本发明涉及无人船自动清洁领域，具体是一种自清洁无人船及其自清洁方法。
背景技术：
野外采水无人船长期工作在野外水域，特别是污染水域的采集工作任务多，往往在几个采样点工作后，水体中的污染物就会污染船体，严重情况还会对影响无人船正常航行。同时，野外采水要求每一个采集点的水样相对独立，不能出现交叉污染的情况，在污染区域工作后的无人船，船体上所沾染的污染物会对水样的准确性产生影响，需要及时进行清理。目前通常的做法是将污染水域工作的无人船召回岸边后，由人工将无人船搬抬上岸，手工对船体进行清理。无人船中采集有水样，重量较重，且还需防止水样泄露，由人工将无人船搬抬上岸十分困难，而且由人工野外清洗无人船十分不方便，无人船多次往返清洗也严重影响采水效率。
因此，设计一种搭载于无人船的自动清洁装置，对于污染水域的采水工作有重要实用意义。
技术实现要素：
本发明提供一种自清洁无人船及其自清洁方法，可以由自动控制实现无人船的清洗，清洗过程自动运行，可代替人工作业，而且在采水任务结束前可以多次对船体进行清洁，使用方便，清洁效率高。
一种自清洁无人船，包括无人船本体、控制器、设于无人船本体的进水装置和自动清洁装置，所述自动清洁装置包括设于无人船本体两侧的浮筒、设于浮筒附近的高压喷头、与浮筒连接的浮筒升降装置，所述进水装置用于从无人船本体所处水体中抽水至所述自动清洁装置的高压喷头，所述控制器用于控制浮筒升降装置将浮筒下降使无人船被抬离水面，或将浮筒上升使无人船浮在水面，还用于控制高压喷头对无人船本体和浮筒进行清洗。
进一步的，所述浮筒升降装置包括液压撑杆、及安装支架，液压撑杆由控制器控制实现液压撑杆的收缩和伸长，所述浮筒安装于安装支架，所述安装支架的下端与无人船本体连接，上端通过液压撑杆与无人船本体连接，通过液压撑杆的收缩和伸长实现安装支架的上升和下降，进而实现浮筒的上升和下降。
进一步的，还包括驱动高压喷头沿着无人船本体前后移动位移机构，所述位移机构包括与控制器连接的液压杆，液压杆与浮筒平行设置，高压喷头套在液压杆上，液压杆由控制器带动高压喷头前后移动，从而实现沿着无人船本体前后移动。
进一步的，还包括驱动高压喷头偏转的偏转机构，所述偏转机构由驱动机构带动实现液压杆的转动，以实现对船体上下部的清洗。
进一步的，所述偏转机构包括高压喷头驱动齿轮，所述驱动机构包括驱动电机、与驱动电机连接的主动齿轮，高压喷头驱动齿轮套接在液压杆上，当主动齿轮与高压喷头驱动齿轮啮合时，驱动电机带动主动齿轮转动，主动齿轮带动高压喷头驱动齿轮转动，进而带动液压杆转动，从而带动高压喷头转动。
进一步的，还包括浮筒翻转装置，所述浮筒翻转装置由驱动机构带动实现浮筒的自转。
进一步的，所述浮筒翻转装置包括浮筒驱动齿轮、浮筒轴承座，所述驱动机构包括驱动电机、与驱动电机连接的主动齿轮，浮筒通过转轴安装在浮筒轴承座上，转轴上安装有浮筒驱动齿轮，当主动齿轮与浮筒驱动齿轮啮合时，驱动电机带动浮筒一起转动。
进一步的，所述进水装置包括依次连接的抽水泵、水质过滤器、加压泵、加热器，水质过滤器用于将抽水泵抽取的水进行过滤，加压泵用于对经过滤的清洁用水进行二次加压，所述加热器用于对水体进行加热以有效清洗船体油污。
进一步的，所述进水装置还包括三通阀和储水室，抽水泵的出口与三通阀的进水口连接，三通阀的两个出水口分别与储水室和水质过滤器连接，所述三通阀由所述控制器控制，实现抽水泵与储水室和水质过滤器的连通。
一种自清洁无人船自清洁方法，其利用上述自清洁无人船进行，包括如下步骤：
