一种桥墩水下内凹狭槽的表面附着物的清洗方法及机器人转让专利
申请号 : CN201911406038.8
文献号 : CN111167765B
文献日 : 2021-06-22
发明人 : 杨灿军 , 赵一冰 , 陈燕虎 , 刘斯悦 , 魏谦笑
申请人 : 浙江大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种桥墩水下内凹狭槽的表面附着物的清洗方法,基于水下清洗机器人,包括下潜步骤、吸附步骤与清洗步骤;所述水下清洗机器人包括机架及安装在所述机架上的柔性履带、螺旋桨推进器、负压旋流吸附装置与喷射方向朝下倾斜布置的空化射流清洗喷头,其特征在于,所述清洗步骤依序包括:
第一侧清洗步骤,先调整所述喷射方向至指向一侧柔性履带的方向,用于对位于所述一侧柔性履带与所述内凹狭槽之间的桥墩表面上的附着物进行清洗;
第二侧清洗步骤,控制所述螺旋桨推进器驱使所述水下清洗机器人脱离桥墩表面,并换位至吸附在所述内凹狭槽的另一侧桥墩表面上;再调整所述喷射方向至指向另一侧柔性履带的方向,用于对位于所述另一侧柔性履带与所述内凹狭槽之间的桥墩表面上的附着物进行清洗;
槽表面清洗步骤,控制所述螺旋桨推进器驱使所述水下清洗机器人脱离桥墩表面,并换位至两侧柔性履带各支撑在所述内凹狭槽的一侧桥墩表面上,并吸附在所述桥墩表面上;调整所述喷射方向,以对所述内凹狭槽的槽侧壁与槽底面进行清洗。
2.根据权利要求1所述的清洗方法,其特征在于:所述机架上安装有喷射角度调整模块,用于调整所述空化射流清洗喷头绕竖向轴转动,以调整所述喷射方向;所述竖向轴的轴向沿平行于所述柔性履带的行走面的法向布置。
3.根据权利要求2所述的清洗方法,其特征在于:所述喷射角度调整模块包括固定在所述机架上的固定座,可绕横向轴转动地安装在所述固定座上的第一转台,用于驱使所述第一转台绕所述横向轴转动的第一转角驱动器,可绕所述竖向轴转动地安装在所述第一转台上的第二转台,及用于驱使所述第二转台绕所述竖向轴转动的第二转角驱动器;所述横向轴与所述竖向轴相垂直布置,且沿平行于所述柔性履带的延伸方向布置;所述空化射流清洗喷头安装在所述第二转台上。
4.根据权利要求3所述的清洗方法,其特征在于,所述槽表面清洗步骤包括以下步骤:第一槽侧清洗步骤,调整所述空化射流清洗喷头绕所述竖向轴转动,至所述喷射方向平行于第一纵向面,而指向所述内凹狭槽的一个槽壁面,所述第一纵向面的法向平行于所述横向轴;再通过调整所述空化射流清洗喷头绕所述横向轴转动,至所述空化射流清洗喷头的喷射水流在槽深方向进行扫描清洗;
槽底面清洗步骤,调整所述空化射流清洗喷头绕所述竖向轴转动,至所述喷射方向平行于第二纵向面,而指向所述内凹狭槽的槽底面,所述第二纵向面的法向与所述横向轴正交;再通过调整所述空化射流清洗喷头绕所述横向轴转动,至所述空化射流清洗喷头的喷射水流在槽宽方向进行扫描清洗;
第二槽侧清洗步骤,调整所述空化射流清洗喷头绕所述竖向轴转动,至所述喷射方向平行于所述第一纵向面,而指向所述内凹狭槽的另一个槽壁面;再通过调整所述空化射流清洗喷头绕所述横向轴转动,至所述空化射流清洗喷头的喷射水流在槽深方向进行扫描清洗。
5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的清洗方法,其特征在于:用于驱使所述空化射流清洗喷头相对所述机架绕转轴转动的转角驱动器包括与旋转驱动轴一端固定连接的摆杆,及用于驱使所述摆杆绕所述旋转驱动轴的轴线转动的液压驱动器;所述液压驱动器的液压源为布设在桥面上的泵机。
说明书 :
一种桥墩水下内凹狭槽的表面附着物的清洗方法及机器人
