本發(fā)明涉及水下清洗領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于水庫壩體、閘門等清洗工作的全自動(dòng)水下構(gòu)建物超聲探傷清洗機(jī)器人。

背景技術(shù)：

我國的大壩大都建于解放初期和七八十年代，隨著自然性腐蝕和老化，大壩滲漏現(xiàn)象比較普遍，大壩安全倍受國家關(guān)注，但目前補(bǔ)漏和維護(hù)是個(gè)世界難題，常規(guī)采取潛水員水下人工作業(yè)的方式進(jìn)行，不但費(fèi)工費(fèi)時(shí)，操作也受季節(jié)影響，對(duì)于有些安全級(jí)別很高的大壩只能采取排空水的方式進(jìn)行修補(bǔ)，耗資巨大，為了保證大壩安全，有些被迫采取新建大壩的方式進(jìn)行處理，投資十分巨大。

目前也有采取高壓射流或液哨的方式進(jìn)行水下清洗，但隨著水深產(chǎn)生的壓強(qiáng)變化、環(huán)境溫度的變化、污垢屬性的變化，高壓射流液哨效果就難以滿足清洗要求，清洗過程中的可操控性也難以實(shí)現(xiàn)，存在一定技術(shù)缺陷。

也有利用空化射流原理進(jìn)行水下構(gòu)建物的清洗，但都未突破水下無人操作、岸上定位后自動(dòng)清洗技術(shù)，存在一定技術(shù)缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種全自動(dòng)水下構(gòu)建物超聲探傷清洗機(jī)器人，能夠協(xié)同滾刷清洗、水下攝像、超聲探傷、自動(dòng)行走等功能，更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全方位自動(dòng)探傷清洗。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種全自動(dòng)水下構(gòu)建物超聲探傷清洗機(jī)器人，包括：

水面作業(yè)船，船上設(shè)有為水下各執(zhí)行系統(tǒng)提供源動(dòng)力的動(dòng)力系統(tǒng)；

水下執(zhí)行系統(tǒng)，包括：主支架、浮桶和清洗執(zhí)行器，主支架與浮桶活動(dòng)連接，清洗執(zhí)行器裝配于主支架上；

清洗執(zhí)行器包括移動(dòng)式滾刷支架、滾刷、滾刷支架的推動(dòng)裝置、流液清洗裝置，推動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)滾刷支架在主支架的腔體內(nèi)外往復(fù)移動(dòng)，滾刷支架上裝配有若干滾刷和流體清洗裝置，各滾刷之間通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，并由一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)；

控制系統(tǒng)，用于指揮、運(yùn)行和監(jiān)控水面作業(yè)船和水下執(zhí)行系統(tǒng)。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，主支架上至少設(shè)有4個(gè)定位裝置，協(xié)同推動(dòng)裝置一起伸縮。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，主支架與浮桶之間通過翻轉(zhuǎn)裝置連接，翻轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)清洗執(zhí)行器任意角度旋轉(zhuǎn)。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，主支架邊框四周設(shè)有與清洗對(duì)象密封連接用密封隔離體。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，主支架上設(shè)有頂部壓縮空氣控制閥、底部氣動(dòng)排水閥，以及設(shè)于上、下、前、后部的螺旋槳推進(jìn)器。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，主支架上設(shè)有水下攝像頭，水下攝像頭將清洗執(zhí)行器的實(shí)時(shí)狀況反饋給控制系統(tǒng)。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，主支架上設(shè)有還設(shè)有水下超聲探傷儀，根據(jù)水下攝像頭反饋的情況，初步確定需要清洗的大區(qū)域方位，再由水下超聲探傷儀進(jìn)行精準(zhǔn)定位，形成圖像反饋給控制系統(tǒng)。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，流體清洗裝置為高壓噴流液哨，由高壓清洗機(jī)組提供流體供給，流體流速80-160m/s，與清洗對(duì)象接觸的流體壓力為150-190Mpa。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，浮桶用于承載和控制整個(gè)清洗執(zhí)行器的上浮和下沉，當(dāng)開啟浮桶上端的氣動(dòng)閥、打開浮桶下端排水進(jìn)水閥時(shí)，桶內(nèi)液體被排出，通過調(diào)節(jié)排水量和排水速度來控制上浮速度，反之，打開浮桶頂端排氣閥、打開浮桶下端排水進(jìn)水閥時(shí)，在水壓強(qiáng)和浮桶重量下，向桶內(nèi)開始注水，通過調(diào)節(jié)排氣量和進(jìn)水速度來控制下沉速度。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，包括以下清洗模式：

