一种船舶货舱智能清洗装置的制作方法

本发明涉及船舶清洗技术领域，特别是涉及一种船舶货舱智能清洗装置。

背景技术：

近年来，我国大宗商品的进口量特别是煤炭和铁矿石的进口量大幅增长，散货船市场需求供应增长加快，促使洗舱市场的快速发展。承运大宗货物的一般是散货船，占到了世界海运总量的40％，每次航次结束后船员要对货舱进行洗舱作业，洗舱是装载货物前的一个必要步骤。在洗舱时需要船员身着特制的防护服利用竹竿、扫把等工具并借助强碱性和酸性化学物质对整个货舱进行清扫，且经常悬挂在半空中在货舱难以到达的区域去清洗作业，由于船舶趋于大型化，清洗作业量十分大。

目前，传统人工洗舱大致分为五个步骤：扫舱、预洗、化学品清洗、高压海水整体冲以及局部检查和淡水冲洗。传统的人工洗舱不仅耗时长、清洁效率低、工作量大，而且大块污渍还难以去除，货舱舱壁高处也很难清洗到，通常一次洗舱需要十几天的作业才能达到检验标准。在洗舱过程中通常还需要借助强碱性和强酸性的化学清洁剂进行清洗，这不仅会对海洋环境造成污染，还会威胁到洗舱人员的人身安全；而且由于人工方式进行洗舱时，需要船员手持皮龙枪，由于喷出的水压力和水温都较高，很容易造成人员受伤，尤其是当船员在进行高空作业时，过大的水压极易造成人员坠落。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种吸附稳定、移动灵活、能够自动规划行走路径且清洗效率高的船舶货舱智能清洗装置。

为解决上述问题，本发明提供一种船舶货舱智能清洗装置，包括机体、工作机构、行走机构、驱动机构、吸附机构、路径规划机构、识别机构和控制装置，所述控制装置与所述工作机构、行走机构、驱动机构、吸附机构、路径规划机构和识别机构通信连接，以控制所述工作机构、行走机构、驱动机构、吸附机构、路径规划机构和识别机构；所述工作机构包括至少一个设置在所述机体上的喷头组件和与所述喷头组件连接的高压水泵系统，所述喷头组件用于对舱壁进行冲洗、打磨以及喷涂，所述高压水泵系统用于为喷头组件提供持续的高压水流；所述行走机构包括对称设置在所述机体两侧的两个行走履带，用于带动机体在舱壁上移动；所述驱动机构包括分别驱动所述行走履带的两个驱动电机；所述吸附机构固定安装在所述机体的底部，用于将机体吸附在舱壁上；所述路径规划机构设置在所述机体上，用于根据船舶的肋骨间距规划所述机体的移动路径；所述识别机构设置在所述机体上，用于采集作业区域的实时图像，并判断作业区域的冲洗、打磨或者喷涂是否完成；

所述行走履带上等距设有若干辊子组件，所述辊子组件包括辊子架和具有磁性的辊子，所述辊子架固定在所述行走履带的外侧，所述辊子转动设置在所述辊子架上，所述辊子的轴线与所述行走履带的轴线呈0～45°夹角。

进一步的，所述喷头组件包括喷头座、喷水弯管和喷嘴，所述喷头座与机体固定连接，所述喷头座内设有驱动器，所述喷水弯管转动安装在所述喷头座上并与所述驱动器连接，所述机体上还设有高压水接口，所述高压水接口的一端与所述高压水泵系统连接，另一端通过喷水弯管与所述喷嘴连通，所述喷嘴可拆卸连接在所述喷水弯管上，所述喷水弯管上设有第一电磁阀。

进一步的，所述高压水泵系统包括水泵、含砂罐和水箱，所述水泵的进水口与水箱的出水口连接，所述水泵的出水口通过高压水管与所述高压水接口连接，所述含砂罐的底部设有出砂口，所述出砂口连接在所述高压水管上，所述水箱的出水口上设有第二电磁阀，所述含砂罐的出砂口设有第三电磁阀。

进一步的，所述行走履带包括链条、驱动轮和支撑轮，所述链条包裹在所述驱动轮和支撑轮的外侧并与所述驱动轮和支撑轮啮合，所述驱动轮与驱动电机的输出端同轴连接。

进一步的，所述吸附机构包括若干电磁铁，两个相邻的电磁铁之间设有隔磁板。

进一步的，所述路径规划机构包括路径规划模块、分析模块和至少一个检测模块，所述检测模块用于检测机体移动方向上的障碍物，所述分析模块用于获取障碍物的坐标信息，所述路径规划模块用于根据坐标信息重新规划移动路径。

