一种可受控水下超声清洗器及工作方法

1.一种水下超声清洗器，其特征在于，包括:四旋翼下潜装置，该四旋翼下潜装置上设 有清洗机构；所述四旋翼下潜装置通过一控制单元控制其运动；所述控制单元包括MCU模块，以及用于分别驱动所述四旋翼下潜装置中四个调速电机 的驱动装置；所述MCU模块通过一通讯模块与控制所述水下超声清洗器的上位机相连；各调速电机的安装仰角对称向外，且角度为30°至60°。
2.根据权利要求1所述的水下超声清洗器，其特征在于，所述控制单元还包括照明电路 和与所述MCU模块相连的摄像装置；所述MCU模块适于根据摄像装置拍摄的图像识别水下污秽，并控制清洗机构对污秽物 进行清洗。
3.根据权利要求2所述的水下超声清洗器，其特征在于，所述MCU模块还适于将摄像装 置拍摄的图像上传至上位机，以便于人工识别。
4.根据权利要求3所述的水下超声清洗器，其特征在于，所述清洗机构采用超声清洗换 能器，该超声清洗换能器通过一旋转云台吊装于所述四旋翼下潜装置的支架下方，该旋转 云台由所述MCU模块控制，以带动超声清洗换能器转向。
5.—种根据权利要求1所述的水下超声清洗器的工作方法，包括如下步骤:通过手动或自动方式控制四旋翼下潜装置携带清洗机构清洁水下构建物上的污秽；通过自动方式控制四旋翼下潜装置携带清洗机构清洁水下构建物上的污秽的方法包括:通过上位机对水下构建物的待清洁面进行建模，即将待清洁面分割成一阵列；所述上 位机控制水下超声清洗器沿阵列的各行依次清洗，或沿阵列的各列依次进行清洗。
6.根据权利要求5所述的水下超声清洗器的工作方法，其特征在于，通过手动方式控制 四旋翼下潜装置携带清洗机构清洁水下构建物上的污秽的方法包括:通过摄像装置拍摄水中图像，并将该水中图像上传至上位机进行人工识别，使用者通 过操作上位机实现对水下超声清洗器的控制。
7.根据权利要求5所述的水下超声清洗器的工作方法，其特征在于，通过自动方式控制 四旋翼下潜装置携带清洗机构清洁水下构建物上的污秽的方法包括:通过摄像装置拍摄水中图像，并将该图像与污秽物图像样本比对以进行识别；当判断 为污秽物时，自动控制水下超声清洗器对该污秽物进行清洗。

一种可受控水下超声清洗器及工作方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及超声波清洗领域，尤其涉及一种适于清洗水下建构物的清洗装置及工作方法。背景技术\n[0002] 当今社会，随着人们对新能源的探索，水利事业得到不断发展，但闸门、大坝坝体等设备由于长期浸在水下，其表面生长的水垢和其他附着物影响了正常功能发挥，另外由于附着物的覆盖，无法发现水下大型设备是否存在裂缝等安全隐患，给常规的安全检查带来极大不方便，最终造成设备损坏。\n[0003] 目前，闸门或者水管内壁等设备的常用的方法有两种:\n[0004] 第一种是使用高压射水进行清洗，此方法的缺点在于，若流速过快会造成压力过大，伤及油漆及构建物本身，但若减小流速，清洗效果就会大打折扣；\n[0005] 第二种是只有在停工时清洗，在无水的情况下通过人工施以机械振动将水垢松动，然后高压射水进行清洗。使用这样的做法就必须停工，另一方面人工敲击力度大小难以准确把握，容易因用力过猛导致闸门或者水管损伤。\n[0006] 借用超声洗牙的基本原理，已经能够对实现对水中的石块用超声波进行清洗，对于深水域构建物的清洗，现有的方法是使用水下机器人或人工持拿换能器等方式进行清洗，清洗成本高，且操作复杂。\n[0007] 因此，如何设计一种操作简单，清洗效果更好，可不间断持续工作的水下构建物超声波清洗装置是本领域的技术难题。发明内容\n[0008] 本发明要解决的技术问题提供一种水下超声清洗器，以解决水下构建物表面的清洗问题。\n[0009] 为了上述技术问题，本发明提供了一种水下超声清洗器，包括:四旋翼下潜装置， 该四旋翼下潜装置上设有清洗机构;所述四旋翼下潜装置通过一控制单元控制其运动。\n[0010] 优选的，为了更好的实现对水下超声清洗器的跟踪控制，所述控制单元包括MCU模块，以及用于分别驱动所述四旋翼下潜装置中四个调速电机的驱动装置;所述MCU模块通过一通讯模块与控制所述水下超声清洗器的上位机相连。\n[0011] 优选的，为了实现对水下场景的拍摄，用于自动或人工识别;所述控制单元还包括照明电路和与所述MCU模块相连的摄像装置;所述MCU模块适于根据摄像装置拍摄的图像识别水下污秽，并控制清洗机构对污秽物进行清洗。