步骤一、根据预设在无人船控制器内的航线，无人船航行到达采样点，控制抽水泵和三通阀开始采水，采水水样进入储水室；
步骤二、当在污染水域完成采水作业，并离开污染水域后，开启清洗模式，所述控制器发出控制信号给抽水泵和三通阀，抽水泵开始抽水，通过三通阀将进水导入到水质过滤器进行过滤，过滤完成后进入加压泵；
步骤三、所述控制器发出控制信号给加压泵，加压泵开始工作，给经过过滤的清洁用水进行二次加压，加压完成后进入加热器；
步骤四、所述控制器发出控制信号给加热器，加热器开始工作，给清洁用水进行加热，加热完成后进入高压喷头，由高压喷头喷出对无人船和浮筒进行清洗；
步骤五、所述控制器发出控制信号给液压撑杆，液压撑杆伸长，控制安装支架和浮筒开始下降，当浮筒下降到水平面以下后，由于浮力作用无人船本体开始脱离水面，当完全脱离水面时，即可对无人船进行全面清洗；
步骤六、无人船清洗完成后，所述控制器发出控制信号给控制液压撑杆，液压撑杆收缩，控制安装支架和浮筒开始上升，当浮筒上升到水面以上后，无人船船体重新落入水中，此时控制高压喷头对浮筒进行清洗；
步骤七、在全部清洗完成后，控制器控制无人船航行到下一采样点，返回执行步骤一，直至完成所有采样点的水样采集工作。
进一步的，在步骤六对浮筒清洗过程中，控制器控制浮筒翻转装置进行自转，以彻底清洗浮筒。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1、本发明考虑到设计、生产及安装成本，对整个清洗过程采用开环控制方式，只需在清洗前预设好每个清洗环节的开始时间、持续时间以及电机转速等参数，不用另外布置传感器，降低自动清洁装置成本，并使其使用简单，可靠性高。
2、本发明考虑无人船船体不便清洗问题，创造性地在无人船两侧增加浮筒，通过控制浮筒升降，可以实现将无人船抬离水面，在无人船完全脱离水面后，可以对无人船船体进行彻底清洗。
3、本发明考虑到浮筒的清洗问题，通过浮筒翻转结构带动浮筒可以360°旋转，使用同样一套自动清洁装置也可以实现对浮筒的清洗。
4、本发明考虑污染物沾染船体后难以彻底去除的问题，在自动清洁装置中串联加热器，对高压水进行加热，提高清洁能力。
5、本发明为了简化结构，驱动电机没有固定在安装支架上，可以在电机滑槽中滑动，实现不同的啮合方式，可以分别驱动浮筒或高压喷头转动，节约成本，安装简单。
附图说明
图1为本发明自清洁无人船其中一个实施例的结构示意图；
图2为本发明中进水装置的结构示意图；
图3为本发明中自动清洁装置的示意图；
图4为本发明中齿轮传动的结构示意图；
图5为本发明中浮筒举升的示意图；
图6为本发明中浮筒放下的示意图；
图7为本发明中自清洁无人船自动清洁的工作原理图。
图中：1—抽水泵，2—储水室，3—三通阀，4—水质过滤器，5—加压泵，6—加热器，7—液压撑杆，8—安装支架，9—浮筒，10—浮筒驱动齿轮，11—浮筒轴承座，12—驱动电机滑槽，13—驱动电机，14—高压喷头驱动齿轮，15—主动齿轮，16—高压喷头，17—液压杆，100—无人船本体，200—进水装置，300—自动清洁装置。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参考图1，本发明实施例提供一种自清洁无人船，包括无人船本体100、控制器、设于无人船本体100的进水装置200和自动清洁装置300。
