全自動水下構建物超聲探傷清洗機器人的制作方法

本發明涉及水下清洗領域，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水下構建物超聲探傷清洗機器人。

背景技術：

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，大壩滲漏現象比較普遍，大壩安全倍受國家關注，但目前補漏和維護是個世界難題，常規采取潛水員水下人工作業的方式進行，不但費工費時，操作也受季節影響，對于有些安全級別很高的大壩只能采取排空水的方式進行修補，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行水下清洗，但隨著水深產生的壓強變化、環境溫度的變化、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現，存在一定技術缺陷。

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

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是提供一種全自動水下構建物超聲探傷清洗機器人，能夠協同滾刷清洗、水下攝像、超聲探傷、自動行走等功能，更進一步實現全方位自動探傷清洗。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種全自動水下構建物超聲探傷清洗機器人，包括：

水面作業船，船上設有為水下各執行系統提供源動力的動力系統；

水下執行系統，包括：主支架、浮桶和清洗執行器，主支架與浮桶活動連接，清洗執行器裝配于主支架上；

清洗執行器包括移動式滾刷支架、滾刷、滾刷支架的推動裝置、流液清洗裝置，推動裝置驅動滾刷支架在主支架的腔體內外往復移動，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機構連接，并由一個旋轉驅動裝置驅動；

控制系統，用于指揮、運行和監控水面作業船和水下執行系統。

在本發明一個較佳實施例中，主支架上至少設有4個定位裝置，協同推動裝置一起伸縮。

在本發明一個較佳實施例中，主支架與浮桶之間通過翻轉裝置連接，翻轉裝置帶動清洗執行器任意角度旋轉。

在本發明一個較佳實施例中，主支架邊框四周設有與清洗對象密封連接用密封隔離體。

在本發明一個較佳實施例中，主支架上設有頂部壓縮空氣控制閥、底部氣動排水閥，以及設于上、下、前、后部的螺旋槳推進器。

在本發明一個較佳實施例中，主支架上設有水下攝像頭，水下攝像頭將清洗執行器的實時狀況反饋給控制系統。

在本發明一個較佳實施例中，主支架上設有還設有水下超聲探傷儀，根據水下攝像頭反饋的情況，初步確定需要清洗的大區域方位，再由水下超聲探傷儀進行精準定位，形成圖像反饋給控制系統。

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

在本發明一個較佳實施例中，浮桶用于承載和控制整個清洗執行器的上浮和下沉，當開啟浮桶上端的氣動閥、打開浮桶下端排水進水閥時，桶內液體被排出，通過調節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水閥時，在水壓強和浮桶重量下，向桶內開始注水，通過調節排氣量和進水速度來控制下沉速度。

在本發明一個較佳實施例中，包括以下清洗模式：

滾刷清洗模式：滾刷支架在推動裝置的作用下伸出到主支架腔體外，四個定位裝置伸出，主支架后部的螺旋槳推進器將主支架和清洗執行器一起推動，與被清洗面進行接觸，在旋轉驅動裝置的驅動下，滾刷與被清洗對象摩擦產生作用力，對被清洗物進行刷洗；

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

本發明的有益效果是：本發明能夠實現在水下的自動行走和作業，同時只需要作業船牽引，就可實現任何區域的移動清洗作業；清洗執行器可清洗任何表面和深層污垢，基本沒有清洗死角，完全達到大壩的維護修補條件。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實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明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1是本發明全自動水下構建物超聲探傷清洗機器人中水面作業船的一較佳實施例的結構示意圖；

圖2是本發明全自動水下構建物超聲探傷清洗機器人中水下執行系統的一較佳實施例的結構示意圖；

圖3是圖2所示水下執行系統中清洗執行器的右視圖。

具體實施方式

下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1-圖3，本發明實施例包括：

一種全自動水下構建物超聲探傷清洗機器人，包括：

水面作業船1，船上設有為水下各執行系統提供源動力的動力系統，包括發電機組1-1、壓縮空氣工作站1-2、高壓清洗機1-3和液壓工作站1-4。

發電機組1-1為標準發電機，為動力設備和電器控制系統提供電源條件。

壓縮空氣工作站1-2為標準空壓機，為氣動設備和控制系統提供壓縮空氣源。

高壓清洗機1-3由市場現有的高壓噴淋清洗機進行改裝使用，為設備高壓射流液哨系統提供高壓流體源。

液壓工作站1-4由馬達、油泵、油箱、散熱器、高壓油管、調壓閥、流量閥等組成，為水下執行機器人提供液壓流體動力源。

水下執行系統2，包括：主支架2-1、浮桶2-2和清洗執行器2-3，主支架2-1與浮桶2-2活動連接，清洗執行器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邊框四周設有與清洗對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與被清洗對象之間提供一個隔離密封條件。