\n[0012] 所述M⑶模块还适于将摄像装置拍摄的图像上传至上位机，以便于人工识别。\n[0013] 优选的，为了四旋翼下潜装置实现方向控制，各调速电机的安装仰角对称向外，以形成合力，起到更好的控制水下超声清洗器运动方向的作用。\n[0014] 优选的，为了实现超声清洗换能器转向；所述清洗机构采用超声清洗换能器，该超声清洗换能器通过一旋转云台吊装于所述四旋翼下潜装置的支架下方，该旋转云台由所述 MCU模块控制，以带动超声清洗换能器转向。\n[0015] 又一方面，本发明还提供了一种水下超声清洗器的工作方法，以进一步解决水下构建物清洁的技术问题。\n[0016] 为了解决上述技术问题，所述水下超声清洗器的工作方法包括如下步骤:[〇〇17]通过手动或自动方式控制四旋翼下潜装置携带清洗机构清洁水下构建物上的污秽。\n[0018] 优选的，为了实现人工识别、控制，通过手动方式控制四旋翼下潜装置携带清洗机构清洁水下构建物上的污秽的方法包括:通过摄像装置拍摄水中图像，并将该水中图像上传至上位机进行人工识别，使用者通过操作上位机实现对水下超声清洗器的控制。\n[0019] 优选的，为了实现自动识别、控制，通过自动方式控制四旋翼下潜装置携带清洗机构清洁水下构建物上的污秽的方法包括:通过摄像装置拍摄水中图像，并将该图像与污秽物图像样本比对以进行识别；当判断为污秽物时，自动控制水下超声清洗器对该污秽物进行清洗。\n[0020] 优选的，为了实现对水下构建物的全方位清洗，通过自动方式控制四旋翼下潜装置携带清洗机构清洁水下构建物上的污秽的方法包括:通过上位机对水下构建物的待清洁面进行建模，即将待清洁面分割成一阵列;所述上位机控制水下超声清洗器沿阵列的各行依次清洗，或沿阵列的各列依次进行清洗。\n[0021] 本发明的有益效果是，本发明在水中采用四旋翼下潜装置便于本水下超声清洗器在水下平稳运动，可以作为很好的清洗机构的载体;并且清洗机构采用超声清洗换能器，避免了传统的水枪清洗产生的后坐力，而且超声波在清洗过程中能对缝隙进行彻底的清洗， 这是传统的清洗装置无法实现的;本技术方案结构简单，清洗效果好，比传统清洗机器人降低了成本，具有良好的应用前景。附图说明[〇〇22]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。\n[0023]图1示出了水下超声清洗器的结构示意图；[〇〇24]图2示出了控制单元的原理框图。[〇〇25]图中:调速电机1、2、3、4,摄像装置5、不锈钢支架6、旋转云台7、超声清洗换能器8、 上位机9。具体实施方式\n[0026]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。[〇〇27] 实施例1\n[0028]图1示出了水下超声清洗器的结构示意图。[〇〇29]图2示出了控制单元的原理框图。\n[0030]如图1和图2所示，本发明的一种水下超声清洗器，包括:四旋翼下潜装置，该四旋翼下潜装置上设有清洗机构;所述四旋翼下潜装置通过一控制单元控制其运动。\n[0031] 所述控制单元包括MCU模块，以及用于分别驱动所述四旋翼下潜装置中四个调速电机的驱动装置;所述MCU模块通过一通讯模块与控制所述水下超声清洗器的上位机9相连。且在安装时各调速电机的安装仰角对称向外，且角度为30°至60°，优选为45°。具体的， 各调速电机分别安装于不锈钢支架6的四个顶点，利用力的合成原理实现水下超声清洗器的运动，即上、下、左、右运动。\n[0032] 所述上位机9与控制单元的通讯方式可以采用有线通讯(例如串口通讯)或无线通讯方式。上位机9可以采用PC机来实现。\n[0033] 所述控制单元还包括照明电路和与所述M⑶模块相连的摄像装置5;所述M⑶模块适于根据摄像装置拍摄的图像识别水下污秽，并控制清洗机构对污秽物进行清洗。为了提高清晰度，所述摄像装置5可以采用微型高清摄像头，且安装于不锈钢支架6的上端面。所述微型高清摄像头为夏普1/4CCD防水摄像头，3.6毫米镜头，带12颗白光灯(相当于照明电路)，解析度高，功耗小，12V直流供电，将拍摄的图片、视频实时显示在操作界面上。\n[0034] 所述M⑶模块还适于将摄像装置5拍摄的图像上传至上位机9,以便于人工识别，即摄像装置5拍摄的水中图像在上位机显示，操作者通过键盘或者摇杆控制其运动，以鉴别、 寻找污秽物。