本發(fā)明屬于水下工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水下構(gòu)筑物清洗系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)水利水電技術(shù)的不斷發(fā)展，大壩等水利工程也逐漸增多，那么對(duì)于大壩的安全檢測(cè)就顯得尤為重要。而目前很多水下作業(yè)主要采用人工作業(yè)的方式，對(duì)于水下作業(yè)的人，每次下水都承擔(dān)著重大的生命危險(xiǎn)，且水下環(huán)境中產(chǎn)生短時(shí)間的壓力劇變也會(huì)給人體造成較大危害。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員有必要提供一種自動(dòng)化清洗系統(tǒng)以方便對(duì)水下構(gòu)筑物表面進(jìn)行清洗，從而為其它自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備的更進(jìn)一步檢測(cè)做準(zhǔn)備工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)水下構(gòu)筑物由于長(zhǎng)時(shí)間在水下被水生物、淤泥等雜物覆蓋，無法進(jìn)行直觀的檢測(cè)，需要進(jìn)行表面清洗的問題，本發(fā)明提供了一種能夠提高效率，降低危險(xiǎn)性，并可以對(duì)難除去的污穢物進(jìn)行有效清洗的水下構(gòu)筑物清洗系統(tǒng)及方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的之一提供一種水下構(gòu)筑物清洗系統(tǒng)，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種水下構(gòu)筑物清洗系統(tǒng)，包括用于對(duì)水下構(gòu)建物進(jìn)行清洗的清洗單元、用于牽引所述清洗單元進(jìn)行水下定點(diǎn)作業(yè)的鋼絲牽引單元、用于將所述清洗單元固定在水下構(gòu)筑物表面進(jìn)行水下定點(diǎn)作業(yè)的動(dòng)力固定單元、用于實(shí)時(shí)采集所述清洗單元水下作業(yè)情況的圖像采集單元、控制單元、上位機(jī)單元；所述上位機(jī)單元與控制單元雙向通信連接；所述控制單元的輸出端與鋼絲牽引單元、動(dòng)力固定單元的輸入端電連接，所述圖像采集單元與控制單元雙向通信互聯(lián)；所述鋼絲牽引單元、動(dòng)力固定單元、圖像采集單元固定在清洗單元上。該技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了清洗工作的自動(dòng)化，相比于傳統(tǒng)人工下水操作提高了效率，降低了危險(xiǎn)性。

優(yōu)選的，所述清洗單元包括清洗單元本體、固定在本體上的高壓噴嘴和清潔滾刷，高壓噴嘴與本體中的水下高壓壓縮機(jī)連接，清潔滾刷與本體中的水下防水電機(jī)連接，用于對(duì)水下構(gòu)筑物進(jìn)行清洗。以保障本發(fā)明系統(tǒng)的清洗效果的可靠性及穩(wěn)定性。

進(jìn)一步的，所述動(dòng)力固定單元包括固定在清洗單元本體上的多組水下推進(jìn)器和萬向輪；多個(gè)水下推進(jìn)器的動(dòng)力方向指向清洗單元幾何中心作為動(dòng)力源,保障清潔單元本體不受水流環(huán)境影響并固定在水下構(gòu)筑物表面；萬向輪作為清洗單元在構(gòu)筑物表面的支點(diǎn)，分布在清潔單元本體邊緣。

進(jìn)一步的，所述動(dòng)力固定單元中水下推進(jìn)器及萬向輪各設(shè)為4個(gè)，且均分布在清潔單元本體邊緣，使本發(fā)明裝置能在水下進(jìn)行固定，保證定點(diǎn)清洗效果。

進(jìn)一步的，所述鋼絲牽引單元包括電動(dòng)絞盤和牽引鋼絲，牽引鋼絲末端固定在清洗單元本體的頂面上，電動(dòng)絞盤和牽引鋼絲互相配合以帶動(dòng)清洗單元在豎直和水平方向上的作業(yè)；所述清洗單元的供電電纜與牽引鋼絲捆綁，通過電動(dòng)絞盤控制一同下水；所述動(dòng)力固定單元協(xié)同鋼絲牽引單元牽引并調(diào)整清洗單元在豎直和水平方向上進(jìn)行水下定點(diǎn)作業(yè)。

進(jìn)一步的，所述牽引鋼絲設(shè)為2根，用于防止清洗單元在牽引下水時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，所述圖像采集單元包括安裝在清洗單元本體上的水下照明設(shè)備和高分辨率水下攝像機(jī)，所述高分辨率水下攝像機(jī)與控制單元雙向通信互聯(lián)。該技術(shù)方案提供了更加清晰的成像，保障探傷檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