进一步的，所述检测模块包括红外线传感器和超声波传感器，所述红外线传感器用于检测机体前进方向上的运动物体，所述超声波传感器用于检测机体移动方向上的静止物体。

进一步的，所述识别机构包括摄像头、图像处理模块和判断模块，所述摄像头转动设置在所述机体上，用于采集作业区域的实时图像信息，所述图像处理模块对采集的图像信息进行降噪和色彩复原处理后转换成对应的数字信号并传输给判断模块，所述判断模块将接收的数字信号与判断模块中存储的阈值信息进行比对，判断舱壁的清洗、打磨以及喷涂是否完成。

进一步的，所述控制装置上设有显示装置，所述显示装置用于显示作业区域的实时图像、作业时的水压、水温及流量。

进一步的，所述机体上还固定安装有设有照明灯。

本发明的有益效果：

(1)在行走履带上设置辊子组件，并且辊子的轴线与行走履带的轴线呈0～45°的夹角，使得机体能够在船舱表面上既能实现前后移动，也能实现左右横行，增加了机体的灵活性，提高了洗舱效率，同时辊子具有磁性，可将履带牢牢吸附在舱壁上，即使是在不平坦的舱壁上机体也能稳定、灵活的移动；

(2)设置若干电磁铁将机体吸附在舱壁上，在清洗时可根据喷射水压的大小调节电磁铁的磁力，且在相邻的两个电磁铁之间设有隔磁板，能够减小电磁铁之间的排斥力，从而使机体能够稳定吸附在舱壁上；

(3)在机体上设置至少一个喷头组件，利用喷嘴喷射高压热水对舱壁进行近距离的清洗，无需使用化学清洁剂，避免了化学清洁剂对舱壁的腐蚀，极大程度上减少了洗舱后的废水对环境造成污染；同时喷嘴与喷水弯管为可拆卸连接，使用时可通过更换对应的喷头和水箱中的液体来实现对舱壁的冲洗或者喷涂上漆，增加了装置的实用性；

(4)设置检测模块和路径规划模块，路径规划模块根据船舶肋骨间距对机体的移动路径进行规划，并在检测模块感应到障碍物时重新规划行径路线，避免机体与障碍物发生碰撞造成机体倾覆；

(5)设置识别机构，采集喷头组件作业区域的图像并判断该区域内的舱壁是否清洗完成，提高了装置的自动化程度，减小了船员的工作量，提高了洗舱的效率。

附图说明

图1为本发明一种船舶货舱智能清洗装置的较佳的实施方式的结构示意图。

图2为图1所示清洗装置的俯视图。

图3为图1所示清洗装置的吸附机构的结构示意图。

图4为图1所示清洗装置的高压水泵系统的结构示意图。

图5为图1所示清洗装置的系统结构图。

图6为图5中路径规划机构的系统结构图。

图7为图5中识别机构的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1-7所示，为本发明一种船舶货舱智能清洗装置的较佳的实施方式的结构示意图，包括机体1、工作机构2、行走机构3、驱动机构4、吸附机构5、路径规划机构6、识别机构7和控制装置8，所述控制装置8与所述工作机构2、行走机构3、驱动机构4、吸附机构5、路径规划机构6和识别机构7通信连接，所述控制装置8用于对工作机构2、行走机构3、驱动机构4、吸附机构5、路径规划机构6和识别机构7进行远程控制。

所述工作机构2包括至少一个设置在所述机体上的喷头组件和与所述喷头组件连接的高压水泵系统22，用于对舱壁进行冲洗、打磨以及喷涂上漆。所述喷头组件包括喷头座211、喷水弯管212和喷嘴213，所述喷头座211与机体1固定连接，所述喷头座211内设有驱动器，所述喷水弯管212转动安装在所述喷头座211上并与所述驱动器连接，所述驱动器驱动所述喷水弯管212在喷头座211上左右摆动，以扩大冲洗的面积。所述机体1上还设有高压水接口11，所述高压水接口11的一端与所述高压水泵系统22连接，另一端通过喷水弯管212与所述喷嘴213连通，工作时，高压热水从喷嘴213中以高速射流的形式喷出，与舱壁上的污垢充分接触，以达到清洗的目的。所述喷嘴213可拆卸连接在所述喷水弯管212上，便于更换喷嘴213以实现清洗、除锈、打磨和上漆等不同的工作需要，在本实施方式中，所述喷嘴213为扇形喷嘴，以用于实现对舱壁的清洗和打磨。在所述喷水弯管212上设有第一电磁阀214，所述第一电磁阀214用于控制喷水弯管212与喷嘴213之间的通断；同时针对不同特性的污垢，通过调节第一电磁阀214来控制水流量的大小，以使得喷出的高压热水的水压需要满足工况要求，进而实现良好的清洗效果。

