CN110171007A - 长引水隧道、水质状态巡检治理机器人及巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长引水隧道、水质状态巡检治理机器人及巡检方法，解决了现有技术中人工隧道巡检工作效率低，安全系数低的问题。本发明包括机架，机架上设有检测装置和供电系统，机架的两端均设有腿部机构，机架的下部设有清淤机构，清淤机构、检测装置和腿部机构均与供电系统相连接。所述机架的两端均设有至少两个腿部机构，腿部机构等角度铰接在机架上，且腿部机构配合能撑紧在洞壁上。本发明利用机器人对大直径长引水隧道健康状态进行全方位多方面巡检，并利用清淤机构进行洞内清淤治理，整个过程无需工作人员进入隧道内部，大大提高了施工安全系数。

Description

长引水隧道、水质状态巡检治理机器人及巡检方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种长引水隧道、水质状态巡检治理机器人及巡检方法。

背景技术

随着隧道技术发展和引水、发电的需求增大，针对大型和特大型水电站、大型引水工程中的大直径长引水隧洞越来越多。一般引水隧洞并非是一条水平直线，往往是弯曲和倾斜的，隧洞壁多为水泥浇筑或进行简单的水泥支护，上库与下库的水在隧洞内实现上下游的流动，实现发电、抽水蓄能、引水流动等功能。隧道的健康状况检测与维护成为了引水隧道的一项重要工作；引水隧道的定期巡检的重大需求越来越凸显，成为了引水隧道的一项常态工作，如果不进行巡检，难以掌握引水隧道健康状态变化趋势，很可能量变引起质变，隧洞坍塌、漏水等现象出现，造成极大的经济损失。但目前的因隧道的检测手段仍依赖于人工作业，且需停工检测，检测人员深入到这样直径数米且黑漆漆的高水压隧洞检查，存在较大大的作业风险，并且肉眼很难无误差的检测所有细节，如隧洞壁是否有裂缝，是否大量滋生水生物等问题，另外停水巡检也极大干扰了隧道正常运行。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种长引水隧道、水质状态巡检治理机器人及巡检方法，解决了现有技术中人工隧道巡检工作效率低，安全系数低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种长引水隧道、水质状态巡检治理机器人，包括机架，机架上设有检测装置和供电系统，机架的两端均设有腿部机构，机架的下部设有清淤机构，清淤机构、检测装置和腿部机构均与供电系统相连接。

所述机架的两端均设有至少两个腿部机构，腿部机构等角度铰接在机架上，且腿部机构配合能撑紧在洞壁上。

所述腿部机构包括第一伸缩件和连接杆件，第一伸缩件的一端与机架铰接、另一端与连接杆件铰接，连接杆件的一端与机架铰接、另一端铰接有柱座，柱座通过缓冲机构与连接杆件相连接；所述柱座上转动设有轮座，轮座通过传动机构与柱座相连接，轮座上转动设有滚轮，滚轮与设置在轮座上的第一驱动件相连接。

所述缓冲机构包括缓冲杆和缓冲弹簧，缓冲弹簧套设在缓冲杆上，缓冲杆的两端分别与连接杆件、柱座铰接。

所述传动机构包括上锥齿轮和下锥齿轮，上锥齿轮固定设置在轮座的下部，柱座上固定设有第二驱动件，下锥齿轮设置在第二驱动件的驱动轴上，上锥齿轮与下锥齿轮相啮合。

所述检测装置包括固定环，固定环通过滑移机构与机架活动连接，固定环上转动设有旋转环，旋转环通过旋转驱动机构与固定环转动连接，旋转环的外圆周上固定设有至少一个检测机械臂和若干个激光测距仪，检测机械臂上设有洞壁情况可视化装置。

