一种桥墩水下表面附着物清洗方法及水下作业机器人技术

本发明专利技术涉及一种桥墩水下表面附着物清洗方法及水下作业机器人，属于水下作业机器人技术领域。清洗方法包括以下步骤：(1)将水下清洗机器人放入水中，再控制推进器驱使水下清洗机器人横移并调整姿态，至柔性履带沿竖向布置地着陆于桥墩表面上且抵压于桥墩表面上；(2)开启布设在机架两侧上的负压旋流吸附装置，至能利用其吸附力驱使柔性履带抵压于桥墩表面上，再关闭推进器；(3)在控制柔性履带驱使水下清洗机器人沿桥墩轴向移动的同时，控制安装在机架上的空化射流清洗喷头对附着物进行清洗作业，从而在目标区域上逐条地清洗出沿轴向布置的带状已清洗区域。该清洗方法适用对非钢铁结构表面进行清洗，其可广泛应用于桥墩表面清洗等领域。

A cleaning method of underwater surface attachment of bridge pier and underwater operation robot

【技术实现步骤摘要】
一种桥墩水下表面附着物清洗方法及水下作业机器人
本专利技术涉及一种水下机器人
，具体地说，涉及一种桥墩水下表面附着物清洗方法及适于该清洗方法的水下作业机器人。
技术介绍
桥梁在完成建造之后，桥梁上的部分结构会长期浸泡在水中，例如桥墩，该部分表面会附着上藤壶藻类等海生物，而加速桥体的腐蚀，降低桥梁的使用寿命；此外，对桥墩的检测与修复也需要进行表面附着物的清洗处理。为了解决上述问题，公开号为CN101550677A的专利文献中公开了一种水下桥墩镦壁清洗方法，具体为包括以下步骤：(1)根据桥墩墩身截面特征设计并加工活动支架；(2)安装活动支架及其上的附属设备；(3)将活动支架放入水中需要清洗的墩壁的位置；(3)用高压泵提供高压水，高压水通过高压水管及高压射水喷头完成需要清洗的墩壁的清洗。由于活动支架的加工依赖于桥墩横截面参数，而桥墩的横截面参数千变万化，即使是同一桥梁的不同桥墩的横截面参数也不一样，整个设备需要提前定制，使其使用范围较窄；不利于大面积推广使用。此外，在公告号为CN206015588U的专利文献中公开了一种吊篮式桥墩清洗架，其与上述专利文献中的结构一样，需对不同尺寸的桥墩进行定制，且需在水面上完成组装，及在完成对一个桥墩的清洗之后进行拆卸并搬运至下一桥墩再次组装，整个过程非常不便，且存在安全隐患。对于桥梁的水下作业，除了清洗之外，还有桥梁的定期巡检及维修等，以便及时发现桥梁表面的损伤以及潜在的隐患。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种桥梁水下表面附着物清洗方法，以提高清洗作业的便利性、自动化程度及安全性；本专利技术的另一目的是提供一种可适于上述清洗方法使用的水下作业机器人。为了实现上述目的，本专利技术提供的清洗方法基于清洗作业系统进行清洗，该水下清洗作业系统包括水下清洗机器人及布设在桥面上且通过复合脐带缆向水下清洗机器人供给高压水的泵机；该清洗方法包括以下步骤：下潜步骤，通过卷扬机将水下清洗机器人从桥面处放入水中，且使安装于其机架上的螺旋桨推进器的转轴大致沿水平方向布置及安装在机架两侧上的柔性履带大致沿竖向布置，再控制螺旋桨推进器驱使水下清洗机器人横移并调整姿态，至柔性履带沿竖向布置地着陆于桥墩表面上且抵压于桥墩表面上；吸附步骤，开启布设在机架两侧上的负压旋流吸附装置，至能利用其吸附力驱使柔性履带抵压于桥墩表面上，再关闭螺旋桨推进器；清洗步骤，在控制柔性履带驱使水下清洗机器人沿桥墩轴向移动的同时，控制安装在机架上的空化射流清洗喷头对附着物进行清洗作业，从而在目标区域上逐条地清洗出沿轴向布置的带状已清洗区域。与现有技术方案中需要针对不同横截面形状的桥墩定制不同结构尺寸的清洗支架相比，本申请基于螺旋桨推进器、负压旋流吸附装置及柔性履带的配合而能在桥墩表面上按照预设轨迹的行驶、换位而进行清洗，其可适配范围更广而具有普适性，且操作人员在桥面进行控制而有效确保使用安全。此外，与现有技术中采用磁轮对钢结构表面进行作业的水下作业机器人相比，其可适用范围较广；且由于其负压吸附能力与该负压装置的负压吸口与支撑表面之间的间距，能在较厚的附着物表面进行作业，相比现有技术中磁轮在厚度较厚的作业表面上难以作业的问题。