本發(fā)明涉及控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于船舶爬壁清洗車系統(tǒng)及其控制裝置。

背景技術(shù)：

大型船舶在經(jīng)過常年的航行后，在其吃水線以下的船體外殼上會(huì)形成一層厚厚的垢層。這些垢層由藻類、貝類附著物構(gòu)成，緊密而且堅(jiān)硬。另一方面，船舶在運(yùn)行多年后，不可避免地會(huì)產(chǎn)生大面積銹蝕的情況。因此，在大型船舶進(jìn)行大修時(shí)，一般都要求將船體上的涂層、結(jié)垢和舊的尤其以及鐵銹去除，然后再涂上新的油漆，這樣才能保證船舶的正常航行和延長其使用壽命。目前，船體外殼上涂層、垢層的清除，還有的是工人手執(zhí)錘子鏟子進(jìn)行敲打和鏟刮，因垢層堅(jiān)硬致密且面積大，維修工期長，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。

國外于20世紀(jì)80年代末開始探索利用高壓水射流技術(shù)對(duì)船舶進(jìn)行清洗和除銹除油漆工作，并取得了成功，該項(xiàng)技術(shù)已在國外船舶維修行業(yè)廣泛推廣和采用。近幾年來，隨著我國高壓水射流技術(shù)的發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)已成果應(yīng)用于船舶行業(yè)。該技術(shù)的工作原理是利用高壓水泵，將普通水的壓力提高至40-250MPa，單槍流量約為20-39L/min,從噴嘴射出，形成超高壓水射流或磨料水射流。利用水射流的強(qiáng)大沖擊力、沖蝕力和剝離能力，能快速地將涂層、結(jié)垢、鐵銹和油漆去除干凈。在清洗時(shí)，可采用純水射流清洗和磨料水射流清洗兩種方式。采用純水清洗時(shí)，水射流的壓力很高，可采用旋轉(zhuǎn)噴頭，清洗速度快，設(shè)備簡(jiǎn)單。采用磨料水射流清洗時(shí)，水射流的壓力相對(duì)較小，磨料為便宜的石英砂，操作現(xiàn)對(duì)復(fù)雜一些。利用高壓水射流技術(shù)對(duì)船舶進(jìn)行清洗是一種高效高質(zhì)量快捷的維修維護(hù)方法。但是，目前該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍需人工現(xiàn)場(chǎng)操作，清洗工作量較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種船舶爬壁清洗車系統(tǒng)及其控制裝置。

為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：

本發(fā)明提供一種船舶爬壁清洗車系統(tǒng)，包括清洗小車；所述清洗小車包括底盤和裝于底盤上的車輪，其中至少一個(gè)車輪連接用于驅(qū)動(dòng)的伺服電機(jī)；底盤上裝有若干組永磁鐵，用于將清洗小車吸附于鐵質(zhì)船殼上；清洗小車上還裝有高壓水噴嘴和污水回收口，高壓水噴嘴上設(shè)噴嘴壓力傳感器，污水回收口上設(shè)負(fù)壓壓力傳感器；噴嘴壓力傳感器和負(fù)壓壓力傳感器均接至ARM單片機(jī)，ARM單片機(jī)還與無線電收發(fā)裝置相接。

本發(fā)明中，所述清洗小車有三個(gè)車輪，包括兩個(gè)前部的驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)后部的萬向隨動(dòng)輪；兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪分別接至一個(gè)伺服電機(jī)。

本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種用于前述船舶爬壁清洗車系統(tǒng)的控制裝置，該控制裝置包括電控柜；該電控柜中設(shè)有驅(qū)動(dòng)電源，以及分別連接至STC或ARM單片機(jī)的光控繼電器、高壓水泵站驅(qū)動(dòng)電平接口、伺服控制器和無線電接收裝置；其中，光控繼電器與真空泵相接，高壓水泵站驅(qū)動(dòng)電平接口與高壓水泵站的高壓水泵站電磁閥相接，伺服控制器通過信號(hào)電纜與清洗小車的伺服電機(jī)相接；驅(qū)動(dòng)電源分別接至真空泵和高壓水泵站，并通過強(qiáng)電電纜接至清洗小車的伺服電機(jī)；真空泵通過真空管接至清洗小車的污水回收口，高壓水泵站通過高壓水管接至清洗小車的高壓水噴嘴。

本發(fā)明中，所述驅(qū)動(dòng)電源是市電電網(wǎng)的交流電，或者是直流電源；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源是直流電源時(shí)，該電控柜還配置直流轉(zhuǎn)交流逆變器，用于將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。