技术领域
背景技术
检测与修复也需要进行表面附着物的清洗处理。
器人包括机架,及安装在该机架上的行走系统、作业系统与用于对水下作业机器人的周边
场景进行成像的摄像头;行走系统包括安装在机架上的螺旋桨推进器;行走系统包括布设
在机架的两侧上且在行走面投影上避让螺旋桨推进器的柔性履带;在机架上安装有负压旋
流吸附装置,用于对作业表面生成吸附力,以能驱使柔性履带抵压于作业表面上。申请人按
照其所公开的方法步骤下潜步骤对桥墩表面进行清洗,其能很好的完成大部分桥墩表面的
清洗,但是对于部分桥墩,例如桥墩上存有沿其高度方向布置的减轻凹槽而存在的内凹狭
槽,例如如图1及图2所示的桥墩结构,由于该内凹狭槽通常小于该水下作业机器人的宽度,
而难以对其进行清洗作业。
发明内容
器、负压旋流吸附装置与喷射方向朝下倾斜布置的空化射流清洗喷头,清洗步骤依序包括:
位于另一侧柔性履带与内凹狭槽之间的桥墩表面上的附着物进行清洗;
对内凹狭槽的槽侧壁与槽底面进行清洗。
构比直接利用横移驱动机构,可有效地避免设备动作卡住的问题。
向轴转动地安装在第一转台上的第二转台,及用于驱使第二转台绕竖向轴转动的第二转角
驱动器;横向轴与竖向轴相垂直布置,且沿平行于柔性履带的延伸方向布置;空化射流清洗
喷头安装在第二转台上。
射流清洗喷头绕横向轴转动,至空化射流清洗喷头的喷射水流在槽深方向进行扫描清洗;
洗喷头绕横向轴转动,至空化射流清洗喷头的喷射水流在槽宽方向进行扫描清洗;
至空化射流清洗喷头的喷射水流在槽深方向进行扫描清洗。
驱动器的液压源为布设在桥面上的泵机。可充分利用原本已有的泵机提高驱动力,有效简
化动力源的结构。
统包括安装在机架上的螺旋桨推进器,布设在机架的两侧上且在行走面投影上避让螺旋桨
推进器的柔性履带,及安装在机架上的负压旋流吸附装置;负压旋流吸附装置用于对作业
表面生成吸附力,以能驱使柔性履带抵压于作业表面上;机架上安装有喷射角度调整模块,
用于调整空化射流清洗喷头绕竖向轴转动,以调整喷射方向;竖向轴的轴向沿平行于柔性
履带的行走面的法向布置。
构比直接利用横移驱动机构,可有效地避免设备动作卡住的问题。
轴转动地安装在第一转台上的第二转台,及用于驱使第二转台绕竖向轴转动的第二转角驱
动器;横向轴与竖向轴相垂直布置,且沿平行于柔性履带的延伸方向布置;空化射流清洗喷
头安装在第二转台上。
驱动器与负压旋流吸附装置共用同一液压源。可充分利用原本已有的泵机提高驱动力,有
效简化动力源的结构。
附图说明
具体实施方式
泵机11,并提供该复合脐带缆10内的线缆向水下作业机器人2供给电能与通信信号,即该复
合脐带缆10至少集成有通信线路、供能线路与高压水流管;对于通信,可以利用无线模块进
行通信,或者增设无线通信模块,以能通过有线及无线方式进行通信。在本实施例中,水下
作业机器人2由于集成了清洗模块而构成水下清洗机器人。复合脐带缆10由水密电缆、高压
水管和安全绳组成。
示安装在水下作业机器人2上的摄像头所拍摄到的显示器及用于控制整个作业过程的操控
系统。并可在机架3的周边布设有LED灯带构成的补光装置,以提高成像的清晰度。
3为具有密封腔室的长方体结构。
人能在水中大致处于悬浮状态,优选方案为处于悬浮状态或整体浮力略小于整体重量;此
外可以可采用主动浮力调节装置构建浮力生成装置,以提供吸入水或排出水而改变整体浮
力。在本实施例中,在作业过程中,连接与卷扬机上的牵引绳的端部始终固定在机架3上,有
效地确保作业过程的安全。
封腔室内,并基于密封机构而使驱动轴穿过设于该密封腔室的腔壁上的通孔而驱使履带驱
动轮60转动,在本实施例中,两侧的履带驱动轮60由独立的两个驱动电机等旋转驱动装置