所述旋转驱动机构包括固定在固定环上的驱动元件，驱动元件上设有小齿轮，旋转环的内壁上设有大齿圈，小齿轮与大齿圈相配合。

所述清淤机构包括中间支撑柱、斗式清淤机和/或夹爪式清淤机，斗式清淤机和夹爪式清淤机分别与后部渣淤收集系统相连接。

所述机架上设有摄像机、液位计、流量计、温度传感器和/或水压传感器和水质检测仪。

一种长引水隧道、水质状态巡检治理机器人的巡检方法，包括以下步骤：

S1：将该机器人吊运至隧道洞内；

S2：调节第一伸缩件，第一伸缩件联合缓冲装置使滚轮撑紧在洞壁上，然后启动第一驱动件带动滚轮转动，带动机架沿洞壁运动；

S3：运动过程中遇到转弯隧道，第二驱动件通过传动机构带动轮座转动，实现滚轮运动方向的改变；

S4：机架运动过程中，旋转驱动机构带动旋转环沿固定环转动，旋转环上的激光测距仪检测隧道洞的沉降情况，检测机械臂上的洞壁情况可视化装置显示洞壁是否破损；

S5：机架运动过程中，机架上的摄像机、液位计、流量计和/或温度传感器多方面检测隧道洞内是有淤泥沉积；若存在淤泥沉积，启动清淤机构对淤泥进行清理；

S6：重复步骤S2~S5，直至完成整个隧道的巡检治理。

本发明利用机器人对大直径长引水隧道健康状态进行全方位多方面巡检，并利用清淤机构进行洞内清淤治理，整个过程无需工作人员进入隧道内部，大大提高了施工安全系数。本发明能从多方面进行洞壁情况检测，自动化程度高，检测精度高，提高了检测效率，缩短检测周期，是隧道检测的一大创新，具有较高的推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明腿部机构结构示意图。

图3为本发明检测装置结构示意图。

图4为本发明检测装置与机架连接状态示意图。

图5为本发明清淤机构结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，如图1所示，一种长引水隧道、水质状态巡检治理机器人，包括机架1，机架1上设有检测装置3和供电系统5，检测装置3可沿机架1进行轴向和周向远动，用于对隧洞内壁进行全方位检测。机架1的两端均设有腿部机构2，腿部机构用于支撑机架且带动机架沿隧道洞壁运动。机架1的下部设有清淤机构4，清淤机构用于将隧道洞内的淤泥清除。清淤机构4、检测装置3和腿部机构2均与供电系统5通过电线连接，供电系统5为其提供工作所需的电力。所述机架1上设有摄像机、液位计、流量计和/或温度传感器和/或水压传感器和水质检测仪。通过摄像头可以清楚地显示隧道内部情况，液位计用于显示隧道洞内淤泥或泥水液位高度；流量计用于测量泥水流量，温度传感器用于检测隧道洞内水温是否正常，水压传感器用于检测内部水压，为下一步清淤工作做好准备。除此之外，机架上还可以根据实际情况安装其他检测元件，比如水质检测仪，在检测隧道洞壁的同时，还可对内部水的化学需氧量、浑浊度、细菌总数等指标进行检测。

优选地，所述机架1的两端均设有至少两个腿部机构2，可根据需要设置3个或4个，以能稳定支撑机架为准。腿部机构2等角度铰接在机架1上，确保机架的稳定，当设有多个腿部机构时，也可不等角度设置，只要能满足机架的运行稳定即可，所有腿部机构2配合使用能撑紧在洞壁上。

进一步，如图2所示，所述腿部机构2包括第一伸缩件201和连接杆件207，第一伸缩件201可采用油缸或气缸，第一伸缩件201的一端与机架1铰接、另一端与连接杆件207铰接，通过第一伸缩件的伸缩，实现连接杆件摆动角度的调节。连接杆件207的一端与机架1铰接、另一端铰接有柱座208，连接杆件摆动带动柱座上下移动。柱座208通过缓冲机构206与连接杆件207相连接，缓冲机构206起到支撑柱座和缓冲作用。所述柱座208上转动设有轮座209，轮座可通过轴承与柱座转动连接，轮座209通过传动机构205与柱座208相连接，通过传动机构实现轮座与柱座的相对转动，轮座209上转动设有滚轮204，滚轮可撑紧在隧道洞壁上，滚轮204与设置在轮座209上的第一驱动件203相连接，第一驱动件可采用电机或马达，通过第一驱动件的转动带动滚轮转动，实现机架的运动。