本發(fā)明中，該控制裝置還包括遙控盒；該遙控盒上設(shè)有分別連接至STC或ARM單片機(jī)的下述部件：用于控制小車進(jìn)退和轉(zhuǎn)向的遙桿、用于控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的旋鈕、真空泵供電開關(guān)閥、高壓水泵開關(guān)閥、緊急停車閥按鈕、高壓水噴嘴失壓報(bào)警燈和污水回收口負(fù)壓超限報(bào)警燈和無線電收發(fā)裝置。

發(fā)明原理描述：

本發(fā)明中，清洗小車的底盤四周安裝強(qiáng)磁力的永磁鐵，保證小車被船舶的鐵質(zhì)外殼吸住不掉下來。小車安裝了兩臺(tái)伺服電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向。小車運(yùn)動(dòng)由小車上的兩個(gè)交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩電機(jī)相同轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)進(jìn)退，差動(dòng)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。伺服電機(jī)可采用安川SGM7A-02A伺服電機(jī)。ARM單片機(jī)采集噴嘴壓力傳感器和負(fù)壓壓力傳感器壓力信號(hào)，通過無線電收發(fā)裝置發(fā)送給遙控盒。

所述電控柜實(shí)現(xiàn)：1)將無線接收裝置收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為伺服控制器控制信號(hào)、真空泵開關(guān)信號(hào)、高壓水泵站開關(guān)信號(hào)；2)將直流電轉(zhuǎn)換為380V交流電和220V交流電。

真空泵供電開關(guān)采用光控繼電器，安裝在電控柜里，光控繼電器與真空泵之間用電纜連接。真空泵供電開關(guān)起著對(duì)真空泵供電線路的斷開和閉合作用。真空泵供電開關(guān)控制量為24V直流高電平。

高壓水泵站開關(guān)采用電磁閥開關(guān)，安裝在高壓水泵站里，電磁閥開關(guān)與高壓水泵站采用電纜連接。電磁閥開關(guān)起著對(duì)高壓水泵站高壓水的通斷控制作用。高壓水泵站電磁閥開關(guān)控制量為24V直流高電平。本發(fā)明中提及高壓水泵站、高壓水管或高壓水噴嘴時(shí)，所述“高壓”通常是指水壓為2500bar或以上。

所述遙控盒采用無線電收發(fā)信號(hào)，搖桿控制小車進(jìn)退和轉(zhuǎn)向，旋鈕有兩檔用以控制電機(jī)速度，2個(gè)開關(guān)閥分別是真空泵供電開關(guān)閥、高壓水泵站開關(guān)閥，2個(gè)報(bào)警燈分別用于失壓和負(fù)壓超限時(shí)立即閃爍報(bào)警。遙控盒上的緊急停車閥通過無線發(fā)送裝置發(fā)送給電控柜的無線接收裝置實(shí)現(xiàn)真空泵斷電、高壓水?dāng)嚅_、小車停車。

小車的速度控制采用如下控制方法：

(1)前進(jìn)速度控制

如果高速前進(jìn)，則操控人員將操控盒上的搖桿撥向上位，則控制信號(hào)通過無線電發(fā)送給電控柜上的伺服控制器，進(jìn)而控制兩個(gè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min，小車前進(jìn)速度＝8m/min。操控人員目測(cè)小車爬行到指定位置后，將搖桿撥回中間原位，則小車車輪停止運(yùn)動(dòng)，保持不動(dòng)。

如果低速前進(jìn)，同上實(shí)現(xiàn)控制兩個(gè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速1850r/min，小車前進(jìn)速度＝5m/min。

(2)后退速度控制

小車后退只有一個(gè)速度，操控人員將操控盒上的搖桿撥向下位，則控制信號(hào)通過無線電發(fā)送給電控柜上的伺服控制器，進(jìn)而控制兩個(gè)伺服電機(jī)反向轉(zhuǎn)速1850r/min，小車后退速度＝5m/min。

小車的轉(zhuǎn)向控制采用以下控制方法，

小車向左轉(zhuǎn)，則操控人員將操控盒上的搖桿下?lián)芟蜃笪?，則控制信號(hào)通過無線電發(fā)送給電控柜上的伺服控制器，進(jìn)而控制小車首部的左邊伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min，右伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min。操控人員目測(cè)小車轉(zhuǎn)到指定角度后，將搖桿撥回中間原位，則小車車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，保持不動(dòng)。