所驱使,以能利用两个履带存在速度差而实现转弯及位置横向移动。在本实施例中,柔性履
带4为在其延伸方向上间隔地布设有多个通过孔40的环形橡胶带,在本实施例中,通过孔40
的形状为矩形结构,此外,可根据需要而设置成其他结构形状。
的水流打在柔性履带4而降低推进效率,在沿横向平面的投影上,该横向平面平行于前述上
表面与水下作业机器人2基于柔性履带4的行走面,要求螺旋桨推进器20的投影避让螺旋桨
推进器20的投影。从而在机架3的每侧,位于每个柔性履带4的两端,各布置有一个以上的螺
旋桨推进器20。以利用布设在长方体状的机架3的四个角部上的螺旋桨推进器20为整个水
下作业机器人的升降运动而提高较为平衡的推力。此外,可将螺旋桨推进器20的角度设置
可调而组合出能为该水下作业机器人提高角度与大小可调的推进力,及通过改变螺旋桨推
进器20的角度而提供所需方向的推进力,以适配不同作业场景的需求。
作人员观察附着物的清理效果。对于摄像头的拍摄场景图像,主要包括其已作业区域与待
作业区域,优选为包括该水下作业机器人2的四周的场景,以便于操作人员的观察判断其是
否处于正常作业状态及是否存在危险问题。
桥墩表面生成吸附力,即负压旋流吸附装置5用于对作业表面生成吸附力,以能驱使柔性履
带4抵压于该作业表面上,从而可在竖向及倾斜布置的作业面上行走。负压吸附装置5利用
现有负压旋流吸附原理为水下作业机器人2的正常作业过程提供稳定的吸附力,以可在非
磁吸材料的倾斜表面及竖向表面上进行作业。
盘内沿切向注入高速流动的水流,在吸盘内部形成高速涡流,产生离心力,而使得旋流中心
的气压低于吸盘外的气压,形成压差,产生吸附力。
的前方侧区域进行清洗处理。
701转动地安装在固定座70上的第一转台71,用于驱使第一转台71绕横向轴701转动的第一
转角驱动器,可绕竖向轴700转动地安装在第一转台71上的第二转台72,及用于驱使第二转
台72绕竖向轴700转动的第二转角驱动器;其中,横向轴与竖向轴相垂直布置,且沿平行于
柔性履带4的延伸方向布置,即竖向轴沿沿平行于柔性履带4的行走面的法向布置;空化射
流清洗喷头21安装在所述第二转台72上。即在本实施例中,喷射角度调整模块7,用于调整
空化射流清洗喷头21绕竖向轴转动及绕横向轴转动,从而进行二维空间的调整,以调整喷
射方向。
接的摆杆81,及用于驱使摆杆81绕转动轴转动的液压驱动器82;液压驱动器82的活塞杆820
与摆杆81的外端部通过铰轴83铰接,该液压驱动器82的液压源为布设在桥面上的泵机11,
为了能实现驱动空化射流清洗喷头21的转动角大于180度,旋转驱动轴80通过齿轮传动机
构驱动空化射流清洗喷头21,对其其转角进行放大,避免摆杆机构存在死角问题。
侧上的柔性履带4的延伸方向大致沿竖向布置,再控制螺旋桨推进器20驱使水下清洗机器
人2横移并调整姿态,至柔性履带4的延伸方向沿竖向布置地着陆于桥墩表面02上且抵压于
该桥墩表面02上。
于驱使螺旋桨推进器20的螺旋桨转动而进行推进的电能,及用于供给负压旋流吸附装置5
工作所需的电能。
性履带4位于预定位置处,而使空化射流清洗喷头21的清洗区域位于待清洗区域的起点处。
生偏离。
墩表面02这目标区域上逐条地清洗出沿桥墩轴向布置的带状已清洗区域04。
吸附装置5的负压吸附产生较大的影响而难以使柔性履带4紧压在桥墩表面02上,此时,清
洗步骤03包括控制水下清洗机器人2在桥墩表面02上清洗出一条宽度大于L且小于L+B的半
机身容纳槽06,该半机身容纳槽06由多条带状已清洗区域04相邻组成,在本实施例中为四
条;如图18所示,在清洗出半机身容纳槽06后,调整水下清洗机器人2的位置至左侧柔性履
