CN114421364B - 一种用于下水管道穿线的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于下水管道穿线的设备及方法，包括微型潜水器和与微型潜水器配合的释放和捕获机构，微型潜水器包括信号捕捉系统、俯仰控制推进器、动力推进器和深度传感器，其中俯仰控制推进器设于微型潜水器的前端，在微型潜水器的靠尾部两侧各设有一个动力推进器，深度传感器位于微型潜水器的尾端；微型潜水器通过尾部与释放机构连接；释放机构包括依次相连的碳纤维伸缩杆、旋转架支撑座、旋转架，捕获机构包括依次相连的碳纤维伸缩杆、拉绳、弹簧、圆柱滑块和滑块传力臂。本发明的设备体积小巧、拥有进入狭小井口以及在狭小空间内移动的能力，具有较高的航速可以在较大的水流下逆水行驶，在恶劣工况下可以方便在终点井口捕获机器。

Description

一种用于下水管道穿线的设备及方法

技术领域

本发明涉及城市雨污管道领域，具体涉及一种用于下水管道穿线的设备及方法。

背景技术

在城市雨污管道的检测工作中，面对满水管道检测存在井口狭小，水体浑浊，头发丝、塑料袋、线团等杂物较多，管道淤积量较大，水流流速过快等问题。该类问题会导致探测器体积过大无法进入狭小的井口；水下检测设备难以获取环境信息导致其在满水环境检测中无法向目标方向行动；水下螺旋桨推进器卡死损坏；管道内允许通过空间较小；逆水行驶动力不足等问题。为解决以上问题可以在管道口与管道口之间架设一根耐拉线缆贯穿整个管道，该线缆可为后续管道检测、清理、维护提供动力。

目前市面上对于满水管道的穿线作业多用小型潜水器穿过管道，市面上用于满水管道检测的潜水器目前有：

(1)武汉中仪公司的“江豚1号”；

(2)武汉中仪公司的“水下探测机”专利号“CN306801524S”；

(3)武汉中仪公司的“水下探测机”专利号“CN214119364U”：

(4)博铭维公司的“鸭嘴兽”专利号“CN212929189U”；

(5)以及市面上普通的潜水器。

现有技术中用小型潜水器穿线，该类机器整体结构较大难以通过狭小井口，以及在狭小空间内移动；下水管道内水体浑浊杂物较多该类机器难以对准目标方向移动；特殊工况下需要逆水行驶动力不足；井室较深时设备难以从穿线的终点井口捕获机器完成穿线。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种用于下水管道穿线的设备及方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种用于下水管道穿线的设备，包括微型潜水器和与微型潜水器配合的释放和捕获机构，所述的微型潜水器包括信号捕捉系统、俯仰控制推进器、动力推进器和深度传感器，其中俯仰控制推进器设于微型潜水器的前端，在微型潜水器的靠尾部两侧各设有一个动力推进器，深度传感器位于微型潜水器的尾端；所述的微型潜水器通过尾部与释放机构连接；

所述的释放机构包括依次相连的碳纤维伸缩杆、旋转架支撑座、旋转架，其中旋转架支撑座与旋转架铰链连接，旋转架支撑座上的限位槽使得旋转架能够在竖直与水平之间的90°范围内旋转；

所述的捕获机构包括依次相连的碳纤维伸缩杆、拉绳、弹簧、圆柱滑块和滑块传力臂，所述的滑块传力臂连接伸缩框臂A与伸缩框臂B组成的捕获框，所述捕获框的中部设有水下信号发射器；所述的捕获框通过滑块传力臂与圆柱滑块相连，所述的圆柱滑块与弹簧安装连接，使圆柱滑块在自然状态下位置向下，带动滑块传力臂使得捕获框收缩；所述的拉绳与圆柱滑块末端相连，拉绳向上拉起时连带使捕获框展开。