優(yōu)選的，所述控制單元中的控制模塊采用exynos4412芯片。

優(yōu)選的，所述控制單元通過千兆以太網(wǎng)光纖設(shè)備與上位機(jī)單元進(jìn)行信息傳輸。

進(jìn)一步的，該系統(tǒng)還包括于采集所述清洗單元姿態(tài)信息的水下姿態(tài)采集單元，所述水下姿態(tài)采集單元與控制單元雙向通信互聯(lián)；所述水下姿態(tài)采集單元固定在清洗單元本體上。

進(jìn)一步的，所述水下姿態(tài)采集單元包括加速度計(jì)、陀螺儀、地磁計(jì)、水壓計(jì)、gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的之二是提供一種上述水下構(gòu)筑物清洗系統(tǒng)的清洗方法，包括如下步驟：

s1、控制單元實(shí)時(shí)收集圖像采集單元和水下姿態(tài)采集單元獲取的圖像與姿態(tài)信息后，再通過控制鋼絲牽引單元和動(dòng)力固定單元協(xié)同工作，使清洗單元固定在水下構(gòu)筑物的表面特定位置進(jìn)行作業(yè)；并且，控制單元在得到水下姿態(tài)單元的水下姿態(tài)信息后，可通過控制動(dòng)力固定單元各方向水下推進(jìn)器調(diào)整水下清洗單元的姿態(tài)，確保清洗單元在正確的姿態(tài)下作業(yè)；

s2、控制單元通過高速傳輸機(jī)制將收集的信息傳輸給上位機(jī)，使得水面上的工作人員可實(shí)時(shí)監(jiān)控水下清洗設(shè)備的工作情況；同時(shí)接收水上工作人員通過上位機(jī)單元下達(dá)的控制命令以及作業(yè)計(jì)劃。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的水下構(gòu)筑物清洗系統(tǒng)及方法，通過實(shí)現(xiàn)清洗工作的自動(dòng)化，為水下構(gòu)筑物的探傷檢測(cè)、成像提供更加清晰的檢測(cè)環(huán)境。本發(fā)明相比于傳統(tǒng)人工下水操作提高了效率，降低了危險(xiǎn)性；并對(duì)可以對(duì)堤壩上難以除去的污穢物進(jìn)行有效的清洗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明清洗系統(tǒng)的原理框圖。

圖2為本發(fā)明中清洗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)注符號(hào)的含義如下：

1-清洗單元本體2-高壓噴嘴3-清潔滾刷

4-水下推進(jìn)器(圖中下部分兩個(gè)推進(jìn)器的安裝位置和上部分類似，以圖2中標(biāo)注為4的推進(jìn)器為例：推進(jìn)器動(dòng)力方向?yàn)榧^方向，指向本發(fā)明系統(tǒng)的幾何中心)

5-萬向輪6-牽引鋼絲7-水下攝像機(jī)8-水下姿態(tài)采集單元

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明中水下構(gòu)建物為但不限于大壩和水庫(kù)。

一種水下構(gòu)筑物清洗系統(tǒng)

如圖1所示，包括用于對(duì)水下構(gòu)建物進(jìn)行清洗的清洗單元，用于牽引所述清洗單元進(jìn)行水下定點(diǎn)作業(yè)的鋼絲牽引單元；用于將所述清洗單元固定在水下構(gòu)筑物表面進(jìn)行水下定點(diǎn)作業(yè)的動(dòng)力固定單元；用于實(shí)時(shí)采集所述清洗單元水下作業(yè)情況的圖像采集單元；用于控制動(dòng)力固定單元、鋼絲牽引單元與清洗單元協(xié)同工作，并獲取圖像采集單元采集到的圖像信息傳輸給上位機(jī)單元的控制單元；用于展示清洗單元的工作情況，并下達(dá)相關(guān)操作指令給控制單元，執(zhí)行相關(guān)工作的上位機(jī)單元；所述上位機(jī)單元與控制單元雙向通信連接；所述控制單元的輸出端與鋼絲牽引單元、動(dòng)力固定單元的輸入端電連接，所述圖像采集單元與控制單元雙向通信互聯(lián)；所述鋼絲牽引單元、動(dòng)力固定單元、圖像采集單元固定在清洗單元上。

如圖2所示，所述清洗單元包括清洗單元本體1、固定在本體上的高壓噴嘴2和清潔滾刷3，高壓噴嘴2與本體中的水下高壓壓縮機(jī)連接，清潔滾刷3與本體中的水下防水電機(jī)連接，用于對(duì)水下構(gòu)筑物進(jìn)行清洗；清洗單元的供電來源于供電電纜；

