CN109955269A - 一种弱gps信号环境下的地下管网探测机器人及探测方法 - Google Patents

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Abstract

一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人及探测方法，适用于地下管网的探测和测绘，解决对城市地下雨污管网探测体量和难度大的问题。本发明包含信号中继器、遥控器、自旋转球形机器人；遥控器经无线信号与信号中继器连接，信号中继器经无线信号与自旋转球形机器人连接，信号中继器经无线信号与导航卫星连接；遥控器为操作人员手持操作，自旋转球形机器人投放于要检查的地下管网内，信号中继器设置于投放自旋转球形机器人的初始投放井内。本发明能探测地下管网的布管情况和管网内的堵塞情况，极大的方便了工作人员对地下管网的维护。

Description

一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人及探测方法
技术领域
一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人及探测方法，适用于水力和测绘设备技术领域，特别适用于地下雨污管网的探测。
背景技术
城市地下管网错综复杂，可视程度低，探测体量和难度大。对于城市水务和水环境污染管理而言，掌握雨污水管网分布情况、具体走向及连通状况显得至关重要。由于地下环境阴暗复杂，进入管网内部进行人工排查明显不现实，为有力保障工作人员安全，有必要研发出可以在地下管网中进行探测的机器人。由于管网长度较大，高则长达数公里，机器人的控制方式需要为无线遥控。然而地下管网长埋在地底下，一来无线遥控器很难穿透几米厚的土地对机器人进行遥控操作，二来机器人也无法穿过地表接收到卫星的GPS信号。针对该两大难题，从实现地下管网探测功能的角度出发，研发该项发明。
发明内容
针对城市地下雨污管网探测体量和难度大的问题，本发明提供了一种解决方案。
技术方案：一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人包含信号中继器、遥控器、自旋转球形机器人；遥控器经无线信号与信号中继器连接，信号中继器经无线信号与自旋转球形机器人连接，信号中继器经无线信号与导航卫星连接；遥控器为操作人员手持操作，自旋转球形机器人投放于要检查的地下管网内，信号中继器设置于投放自旋转球形机器人的初始投放井内。
优选的，信号中继器设计为产生在钢筋混泥土封闭介质中强反射少衰减的微波信号的中继器，信号中继器包含中继器控制芯片、中继器蓄电装置、中继器信号收发装置；中继器控制芯片分别与中继器蓄电装置、中继器信号收发装置电性相连，中继器蓄电装置与中继器信号收发装置电性相连。
优选的，所述遥控器包含触控屏、蜂鸣报警器、遥控器信号收发装置、遥控器蓄电装置、有线信号数据接口、遥控器控制芯片；遥控器控制芯片分别与遥控器包含触控屏、遥控器信号收发装置、遥控器蓄电装置、有线信号数据接口、蜂鸣报警器电性相连，遥控器蓄电装置分别与触控屏、遥控器信号收发装置、有线信号数据接口、蜂鸣报警器。
优选的，自旋转球形机器人包含球形壳体、驱动装置、机器人控制芯片、探头、运动传感器、机器人蓄电装置、机器人信号收发装置；机器人控制芯片设置于球形壳体的球心处，驱动装置紧贴球形壳体，探头设置在球形壳体的探头孔处，运动传感器设置在驱动装置处，机器人蓄电装置设置在机器人控制芯片处；机器人控制芯片分别与驱动装置、探头、运动传感器、机器人蓄电装置、机器人信号收发装置电性相连。
一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人的探测方法，其特征在于，包含以下步骤：
一、打开检查井井盖，将球形机器人开机后放入地下管网底部，信号中继器开机同时下沉放置于检查井底部；
二、操作人员持手中遥控器开机并检查信号中继器GPS信号获取是否正常、遥控信号与自旋转球形机器人连接是否正常，以及自旋转球形机器人运动传感器参数回传是否正常；
三、开始作业，操作人员通过遥控器控制自旋转球形机器人顺着水流或管道坡度前行；
四、自旋转球形机器人的运动传感器不间断传回距离、速度、方位角等参数；
五、信号中继器的中继器控制芯片依据接收到的距离、速度、方位角等参数计算自旋转球形机器人所处位置A点的坐标Y=COSD*OA,L=COSC*Y,R=SINC*Y,H=SIND*OA；
六、信号中继器的中继器控制芯片依据计算得到的A点坐标换算成A点的GPS坐标，并把A点坐标、A点GPS坐标传输给遥控器；
七、遥控器控制芯片依据接收到的坐标信息绘制出自选装球形机器人在地下管网的行进路线，并结合地图显示在触控屏上；
八、如自旋转球形机器人遇到障碍物、、管道终点或扬程碰管处停滞情况，通过遥控器开启驱动装置，如果仍无法继续行进则会发出报警信息给遥控器；
九、遥控器接收到自旋转球形机器人的停滞信息后会发出蜂鸣报警；
十、操作人员根据自旋转球形机器人的GPS位置信息寻找检查井就近回收自旋转球形机器人；
十一、操作人员可以通过无线信号或有线信号把收集到的地下管网信息从遥控器下载到后台服务器进行计算、分析和共享。