请结合参考图2，所述进水装置包括抽水泵1、储水室2、三通阀3、水质过滤器4、加压泵5、加热器6(例如ptc加热器)，抽水泵1从其进水口将水样抽入储水室2实现采水功能，其出水口与三通阀3进水口之间用水管连接，三通阀3的两个出水口分别与储水室2和水质过滤器4用水管连接。当无人船需要采集水样时，三通阀3与储水室2连接的水路接通，抽取水体直接进入储水室2中，进行水样采集。当无人船需要清洗时，三通阀3与水质过滤器4连接的水路接通，抽取水体进入水质过滤器4，过滤水中杂质，为后续加热和喷洗做前处理准备。水质过滤器4内部主要为棉网和活性炭，在系统中串联水质过滤器4以防止水体中杂质堵塞高压清洗喷头16。
在水体经过水质过滤器4过滤后，水质过滤器4出水口与加压泵5进水口用水管进行连接，将水体导入加压泵5中，水质过滤器4对进水产生了很大的压降，已经不能满足高压清洗的压力要求，通过加压泵5对经过滤的清洁用水进行二次加压，提高水流压力，为后续高压清洗做准备。
在水体经过加压泵5加压后，加压泵5出水口与加热器6进水口用水管进行连接，将水体导入加热器6中，通过加热器6对水体进行加热，加热后的水温可以达到80℃以上，能大大提高清洁能力，最大程度清洗残留污染物，避免影响采水精度。
请一并从参考图3及图4，所述自动清洁装置300包括设于无人船本体100两侧的浮筒9、设于浮筒9附近的高压喷头16、与浮筒9连接的浮筒升降装置，所述控制器用于控制浮筒升降装置将浮筒9下降使无人船被抬离水面，或将浮筒9上升使无人船浮在水面，还用于控制高压喷头16对无人船本体100和浮筒9进行清洗。
所述浮筒升降装置包括液压撑杆7、及安装支架8，液压撑杆7由控制器控制实现液压撑杆7的收缩和伸长。所述浮筒9安装于安装支架8，安装支架8为一l型支架结构，与无人船本体100共有4个支撑点，下面两个支撑点与无人船本体100之间为铰链连接，上面两个支撑点通过液压撑杆7与无人船本体100连接，可通过液压撑杆7的收缩和伸长实现安装支架8的上升和下降。
在另一实施例中，还设有驱动高压喷头16沿着无人船本体100前后移动的位移机构，所述位移机构包括与控制器连接的液压杆17，液压杆17与浮筒9平行设置，高压喷头16套在液压杆17上，液压杆17可以带动高压喷头16前后移动，从而实现沿着无人船本体100前后移动，以实现对船体前后部的清洗。
在另一实施例中，还设有驱动高压喷头16偏转的偏转机构，所述偏转机构由驱动机构带动实现液压杆17的转动，以实现对船体上下部的清洗。所述偏转机构包括高压喷头驱动齿轮14，所述驱动机构包括驱动电机13、与驱动电机13连接的主动齿轮15，高压喷头驱动齿轮14套接在液压杆17上，当主动齿轮15与高压喷头驱动齿轮14啮合时，驱动电机13带动主动齿轮15转动，主动齿轮15带动高压喷头驱动齿轮14转动，进而带动液压杆17转动，从而带动高压喷头16转动。
在另一实施例中，还设有浮筒翻转装置，所述浮筒翻转装置由所述驱动机构(驱动电机13及主动齿轮15)带动实现浮筒9绕其轴线的自转。如图3所示，所述浮筒翻转装置包括浮筒驱动齿轮10、浮筒轴承座11，浮筒9通过转轴安装在浮筒轴承座11上，转轴上安装有浮筒驱动齿轮10。当主动齿轮15与浮筒驱动齿轮10啮合时，驱动电机13可以带动浮筒9一起转动，浮筒9可以绕自身轴线360°旋转。
在另一实施例中，还设有电机移动装置，用于控制驱动电机13在驱动高压喷头16的偏转机构和浮筒翻转装置之间来回移动，以使得主动齿轮15分别与高压喷头驱动齿轮14和浮筒驱动齿轮10啮合。如图4所示，所述电机移动装置为驱动电机滑槽12，驱动电机13插在驱动电机滑槽12中，驱动电机13可以在驱动电机滑槽12中滑动，滑到上下两端时，套接在驱动电机13上的主动齿轮15分别可以与浮筒驱动齿轮10和高压喷头驱动齿轮14啮合。当主动齿轮15与浮筒驱动齿轮10啮合时，驱动电机13可以带动浮筒9一起转动，当主动齿轮15与高压喷头驱动齿轮14啮合时，驱动电机13可以带动液压杆17一起转动。
