CN110576953A - 子母式大直径长引水隧洞水下检测机器人系统 - Google Patents

子母式大直径长引水隧洞水下检测机器人系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及子母式大直径长引水隧洞水下检测机器人系统，包括岸基操控集装箱、车载绞车系统、爬行母巡检机器人及机动式子检测机器人，所述车载绞车系统用于布放与回收电缆，所述电缆一端与爬行母巡检机器人连接，所述电缆另一端与操控集装箱连接，所述机动式子检测机器人安装于爬行母巡检机器人上。本发明采用爬行母巡检机器人与机动式子检测机器人的工作模式可以适应隧洞复杂环境下的全方位、多层次检测。本发明通过电缆计长的方式可预报子母机器人的运动距离，有效解决了机器人在隧洞中的定位问题，本发明有效解决了国内隧洞依靠人工检测、自动化程度低的问题，其可以实现在水检测，避免人工检测需要进行断流而造成的经济损失。

Description

子母式大直径长引水隧洞水下检测机器人系统
技术领域
本发明涉及检测机器人领域，尤其涉及子母式大直径长引水隧洞水下检测机器人系统。
背景技术
随着我国大型水电站、大型号引水工程不断展开，引水隧洞的规模也在不断扩大。尤其六七十年建设的水电项目，但大批引水隧洞因为铺设时间久远，隧洞表面出现裂纹、塌方、掉块、露筋等缺陷检测，这些安全隐患直接影响结构安全，必须要有专门的技术手段进行定期检查和维护。
目前，水电站常用的办法主要是停止发电，断流排空状态下采用人工进行检修。类似的维护工作不仅效率低，而且造成巨大的经济损失。
发明内容
本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种子母式大直径长引水隧洞水下检测机器人系统，其能实现大型水电站、大型号引水工程中的大直径引水隧洞在水自动化检测，且能够累积缺陷数据，对引水隧洞结构进行安全评估。
本发明所采用的技术方案如下：
子母式大直径长引水隧洞水下检测机器人系统，包括岸基操控集装箱、车载绞车系统、爬行母巡检机器人及机动式子检测机器人，所述车载绞车系统用于布放与回收电缆，所述电缆一端与爬行母巡检机器人连接，所述电缆另一端与操控集装箱连接，所述机动式子检测机器人安装于爬行母巡检机器人上。
其进一步技术方案在于：
所述爬行母巡检机器人的具体结构如下：
包括机器人本体，于所述机器人本体上设置多块浮力块，在所述机器人本体的底部设置多排轮组机构，各排轮组机构的外围均覆盖爬行履带；
于所述机器人本体上还分别设置LED灯阵、高清摄像机、管道声纳、图像声纳、导航设备及水下激光成像雷达；
所述机动式子检测机器人包括搭载支架、观通模块、透明壳体、多个推进器及耐压壳体，各推进器分别沿水平面及垂直面安装在耐压壳体上，耐压壳体与透明壳体连接，在所述透明壳体内部设置观通模块，所述耐压壳体安装于搭载支架。
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单、机动灵活，采用爬行母巡检机器人与机动式子检测机器人的工作模式可以适应隧洞复杂环境下的全方位、多层次检测。本发明通过电缆计长的方式可预报子母机器人的运动距离，有效解决了机器人在隧洞中的定位问题，本发明有效解决了国内隧洞依靠人工检测、自动化程度低的问题，其可以实现在水检测，避免人工检测需要进行断流而造成的经济损失。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图。
图2为本发明中爬行母巡检机器人的结构示意图。
图3为图2的侧视图。
图4为本发明中机动式子检测机器人的结构示意图。
图5为图4的侧视图。
图6为图4的俯视图。
图7为本发明中机动式字检测机器人的推力分布图。
图8为本发明的检测流程示意图。
其中：1、岸基操控集装箱；2、车载绞车系统；3、爬行母巡检机器人；301、机器人本体；302、机械手；303、浮力块；304、爬行履带；305、轮组机构；306、LED灯阵；307、高清摄像机；308、图像声纳；309、管道声纳；310、导航设备；311、水下激光成像雷达；4、机动式子检测机器人；401、耐压壳体；402、推进器；403、透明壳体；404、观通模块；405、搭载支架。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，子母式大直径长引水隧洞水下检测机器人系统包括岸基操控集装箱1、车载绞车系统2、爬行母巡检机器人3及机动式子检测机器人4，车载绞车系统2用于布放与回收电缆，其能实现精准的长度计数，有效预报机器人的运动距离，为实现隧洞缺陷检测提供技术保障。车载绞车系统2是公知技术，通过排缆装置进行电缆的收放。电缆计长是通过转筒处搭载的速度传感器，根据排缆长度L＝V*T进行累计计算，(V出缆速度，T时间)。
上述电缆一端与爬行母巡检机器人3连接，电缆另一端与操控集装箱1连接，机动式子检测机器人4置于爬行母巡检机器人3上。如图1所示，岸基操控根据爬行母巡检机器人3及机动式子检测机器人4返回的检测信息进行分析鉴别，其不仅能实现指挥控制命令的发送还能远程遥控进行更为精细化的作业，其能还准确提取隧洞缺陷的有效特征信息，保证高密度视频检测信息的传输及控制命令的可靠交互。
如图2、图3所示，爬行母巡检机器人3的具体结构如下：
包括机器人本体301，于机器人本体301上设置多块浮力块303，浮力块303的设置能平衡一部分机器人本体301的重量，从而减小前进能耗。在机器人本体301的底部设置多排轮组机构305，各排轮组机构305的外围均覆盖爬行履带304，爬行履带304的设置便于在隧洞内行进过程中具有足够的电缆拖带能力，于机器人本体301上还分别设置LED灯阵306、高清摄像机307、图像声纳308、管道声纳309、导航设备310及水下激光成像雷达311。
如图4、图5及图6所示，机动式子检测机器人4包括搭载支架405、观通模块404、透明壳体403、多个推进器402及耐压壳体401，各推进器402分别沿水平面及垂直面安装在耐压壳体401上，耐压壳体401与透明壳体403连接，在透明壳体403内部设置观通模块404，该观通模块404由上述高清摄像机307和LED灯阵306组成，耐压壳体401安装于搭载支架405。
本发明中机动式子检测机器人4与爬行母巡检机器人3之间采用光纤通讯，机动式子检测机器人4执行爬行母巡检机器人3的指令并进行精细观察作业，两者通过光纤进行信息交互，配合岸基人员检测操作。
为了满足机动式子检测机器人4的机动性要求，通过在水平面与垂直面布置推进器402，其能实现机动式子检测机器人4的常规运动，例如上浮、下潜、左右运动及垂直面横滚，尽可能减少推力器配置的情况下能满足检测需要。通过在水平面和垂直面布置推进器402可以为机动式子检测机器人4提供灵活机动的动力要求。推力分布与力矩分布的计算公式如下：
其中T1～T2表示水平面和垂直面的两个推进器提供的推力，Mi表示环绕坐标轴的回转力矩。如图7机动式子检测机器人4的推力分布图所示，a和b分别表示推进器中心至X轴和Y轴的距离。
本发明的具体工作流程如下：
如图8所示，隧洞检测过程分四个步骤进行，本发明中爬行母巡检机器人3只走单向路径，回收时由车载绞车系统2反收电缆，而爬行母巡检机器人3则由引水隧洞的检修口进行回收。
A、系统布放；
由爬行母巡检机器人3背负机动式子检测机器人4沿着隧洞铺设的平台，在自身导航设备指引并通过爬行履带304沿引水隧洞的侧壁入洞，在入洞过程中，车载绞车系统2均匀放出电缆，并进行长度计算。
B、爬行巡检；
爬行母巡检机器人3在爬行过程中依靠搭载的管道声纳、图像声纳及摄像机对隧洞内部实时扫描，岸基操控集装箱1根据水下传回的信息进行鉴别处理，若遇到可以之处机器人停止前进，预备进行精细化作业。
C、定点巡检；
爬行母巡检机器人3接受由岸基操控集装箱1发出的停止前进的指令后，开启机动式子检测机器人4，机动式子检测机器人4开启推进器402进行定深定高等精细化作业状态，根据信息交互，进行近距离洞壁缺陷探测，岸基操控集装箱1根据水下反馈信息进行缺陷特征分析处理，然后在隧洞施工图上标记，最后回收机动式子检测机器人4，由爬行母巡检机器人3继续巡检。
D、系统回收；
当完成一段长距离引水隧洞检测后，通过检修孔回收爬行母巡检机器人3，爬行母巡检机器人3依靠爬行履带304爬行至检修洞口，由人工进行电缆与爬行母巡检机器人3本体分析，通过岸基吊车起吊回收，同时开启车载绞车系统2进行电缆回收。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (4)