有益效果：本发明一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人及探测方法能探测地下管网的布管情况和管网内的堵塞情况，极大的方便了工作人员对地下管网的维护。
附图说明
图1是本发明一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人及探测方法的整体示意图；
图2是本发明一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人及探测方法的测量示意图；
图3是本发明一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人及探测方法的信号中继器的结构示意图；
图4是本发明一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人及探测方法的遥控器的结构示意图；
图5是本发明一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人及探测方法的自旋转球形机器人的结构示意图。
图中1是信号中继器，101是中继器控制芯片，102是中继器蓄电装置，103中继器信号收发装置，2是遥控器，201是触控屏，202是蜂鸣报警器，203是遥控器信号收发装置，204遥控器蓄电装置，205是有线信号数据接口，206是遥控器控制芯片，3是自旋转球形机器人，301是球形壳体，302是驱动装置，303机器人控制芯片，304是探头，305是运动传感器，306是机器人蓄电装置，307是机器人信号收发装置。
具体实施例
一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人包含信号中继器1、遥控器2、自旋转球形机器人3；遥控器2经无线信号与信号中继器1连接，信号中继器1经无线信号与自旋转球形机器人3连接，信号中继器1经无线信号与导航卫星连接；遥控器2为操作人员手持操作，自旋转球形机器人3投放于要检查的地下管网内，信号中继器1设置于投放自旋转球形机器人的初始投放井内。
信号中继器1设计为产生在钢筋混泥土封闭介质中强反射少衰减的微波信号的中继器，信号中继器1包含中继器控制芯片101、中继器蓄电装置102、中继器信号收发装置103；中继器控制芯片101分别与中继器蓄电装置102、中继器信号收发装置103电性相连，中继器蓄电装置102与中继器信号收发装置103电性相连。
所述遥控器2包含触控屏201、蜂鸣报警器202、遥控器信号收发装置203、遥控器蓄电装置204、有线信号数据接口205、遥控器控制芯片206；遥控器控制芯片206分别与遥控器包含触控屏201、遥控器信号收发装置203、遥控器蓄电装置204、有线信号数据接口205、蜂鸣报警器202电性相连，遥控器蓄电装置204分别与触控屏201、遥控器信号收发装置203、有线信号数据接口205、蜂鸣报警器202。
自旋转球形机器人3包含球形壳体301、驱动装置302、机器人控制芯片303、探头304、运动传感器305、机器人蓄电装置306、机器人信号收发装置307；机器人控制芯片303设置于球形壳体301的球心处，驱动装置302紧贴球形壳体301，探头304设置在球形壳体301的探头孔处，运动传感器305设置在驱动装置302处，机器人蓄电装置306设置在机器人控制芯片303处；机器人控制芯片303分别与驱动装置302、探头304、运动传感器305、机器人蓄电装置306、机器人信号收发装置307电性相连。
一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人的探测方法，其特征在于，包含以下步骤：
一、打开检查井井盖，将自旋转球形机器人3开机后放入地下管网底部，信号中继器1开机同时下沉放置于检查井底部；
二、操作人员持手中遥控器2开机并检查信号中继器1GPS信号获取是否正常、遥控信号与自旋转球形机器人3连接是否正常，以及自旋转球形机器人3运动传感器305参数回传是否正常；
三、开始作业，操作人员通过遥控器2控制自旋转球形机器人3顺着水流或管道坡度前行；
四、自旋转球形机器人3的运动传感器305不间断传回距离、速度、方位角等参数；
五、信号中继器1的中继器控制芯片101依据接收到的距离、速度、方位角等参数计算自旋转球形机器人所处位置A点的坐标Y=COSD*OA,L=COSC*Y,R=SINC*Y,H=SIND*OA；
六、信号中继器1的中继器控制芯片101依据计算得到的A点坐标换算成A点的GPS坐标，并把A点坐标、A点GPS坐标传输给遥控器2；
七、遥控器控制芯片206依据接收到的坐标信息绘制出自选装球形机器人3在地下管网的行进路线，并结合地图显示在触控屏上；
八、如自旋转球形机器人3遇到障碍物、、管道终点或扬程碰管处停滞情况，通过遥控器2开启驱动装置302，如果仍无法继续行进则会发出报警信息给遥控器；
九、遥控器2接收到自旋转球形机器人3的停滞信息后会发出蜂鸣报警；
十、操作人员根据自旋转球形机器人3的GPS位置信息寻找检查井就近回收自旋转球形机器人3；
十一、操作人员可以通过无线信号或有线信号把收集到的地下管网信息从遥控器2下载到后台服务器进行计算、分析和共享。