滾刷清洗模式：滾刷支架在推動(dòng)裝置的作用下伸出到主支架腔體外，四個(gè)定位裝置伸出，主支架后部的螺旋槳推進(jìn)器將主支架和清洗執(zhí)行器一起推動(dòng)，與被清洗面進(jìn)行接觸，在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，滾刷與被清洗對(duì)象摩擦產(chǎn)生作用力，對(duì)被清洗物進(jìn)行刷洗；

流體清洗模式：首先將滾刷支架在推動(dòng)裝置的作用下縮回到主支架腔體內(nèi)，主支架后部的螺旋槳推進(jìn)器將主支架上的密封隔離體與被清洗面進(jìn)行接觸，從主支架頂部開始注入壓縮空氣，同時(shí)主支架底部的氣動(dòng)排水閥打開，這時(shí)主支架內(nèi)腔內(nèi)的液體在壓縮空氣的作用下排空，流體清洗裝置開始工作，流體中產(chǎn)生大量空化泡，與流體的高壓沖擊力協(xié)同對(duì)清洗對(duì)象的細(xì)小裂縫進(jìn)行深度清洗。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在水下的自動(dòng)行走和作業(yè)，同時(shí)只需要作業(yè)船牽引，就可實(shí)現(xiàn)任何區(qū)域的移動(dòng)清洗作業(yè)；清洗執(zhí)行器可清洗任何表面和深層污垢，基本沒有清洗死角，完全達(dá)到大壩的維護(hù)修補(bǔ)條件。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1是本發(fā)明全自動(dòng)水下構(gòu)建物超聲探傷清洗機(jī)器人中水面作業(yè)船的一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明全自動(dòng)水下構(gòu)建物超聲探傷清洗機(jī)器人中水下執(zhí)行系統(tǒng)的一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2所示水下執(zhí)行系統(tǒng)中清洗執(zhí)行器的右視圖。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1-圖3，本發(fā)明實(shí)施例包括：

一種全自動(dòng)水下構(gòu)建物超聲探傷清洗機(jī)器人，包括：

水面作業(yè)船1，船上設(shè)有為水下各執(zhí)行系統(tǒng)提供源動(dòng)力的動(dòng)力系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)組1-1、壓縮空氣工作站1-2、高壓清洗機(jī)1-3和液壓工作站1-4。

發(fā)電機(jī)組1-1為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電機(jī)，為動(dòng)力設(shè)備和電器控制系統(tǒng)提供電源條件。

壓縮空氣工作站1-2為標(biāo)準(zhǔn)空壓機(jī)，為氣動(dòng)設(shè)備和控制系統(tǒng)提供壓縮空氣源。

高壓清洗機(jī)1-3由市場現(xiàn)有的高壓噴淋清洗機(jī)進(jìn)行改裝使用，為設(shè)備高壓射流液哨系統(tǒng)提供高壓流體源。

液壓工作站1-4由馬達(dá)、油泵、油箱、散熱器、高壓油管、調(diào)壓閥、流量閥等組成，為水下執(zhí)行機(jī)器人提供液壓流體動(dòng)力源。

水下執(zhí)行系統(tǒng)2，包括：主支架2-1、浮桶2-2和清洗執(zhí)行器2-3，主支架2-1與浮桶2-2活動(dòng)連接，清洗執(zhí)行器2-3裝配于主支架2-1上。