在水体经过加热器6加热后，加热器6出水口与高压喷头16用水管进行连接，将水体导入高压喷头16中。
本发明工作原理如下(请参考图7)：
开始工作时，控制器控制液压撑杆7收缩，浮筒9被抬起，无人船与水面接触，此时无人船处于航行模式，参考图5。根据预设在无人船控制器内的航线，无人船将航行到达采样点，控制器接收到无人船控制器达到采样点的信号后，控制器对抽水泵1发出工作信号，控制抽水泵1开始工作，将水体通过水管抽到三通阀3中，控制器控制三通阀3打开通向储水室2的阀门，将水样采集到储水室2中，完成采水流程。然后无人船到达下一个预设采样点后进行下一个采样点的水样采集，直至完成该区域所有采样点的水样采集工作。
如果无人船在采水过程中经过污染区域，对船体造成污染，则需要自动清洁装置对无人船进行清洗。此时，控制器控制液压撑杆7伸长，浮筒9被放下，当浮筒降到最低位置时，无人船两侧浮筒9进入水下，无人船在浮力作用下被抬离水面，此时无人船处于清洗模式，参考图6。控制器控制抽水泵1开始工作，将水体通过水管抽到三通阀3中，控制器控制三通阀3打开通向水质过滤器4的阀门，将水体导入水质过滤器4中进行杂质过滤，过滤后的水质满足后续加热和高压喷射要求。由于经过水质过滤器4后水压下降，不足以满足高压冲洗的要求，所以在水体经过水质过滤器4后，通过水管进入加压泵5中，控制器控制加压泵5开始工作，对水体进行二次加压，经过二次加压的水样满足高压冲洗的压力要求。加压后的水体通过水管进入加热器6中，控制器控制加热器开始工作，对水体进行加热，加热后的水体对污染物的清洗效率更高，清洗效果更好。加热后的水体通过水管进入高压喷头16中，通过高压喷头16喷出，清洗无人船和浮筒。
高压喷头16安装在液压杆17上，控制器控制液压杆17开始工作，带动高压喷头16沿着无人船行驶方向前后移动，同时安装在液压杆17上的高压喷头驱动齿轮14与主动齿轮15啮合，控制器控制驱动电机13开始转动，带动主动齿轮15转动，同时主动齿轮15带动高压喷头驱动齿轮14转动，进而带动高压喷头16转动。
清洗无人船过程中，无人船被抬离水面，高压喷头16被驱动电机13带动到指向无人船，此时高压喷头16开始清洗无人船，并按照预先设定的移动速度从船头向船尾移动，当完成来回两次循环后，完成一次无人船清洗。当自动清洁装置清洗浮筒9时，无人船漂浮在水面上，浮筒9被举升离开水面，高压喷头16被驱动电机13带动到指向浮筒9，此时高压喷头16开始清洗浮筒9，同时浮筒驱动齿轮10与主动齿轮15啮合，控制器控制驱动电机13开始转动，带动主动齿轮15转动，同时主动齿轮15带动浮筒驱动齿轮10转动，进而浮筒9转动。当浮筒旋转360°后，高压喷头16按照预先设定的移动速度从船头向船尾移动，高压喷头16当完成来回两次循环后，完成一次浮筒9的清洗。
本发明可分为两种工作模式，一种工作模式为采水模式，此时装置主要负责抽取采水点水样，另一种工作模式为清洗模式，此时装置主要负责清洗沾染在船体上的污染物。工作模式的调节主要依靠控制器对三通阀3阀门位置的控制来控制水路走向，同时控制自动清洁装置300、浮筒升降装置和浮筒翻转装置进行联动工作，达到自动采水和自动清洗的目的。当浮筒9离开水面时，无人船落入水中，主要执行航行、采水和浮筒清洗任务，当浮筒9落入水中时，无人船离开水面，主要执行船体清洗任务。