CN110588925A - 大直径长引水隧洞水下检测机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大直径长引水隧洞水下检测机器人系统由用于发送指挥控制命令实现各系统交互的岸基操控集装箱、用于保证电缆零浮力布放回收的车载绞车系统及检测机器人组成,所述车载绞车系统由岸基操控集装箱操控并实现布放与回收,所述检测机器人与车载绞车系统的电缆连接。本发明结构简单,机动灵活,通过增设检测机器人能有效适应隧洞环境下全方位、多层次的检测。本发明中车载绞车系统采用电缆计长的方式预报机器人的运动距离,其能解决检测机器人在隧洞中的定位问题,便于后续缺陷检修。
Description
技术领域
本发明涉及水下检测设备领域,尤其涉及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,提供一种大直径长引水隧洞水下检测机器人系统,其能够实现引水隧洞的在水自动化检测,并能够累计缺陷数据,同时进行引水隧洞结构安全评估。
本发明所采用的技术方案如下:
大直径长引水隧洞水下检测机器人系统由用于发送指挥控制命令实现各系统交互的岸基操控集装箱、用于保证电缆零浮力布放回收的车载绞车系统及检测机器人组成,所述车载绞车系统由岸基操控集装箱操控并实现布放与回收,所述检测机器人与车载绞车系统的电缆连接。
其进一步技术方案在于:
所述检测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机械手、一对轮组机构、浮力材料及可调压载系统,在各轮组机构的外围包覆爬行履带;在所述机器人本体上沿水平面前后矢量分别布置四台第一推进器,在所述机器人本体上沿垂直面也布置两台第二推进器;
相邻的第一推进器均以第二推进器为中心对称布置;
所述第一推进器的布置方向相对于机器人本体的横轴中心线之间形成夹角α,所述夹角α的角度为20~30°;
所述可调压载系统的具体结构如下:
包括控制阀、水密电机、双向水泵、过滤器、可调水舱及浮球,在所述双向水泵的一端串联过滤器,在所述双向水泵的另一端依次串联控制阀及浮球,所述浮球置于可调水舱内,所述双向水泵由水密电机控制;
于所述检测机器人本体上还设置高清摄像机、管道声纳、图像声纳、LED灯阵及水下激光成像雷达。
本发明的有益效果如下:
(一)本发明结构简单,机动灵活,通过增设检测机器人能有效适应隧洞环境下全方位、多层次的检测。
(二)本发明中车载绞车系统采用电缆计长的方式预报机器人的运动距离,其能解决检测机器人在隧洞中的定位问题,便于后续缺陷检修。
(三)本发明中检测饿机器人综合水下推进技术和陆上车辆履带继续,发挥了两种手段的优势,为解决了复杂环境检测问题提供新的动力配置方案。
(四)本发明解决了传统隧洞检测依靠人工检测,自动化低的局面,且可以在水检测,避免了因人工检测必须断流造成的经济损失。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中检测机器人的主视图。
图3为图2的侧视图。
图4为图2的俯视图。
图5为本发明中检测机器人的推力分布示意图。
图6为本发明中可调压载系统的结构示意图。
图7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、检测机器人;301、第一推进器;302、浮力材料;303、爬行履带;304、机械手;305、可调压载系统;3051、控制阀;3052、水密电机;3053、双向水泵;3054、过滤器;3055、可调水舱;3056、浮球;306、轮组机构;307、第二推进器;308、管道声纳;309、图像声纳;310、LED灯阵;311、高清摄像机;312、水下激光成像雷达。
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,大直径长引水隧洞水下检测机器人系统由用于发送指挥控制命令实现各系统交互的岸基操控集装箱1、用于保证电缆零浮力布放回收的车载绞车系统2及检测机器人3组成,车载绞车系统2由岸基操控集装箱1操控并实现布放与回收,检测机器人3与车载绞车系统2的电缆连接。
如图1所示,上述岸基操控集装箱1可以根据检测机器人3返回的检测信息进行分析鉴别,进行指挥控制命令发送,远程遥控工具进行更为精细化的作业,准确提取隧洞缺陷的有效特征信息,且能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1所示,上述车载绞车系统2还可以保证电缆布放后精准的长度计数,有效预报检测机器人3的运动距离,为实现隧洞缺陷检测提供技术保障。本发明中车载绞车系统2通过排缆装置进行电缆的收放,排缆装置属于公知技术,电缆的计长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)
如图2至图5所示,检测机器人3的具体结构如下:
包括机器人本体,于机器人本体上设置机械手304、一对轮组机构306、浮力材料302及可调压载系统305,该浮力材料302为一种密度小于水的非金属材料,例如无机轻质填充材料,其能够为检测机器人3提供浮力。在各轮组机构306的外围包覆爬行履带303,爬行履带303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,实现长时间长距离的检测,保证了隧洞横截面检测的机动性。浮力材料302的布置可以灵活调整机器人浮态,在各推进器作用下实现作业面的可达,为机械手304的精细化作业提供条件。在机器人本体上沿水平面前后矢量分别布置四台第一推进器301,在机器人本体上沿垂直面也布置两台第二推进器307。相邻的第一推进器301均以第二推进器307为中心对称布置。第一推进器301的布置方向相对于机器人本体的横轴中心线之间形成夹角α,夹角α的角度为20~30°。通过在水平面前后失量布置第一推进器301可以为检测机器人3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~T4表示水平面4个第一推进器提供的推力,T5~T6表示垂直面两个第二推进器提供的推力,Mi表示环绕坐标轴的回转力矩。
在上述机器人本体上还分别设置高清摄像机311、图像声纳309、管道声纳308、LED灯阵311及水下激光成像雷达312,其能实现裂纹、塌方、掉块、露筋等隧洞缺陷的检测。
如图6所示,可调压载系统305的具体结构如下:
包括控制阀3051、水密电机3052、双向水泵3053、过滤器3054、可调水舱3055及浮球3056,在双向水泵3053的一端串联过滤器3054,在双向水泵3053的另一端依次串联控制阀3051及浮球3056,浮球3056置于可调水舱3055内,双向水泵3053由水密电机3052控制。
当检测机器人3需要增加浮力时,开启控制阀3051及水密电机3052,由可调水舱3055向外排水,使得浮球3056回落,达到检测机器人要求后停止排水。反之注水,操作与排水相同,主排水的量由浮球3056上集成的液位传感器控制,其与检测机器人的需求构成闭环控制系统。
本发明的具体检测流程如下:
如图7所示,整个隧洞的检测过程分为四个步骤,检测机器人3只走单向路径,回收时只反收电缆,检测机器人3则由引水隧洞间的检修口进行回收,具体步骤如下:
(一)布放:
检测机器人3中可调压载系统305开始注水,使得重力大于浮力,检测机器人3依靠爬行履带303沿着引水隧洞的侧壁开始入洞,同时由车载绞车系统2缓慢放缆,并记性长度计算。
(二)爬行:
检测机器人3在爬行过程中依靠其搭载的管道声纳、图像声纳及高清摄像机对隧洞内进行实时扫描,岸基操控集装箱1中的操控系统根据水下传回的信息进行鉴别处理,遇到可疑或存在问题的地方则控制检测机器人3停止前进,预备进行更为精细的作业。
(三)精细作业
检测机器人3接收到停止前进的命令后,开启可调压载系统305,可调水舱3055排水提高自身浮力,直至处于微负浮力状态,然后开启第一推进器301或第二推进器307,进入定深定高精细作业状态。根据信息交互,远程遥控机械手304搭载专用设备进行近距离洞壁缺陷检测,岸基操控集装箱1中的曹控系统根据反馈信息进对缺陷特征进行分析处理,并在隧洞施工图中进行标记。
(四)回收上浮
如图7所示,检测机器人3完成长距离引水隧洞检测后,通过检修孔进行回收,继续开启可调压载系统305进行浮态调整,机器人本体在第一推进器301或第二推进器302的作用下,上浮至检修洞口,人工进行电缆与机器人本体分析,同时做好电缆末端的防护。此时岸基吊车将检测机器人3回收,同时开启车载绞车系统2将电缆线回收。
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 (6)
1.大直径长引水隧洞水下检测机器人系统,其特征在于:由用于发送指挥控制命令实现各系统交互的岸基操控集装箱(1)、用于保证电缆零浮力布放回收的车载绞车系统(2)及检测机器人(3)组成,所述车载绞车系统(2)由岸基操控集装箱(1)操控并实现布放与回收,所述检测机器人(3)与车载绞车系统(2)的电缆连接。
2.如权利要求1所述的大直径长引水隧洞水下检测机器人系统,其特征在于:所述检测机器人(3)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机械手(304)、一对轮组机构(306)、浮力材料及可调压载系统(305),在各轮组机构(306)的外围包覆爬行履带(303);在所述机器人本体上沿水平面前后矢量分别布置四台第一推进器(301),在所述机器人本体上沿垂直面也布置两台第二推进器(307)。
3.如权利要求2所述的大直径长引水隧洞水下检测机器人系统,其特征在于:相邻的第一推进器(301)均以第二推进器(307)为中心对称布置。
4.如权利要求2所述的大直径长引水隧洞水下检测机器人系统,其特征在于:所述第一推进器(301)的布置方向相对于机器人本体的横轴中心线之间形成夹角α,所述夹角α的角度为20~30°。
5.如权利要求2所述的大直径长引水隧洞水下检测机器人系统,其特征在于:所述可调压载系统(305)的具体结构如下:
包括控制阀(3051)、水密电机(3052)、双向水泵(3053)、过滤器(3054)、可调水舱(3055)及浮球(3056),在所述双向水泵(3053)的一端串联过滤器(3054),在所述双向水泵(3053)的另一端依次串联控制阀(3051)及浮球(3056),所述浮球(3056)置于可调水舱(3055)内,所述双向水泵(3053)由水密电机(3052)控制。
6.如权利要求2所述的大直径长引水隧洞水下检测机器人系统,其特征在于:于所述检测机器人本体上还设置高清摄像机(311)、管道声纳(308)、图像声纳(309)、LED灯阵(310)及水下激光成像雷达(312)。
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