主支架2-1由不銹鋼板焊接組成，主支架2-1邊框四周設(shè)有與清洗對(duì)象密封連接用密封隔離體2-1-1。密封隔離體2-1-1由軟性材料組成，為主支架2-1與被清洗對(duì)象之間提供一個(gè)隔離密封條件。

前端設(shè)有至少四個(gè)帶油缸的定位裝置2-1-2，協(xié)同推動(dòng)裝置一起伸縮。由油缸、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、滾輪、行程控制器、流量壓力控制器等組成、當(dāng)設(shè)備需要滾刷清洗時(shí)，定位裝置2-1-2在油缸的作用下伸出，形成四個(gè)支點(diǎn)，為滾刷清洗提供一個(gè)穩(wěn)定平面，當(dāng)設(shè)備需要高壓射流液哨清洗時(shí)定位裝置在油缸的作用下縮回，為高壓射流液哨清洗提供一個(gè)穩(wěn)定平面。

主支架2-1與浮桶2-2之間通過翻轉(zhuǎn)裝置2-1-3連接，翻轉(zhuǎn)裝置2-1-3帶動(dòng)清洗執(zhí)行器2-3任意角度旋轉(zhuǎn)。本實(shí)施例中翻轉(zhuǎn)裝置優(yōu)選為液壓翻轉(zhuǎn)馬達(dá)2-1-3。

液壓翻轉(zhuǎn)馬達(dá)2-1-3的一端固定在浮桶2-2上，另一端固定在主支架2-1上，當(dāng)需要根據(jù)清洗對(duì)象的幾何形狀變換滾刷機(jī)構(gòu)的體位時(shí)，在液壓馬達(dá)的作用下滾刷機(jī)構(gòu)可以任意旋轉(zhuǎn)角度，另一方面翻轉(zhuǎn)馬達(dá)的軸體內(nèi)部為兩個(gè)獨(dú)立通道的空心體，分別與軸套之間進(jìn)行連接，形成液壓油的供給和回路連個(gè)公共通道。

頂部設(shè)有壓縮空氣控制閥2-1-4，由氣動(dòng)控制閥體2-1-4的開啟和關(guān)閉，當(dāng)需要排空主支架2-1腔內(nèi)液體時(shí)氣動(dòng)閥開啟，壓縮空氣進(jìn)入主支架2-1腔體內(nèi)部，腔內(nèi)液體被排空。

底部設(shè)有氣動(dòng)排水閥2-1-5，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入主支架2-1腔體內(nèi)部時(shí)，氣動(dòng)排水閥2-1-5打開，主支架2-1內(nèi)部液體被排空。

上、下、前、后部的都設(shè)有螺旋槳推進(jìn)器2-1-6。一方面便于產(chǎn)生推動(dòng)力，另一方面獲得整個(gè)系統(tǒng)在水下的行走能力和平衡，每個(gè)螺旋槳推進(jìn)器2-1-6都是由液壓馬達(dá)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，獨(dú)立流量、壓力分配。

清洗執(zhí)行器2-3包括移動(dòng)式滾刷支架2-3-1、滾刷2-3-2、滾刷支架2-3-1的推動(dòng)裝置2-3-3、流液清洗裝置2-3-4，推動(dòng)裝置2-3-3驅(qū)動(dòng)滾刷支架2-3-1在主支架2-1的腔體內(nèi)外往復(fù)移動(dòng)，滾刷支架2-3-1上裝配有若干滾刷2-3-2和流體清洗裝置2-3-4，各滾刷之間通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2-3-5連接，并由一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置2-3-6驅(qū)動(dòng)。

滾刷支架2-3-1由不銹鋼板焊接成型，在上下端分別安裝2條燕尾槽導(dǎo)向機(jī)構(gòu)2-3-1-1，配合推動(dòng)裝置2-3-3進(jìn)行直線伸縮動(dòng)作。