Claims (5)

1.一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人，其特征在于：包含信号中继器（1）、遥控器（2）、自旋转球形机器人（3）；遥控器（2）经无线信号与信号中继器（1）连接，信号中继器（1）经无线信号与自旋转球形机器人（3）连接，信号中继器（1）经无线信号与导航卫星连接；遥控器（2）为操作人员手持操作，自旋转球形机器人（3）投放于要检查的地下管网内，信号中继器（1）设置于投放自旋转球形机器人的初始投放井内。
2.根据权利要求1所述一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人，其特征在于：信号中继器（1）设计为产生在钢筋混泥土封闭介质中强反射少衰减的微波信号的中继器，信号中继器（1）包含中继器控制芯片（101）、中继器蓄电装置（102）、中继器信号收发装置（103）；中继器控制芯片（101）分别与中继器蓄电装置（102）、中继器信号收发装置（103）电性相连，中继器蓄电装置（102）与中继器信号收发装置（103）电性相连。
3.根据权利要求1所述一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人，其特征在于：所述遥控器（2）包含触控屏（201）、蜂鸣报警器（202）、遥控器信号收发装置（203）、遥控器蓄电装置（204）、有线信号数据接口（205）、遥控器控制芯片（206）；遥控器控制芯片（206）分别与遥控器包含触控屏（201）、遥控器信号收发装置（203）、遥控器蓄电装置（204）、有线信号数据接口（205）、蜂鸣报警器（202）电性相连，遥控器蓄电装置（204）分别与触控屏（201）、遥控器信号收发装置（203）、有线信号数据接口（205）、蜂鸣报警器（202）。
4.根据权利要求1所述一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人，其特征在于：自旋转球形机器人（3）包含球形壳体（301）、驱动装置（302）、机器人控制芯片（303）、探头（304）、运动传感器（305）、机器人蓄电装置（306）、机器人信号收发装置（307）；机器人控制芯片（303）设置于球形壳体（301）的球心处，驱动装置（302）紧贴球形壳体（301），探头（304）设置在球形壳体（301）的探头孔处，运动传感器（305）设置在驱动装置（302）处，机器人蓄电装置（306）设置在机器人控制芯片（303）处；机器人控制芯片（303）分别与驱动装置（302）、探头（304）、运动传感器（305）、机器人蓄电装置（306）、机器人信号收发装置（307）电性相连。
5.一种弱GPS信号环境下的地下管网探测机器人的探测方法，其特征在于，包含以下步骤：
一、打开检查井井盖，将自旋转球形机器人（3）开机后放入地下管网底部，信号中继器（1）开机同时下沉放置于检查井底部；
二、操作人员持手中遥控器（2）开机并检查信号中继器（1）GPS信号获取是否正常、遥控信号与自旋转球形机器人（3）连接是否正常，以及自旋转球形机器人（3）运动传感器（305）参数回传是否正常；
三、开始作业，操作人员通过遥控器（2）控制自旋转球形机器人（3）顺着水流或管道坡度前行；
四、自旋转球形机器人（3）的运动传感器（305）不间断传回距离、速度、方位角等参数；
五、信号中继器（1）的中继器控制芯片（101）依据接收到的距离、速度、方位角等参数计算自旋转球形机器人所处位置A点的坐标Y=COSD*OA,L=COSC*Y,R=SINC*Y,H=SIND*OA；
六、信号中继器（1）的中继器控制芯片（101）依据计算得到的A点坐标换算成A点的GPS坐标，并把A点坐标、A点GPS坐标传输给遥控器（2）；
七、遥控器控制芯片（206）依据接收到的坐标信息绘制出自选装球形机器人（3）在地下管网的行进路线，并结合地图显示在触控屏上；
八、如自旋转球形机器人（3）遇到障碍物、、管道终点或扬程碰管处停滞情况，通过遥控器（2）开启驱动装置（302），如果仍无法继续行进则会发出报警信息给遥控器；
九、遥控器（2）接收到自旋转球形机器人（3）的停滞信息后会发出蜂鸣报警；
十、操作人员根据自旋转球形机器人（3）的GPS位置信息寻找检查井就近回收自旋转球形机器人（3）；
十一、操作人员可以通过无线信号或有线信号把收集到的地下管网信息从遥控器（2）下载到后台服务器进行计算、分析和共享。
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