同理小車向右轉(zhuǎn)，則操控人員將操控盒上的搖桿下?lián)芟蛴椅?，則控制信號(hào)通過無線電發(fā)送給電控柜上的伺服控制器，進(jìn)而控制小車首部的左邊伺服電機(jī)3000r/min，右伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min。操控人員目測(cè)小車轉(zhuǎn)到指定角度后，將搖桿撥回中間原位，則小車車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，保持不動(dòng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明是一種能在船舶表面爬行完成殼體外表面自動(dòng)清洗的裝置。與人工清洗相比，它采用了較復(fù)雜的推進(jìn)和控制技術(shù)。具體表現(xiàn)在：1)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能夠進(jìn)行速度、轉(zhuǎn)向控制，而采用人工清洗方式，耗費(fèi)大量工時(shí)；2)采用無線遙控，與人工相比，智能化程度更高，更有效率；3)從經(jīng)濟(jì)性考慮，本發(fā)明清洗具有更低的成本。與現(xiàn)有垂直面爬行裝置相比，本發(fā)明采用永磁吸附和輪式推進(jìn)，能夠在粗糙表面自由爬行。本發(fā)明爬壁清洗裝置與現(xiàn)有清洗裝置相比，不僅能夠清洗表面，還能夠?qū)⑽鬯ㄟ^真空泵回收，防止污染海水。

此外，本發(fā)明還具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明尺寸小，重量輕，操作簡(jiǎn)便，無需吊車、船等其它設(shè)備輔助，沒有任何專業(yè)背景的個(gè)人即可操作。

2.本發(fā)明價(jià)格低廉，有明確的用途和使用價(jià)值，便于推廣。

3.本發(fā)明易于加工、生產(chǎn)，工藝簡(jiǎn)單，便于快速投放市場(chǎng)。

4.本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)清洗，代替人完成船舶表面清洗任務(wù)，效率高，保護(hù)了人員的安全。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的組成示意圖。

圖2是圖1中清洗小車的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖3是圖1中控制裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。

具體實(shí)施方式

首先需要說明的是，本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)。在本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程中，可能會(huì)涉及到軟件功能模塊的應(yīng)用。申請(qǐng)人認(rèn)為，如在仔細(xì)閱讀申請(qǐng)文件、準(zhǔn)確理解本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)原理和發(fā)明目的以后，在結(jié)合現(xiàn)有公知技術(shù)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以運(yùn)用其掌握的軟件編程技能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。凡本發(fā)明申請(qǐng)文件提及的均屬此范疇，申請(qǐng)人不一一列舉。另外，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)依賴于多種電子元器件的應(yīng)用，而這些電子元器件均為現(xiàn)有技術(shù)，且有成熟產(chǎn)品可市場(chǎng)購置獲得，例如下面提到的伺服電機(jī)、伺服控制器、遙控盒、單片機(jī)、直流轉(zhuǎn)交流逆變器、無線電接收裝置，光控繼電器，電磁閥、電池、噴嘴壓力傳感器、負(fù)壓壓力傳感器，等等。

本發(fā)明中的船舶爬壁清洗車系統(tǒng)及其控制裝置如圖1所示。船舶爬壁清洗車系統(tǒng)包括清洗小車10，清洗小車10包括底盤和裝于底盤上的車輪。車輪有三個(gè)，包括兩個(gè)前部的驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)后部的萬向隨動(dòng)輪；兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪分別接至伺服電機(jī)15、16。底盤上裝有若干組永磁鐵，用于將清洗小車10吸附于鐵質(zhì)船殼上；清洗小車10上還裝有高壓水噴嘴和污水回收口，高壓水噴嘴上設(shè)噴嘴壓力傳感器14，污水回收口上設(shè)負(fù)壓壓力傳感器11；噴嘴壓力傳感器14和負(fù)壓壓力傳感器11均接至ARM單片機(jī)13，ARM單片機(jī)13還與無線電收發(fā)裝置12相接，當(dāng)高壓水噴嘴的壓力失壓或污水回收口負(fù)壓超限時(shí)，立即向遙控盒29發(fā)送報(bào)警信號(hào)。

用于船舶爬壁清洗車系統(tǒng)的控制裝置包括電控柜19和遙控盒29。

電控柜19中設(shè)有驅(qū)動(dòng)電源28，以及分別連接至STC或ARM單片機(jī)22的光控繼電器23、高壓水泵站驅(qū)動(dòng)電平接口27、伺服控制器20和無線電接收裝置21；其中，光控繼電器23與真空泵24相接，高壓水泵站驅(qū)動(dòng)電平接口27與高壓水泵站26的高壓水泵站電磁閥25相接，伺服控制器20通過信號(hào)電纜17與清洗小車的伺服電機(jī)15、16相接；驅(qū)動(dòng)電源分別接至真空泵24和高壓水泵站26，并通過強(qiáng)電電纜18接至清洗小車的伺服電機(jī)15、16；真空泵24通過真空管31接至清洗小車的污水回收口，高壓水泵站26通過高壓水管30接至清洗小車的高壓水噴嘴。

驅(qū)動(dòng)電源28是市電電網(wǎng)的交流電，或者是直流電源；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源是直流電源(如蓄電池)時(shí)，該電控柜還配置直流轉(zhuǎn)交流逆變器，用于將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。