带4置于半机身容纳槽06内,右侧柔性履带4搭靠于附着物03上,再开始对当前带状待清洗
区域05的清洗处理,其中,B为柔性履带宽度4的一半,L为空化射流清洗喷头21的下一清洗
范围外侧边缘与左侧柔性履带04的内侧边缘间距,即当前待清洗区域05邻近已清洗区域04
的外侧边缘与左侧柔性履带04的内侧边缘间距。以避免左侧柔性履带4在置于半机身容纳
槽06内之前支承在左侧部附着物03上的宽度太小而掉落进已清洗的部分内而对整个清洗
过程产生影响。
示,清洗出第二条宽度为当前空化射流清洗喷头21清洗范围宽度且沿桥墩高度方向布置的
带状已清洗区域04;再者,如图16所示,清洗出第三条宽度为当前空化射流清洗喷头21清洗
范围宽度且沿桥墩高度方向布置的带状已清洗区域04;如图17所示,在清洗清洗出第三条
带状待清洗区域时,通过计算当前已经清洗区域的跨度与L及L+B进行比较,控制第四条清
洗区域的宽度至清洗后的整体已清洗区域的宽度满足半机身容纳槽06的宽度要求;即此时
可以让空化射流清洗喷头21的部分清洗范围与已清洗区域相重叠。
式:
面02间的距离增至大于预定间距,以避免上升或下降过程中碰到桥墩表面02而损坏水下作
业机器人2,再利用卷扬机将水下清洗机器人以上升或下降方式吊离至当前带状待清洗区
域的起点处,在本实施例中,待清洗区域的起点位于目标区域的上方侧,因此,利用卷扬机
以上升方式进行吊离;接着,利用螺旋桨推进器驱使水下清洗机器人横移并调整姿态,此时
可以辅助卷扬机的牵引绳牵引移动,至柔性履带4沿竖向布置地着陆于桥墩表面02的当前
带状待清洗区域05的起点上后,开启负压旋流吸附装置5,至能利用其吸附力驱使柔性履带
4抵压于桥墩表面02上,再关闭螺旋桨推进器20,并对当前带状待清洗区域05进行清洗处
理。
置;也可以为自下而上地对每条带状待清洗区域进行清洗,此时,牵引绳的下端固定在机架
3的前端的中部区域,即水下作业机器人2的前端部朝上布置。在本换位模式下,水下作业机
器人2无需进行掉头处理。
度差异而使水下清洗机器人2调头,并调整其在桥墩表面02上的位置,至空化射流清洗喷头
的清洗范围与已清洗区域的边界邻接或部分区域重叠;再利用负压旋流吸附装置5的吸附
力驱使柔性履带4抵压于桥墩表面02上后,关闭螺旋桨推进器20,并对当前带状待清洗区域
进行清洗处理。
示,对其进行清洗的过程包括第一侧清洗步骤S4、第二侧清洗步骤S5及槽表面清洗步骤S6,
具体过程如下:
洗,此时作业场景如图19所示,从而清洗处如图20所示的第一带状清洗区域0200。
方向,用于对位于该侧柔性履带4与内凹狭槽020之间的桥墩表面上的附着物进行清洗,从
而清洗处如图20所示的第一带状清洗区域0201。
已清洗处的带状区域0201与0200上,并吸附在该区域的桥墩表面上;调整喷射方向,以对内
凹狭槽020的槽侧壁与槽底面进行清洗,具体过程包括以下步骤:
向轴701,此时水下机器人1的结构如图9及图10所示;再通过调整空化射流清洗喷头绕横向
轴701转动,至空化射流清洗喷头21的喷射水流在槽深方向进行扫描清洗。
此时水下机器人1的结构如图3及图4所示;再通过调整空化射流清洗喷头21绕横向轴701转
动,至空化射流清洗喷头21的喷射水流在槽宽方向进行扫描清洗,其清洗区域会超前于两
槽侧壁的清洗位置。
如图11及图12所示;再通过调整空化射流清洗喷头21绕横向轴701转动,至空化射流清洗喷
头21的喷射水流在槽深方向进行扫描清洗。
洗的宽度,从而可减少请沿桥墩高度方向行走的次数,例如在桥墩高度方向上的每个位置
处,先停止进行横向清洗出宽度大于等于两个履带外侧面之间的宽度。