进一步，所述缓冲机构206包括缓冲杆210和缓冲弹簧211，缓冲弹簧211套设在缓冲杆210上，缓冲杆210的两端分别与连接杆件207、柱座208铰接。缓冲杆210用于支撑柱座，缓冲弹簧用于缓冲腿部机构受到的震动，保证机架的平稳运动。所述传动机构205包括上锥齿轮212和下锥齿轮213，上锥齿轮212固定设置在轮座209的下部，柱座208上固定设有第二驱动件202，第二驱动件202采用电机或马达，下锥齿轮213设置在第二驱动件202的驱动轴上，上锥齿轮212与下锥齿轮213相啮合。第二驱动件转动通过下锥齿轮带动上锥齿轮转动，带动滚轮前进方向改变，从而实现机器人转弯。

实施例2，如图3所示，一种长引水隧道、水质状态巡检治理机器人，所述检测装置3包括固定环301，固定环301通过滑移机构310与机架1活动连接，滑移机构310可采用油缸或气缸或齿轮齿条组件，带动固定环环机架进行轴向运动。固定环301上转动设有旋转环303，旋转环303通过旋转驱动机构302与固定环301转动连接，通过旋转驱动机构实现旋转环绕固定环进行周向运动。旋转环303的外圆周上固定设有至少一个检测机械臂304和若干个激光测距仪306，若干个激光测距仪306沿圆周方向设置在旋转环上，可等角度设置，用于检测隧洞的沉降情况，检测机械臂304上设有洞壁情况可视化装置305，可视化装置305可采用摄像机等可视化状组织，可以图像识别隧道洞壁是否破损。

进一步，如图4所示，所述旋转驱动机构302包括固定在固定环301上的驱动元件307，驱动元件可采用电机或马达，驱动元件307的输出端设有小齿轮308，旋转环303的内壁上固定设有大齿圈309，小齿轮308与大齿圈309相配合，驱动元件转动通过小齿轮带动大齿圈转动，进而实现旋转环绕固定环的转动，使旋转环上的检测装置对隧道洞壁进行360度全方位检测，提高检测效率和检测精度。

优选地，如图5所示，所述清淤机构4包括中间支撑柱402、斗式清淤机401和/或夹爪式清淤机403，中间支撑柱402可采用伸缩式支柱清淤机构，起到支撑斗式清淤机401和夹爪式清淤机402的作用，同时确保斗式清淤机401和/或夹爪式清淤机403的稳定清淤，斗式清淤机401和夹爪式清淤机403可配合使用，也可单独使用，斗式清淤机401和夹爪式清淤机403分别与后部渣淤收集系统相连接。当检测到隧道洞内有淤泥时，通过斗式清淤机401和/或夹爪式清淤机403进行清淤，斗式清淤机401和/或夹爪式清淤机403内的真空吸泵将泥渣泵送至后部渣淤收集系统，进行泥渣清运。

其他结构与实施例1相同。

实施例3，一种长引水隧道、水质状态巡检治理机器人的巡检方法，包括以下步骤：

S1：将该机器人吊运至隧道洞内；

S2：调节第一伸缩件，第一伸缩件联合缓冲装置使滚轮撑紧在洞壁上，然后启动第一驱动件带动滚轮转动，带动机架沿洞壁运动；

S3：运动过程中遇到转弯隧道，第二驱动件通过传动机构带动轮座转动，实现滚轮运动方向的改变，进而实现机器人的转弯；

S4：机架运动过程中，旋转驱动机构带动旋转环沿固定环转动，旋转环上的激光测距仪检测隧道洞的沉降情况，检测机械臂上的洞壁情况可视化装置显示洞壁是否破损，并将信号传递给后台控制器。

S5：机架运动过程中，机架上的摄像机、液位计、流量计和/或温度传感器多方面检测隧道洞内是有淤泥沉积；若存在淤泥沉积，启动清淤机构对淤泥进行清理；水质检测仪用于检测隧道洞内水质状况。

S6：重复步骤S2~S5，直至完成整个隧道的巡检治理。

其他结构与实施例2相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种长引水隧道、水质状态巡检治理机器人，其特征在于：包括机架（1），机架（1）上设有检测装置（3）和供电系统（5），机架（1）的两端均设有腿部机构（2），机架（1）的下部设有清淤机构（4），清淤机构（4）、检测装置（3）和腿部机构（2）均与供电系统（5）相连接。