遙控盒29上設(shè)有分別連接至STC或ARM單片機(jī)1的下述部件：用于控制小車進(jìn)退和轉(zhuǎn)向的遙桿7、用于控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的旋鈕8、真空泵供電開關(guān)閥5、高壓水泵開關(guān)閥2、緊急停車閥按鈕4、高壓水噴嘴失壓報(bào)警燈6和污水回收口負(fù)壓超限報(bào)警燈3和無線電收發(fā)裝置9。

本發(fā)明中的控制裝置能夠提供遙控指令接口和驅(qū)動(dòng)功能。通過遙控盒29發(fā)送遙控指令后，指令通過無線電發(fā)送給電控柜19的STC或ARM單片機(jī)22，打開高壓水泵站26和真空泵24的開關(guān)，向伺服控制器20發(fā)送伺服控制信號(hào)，伺服控制信號(hào)通過信號(hào)電纜17傳送給伺服電機(jī)15、16，達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。通過改變清洗小車10上兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即可調(diào)節(jié)其速度和方向。打開高壓水泵站26可完成船舶表面清洗。打開真空泵24可實(shí)現(xiàn)污水收集。

使用示例：

遙控盒29上設(shè)遙桿7、旋鈕8、真空泵供電開關(guān)閥5、高壓水泵開關(guān)閥2、緊急停車閥按鈕4、失壓報(bào)警燈6和負(fù)壓超限報(bào)警燈3，均接至STC或ARM單片機(jī)1，后者通過無線電收發(fā)裝置9向外發(fā)射或接受無線電信號(hào)。電控柜19上的無線電接收裝置21收到無線電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)發(fā)送給STC或ARM單片機(jī)22，然后STC或ARM單片機(jī)22輸出電信號(hào)并分發(fā)給伺服控制器20、光控繼電器23和高壓水泵站驅(qū)動(dòng)電平接口27。驅(qū)動(dòng)電源28提供380V交流電或220V交流電，給真空泵24供電，以及通過強(qiáng)電電纜18給清洗小車10上的伺服電機(jī)16和15供電。伺服控制器20將電信號(hào)通過信號(hào)電纜17發(fā)送給伺服電機(jī)16和15。操控人員操作操控盒上29的搖桿7和旋鈕8，控制信號(hào)通過無線電收發(fā)裝置9發(fā)送給電控柜19上的伺服控制器20，進(jìn)而控制清洗小車10的兩個(gè)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)清洗小車10的轉(zhuǎn)向和速度控制。清洗小車10由于底盤裝有強(qiáng)磁力永磁鐵，磁力是自身重力的1.5倍到2倍，所以始終被吸在船舶表面不掉下來，在小車首部的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪在伺服電機(jī)15、16驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)清洗小車10的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向。在清洗小車10爬行運(yùn)動(dòng)過程中，操控人員操作操控盒29上的高壓水泵開關(guān)閥2，控制信號(hào)通過無線電發(fā)送給電控柜19上的高壓水泵站驅(qū)動(dòng)電平接口27，進(jìn)而給高壓水泵站電磁閥25發(fā)送電信號(hào)，控制高壓水泵站26的開關(guān)，高壓水通過高壓水管30傳送給清洗小車10，此時(shí)高壓水流噴出，實(shí)現(xiàn)清洗船舶表面污漬的目的。操控人員操作操控盒上29的真空泵供電開關(guān)閥5，控制信號(hào)通過無線電發(fā)送給電控柜19上的光控繼電器23控制真空泵24的供電開關(guān)，真空泵24通過真空管31形成負(fù)壓氣流，將清洗小車10清洗過的廢水回收岸上專門的廢水收集箱，實(shí)現(xiàn)廢水回收的目的。如此，在控制小車爬行過程中，完成對(duì)高壓水和廢水回收進(jìn)行控制。操控人員操作操控盒29上的緊急停車閥按鈕4，控制信號(hào)通過無線電以極短的時(shí)間(0.1秒)分別發(fā)送給電控柜19上的伺服控制器20、真空泵供電開關(guān)閥5、高壓水泵開關(guān)閥2，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)零轉(zhuǎn)速、真空泵24斷電、高壓水泵站26斷電，等等。清洗小車10上的負(fù)壓壓力傳感器11檢測(cè)到壓力信號(hào)發(fā)送給ARM單片機(jī)13，然后ARM單片機(jī)13再將電信號(hào)通過無線電收發(fā)裝置12發(fā)送給無線電收發(fā)裝置9，STC或ARM單片機(jī)1對(duì)無線電收發(fā)裝置9發(fā)來的電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)失壓和負(fù)壓超限報(bào)警。