前端設有至少四個帶油缸的定位裝置2-1-2，協同推動裝置一起伸縮。由油缸、導柱、導套、滾輪、行程控制器、流量壓力控制器等組成、當設備需要滾刷清洗時，定位裝置2-1-2在油缸的作用下伸出，形成四個支點，為滾刷清洗提供一個穩定平面，當設備需要高壓射流液哨清洗時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穩定平面。

主支架2-1與浮桶2-2之間通過翻轉裝置2-1-3連接，翻轉裝置2-1-3帶動清洗執行器2-3任意角度旋轉。本實施例中翻轉裝置優選為液壓翻轉馬達2-1-3。

液壓翻轉馬達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，當需要根據清洗對象的幾何形狀變換滾刷機構的體位時，在液壓馬達的作用下滾刷機構可以任意旋轉角度，另一方面翻轉馬達的軸體內部為兩個獨立通道的空心體，分別與軸套之間進行連接，形成液壓油的供給和回路連個公共通道。

頂部設有壓縮空氣控制閥2-1-4，由氣動控制閥體2-1-4的開啟和關閉，當需要排空主支架2-1腔內液體時氣動閥開啟，壓縮空氣進入主支架2-1腔體內部，腔內液體被排空。

底部設有氣動排水閥2-1-5，當壓縮空氣進入主支架2-1腔體內部時，氣動排水閥2-1-5打開，主支架2-1內部液體被排空。

上、下、前、后部的都設有螺旋槳推進器2-1-6。一方面便于產生推動力，另一方面獲得整個系統在水下的行走能力和平衡，每個螺旋槳推進器2-1-6都是由液壓馬達獨立驅動，獨立流量、壓力分配。

清洗執行器2-3包括移動式滾刷支架2-3-1、滾刷2-3-2、滾刷支架2-3-1的推動裝置2-3-3、流液清洗裝置2-3-4，推動裝置2-3-3驅動滾刷支架2-3-1在主支架2-1的腔體內外往復移動，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機構2-3-5連接，并由一個旋轉驅動裝置2-3-6驅動。

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條燕尾槽導向機構2-3-1-1，配合推動裝置2-3-3進行直線伸縮動作。

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。

旋轉驅動裝置2-3-6優選為液壓旋轉馬達，在液壓流體的作用下，馬達形成旋轉，通過控制液壓壓力可實現馬達轉速的控制，所有滾刷2-3-2共用一個旋轉驅動，相互之間用鏈輪鏈條傳動。

滾刷支架2-3-1的推動裝置2-3-3優選為推進油缸，在主支架2-1和清洗執行器2-3之間設有一個油缸，當需要滾刷2-3-2清洗時，油缸伸出，滾刷2-3-2與被清洗對象接觸，實現旋轉刷洗，可根據滾刷磨損情況選擇推進行程，保證滾刷刷體與被清洗對象之間一個穩定的接觸面，另一方面當需要高壓射流液哨清洗時，油缸縮回，整個清洗執行器2-3隱藏到主支架2-1腔體內部，確保不干涉主支架2-1與被清洗對象之間的密封。

流液清洗裝置2-3-4優選為高壓射流液哨：由高壓清洗機提供流體供給，流體流速80-160m/s，清洗時流體壓力為150-190Mpa，在噴頭末端內腔裝有一個金屬薄片，金屬薄片懸臂固定在噴頭末端內部，在高壓流體的作用下，金屬薄片開始震動，產生液哨超聲空化氣泡，與流體的沖擊力協同產生清洗作用。

