本實用新型涉及控制技術(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，緊密而且堅硬。另一方面，船舶在運(yùn)行多年后，不可避免地會產(chǎn)生大面積銹蝕的情況。因此，在大型船舶進(jìn)行大修時，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，因垢層堅硬致密且面積大，維修工期長，工人勞動強(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)對船舶進(jìn)行清洗和除銹除油漆工作，并取得了成功，該項技術(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，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，水射流的壓力很高，可采用旋轉(zhuǎn)噴頭，清洗速度快，設(shè)備簡單。采用磨料水射流清洗時，水射流的壓力相對較小，磨料為便宜的石英砂，操作現(xiàn)對復(fù)雜一些。利用高壓水射流技術(shù)對船舶進(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)在實際應(yīng)用中仍需人工現(xiàn)場操作，清洗工作量較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(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，本實用新型的解決方案是：

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，其中至少一個車輪連接用于驅(qū)動的伺服電機(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。

本實用新型中，所述清洗小車有三個車輪，包括兩個前部的驅(qū)動輪和一個后部的萬向隨動輪；兩個驅(qū)動輪分別接至一個伺服電機(jī)。

本實用新型進(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電纜與清洗小車的伺服電機(jī)相接；驅(qū)動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。

本實用新型中，所述驅(qū)動電源是市電電網(wǎng)的交流電，或者是直流電源；當(dāng)驅(qū)動電源是直流電源時，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。

本實用新型中，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、高壓水噴嘴失壓報警燈和污水回收口負(fù)壓超限報警燈和無線電收發(fā)裝置。

實用新型原理描述：

本實用新型中，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。小車安裝了兩臺伺服電機(jī)，用于驅(qū)動小車前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向。小車運(yùn)動由小車上的兩個交流伺服電機(jī)驅(qū)動，兩電機(jī)相同轉(zhuǎn)速實現(xiàn)進(jìn)退，差動轉(zhuǎn)速實現(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，通過無線電收發(fā)裝置發(fā)送給遙控盒。

所述電控柜實現(xiàn)：1)將無線接收裝置收到的信號轉(zhuǎn)換為伺服控制器控制信號、真空泵開關(guān)信號、高壓水泵站開關(guān)信號；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。本實用新型中提及高壓水泵站、高壓水管或高壓水噴嘴時，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，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個報警燈分別用于失壓和負(fù)壓超限時立即閃爍報警。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，保持不動。

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

(2)后退速度控制

小車后退只有一個速度，操控人員將操控盒上的搖桿撥向下位，則控制信號通過無線電發(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)芟蜃笪唬瑒t控制信號通過無線電發(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，保持不動。

同理小車向右轉(zhuǎn)，則操控人員將操控盒上的搖桿下?lián)芟蛴椅唬瑒t控制信號通過無線電發(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，保持不動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

本實用新型是一種能在船舶表面爬行完成殼體外表面自動清洗的裝置。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，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；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，本實用新型清洗具有更低的成本。與現(xiàn)有垂直面爬行裝置相比，本實用新型采用永磁吸附和輪式推進(jìn)，能夠在粗糙表面自由爬行。本實用新型爬壁清洗裝置與現(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，本實用新型還具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本實用新型尺寸小，重量輕，操作簡便，無需吊車、船等其它設(shè)備輔助，沒有任何專業(yè)背景的個人即可操作。

2.本實用新型價格低廉，有明確的用途和使用價值，便于推廣。

3.本實用新型易于加工、生產(chǎn)，工藝簡單，便于快速投放市場。

4.本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)自動清洗，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是本實用新型的組成示意圖。

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。

具體實施方式

首先需要說明的是，本實用新型涉及機(jī)器人技術(shù)。在本實用新型的實現(xiàn)過程中，可能會涉及到軟件功能模塊的應(yīng)用。申請人認(rèn)為，如在仔細(xì)閱讀申請文件、準(zhǔn)確理解本實用新型的實現(xiàn)原理和實用新型目的以后，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現(xiàn)本實用新型。凡本實用新型申請文件提及的均屬此范疇，申請人不一一列舉。另外，本實用新型的實現(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。

本實用新型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，包括兩個前部的驅(qū)動輪和一個后部的萬向隨動輪；兩個驅(qū)動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，立即向遙控盒29發(fā)送報警信號。

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通過信號電纜17與清洗小車的伺服電機(jī)15、16相接；驅(qū)動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)動電源是直流電源(如蓄電池)時，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、高壓水噴嘴失壓報警燈6和污水回收口負(fù)壓超限報警燈3和無線電收發(fā)裝置9。

本實用新型中的控制裝置能夠提供遙控指令接口和驅(qū)動功能。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，伺服控制信號通過信號電纜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、失壓報警燈6和負(fù)壓超限報警燈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。電控柜19上的無線電接收裝置21收到無線電信號轉(zhuǎn)換成電信號發(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)動電平接口27。驅(qū)動電源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將電信號通過信號電纜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的兩個伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實現(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，在小車首部的兩個驅(qū)動輪在伺服電機(jī)15、16驅(qū)動下進(jìn)行運(yùn)動，可以實現(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，控制信號通過無線電發(fā)送給電控柜19上的高壓水泵站驅(qū)動電平接口27，進(jìn)而給高壓水泵站電磁閥25發(fā)送電信號，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，此時高壓水流噴出，實現(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，實現(xiàn)廢水回收的目的。如此，在控制小車爬行過程中，完成對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，控制信號通過無線電以極短的時間(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檢測到壓力信號發(fā)送給ARM單片機(jī)13，然后ARM單片機(jī)13再將電信號通過無線電收發(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對無線電收發(fā)裝置9發(fā)來的電信號進(jìn)行檢測，實現(xiàn)失壓和負(fù)壓超限報警。