所述高压水泵系统22包括水泵221、含砂罐222和水箱223，所述水泵221的进水口与水箱223的出水口连接，所述水泵221的出水口通过高压水管与所述高压水接口11连接，所述水箱223为恒温水箱，用于将水箱223内的水加热至70～80℃，然后通过水泵221输送给喷头组件。所述含砂罐222的底部设有出砂口，所述出砂口连接在高压水管上，所述含砂罐222中装有喷料，以用于与高压水混合形成含砂水对舱壁进行打磨除锈。所述水箱223的出水口上设有第二电磁阀224，所述第二电磁阀224用于控制水箱223和水泵221之间的通断。所述含砂罐222的出砂口上设有第二电磁阀225，所述第三电磁阀225用于控制含砂罐222的与高压水管之间的通断以及控制出砂口的出砂量。

所述行走机构3包括对称设置在所述机体两侧的两个行走履带31，用于带动机体在舱壁上移动。所述驱动机构4包括两个驱动电机，两个驱动电机分别驱动两个行走履带31，以便于机体1在舱壁上实现全方位移动。所述驱动电机为直流电机。所述行走履带31包括链条311、驱动轮312和支撑轮313，所述链条311包裹在所述驱动轮312和支撑轮313的外侧并与所述驱动轮312和支撑轮313啮合，所述驱动轮312与驱动电机的输出端同轴连接，工作时，驱动电机转动带动对应侧的驱动轮312转动，所述驱动轮312通过链条311带动支撑轮313一并转动，进而实现机体1在舱壁上的移动。所述行走履带31上等距设有若干辊子组件，所述辊子组件包括辊子架321和辊子322，所述辊子架321固定在所述行走履带31的外侧，所述辊子322转动设置在所述辊子架321上，所述辊子322具有磁性，可吸附在舱壁上，同时所述辊子322没有动力，在行走履带31运动时可随着行走履带31一起前后滚动。

所述辊子322的轴线与所述行走履带31的轴线呈0～45°夹角，由于行走履带31对称设置在机体1的两侧，因此在左侧行走履带31上的辊子组件和右侧行走履带31上的辊子组件互为镜像关系，即左侧的辊子322可以向左前方和右后方运动，右侧的辊子322可以向右前方和左后方运动。具体的，在运动时，当两侧的驱动轮312带动链条311以相同的转速同时向前运动时，左侧辊子322向左前方运动，右侧辊子322向右前方运动，根据速度的正交分解原理，左侧辊子322的速度可分解成沿驱动轮312轴向向左和垂直于驱动轮312轴向向前的两个速度分量，右侧辊子322的速度可分解成沿驱动轮312轴向向右和垂直于驱动轮312轴向向前的两个速度分量，二者由于速度相同，其轴向方向上的两个速度分量相互抵消，使得机体1向前移动，当两侧的驱动轮312带动链条311以相同的转速同时向后运动时同理。当两侧的驱动轮312向不同的方向运动时，左、右两侧辊子322垂直于驱动轮312轴线的速度分量相互抵消，使得机体1向左或向右移动。

所述吸附机构5固定安装在所述机体1的底部，用于将机体1吸附在舱壁上。所述吸附机构5包括若干电磁铁51，所述电磁铁51的磁力大小可调，通过调节电磁铁51通电量的大小来控制电磁铁51的吸附力，使得机体1能够稳定吸附在舱壁上。两个相邻的电磁铁51之间设有隔磁板52，以减小相邻两个电磁铁51之间的排斥力，进一步增加吸附机构5的稳定性。