清洗執行器2-3中還包括流量壓力分配器2-3-7，每個液壓旋轉馬達都獨立匹配流量壓力分配器，用于控制液壓馬達的轉速和扭力。

控制系統3，由電器元器件3-1，控制面板3-2、監控顯示屏3-3等組成，用于指揮、運行和監控水面作業船和水下執行系統。該系統可與動力系統一樣，安裝于水面作業船上，也可通過無線通信技術，將控制系統設于岸上。

主支架2-1上設有水下攝像頭4，水下攝像頭4將清洗執行器2-3的實時狀況反饋給控制系統3。

水下攝像頭將清洗執行器2-3的實時狀況反饋給監控顯示屏3-3，便于操作人員了解水下情況，另一方面將需要清洗對象的位置、周邊情況反饋給監控顯示屏3-3，便于操作人員選定有效清洗模式，當清洗完成后水下攝像頭將清洗后的效果反饋給監控顯示屏，便于操作人員判定清洗效果是否達標。

主支架2-1上設有還設有水下超聲探傷儀5，根據水下攝像頭4反饋的情況，初步確定需要清洗的大區域方位，再由水下超聲探傷儀5進行精準定位，形成圖像反饋給監控顯示屏3-3。

浮桶2-2用于承載和控制整個清洗執行器2-3的上浮和下沉，當開啟浮桶2-2上端的進氣氣動閥2-2-1、打開浮桶2-2下端排水進水閥2-2-2時，桶內液體被排出，通過調節排水量和排水速度來控制上浮速度，反之，打開浮桶2-2頂端排氣氣動閥2-2-3、打開浮桶2-2下端排水進水閥2-2-2時，在水壓強和浮桶2-2重量下，向桶內開始注水，通過調節排氣量和進水速度來控制下沉速度。

本發明包括以下2種清洗模式：

滾刷清洗模式：滾刷支架2-3-1在推動裝置2-3-3的作用下伸出到主支架2-1腔體外，四個定位裝置伸出，主支架2-1后部的螺旋槳推進器2-1-6將主支架2-1和清洗執行器2-3一起推動，與被清洗面進行接觸，在旋轉驅動裝置的驅動下，滾刷與被清洗對象摩擦產生作用力，對被清洗物進行刷洗。

流體清洗模式：首先將滾刷支架2-3-1在推動裝置2-3-3的作用下縮回到主支架2-1腔體內，主支架2-1后部的螺旋槳推進器2-1-6將主支架2-1上的密封隔離體與被清洗面進行接觸，從主支架2-1頂部開始注入壓縮空氣，同時主支架2-1底部的氣動排水閥打開，這時主支架2-1內腔內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，流體中產生大量空化泡，與流體的高壓沖擊力協同對清洗對象的細小裂縫進行深度清洗。

本發明基于高壓射流液哨的進一步改進，協同滾刷清洗、水下攝像、超聲探傷、自動行走等，更進一步實現全方位自動探傷清洗，適用于水庫壩體、閘門等清洗工作。

全自動水下構建物超聲探傷清洗機器人基本替代了傳統潛水員作業，解決了傳統作業的技術難點，為水下構建物的清洗提供了一個行之有效的技術指導和裝備，為水下構建物維護單位減少了大量資金投入。

通過水下執行機器人協同浮桶2-2實現在水下的自動行走和作業，同時只需要作業船牽引，就可實現任何區域的移動清洗作業。

驅動能源上優選了液壓、氣動能源，水下電器控制優選了36V以下的安全電壓，安全系數極高。

全自動水下構建物超聲探傷清洗機器人清洗效果良好且效率極高，由滾刷機構進行粗洗，根據滾刷長度1.5米計算，與高壓射流液哨的協同綜合直線行走速度0.5米/min計算，清洗產能為45㎡/h，更進一步的被清洗物體與流體的接觸壓力為150-190Mpa，因為有滾刷機構，任何表面和深層污垢都可以清除，基本沒有清洗死角，完全達到大壩的維護修補條件。

全自動水下構建物超聲探傷清洗機器人實現了清洗執行器2-3的自動翻轉變位，可以不受被清洗對象幾何形狀的限制，清洗平面型對象時，滾刷機構可以選擇水平方向縱向行走清洗模式，清洗圓形對象時，滾刷機構可以選擇垂直方向環繞行走清洗模式。

以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。