进一步的，所述的微型潜水器尾部连接有线缆，采用线缆传输动力电。

作为优选的方案，所述的微型潜水器截面小于200mm×100mm矩形结构，整体外形呈火箭状。

进一步的，所述的水下信号发射器为光信号发射器或声信号发射器。

作为优选的方案，所述的信号捕捉系统为设于俯仰控制推进器前侧的摄像机和补光灯。

作为另一个优选的方案，所述的信号捕捉系统为设于微型潜水器头部和尾部的声信号接收装置。

进一步的，所述的俯仰控制推进器用于控制微型潜水器在水中俯仰姿态，靠尾部两侧的两个动力推进器用于控制微型潜水器前进和转弯。

作为优选的方案，在深度传感器外部设有防护罩，避免高速运动时水流对传感器敏感面的干扰。

进一步的，所述的旋转架将微型潜水器尾部卡住，结合拉住微型潜水器尾部的线缆，能够使微型潜水器头部向下竖直并与释放机构相连。

进一步的，所述的伸缩框臂A、伸缩框臂B铰链连接，形成展开为方形、收缩为长条形的捕获框。

本发明还保护上述用于下水管道穿线的设备的使用方法，包括以下步骤：

a)微型潜水器竖直向下进入井口，向下深入到指定深度后启动俯仰控制推进器，使微型潜水器姿态水平对准需要穿线的管道；

b)微型潜水器向前推进后，下放捕获机构向下深入到指定区域，展开捕获框，开启水下信号发射器；

c)微型潜水器通过捕捉目标终点发出的信号确定前进方向，水下信号发射器位置在捕获框中间，微型潜水器行驶穿过捕获框，捕获框收起成长条状并且钩住连接线缆；

d)当捕获机构向上拽出时，连同微型潜水器的线缆一并拽出井口，此时从微型潜水器释放的井口到微型潜水器被取出的井口间已经穿上一根线缆，在线缆末端系上拖拽绳从另一端抽出线缆，完成穿线作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的用于下水管道穿线的设备体积小巧、拥有进入狭小井口以及在狭小空间内移动的能力，具有较高的航速可以在较大的水流下逆水行驶，在恶劣工况下可以方便在终点井口捕获机器。

附图说明

图1：实施例1微型潜水器的结构示意图。

图2：释放机构的结构示意图。

图3：释放机构的使用示意图。

图4：捕获机构的结构示意图。

图5：捕获机构的使用示意图。

图6：实施例2微型潜水器的结构示意图。

图7：实施例3微型潜水器的结构示意图。

具体实施方式

以下通过实施例的形式对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本发明提供了一种用于下水管道穿线的设备及方法，该设备包括微型潜水器和与微型潜水器配合的释放和捕获机构。

实施例1

如图1所示，微型潜水器包括摄像机1、补光灯2、俯仰控制推进器3、动力推进器4和深度传感器5，其中摄像机1、补光灯2、俯仰控制推进器3依次设于微型潜水器的前端，在微型潜水器的靠尾部两侧各设有一个动力推进器4，深度传感器5位于微型潜水器的尾端。

微型潜水器在浑浊液体中通过前端摄像机捕捉目标光信号导航。微型潜水器通过尾部与释放机构连接。

如图2所示，释放机构包括依次相连的碳纤维伸缩杆6、旋转架支撑座7、旋转架8，其中旋转架支撑座7与旋转架8铰链连接，旋转架支撑座7上的限位槽使得旋转架8能够在竖直与水平之间的90°范围内旋转。

如图4所示，捕获机构包括依次相连的碳纤维伸缩杆9、拉绳10、弹簧11、圆柱滑块12和滑块传力臂13，滑块传力臂13连接伸缩框臂A14与伸缩框臂B15组成的捕获框，所述捕获框的中部设有水下信号发射器16，水下信号发射器16为光信号发射器或声信号发射器；捕获框通过滑块传力臂13与圆柱滑块12相连，圆柱滑块12与弹簧11安装连接，使圆柱滑块12在自然状态下位置向下，带动滑块传力臂13使得捕获框收缩；拉绳10与圆柱滑块12末端相连，拉绳10向上拉起时连带使捕获框展开。