所述路径规划机构6设置在所述机体1上，用于根据船舶的肋骨间距规划所述机体1的移动路径。所述路径规划机构6包括路径规划模块61、分析模块62和至少一个检测模块63，所述检测模块63用于检测机体1移动方向上的障碍物，在本实施方式中，所述检测模块63为一个，且设置在所述机体1的前侧，在其他可选的实施方式中，所述检测模块63可以是多个。所述检测模块63包括红外线传感器631和超声波传感器632，所述红外线传感器631用于检测机体1前进方向上的运动物体，所述超声波传感器632用于检测机体1移动方向上的静止物体。所述分析模块62用于获取障碍物的坐标信息，所述路径规划模块63用于根据坐标信息重新规划移动路径。

所述识别机构7设置在所述机体上，所述识别机构7设置在所述机体1上，用于采集作业区域的实时图像，并判断作业区域的冲洗、打磨或者喷涂是否完成。所述识别机构7包括摄像头71、图像处理模块72和判断模块73，所述摄像头71转动设置在所述机体1上，用于采集所述机体1周围的图像信息。所述图像处理模块72对采集的图像信息进行降噪和色彩复原处理后转换成对应的数字信号并传输给判断模块73。所述判断模块73将接收的数字信号与判断模块73中存储的阈值信息进行比对，判断舱壁的清洗、打磨以及喷涂是否完成。

所述控制装置8上设有显示装置9，所述显示装置9用于显示摄像头71采集到的作业区域的实时图像、作业时的水压、水温及流量，以便于操作者掌握机体的实时情况，进而对清洗装置作出发出准确的控制指令。

所述机体1上还固定安装有设有照明灯12，所述照明灯12用于为摄像头71提供光照，以提高摄像头71在图像采集时的成像质量。

本发明的工作原理：

洗舱前，将水箱223内的水加热至70～80℃，给电磁铁51通电，机体1在电磁铁51和辊子322的共同作用下吸附在舱壁上，通过路径规划模块63设定机体1的行进路线，完成洗舱前的准备工作。洗舱时，首先，控制装置8控制驱动电机工作，以驱动对应侧的驱动轮312开始转动，驱动轮312通过链条311将动力传递给支撑轮313以使得支撑轮313与驱动轮312朝着同一方向转动，并带动行走履带31上的辊子322运动，使得机体1在舱壁上按照设定的路径平稳行进；然后，第一电磁阀214和第二电磁阀224，向喷头组件持续输送高压热水，再控制驱动器驱动喷水弯管212左右摆动，高压热水经高压水接口11和喷水弯管212后从喷嘴213喷射至舱壁上，对舱壁上的污垢进行冲洗；同时摄像头71采集作业区域的实时图像信息传输给图像处理模块72，所述图像处理模块72对摄像头71采集到的图像信息进行降噪、色彩复原等处理，并将处理后的图像信息转换成对应的数字信号传输给判断模块73。所述判断模块73接收数字信号，并将数字信号与判断模块73内预先储存的阈值信息进行比较，若该数字信号在对应的阈值范围内，则判断该作业区域已经清洗完成，将清洗完成的信号反馈至控制装置8，控制装置8接收信号后控制机体1继续移动进行后续清洗；反之则继续对当前区域进行清洗，直至清洗完成。

在冲洗时，喷嘴213将高压热水喷射到舱壁上时，会对机体1产生一个反作用力，清洗装置在洗舱时，根据舱壁的污渍顽固程度不同，所需的喷射水量不同，因而会产生不同的大小的反作用力使得机体1的机身不稳，此时可通过调节电磁铁51的磁力，从而使机体1能够牢牢地吸附在舱壁上进行稳定的工作，避免机体1在工作时发生坠落。

机体1在行进过程中，红外线传感器631和超声波传感器632分别对机体1附近的运动物体和静止物体进行检测，当检测到有障碍物时，分析模块62根据红外线传感器631和超声波传感器632检测到情况获取该障碍物的坐标信息发送给路径规划模块61，路径规划模块61接收该坐标信息后重新规划机体的移动路径，避免机体1在移动过程中与障碍物发生碰撞，提高了机体1工作时的安全性。

在清洗过程中如需对舱壁进行打磨、除锈，可打开第三电磁阀225，由于高压水管内的水流速度很快，使得高压水管内的压力较低，在第三电磁阀225打开的瞬间，含砂罐222中的喷料在压力和其重力的共同作用下进入高压水管中并与高压水管中的高压水混合形成含砂水，然后通过喷嘴213喷射在舱壁上，以实现对舱壁的打磨。

本发明在使用时，由于喷嘴213可以从喷水弯管212上拆下，当需要对舱壁进行上漆时，操作者只需更换成对应的喷嘴213，再将水箱223中的水换成油漆即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。