CN106828830B - 引水隧道内壁检测机器人系统及实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种引水隧道内壁检测机器人系统及实施方法，包括外部遥控装置和工作端两部分组成，工作端部分由艇身、照明装置、水下密封推进器、探测传感装置、航姿监控模块、电子控制系统密封舱、防水电源系统、前后防撞导向轮组成。引水隧道内壁检测机器人系统外部遥控装置与水下工作端通过脐带缆连接，脐带缆内含有视频电缆和数据传输光纤，脐带缆与水下工作端部分的连接处采用水密封插头连接，机器人潜入水下后，水下工作端通过摄像头对引水隧道进行实时监测，并及时把监测结果传给操作者，以保证水下工作端顺利完成水下检测任务；本发明中的水下工作端可以准确地到达水下指定位置，可以检测引水隧道运行状况及是否存在受损等缺陷情况。
Description
技术领域
本发明是涉及一种引水隧道内壁检测机器人系统及实施方法，具体地说是涉及一种可以进行密封引水隧道内壁定期检测，适应多变水下环境和复杂地形，进行现场环境拍照和视频录制，完成人所不能及的工作任务的机器人系统及实施方法。
背景技术
21世纪是人类向海洋进军的世纪。深海作为人类开发的宝地和高技术领域之一，已经成为各国的重要战略目标，也是近几年国际上竞争的焦点之一。无人遥控潜水器（Remote Operated Vehicles, ROV），也称水下机器人。一种工作于水下的极限作业机器人，能潜入水中代替人完成某些操作，又称潜水器。水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。其功能多种多样，不同类型的ROV用于执行不同的任务，被广泛应用于军队、海岸警卫、海事、海关、核电、水电、海洋石油、渔业、海上救助、管线探测和海洋科学研究等各个领域。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点，提供了一种可以进行密封引水隧道内壁定期检测，适应多变水下环境和复杂地形，进行现场环境拍照和视频录制，完成人所不能及的工作任务的机器人系统及实施方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种引水隧道内壁检测机器人系统及实施方法，其系统组成包括外部遥控装置和工作端两部分；所述的外部遥控装置包括主控计算机、控制手柄、显示系统和水下通信接口及脐带缆、缆绳收放设备、电源系统；所述的工作端采用框架式模块化结构，包括艇身、照明装置、水下密封推进器、探测传感装置、航姿监控模块、电子控制系统密封舱、防水电源系统、前后防撞导向轮。
所述的工作端部分中的艇身是采用碳纤维板材制作，所述的碳纤维板透水性好。
所述的工作端部分中的照明装置是由1个防水照明灯组成。
所述的工作端部分中的水下密封推进器是由推进电机、减速器、外壳、密封盖、螺旋桨和挡流圈组成，其中推进电机和减速器相连，固定在外壳内，外壳与密封盖之间用O型圈密封，外壳内其它空间用变压器油密封，减速器轴末端装有螺旋桨，其分布为：横向密封推进器两台，位于艇身的侧面，贯穿艇身；垂向密封推进器两台，位于艇身的上面，贯穿艇身；主密封推进器一台，位于艇身的末端。
所述的工作端部分中的探测传感装置包括：广角摄像头，位于艇艏；声纳避碰装置，位于艇艏；激光雷达共9部，艇艏有1部激光雷达，机器人侧部光学扫描系统共8处，其中每处有1部激光雷达。
所述的机器人侧部光学扫描系统由广角摄像头、照明装置和激光雷达组成。
所述的工作端部分中的防水电源系统，其内部电池为可防水承压的磷酸铁锂电池。
所述的电子控制系统密封舱是由信号端盖、圆舱身、电源板、驱动板、主板、控制板、航姿监控模块和光端交换机组成，信号端盖与圆舱身之间采用嵌入式密封方式，中间用O型密封圈密封。
所述的电子控制系统密封舱端盖上有防水插槽。
所述的工作端艇身前后装有防撞导向轮，前部防撞导向轮共4个，分别间隔90°布放；后部防撞导向轮共4个，分别间隔90°布放，防撞导向轮与艇身连接处为应急阻力板。
所述的电子控制系统密封舱内部装有航姿监控模块，航姿监控模块由MEMS陀螺仪与电子罗盘组成。
本发明克服了水下机器人的关键部位防水问题，能够长时间水下工作，不仅能在各种环境的水中作业，也可以在地形复杂的水底工作。
附图说明
图1为本发明提供的水下密封推进器的结构示意图（外壳1、推进电机2、减速器3、密封盖4、螺旋桨5、挡流圈6）；
图2为本发明提供的电子控制系统密封舱的内部结构示意图（信号端盖7、圆舱身8、光端交换机9、电源板10、主板11、密封圈12、控制板13、驱动板14、航姿监控模块15）；
图3为本发明提供的水下工作端结构图（照明装置16、声纳避碰装置17、激光雷达18、广角摄像头19、机器人侧部光学扫描系统20、垂向密封推进器21、应急阻力板22、后部防撞导向轮23、主密封推进器24、横向密封推进器25、前部防撞导向轮26）。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图3示出了本发明提供的水下工作端结构。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。