具体的方案为在完成对当前带状已清洗区域的清洗后，关闭空化射流清洗喷头与负压旋流吸附装置，及开启螺旋桨推进器至柔性履带与桥墩表面间的距离增至大于预定间距，再利用卷扬机将水下清洗机器人吊离至当前带状待清洗区域的起点处；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，至柔性履带沿竖向布置地着陆于桥墩表面上后，开启负压旋流吸附装置，至能利用其吸附力驱使柔性履带抵压于桥墩表面上，再关闭螺旋桨推进器，并对当前带状待清洗区域进行清洗处理。利用该方案，能便于对难以掉头的位置进行清洗作业。进一步的方案为自上而下地对每条带状待清洗区域进行清洗。与便于利用卷扬机进行控制操作。具体的方案为在完成对当前带状已清洗区域的清洗后，开启螺旋桨推进器至能驱使柔性履带抵压于桥墩表面上，再通过控制两侧柔性履带的速度差异而使水下清洗机器人调头，并调整其在桥墩表面上的位置，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的吸附力驱使柔性履带抵压于桥墩表面上后，关闭螺旋桨推进器，并对当前带状待清洗区域进行清洗处理。能快速地对表面容易掉头的位置进行清洗。优选的方案为空化射流清洗喷头的喷射方向沿柔性履带的延伸方向朝下倾斜布置地安装在机架的前端部上，控制水下清洗机器人在桥墩表面上清洗出一条宽度大于L且小于L+B的半机身容纳槽，调整水下清洗机器人的位置至第一条柔性履带置于半机身容纳槽内，第二条柔性履带搭靠于附着物上，再开始对当前带状待清洗区域的清洗处理，B为柔性履带宽度的一半，L为空化射流清洗喷头的下一清洗范围外侧边缘与第一条柔性履带的内侧边缘间距；或，空化射流清洗喷头的喷射方向沿垂直于柔性履带的延伸方向的方向朝下倾斜布置地安装在机架的侧旁，控制水下清洗机器人在桥墩表面上清洗出一条宽度大于两侧柔性履带的外侧边缘间距的机身容纳槽，再调整水下清洗机器人的位置至两侧柔性履带均置于机身容纳槽内，再开始对当前带状待清洗区域的清洗处理，而便于对厚度较厚的附着物进行清洗作业。优选的方案为机架上安装有浮力生成装置，用于使水下清洗机器人悬浮在水中；在机架的每侧，位于每个柔性履带的两端，各布置有一个以上的螺旋桨推进器；在机架的每侧，至少布设有一个位于柔性履带的带间空间内的负压旋流吸附装置，且负压旋流吸附装置的吸附口透过设于柔性履带上的通过孔后，对桥墩表面生成吸附力；柔性履带为在其延伸方向上间隔地布设有多个通过孔的环形橡胶带。基于该结构设置的柔性履带与负压旋流吸附装置，不仅能利用履带对负压旋流吸附装置形成保护，且能利用其弹性而配合负压吸附的效果；同时，通过开设通过孔而提高履带对附着物表面的摩擦推进力。为了实现上述另一目的，本专利技术提供的水下作业机器人包括机架，及安装在机架上的行走系统、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。基于该结构设置，能基于螺旋桨推进器、负压旋流吸附装置及柔性履带的配合而能在桥墩表面等水下构建物表面上按照预设轨迹的行驶、换位而进行清洗、检测等作业，其可适配范围更广而具有普适性，且操作人员在水面上进行控制而有效确保使用安全；与磁性吸附力相比，不仅能在非钢接表面上进行作业，且与作业表面间的压力可调整。此外，与现有技术中采用磁轮对钢结构表面进行作业的水下作业机器人相比，其可适用范围较广；且由于其负压吸附能力与该负压装置的负压吸口与支撑表面之间的间距，能在较厚的附着物表面进行作业，相比现有技术中磁轮在厚度较厚的作业表面上难以作业的问题。具体的方案为作业系统包括空化射流清洗喷头；空化射流清洗喷头的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桥墩水下表面附着物的清洗方法，基于水下清洗作业系统进行清洗，所述水下清洗作业系统包括水下清洗机器人及布设在桥面上且通过复合脐带缆向所述水下清洗机器人供给高压水的泵机；其特征在于，所述清洗方法包括以下步骤：/n下潜步骤，通过卷扬机将所述水下清洗机器人从所述桥面处放入水中，且使安装于其机架上的螺旋桨推进器的转轴大致沿水平方向布置及安装在所述机架两侧上的柔性履带大致沿竖向布置，再控制所述螺旋桨推进器驱使所述水下清洗机器人横移并调整姿态，至所述柔性履带沿竖向布置地着陆于桥墩表面上且抵压于所述桥墩表面上；/n吸附步骤，开启布设在所述机架两侧上的负压旋流吸附装置，至能利用其吸附力驱使所述柔性履带抵压于所述桥墩表面上，再关闭所述螺旋桨推进器；/n清洗步骤，在控制所述柔性履带驱使所述水下清洗机器人沿所述桥墩的轴向移动的同时，控制安装在所述机架上的空化射流清洗喷头对附着物进行清洗作业，从而在目标区域上逐条地清洗出沿所述轴向布置的带状已清洗区域。/n