1.子母式大直径长引水隧洞水下检测机器人系统，其特征在于：包括岸基操控集装箱(1)、车载绞车系统(2)、爬行母巡检机器人(3)及机动式子检测机器人(4)，所述车载绞车系统(2)用于布放与回收电缆，所述电缆一端与爬行母巡检机器人(3)连接，所述电缆另一端与操控集装箱(1)连接，所述机动式子检测机器人(4)安装于爬行母巡检机器人(3)上。
2.如权利要求1所述的子母式大直径长引水隧洞水下检测机器人系统，其特征在于：所述爬行母巡检机器人(3)的具体结构如下：
包括机器人本体(301)，于所述机器人本体(301)上设置多块浮力块(303)，在所述机器人本体(301)的底部设置多排轮组机构(305)，各排轮组机构(305)的外围均覆盖爬行履带(304)。
3.如权利要求2所述的子母式大直径长引水隧洞水下检测机器人系统，其特征在于：于所述机器人本体(301)上还分别设置LED灯阵(306)、高清摄像机(307)、管道声纳(308)、图像声纳(309)、导航设备(310)及水下激光成像雷达(311)。
4.如权利要求1所述的子母式大直径长引水隧洞水下检测机器人系统，其特征在于：所述机动式子检测机器人(4)包括搭载支架(405)、观通模块(404)、透明壳体(403)、多个推进器(402)及耐压壳体(401)，各推进器(402)分别沿水平面及垂直面安装在耐压壳体(401)上，耐压壳体(401)与透明壳体(403)连接，在所述透明壳体(403)内部设置观通模块(404)，所述耐压壳体(401)安装于搭载支架(405)。
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