所述動(dòng)力固定單元包括固定在清洗單元本體1上的水下推進(jìn)器4和萬向輪5，所述動(dòng)力固定單元中水下推進(jìn)器4及萬向輪5各設(shè)為4個(gè)，且均分布在清潔單元本體邊緣；其中，水下推進(jìn)器4的動(dòng)力方向指向清洗單元幾何中心作為動(dòng)力源、萬向輪5作為清洗單元在構(gòu)筑物表面的支點(diǎn)；所述動(dòng)力固定單元用于將所述清洗單元固定在水下構(gòu)筑物表面進(jìn)行水下定點(diǎn)作業(yè)。動(dòng)力固定單元的作用不僅在于：在高壓噴嘴工作時(shí)，抵消高壓噴嘴對(duì)清洗單元本體結(jié)構(gòu)的后坐力，使得清洗單元能夠吸附于構(gòu)筑物表面正常作業(yè)；并且，動(dòng)力固定單元的四個(gè)水下推進(jìn)器4在工作時(shí)，還可以引導(dǎo)水流方向，可以將剛剛清洗掉的污水排向后方，為圖像采集單元提供更好的水下作業(yè)視野。

所述鋼絲牽引單元固定在清洗單元本體的頂面上，所述動(dòng)力固定單元協(xié)同鋼絲牽引單元牽引并調(diào)整清洗單元在豎直和水平方向上進(jìn)行水下定點(diǎn)作業(yè)。其中，鋼絲牽引單元包括電動(dòng)絞盤和牽引鋼絲6，牽引鋼絲6末端固定在清洗單元本體1的頂面上，電動(dòng)絞盤和牽引鋼絲6互相配合以帶動(dòng)清洗單元在豎直和水平方向上的作業(yè)；所述清洗單元的供電電纜與牽引鋼絲6捆綁，通過電動(dòng)絞盤控制一同下水，所述牽引鋼絲6設(shè)為2根，用于防止清洗單元在牽引下水時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

所述圖像采集單元包括水下照明設(shè)備和高分辨率水下攝像機(jī)7，安裝在清洗單元本體1上，所述高分辨率水下攝像機(jī)7與控制單元雙向通信互聯(lián)，用于實(shí)時(shí)采集清洗單元的水下作業(yè)情況及作業(yè)效果，將視頻信號(hào)傳輸給控制單元。

所述控制單元中控制模塊采用samsung公司cortex-a9系列的exynos4412芯片。具體的，控制單元用于收集圖像采集單元和水下姿態(tài)采集單元的各種信息，再通過控制鋼絲牽引單元和動(dòng)力固定單元對(duì)清洗單元的工作情況進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整，并將獲得的各種信息融合壓縮，通過高速傳輸機(jī)制如千兆以太網(wǎng)光纖設(shè)備傳輸給上位機(jī)，使得水面上的工作人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控水下清洗設(shè)備的工作情況。同時(shí)接收水上工作人員通過上位機(jī)單元下達(dá)的控制命令以及作業(yè)計(jì)劃，從而控制整個(gè)系統(tǒng)服從命名、正常工作。

上位機(jī)單元，用于為水上工作人員提供實(shí)時(shí)的水下清洗單元的工作情況，同時(shí)可以為工作人員對(duì)整套系統(tǒng)的控制提供可視化接口和專業(yè)化操控平臺(tái)。

該系統(tǒng)還包括于采集所述清洗單元水下姿態(tài)信息的水下姿態(tài)采集單元8；所述水下姿態(tài)采集單元8與控制單元雙向通信互聯(lián)；且水下姿態(tài)采集單元8固定在清洗單元本體1上，可在空間上與高分辨率水下攝像機(jī)7集成為一體。所述水下姿態(tài)采集單元8包括加速度計(jì)、陀螺儀、地磁計(jì)、水壓計(jì)、gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)，通過采集各個(gè)傳感器的信息，獲得清洗單元的水下姿態(tài)、位置、深度、工作方向、工作動(dòng)態(tài)等信息傳輸給控制單元進(jìn)行后續(xù)處理。

一種水下構(gòu)筑物清洗方法

包括如下步驟：

s1、控制單元實(shí)時(shí)收集圖像采集單元和水下姿態(tài)采集單元獲取的圖像與姿態(tài)信息后，再通過控制鋼絲牽引單元和動(dòng)力固定單元協(xié)同工作，使清洗單元固定在水下構(gòu)筑物的表面特定位置進(jìn)行作業(yè)；并且，控制單元在得到水下姿態(tài)單元的水下姿態(tài)信息后，可通過控制動(dòng)力固定單元各方向水下推進(jìn)器調(diào)整水下清洗單元的姿態(tài)，確保清洗單元在正確的姿態(tài)下作業(yè)；

s2、控制單元將獲得的各種信息融合壓縮，通過高速傳輸機(jī)制如千兆以太網(wǎng)光纖設(shè)備傳輸給上位機(jī)，使得水面上的工作人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控水下清洗設(shè)備的工作情況；同時(shí)接收水上工作人員通過上位機(jī)單元下達(dá)的控制命令以及作業(yè)計(jì)劃，從而控制整個(gè)系統(tǒng)服從命名、正常工作。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。