滾刷2-3-2包括不銹鋼鋼絲滾刷和尼龍絲滾刷。不銹鋼鋼絲滾刷由軸體表面植入不銹鋼絲，定位軸承座等組成。尼龍絲滾刷由軸體表面植入尼龍絲，定位軸承座等組成。

旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置2-3-6優(yōu)選為液壓旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，在液壓流體的作用下，馬達(dá)形成旋轉(zhuǎn)，通過控制液壓壓力可實(shí)現(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的控制，所有滾刷2-3-2共用一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，相互之間用鏈輪鏈條傳動(dòng)。

滾刷支架2-3-1的推動(dòng)裝置2-3-3優(yōu)選為推進(jìn)油缸，在主支架2-1和清洗執(zhí)行器2-3之間設(shè)有一個(gè)油缸，當(dāng)需要滾刷2-3-2清洗時(shí)，油缸伸出，滾刷2-3-2與被清洗對(duì)象接觸，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)刷洗，可根據(jù)滾刷磨損情況選擇推進(jìn)行程，保證滾刷刷體與被清洗對(duì)象之間一個(gè)穩(wěn)定的接觸面，另一方面當(dāng)需要高壓射流液哨清洗時(shí)，油缸縮回，整個(gè)清洗執(zhí)行器2-3隱藏到主支架2-1腔體內(nèi)部，確保不干涉主支架2-1與被清洗對(duì)象之間的密封。

流液清洗裝置2-3-4優(yōu)選為高壓射流液哨：由高壓清洗機(jī)提供流體供給，流體流速80-160m/s，清洗時(shí)流體壓力為150-190Mpa，在噴頭末端內(nèi)腔裝有一個(gè)金屬薄片，金屬薄片懸臂固定在噴頭末端內(nèi)部，在高壓流體的作用下，金屬薄片開始震動(dòng)，產(chǎn)生液哨超聲空化氣泡，與流體的沖擊力協(xié)同產(chǎn)生清洗作用。

清洗執(zhí)行器2-3中還包括流量壓力分配器2-3-7，每個(gè)液壓旋轉(zhuǎn)馬達(dá)都獨(dú)立匹配流量壓力分配器，用于控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和扭力。

控制系統(tǒng)3，由電器元器件3-1，控制面板3-2、監(jiān)控顯示屏3-3等組成，用于指揮、運(yùn)行和監(jiān)控水面作業(yè)船和水下執(zhí)行系統(tǒng)。該系統(tǒng)可與動(dòng)力系統(tǒng)一樣，安裝于水面作業(yè)船上，也可通過無線通信技術(shù)，將控制系統(tǒng)設(shè)于岸上。

主支架2-1上設(shè)有水下攝像頭4，水下攝像頭4將清洗執(zhí)行器2-3的實(shí)時(shí)狀況反饋給控制系統(tǒng)3。

水下攝像頭將清洗執(zhí)行器2-3的實(shí)時(shí)狀況反饋給監(jiān)控顯示屏3-3，便于操作人員了解水下情況，另一方面將需要清洗對(duì)象的位置、周邊情況反饋給監(jiān)控顯示屏3-3，便于操作人員選定有效清洗模式，當(dāng)清洗完成后水下攝像頭將清洗后的效果反饋給監(jiān)控顯示屏，便于操作人員判定清洗效果是否達(dá)標(biāo)。

主支架2-1上設(shè)有還設(shè)有水下超聲探傷儀5，根據(jù)水下攝像頭4反饋的情況，初步確定需要清洗的大區(qū)域方位，再由水下超聲探傷儀5進(jìn)行精準(zhǔn)定位，形成圖像反饋給監(jiān)控顯示屏3-3。

浮桶2-2用于承載和控制整個(gè)清洗執(zhí)行器2-3的上浮和下沉，當(dāng)開啟浮桶2-2上端的進(jìn)氣氣動(dòng)閥2-2-1、打開浮桶2-2下端排水進(jìn)水閥2-2-2時(shí)，桶內(nèi)液體被排出，通過調(diào)節(jié)排水量和排水速度來控制上浮速度，反之，打開浮桶2-2頂端排氣氣動(dòng)閥2-2-3、打開浮桶2-2下端排水進(jìn)水閥2-2-2時(shí)，在水壓強(qiáng)和浮桶2-2重量下，向桶內(nèi)開始注水，通過調(diào)節(jié)排氣量和進(jìn)水速度來控制下沉速度。