[〇〇35]所述清洗机构采用超声清洗换能器8,该超声清洗换能器8通过一旋转云台吊7装于所述四旋翼下潜装置的支架下方，该旋转云台7由所述MCU模块控制，以带动超声清洗换能器8转向。所述MCU模块可以通过与上位机相连，以发送云台的转向命令，所述MCU模块根据接收到的转向命令控制带动超声清洗换能器8转向，以调整清洗角度。\n[0036] 作为一种可选的实施方式，所述旋转云台7与不锈钢支架6的连接处设有缓冲垫圈，以避免电机振动对超声清洗换能器8的振动产生影响；作为另一种可选的实施方式，超声清洗换能器8可以悬挂在不锈钢支架6下面，通过使用连接绳防止调速电机振动对超声清洗换能器8的振动产生影响。\n[0037] 为了解决本水下超声清洗器防水以及抗压的技术问题，所述的超声清洗换能器8 主体部分采用钢体金属外壳，具有较好的耐压性和散热性，所能承受最大功率达2500W，为减少阶梯变幅杆在突变截面处的应力集中，采用带过渡圆弧的阶梯变幅杆，不锈钢铝合金材料。外露的导电部分采用热熔胶密封，外露的非导电的外壳整体用胶皮包裹，且在外壳与导电部分接触区域采用热熔胶密封防水。\n[0038] 实施例2\n[0039] 如图1和图2所示，在实施例1基础上，本发明还提供了一种所述的水下超声清洗器的工作方法，包括如下步骤:通过手动或自动方式控制四旋翼下潜装置携带清洗机构清洁水下构建物上的污秽。\n[0040] 在本实施例2中关于水下超声清洗器的各部分的描述参见实施例1的相关内容，这里不再赘述。\n[0041] 关于对四旋翼下潜装置的控制，以下采用了三种实施方式。[〇〇42] 实施方式一[〇〇43]通过手动方式控制四旋翼下潜装置携带清洗机构清洁水下构建物上的污秽的方法包括:\n[0044]通过摄像装置5拍摄水中图像，并将该水中图像上传至上位机9进行人工识别，使用者通过操作上位机9实现对水下超声清洗器的控制。\n[0045]具体的，通过上位机播放水中拍摄的图像，通过人工对图像中的污秽物进行识别， 从而达到人工控制本四旋翼下潜装置移动，和/或超声清洗换能器8的转向，进而达到清洁的目的。[〇〇46] 本实施方式可以通过VS2010编写操作界面，在界面上实时显示水下情况。[〇〇47]实施方式二[〇〇48]通过自动方式控制四旋翼下潜装置携带清洗机构清洁水下构建物上的污秽的方法包括:\n[0049] 通过摄像装置5拍摄水中图像，并将该图像与污秽物图像样本比对以进行识别；当判断为污秽物时，自动控制水下超声清洗器对该污秽物进行清洗。\n[0050] 具体的，所述M⑶模块与一存储单元相连，可选的，存储单元也可以在上位机实现， 所述存储单元存储有污秽物图像样本数据，即污秽物的颜色、形状等，识别工作可以在MCU 模块实现，也可以在上位机9实现。若上位机9实现，则通过将识别数据传输给控制单元即可。[0051 ]实施方式三\n[0052]通过自动方式控制四旋翼下潜装置携带清洗机构清洁水下构建物上的污秽的方法包括:[〇〇53]通过上位机9对水下构建物的待清洁面进行建模，即将待清洁面分割成一阵列;所述上位机9控制水下超声清洗器沿阵列的各行依次清洗，或沿阵列的各列依次进行清洗。\n[0054] 该方式也属于自动无人控制，对水下构建物进行全方面清洗，不错过一个死角，所述阵列由若干横向路径(各行)和纵向路径(各列)划分而成，所述水下超声清洗器可以沿各行依次清洗，或沿阵列的各列依次进行清洗。\n[0055] 需实现该清洁方式，需要对水下构建物的待清洁面进行建模，即测量待清洁面的长、宽。本方式适用于大面积的展开区域，优选为长方形、正方形和圆形，若是异形，则采用本清洁方式效果较差。\n[0056] 本实施方式也可以与实施方式二相结合，即识别当前区域无污秽物，则运行到下一处，提高清洗效率。\n[0057] 本发明克服现有技术中清理闸门或大坝存在的一些问题，如使用高压射水进行清洗时，若流速过快会造成压力过大，伤及油漆及构建物本身，但若减小流速，清洗效果就会大打折扣，又如水闸停工后，进行人工敲击，但力度大小难以准确把握，容易因用力过猛导致闸门或者水管的损伤，及现有技术使用水下机器人成本高等问题。具有操作简单，清洗效果更好，无需停工，具有良好的应用前景。[〇〇58]以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。