2.根据权利要求1所述的长引水隧道、水质状态巡检治理机器人，其特征在于：所述机架（1）的两端均设有至少两个腿部机构（2），腿部机构（2）等角度铰接在机架（1）上，且腿部机构（2）配合能撑紧在洞壁上。

3.根据权利要求2所述的长引水隧道、水质状态巡检治理机器人，其特征在于：所述腿部机构（2）包括第一伸缩件（201）和连接杆件（207），第一伸缩件（201）的一端与机架（1）铰接、另一端与连接杆件（207）铰接，连接杆件（207）的一端与机架（1）铰接、另一端铰接有柱座（208），柱座（208）通过缓冲机构（206）与连接杆件（207）相连接；所述柱座（208）上转动设有轮座（209），轮座（209）通过传动机构（205）与柱座（208）相连接，轮座（209）上转动设有滚轮（204），滚轮（204）与设置在轮座（209）上的第一驱动件（203）相连接。

4.根据权利要求3所述的长引水隧道、水质状态巡检治理机器人，其特征在于：所述缓冲机构（206）包括缓冲杆（210）和缓冲弹簧（211），缓冲弹簧（211）套设在缓冲杆（210）上，缓冲杆（210）的两端分别与连接杆件（207）、柱座（208）铰接。

5.根据权利要求3或4所述的长引水隧道、水质状态巡检治理机器人，其特征在于：所述传动机构（205）包括上锥齿轮（212）和下锥齿轮（213），上锥齿轮（212）固定设置在轮座（209）的下部，柱座（208）上固定设有第二驱动件（202），下锥齿轮（213）设置在第二驱动件（202）的驱动轴上，上锥齿轮（212）与下锥齿轮（213）相啮合。

6.根据权利要求1或3或4所述的长引水隧道、水质状态巡检治理机器人，其特征在于：所述检测装置（3）包括固定环（301），固定环（301）通过滑移机构（310）与机架（1）活动连接，固定环（301）上转动设有旋转环（303），旋转环（303）通过旋转驱动机构（302）与固定环（301）转动连接，旋转环（303）的外圆周上固定设有至少一个检测机械臂（304）和若干个激光测距仪（306），检测机械臂（304）上设有洞壁情况可视化装置（305）。

7.根据权利要求6所述的长引水隧道、水质状态巡检治理机器人，其特征在于：所述旋转驱动机构（302）包括固定在固定环（301）上的驱动元件（307），驱动元件（307）上设有小齿轮（308），旋转环（303）的内壁上设有大齿圈（309），小齿轮（308）与大齿圈（309）相配合。

8.根据权利要求1或7所述的长引水隧道、水质状态巡检治理机器人，其特征在于：所述清淤机构（4）包括中间支撑柱（402）、斗式清淤机（401）和/或夹爪式清淤机（403），斗式清淤机（401）和夹爪式清淤机（402）分别与后部渣淤收集系统相连接。

9.根据权利要求1所述的长引水隧道、水质状态巡检治理机器人，其特征在于：所述机架（1）上设有摄像机、液位计、流量计、温度传感器和/或水压传感器和水质检测仪。

10.一种如权利要求1或8所述的长引水隧道、水质状态巡检治理机器人的巡检方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将该机器人吊运至隧道洞内；

S2：调节第一伸缩件，第一伸缩件联合缓冲装置使滚轮撑紧在洞壁上，然后启动第一驱动件带动滚轮转动，带动机架沿洞壁运动；

S3：运动过程中遇到转弯隧道，第二驱动件通过传动机构带动轮座转动，实现滚轮运动方向的改变；

S4：机架运动过程中，旋转驱动机构带动旋转环沿固定环转动，旋转环上的激光测距仪检测隧道洞的沉降情况，检测机械臂上的洞壁情况可视化装置显示洞壁是否破损；

S5：机架运动过程中，机架上的摄像机、液位计、流量计和/或温度传感器多方面检测隧道洞内是有淤泥沉积；若存在淤泥沉积，启动清淤机构对淤泥进行清理；

S6：重复步骤S2~S5，直至完成整个隧道的巡检治理。