人的控制装置负责完成对爬壁机器人行走和转向、与操作人员在线交互、高压水射流旋转射流机构运动、真空回收系统作业的功能控制，使除锈清洗爬壁机器人能够按照预定的轨迹或操作人员的操控去工作。整个控制系统采用上下位机架构，控制装置作为系统的上位机，负责接收操作人员的操控命令并将命令传给下位机控制器系统，并同时接收显示下位机实时返回的清洗机器人作业状态信息以及故障诊断信息；下位机控制器系统是清洗爬壁机器人控制系统的核心部分，负责整个清洗机器人装备的作业控制，包括超高压水射流清洗轨迹控制及参数配置、爬壁机器人轨迹运动控制、真空回收系统作业控制、设备故障诊断及安全预处理、在线操作通信五个功能模块。该控制装置在可靠性设计方面，所有器件采用工业级标准，采用成熟可靠的硬件设计电路。电源部分增加前级保护电路：防浪涌电压设计、滤波和ptc快恢复保险丝保护。所有数字输入口有rc低通滤波器，所有外部接口采用电磁隔离设计，所有接口均配备专用esd保护器件，整个控制板能抗干扰、抗静电，电磁兼容性达工业四级。无线通信遥控器通过无线数据传输的方式向爬壁机器人的主控制器发送各类控制指令，控制爬壁机器人的各种动作。在本发明的具体实施例中，无线传输通信距离大于200米；通讯速度为@9600bps；支持点对点配对操作，在同一现场可实现256对点对点的同时、实时、可靠通信；液晶显示模块能显示工作状态和数据；低功耗，可连续工作。

以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。