一种水下清洗机器人系统的制作方法

本发明涉及水下工程技术领域，尤其涉及一种水下清洗机器人系统。

背景技术：

水下检测对水下建筑物、船舶、管道等的安全使用都有着非常重要的作用，将水下机器人用于水下检测与传统的人力检测相比，有着安全性高、经济性好、检测效率高等优点，使用水下机器人进行水下检测还能得到更精确的检测结果。但得到准确的检测结果的前提是要有良好的检测环境。

对于经常全部或者部分要在水下进行工作的建筑物、船舶、管道来说，其水下部分往往在表面附着着许多贝类、藻类等垢层，这些垢层会将表面破损遮挡，对水下检测造成严重的不利影响，也有的垢层下面并没有破损，但却影响到了被遮挡部分的正常使用和使用寿命，因此必须清理垢层，而用水下清洗机器人进行水下清洗无疑是最好的选择。目前已有使用水下清洗机器人完成水下清洗工作的相关专利，但都存在一定的问题。

如cn106984575a公开的一种水下构筑物清洗系统，通过实现清洗工作的自动化，为水下构筑物的探伤检测、成像提供更加清晰的检测环境，相比于传统人工下水操作提高了效率，降低了危险性，并可以对堤坝上难以除去的污秽物进行有效的清洗。但该水下构筑物清洗系统采用了钢丝牵引单元来移动清洗装置，灵活性较差。又如cn201811346694公开的一种船底智能水下清洗机器人、控制系统及控制方法，可通过推进器使机体进行90度倾斜，使其贴附在船底，再和履带配合使其在船底表面进行移动，启动清洁刷和高压水枪对船底进行各方位清理。但该水下清洗机器人存在对定点进行清洗时不易保持稳定性的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种水下清洗机器人系统，包括水面平台和水下清洗机器人，所述水面平台包括水面控制站和高压水泵，所述水下清洗机器人搭载图像采集单元、动力单元、清洗单元、控制单元、缓冲单元和机械手，所述水面控制站与控制单元相连接，所述高压水泵出水端与清洗单元进水端相连接，所述控制单元分别与图像采集单元、动力单元、清洗单元和机械手相连接。该技术方案在实现水下清洗无人化的基础上，相较于已有方案，水下清洗机器人有着更强的灵活性和更高的稳定性。

所述图像采集单元包括水下高清照相机和照明设备，所述水下高清照相机用于实时拍摄水下清洗情况，与控制单元相连接。所述照明设备用于改善光照条件，与控制单元相连接。水下高清照相机默认始终打开，在水下清洗机器人前往指定待清洗点时用于确认附近情况，在水下清洗机器人进行清洗工作时用于确认清洗状况和清洗进度。水下高清照相机由控制单元直接控制，其获取的图像信息经过通信装置传输至水面控制站。照明设备默认始终打开，亮度根据水下光照条件进行调节。

所述动力单元包括螺旋桨推进器和马达，所述螺旋桨推进器用于为水下清洗机器人提供动力，与控制单元相连接。所述马达与清洗单元相连接。螺旋桨推进器除了为水下清洗机器人提供动力外，还可以用于抵消清洗时射流喷嘴引起的反作用力。马达为滚刷提供动力，转速可由控制单元控制，由于滚刷直接与水接触，在连接处应做好防水处理。

所述清洗单元包括射流喷嘴和滚刷，所述射流喷嘴用于清洗待清洗物表面，其进水端与高压水泵出水端相连接。所述滚刷用于辅助射流喷嘴完成清洗任务，与马达相连接并由其提供动力。为了使水下清洗机器人在清洗时有更好的稳定性，射流喷嘴的布置应采用对称布置，射流喷嘴由高压水泵提供有压水，由控制单元控制开关。滚刷应采用耐磨损且不溶于水的材料。

所述控制单元包括通信装置和控制装置，所述通信装置与水面控制站相连接，用于信号收发和数据传输。所述控制装置与通信装置相连接，用于接收水面控制站信号，控制水下清洗机器人完成任务。通信装置的主要作用是接收水面控制站的操作指令，将操作指令传达给控制装置，同时将接收到的图像数据以及各单元工作情况的反馈数据等传输给水面控制站。控制装置在接收到操作指令后，识别操作指令的目标对象，将操作指令转换为控制指令后下达给指定单元从而完成对水下清洗机器人的控制。

所述缓冲单元包括缓冲块，用于减小水下清洗机器人发生碰撞时所受到的撞击力。缓冲块应布置在水下清洗机器人四周，但不可影响其他单元的正常使用。

所述机械手用于将水下清洗机器人固定在待清洗物表面，与控制单元相连接。在水流流速较快的情况下，水下清洗机器人不易保持相对稳定，导致不能准确地清洗目标点，此时应采用机械手将水下清洗机器人固定在待清洗物表面。机械手的手部应设计成可以更换的形式，对不同的待清洗物采用不同的手部，对于船体，应采用带磁铁的手部，对于水下建筑物，应采用能够钻孔的手部，从而达到固定吸附的作用。