【技术特征摘要】
1.一种桥墩水下表面附着物的清洗方法，基于水下清洗作业系统进行清洗，所述水下清洗作业系统包括水下清洗机器人及布设在桥面上且通过复合脐带缆向所述水下清洗机器人供给高压水的泵机；其特征在于，所述清洗方法包括以下步骤：
下潜步骤，通过卷扬机将所述水下清洗机器人从所述桥面处放入水中，且使安装于其机架上的螺旋桨推进器的转轴大致沿水平方向布置及安装在所述机架两侧上的柔性履带大致沿竖向布置，再控制所述螺旋桨推进器驱使所述水下清洗机器人横移并调整姿态，至所述柔性履带沿竖向布置地着陆于桥墩表面上且抵压于所述桥墩表面上；
吸附步骤，开启布设在所述机架两侧上的负压旋流吸附装置，至能利用其吸附力驱使所述柔性履带抵压于所述桥墩表面上，再关闭所述螺旋桨推进器；
清洗步骤，在控制所述柔性履带驱使所述水下清洗机器人沿所述桥墩的轴向移动的同时，控制安装在所述机架上的空化射流清洗喷头对附着物进行清洗作业，从而在目标区域上逐条地清洗出沿所述轴向布置的带状已清洗区域。


2.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于：
在完成对当前带状已清洗区域的清洗后，关闭所述空化射流清洗喷头与所述负压旋流吸附装置，及开启所述螺旋桨推进器至所述柔性履带与所述桥墩表面间的距离增至大于预定间距，再利用所述卷扬机将所述水下清洗机器人吊离至当前带状待清洗区域的起点处；接着，利用所述螺旋桨推进器驱使所述水下清洗机器人横移并调整姿态，至所述柔性履带沿竖向布置地着陆于所述桥墩表面上后，开启负压旋流吸附装置，至能利用其吸附力驱使所述柔性履带抵压于所述桥墩表面上，再关闭所述螺旋桨推进器，并对当前带状待清洗区域进行清洗处理。


3.根据权利要求2所述的清洗方法，其特征在于：
自上而下地对每条带状待清洗区域进行清洗。


4.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于：
在完成对当前带状已清洗区域的清洗后，开启所述螺旋桨推进器至能驱使所述柔性履带抵压于所述桥墩表面上，再通过控制两侧柔性履带的速度差异而使所述水下清洗机器人调头，并调整其在所述桥墩表面上的位置，至所述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；再利用所述负压旋流吸附装置的吸附力驱使所述柔性履带抵压于所述桥墩表面上后，关闭所述螺旋桨推进器，并对当前带状待清洗区域进行清洗处理。


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：
所述空化射流清洗喷头的喷射方向沿所述柔性履带的延伸方向朝下倾斜布置地安装在所述机架的前端部上，控制所述水下清洗机器人在所述桥墩表面上清洗出一条宽度大于L且小于L+B的半机身容纳槽，调整所述水下清洗机器人的位置至第一条柔性履带置于所述半机身容纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨灿军，赵一冰，陈燕虎，刘斯悦，魏谦笑，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33