本發(fā)明包括以下2種清洗模式：

滾刷清洗模式：滾刷支架2-3-1在推動(dòng)裝置2-3-3的作用下伸出到主支架2-1腔體外，四個(gè)定位裝置伸出，主支架2-1后部的螺旋槳推進(jìn)器2-1-6將主支架2-1和清洗執(zhí)行器2-3一起推動(dòng)，與被清洗面進(jìn)行接觸，在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，滾刷與被清洗對(duì)象摩擦產(chǎn)生作用力，對(duì)被清洗物進(jìn)行刷洗。

流體清洗模式：首先將滾刷支架2-3-1在推動(dòng)裝置2-3-3的作用下縮回到主支架2-1腔體內(nèi)，主支架2-1后部的螺旋槳推進(jìn)器2-1-6將主支架2-1上的密封隔離體與被清洗面進(jìn)行接觸，從主支架2-1頂部開始注入壓縮空氣，同時(shí)主支架2-1底部的氣動(dòng)排水閥打開，這時(shí)主支架2-1內(nèi)腔內(nèi)的液體在壓縮空氣的作用下排空，流體清洗裝置開始工作，流體流速80-160m/s，與物體接觸的流體壓力為150-190Mpa，流體中產(chǎn)生大量空化泡，與流體的高壓沖擊力協(xié)同對(duì)清洗對(duì)象的細(xì)小裂縫進(jìn)行深度清洗。

本發(fā)明基于高壓射流液哨的進(jìn)一步改進(jìn)，協(xié)同滾刷清洗、水下攝像、超聲探傷、自動(dòng)行走等，更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全方位自動(dòng)探傷清洗，適用于水庫壩體、閘門等清洗工作。

全自動(dòng)水下構(gòu)建物超聲探傷清洗機(jī)器人基本替代了傳統(tǒng)潛水員作業(yè)，解決了傳統(tǒng)作業(yè)的技術(shù)難點(diǎn)，為水下構(gòu)建物的清洗提供了一個(gè)行之有效的技術(shù)指導(dǎo)和裝備，為水下構(gòu)建物維護(hù)單位減少了大量資金投入。

通過水下執(zhí)行機(jī)器人協(xié)同浮桶2-2實(shí)現(xiàn)在水下的自動(dòng)行走和作業(yè)，同時(shí)只需要作業(yè)船牽引，就可實(shí)現(xiàn)任何區(qū)域的移動(dòng)清洗作業(yè)。

驅(qū)動(dòng)能源上優(yōu)選了液壓、氣動(dòng)能源，水下電器控制優(yōu)選了36V以下的安全電壓，安全系數(shù)極高。

全自動(dòng)水下構(gòu)建物超聲探傷清洗機(jī)器人清洗效果良好且效率極高，由滾刷機(jī)構(gòu)進(jìn)行粗洗，根據(jù)滾刷長度1.5米計(jì)算，與高壓射流液哨的協(xié)同綜合直線行走速度0.5米/min計(jì)算，清洗產(chǎn)能為45㎡/h，更進(jìn)一步的被清洗物體與流體的接觸壓力為150-190Mpa，因?yàn)橛袧L刷機(jī)構(gòu)，任何表面和深層污垢都可以清除，基本沒有清洗死角，完全達(dá)到大壩的維護(hù)修補(bǔ)條件。

全自動(dòng)水下構(gòu)建物超聲探傷清洗機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了清洗執(zhí)行器2-3的自動(dòng)翻轉(zhuǎn)變位，可以不受被清洗對(duì)象幾何形狀的限制，清洗平面型對(duì)象時(shí)，滾刷機(jī)構(gòu)可以選擇水平方向縱向行走清洗模式，清洗圓形對(duì)象時(shí)，滾刷機(jī)構(gòu)可以選擇垂直方向環(huán)繞行走清洗模式。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。