所述水面控制站用于完成操作人员和水下清洗机器人的交互，与控制单元相连接。水面控制站为一台计算机，操作人员可以根据工作任务下达操作指令并监控水下清洗机器人的工作情况。水面控制站还可以保存清洗过程中的数据。

所述高压水泵的出水端与清洗单元的进水端相连接，用于为射流喷嘴提供有压水。

本发明的一种水下清洗机器人系统具有以下有益效果：节省了人力，在降低成本的同时，提高了效率和安全性；使用了射流喷嘴和滚刷协同进行水下清洗，能够完成各种复杂条件下的清洗任务；加入了缓冲单元，增强了对水下清洗机器人的保护；在检测环境不利、水下清洗机器人较难稳定的情况下，使用机械手能够提高水下清洗机器人的稳定性。

附图说明

图1为水下清洗机器人系统的组成结构图；

图2为水下清洗机器人系统的工作原理图；

图3为机械手自由度分配示意图；

图中：1肩部、2肘部、3腕部、4可变更手部。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案作进一步说明：

本发明的一种水下清洗机器人系统，包括水面平台和水下清洗机器人，所述水面平台包括水面控制站和高压水泵，所述水下清洗机器人搭载图像采集单元、动力单元、清洗单元、控制单元、缓冲单元和机械手，所述水面控制站与控制单元相连接，所述高压水泵出水端与清洗单元进水端相连接，所述控制单元分别与图像采集单元、动力单元、清洗单元和机械手相连接。

优选地，所述图像采集单元包括水下高清照相机和照明设备，所述水下高清照相机应安装在水下清洗机器人的正前方的上部以取得更好的视野。所述照明设备采用卤素灯，亮度可调节，不应与水下高清照相机布置过近。

优选地，所述动力单元包括螺旋桨推进器和马达，所述螺旋桨推进器应满足水下清洗机器人前进后退、上浮下潜、左右转动的要求，其中负责前进后退的一组(两只)螺旋桨推进器可通过调节转速的不同来完成左右转向，理论上只需两组便可达成推进要求，但常采用三组螺旋桨推进器。

优选地，所述清洗单元包括射流喷嘴和滚刷，所述射流喷嘴常采用空化射流喷嘴，较传统的高压射流有着喷射压力小、清洗效率高、喷嘴寿命长等优点，射流喷嘴应对称布置且具有一定的调节能力。所述滚刷用于辅助射流喷嘴清洗，应具有一定的调节能力。

优选地，所述控制单元包括通信装置和控制装置，所述通信装置与水面控制站的连接应采用有线连接，有线连接相较无线连接数据传输更为稳定快速。

优选地，所述缓冲单元包括缓冲块，常选用聚氨酯材料。

优选地，所述机械手采用五自由度机械手，分别为肩部1的水平方向上的自由度，肘部2的水平和竖直方向上的自由度，以及腕部3的水平和竖直方向上的自由度。由于该系统中机械手仅仅用于保持水下清洗机器人的稳定，不会用于高难度的作业，因此减少自由度有利于降低成本但不应低于四个自由度(肘部2的竖直方向的自由度可以省去)。机械手的手部4应允许更换，对于船体，应采用带磁铁的手部，对于水下建筑物，应采用能够钻孔的手部。

优选地，所述水面控制站可使用计算机进行控制，应安装有水下清洗机器人的操作软件以及用于存储清洗过程各种数据的硬件设备。

优选地，所述高压水泵的出水端与清洗单元的进水端相连接，用于为射流喷嘴提供有压水。

本实施例中，水面平台既可安装在地面上，也可安装在船舶上。在水下清洗机器人下水后，水下高清照相机打开，拍摄水下情况，操作人员通过水面控制站的监控影像控制水下清洗机器人前往待清洗物处。如水下光照条件不良，应提高照明设备亮度。在水下清洗机器人到达指定待清洗点后，打开射流喷嘴进行清洗，并用滚刷辅助一同完成清洗任务。如在清洗过程中发现水流流速过快，水下清洗机器人稳定性不足，难以准确清洗目标位置垢物，应使用机械手将水下清洗机器人固定吸附在待清洗物表面以增加稳定性。应当进行说明的是，在清洗过程中，控制前进后退、上浮下沉的两组螺旋桨推进器应始终打开，以减小机械手所受到的由水下清洗机器人自重、浮力、射流反作用力等引起的弯矩扭矩、剪力轴力等。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。