本发明提供的一种引水隧道内壁检测机器人系统及实施方法，其系统组成包括外部遥控装置和工作端两部分；所述的外部遥控装置包括主控计算机、控制手柄、显示系统和水下通信接口及脐带缆、缆绳收放设备、电源系统；所述的工作端采用框架式模块化结构，包括艇身、照明装置16、水下密封推进器、探测传感装置、航姿监控模块15、电子控制系统密封舱、防水电源系统、前后防撞导向轮。
所述的工作端部分中的艇身是采用碳纤维板材制作，所述的碳纤维板透水性好。
所述的工作端部分中的照明装置16是由1个防水照明灯组成。
所述的工作端部分中的水下密封推进器是由推进电机2、减速器3、外壳1、密封盖4、螺旋桨5和挡流圈6组成，其中推进电机2和减速器3相连，固定在外壳1内，外壳1与密封盖4之间用O型圈密封，外壳1内其它空间用变压器油密封，减速器3轴末端装有螺旋桨5，其分布为：横向密封推进器25两台，位于艇身的侧面，贯穿艇身；垂向密封推进器21两台，位于艇身的上面，贯穿艇身；主密封推进器24一台，位于艇身的末端。
所述的工作端部分中的探测传感装置包括：广角摄像头19，位于艇艏；声纳避碰装置2，位于艇艏；激光雷达18共9部，艇艏有1部激光雷达18，机器人侧部光学扫描系统20共8处，其中每处有1部激光雷达18。
所述的机器人侧部光学扫描系统由广角摄像头19、照明装置16和激光雷达18组成。
所述的工作端部分中的防水电源系统，其内部电池为可防水承压的磷酸铁锂电池。
所述的电子控制系统密封舱是由信号端盖7、圆舱身8、电源板10、驱动板14、主板11、控制板13、航姿监控模块15和光端交换机9组成，信号端盖7与圆舱身8之间采用嵌入式密封方式，中间用O型密封圈12密封。
所述的电子控制系统密封舱端盖上有防水插槽。
所述的工作端艇身前后装有防撞导向轮，前部防撞导向轮26共4个，分别间隔90°布放；后部防撞导向轮23共4个，分别间隔90°布放，防撞导向轮与艇身连接处为应急阻力板22，提高艇身的耐碰撞能力。
所述的电子控制系统密封舱内部装有航姿监控模块15，航姿监控模块15由MEMS陀螺仪与电子罗盘组成。
进一步，具体的在进行水下检测时，首先要把水下工作端吊放进水中，然后水上的外部遥控装置通过脐带缆对水下本体传送指令，密封舱内的控制板分析下达指令，驱动板驱动水下密封推进器使机器人按照预定方向前行，与此同时照明装置16和探测传感装置也开始照明和摄像，水上的显示系统可显示出其拍摄的视频，并存储下来。当发现检测目标后，利用航姿监控模块15所推导的工作端位置、姿态信息计算目标位置，并将目标位置进行记录。
Claims (7)
1.一种引水隧道内壁检测机器人系统，其特征在于，其系统组成包括外部遥控装置和工作端两部分；所述的外部遥控装置包括主控计算机、控制手柄、显示系统和水下通信接口及脐带缆、缆绳收放设备、电源系统；所述的工作端采用框架式模块化结构，包括艇身、照明装置、水下密封推进器、探测传感装置、航姿监控模块、电子控制系统密封舱、防水电源系统、前后防撞导向轮；所述的工作端部分中的水下密封推进器是由推进电机、减速器、外壳、密封盖、螺旋桨和挡流圈组成，其中推进电机和减速器相连，固定在外壳内，外壳与密封盖之间用O型圈密封，外壳内其它空间用变压器油密封，减速器轴末端装有螺旋桨，其分布为：横向密封推进器两台，位于艇身的侧面，贯穿艇身；垂向密封推进器两台，位于艇身的上面，贯穿艇身；主密封推进器一台，位于艇身的末端；所述的工作端部分中的探测传感装置包括：广角摄像头，位于艇艏；声纳避碰装置，位于艇艏；激光雷达共9部，艇艏有1部激光雷达，机器人侧部光学扫描系统共8处，其中每处有1部激光雷达；所述的机器人侧部光学扫描系统由广角摄像头、照明装置和激光雷达组成；所述的电子控制系统密封舱是由信号端盖、圆舱身、电源板、驱动板、主板、控制板、航姿监控模块和光端交换机组成，信号端盖与圆舱身之间采用嵌入式密封方式，中间用O型密封圈密封。
2.根据权利要求1所述的一种引水隧道内壁检测机器人系统，其特征在于，所述的工作端部分中的艇身是采用碳纤维板材制作，所述的碳纤维板透水性好。
3.根据权利要求1所述的一种引水隧道内壁检测机器人系统，其特征在于，所述的工作端部分中的照明装置是由1个防水照明灯组成。
4.根据权利要求1所述的一种引水隧道内壁检测机器人系统，其特征在于，所述的工作端部分中的防水电源系统，其内部电池为可防水承压的磷酸铁锂电池。
5.根据权利要求1或4所述的一种引水隧道内壁检测机器人系统，其特征在于，所述的电子控制系统密封舱端盖上有防水插槽。
6.根据权利要求1所述的一种引水隧道内壁检测机器人系统，其特征在于，所述的工作端艇身前后装有防撞导向轮，前部防撞导向轮共4个，分别间隔90°布放；后部防撞导向轮共4个，分别间隔90°布放，防撞导向轮与艇身连接处为应急阻力板。
7.根据权利要求1或4所述的一种引水隧道内壁检测机器人系统，其特征在于，所述的电子控制系统密封舱内部装有航姿监控模块，航姿监控模块由MEMS陀螺仪与电子罗盘组成。
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