其中，伸缩框臂A14、伸缩框臂B15铰链连接，形成展开为方形、收缩为长条形的捕获框。

该微型潜水器尾部连接有线缆，采用线缆传输动力电。与现有技术相比，该机器放弃了内部安装电池，使用线缆传输动力电，因此该机器体积很小截面小于200mm×100mm的矩形范围，整体外形成火箭状，减小液体阻力使得其在有限推进力的情况下得到较高的航速，整体机身耐水压内部舱室设计防水，完全没于水中浮力于重力相差无几。

俯仰控制推进器3用于控制微型潜水器在水中俯仰姿态，靠尾部两侧的两个动力推进器4用于控制微型潜水器前进和转弯。

在深度传感器5外部设有防护罩，避免高速运动时水流对传感器敏感面的干扰。

旋转架8将微型潜水器尾部卡住，结合拉住微型潜水器尾部的线缆，能够使微型潜水器头部向下竖直并与释放机构相连。

该微型潜水器采用重心偏下设计，整体左右、上下对称设计，使得重力与浮力在机器发生旋转时产生相反的扭矩使其像不倒翁一样在运动方向上稳定旋转姿态，并通过其内部的姿态传感器，通过尾部的深度传感器5调整其运动状态。

微型潜水器竖直向下进入开口小的井口，向下深入到指定深度后启动俯仰控制推进器3，使微型潜水器姿态水平对准需要穿线的管道，微型潜水器向前推进后，下放捕获机构向下深入到指定区域，展开捕获框，开启水下光信号发射器。下水道环境恶劣水体浑浊，正常设备难以看清四周环境以及辨别方向，该微型潜水器通过捕捉目标终点发出的光信号确定前进方向，水下光信号发射器位置在捕获框中间，微型潜水器行驶穿过捕获框，捕获框收起成长条状并且钩住连接线缆，当捕获机构向上拽出时连同微型潜水器的线缆一并拽出井口，此时从微型潜水器释放的井口到微型潜水器被取出的井口间已经穿上一根线缆，在线缆末端系上拖拽绳从另一端抽出线缆，完成穿线作业。

另外，捕获机构的伸缩框架可采用硬质材料，也可采用合适的柔性材料，柔性材料能够使其更加便于展开成巨大的面。

实施例2

在另一个实施例中，目标终点发射水下声信号，微型潜水器头部和尾部分别设有一个声信号接收装置17，用于接收目标终点发射的水下声信号，当前后信号接收时间差最大时微型潜水器的航向对准目标终点；相应的，捕获框中的水下信号发射器16为声信号发射器，其他部分同实施例1。

实施例3

在另一个实施例中，微型潜水器头部和尾部分别设有一个声信号接收装置17，配合光信号使用，提高信号捕获精确度；捕获框中的水下信号发射器16包括光信号发射器和声信号发射器，其他部分同实施例1。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于下水管道穿线的设备，其特征在于：包括微型潜水器和与微型潜水器配合的释放和捕获机构，所述的微型潜水器包括信号捕捉系统、俯仰控制推进器(3)、动力推进器(4)和深度传感器(5)，其中俯仰控制推进器(3)设于微型潜水器的前端，在微型潜水器的靠尾部两侧各设有一个动力推进器(4)，深度传感器(5)位于微型潜水器的尾端；所述的微型潜水器通过尾部与释放机构连接；

所述的释放机构包括依次相连的碳纤维伸缩杆(6)、旋转架支撑座(7)、旋转架(8)，其中旋转架支撑座(7)与旋转架(8)铰链连接，旋转架支撑座(7)上的限位槽使得旋转架(8)能够在竖直与水平之间的90°范围内旋转；

所述的捕获机构包括依次相连的碳纤维伸缩杆(9)、拉绳(10)、弹簧(11)、圆柱滑块(12)和滑块传力臂(13)，所述的滑块传力臂(13)连接伸缩框臂A(14)与伸缩框臂B(15)组成的捕获框，所述捕获框的中部设有水下信号发射器(16)；所述的捕获框通过滑块传力臂(13)与圆柱滑块(12)相连，所述的圆柱滑块(12)与弹簧(11)安装连接，使圆柱滑块(12)在自然状态下位置向下，带动滑块传力臂(13)使得捕获框收缩；所述的拉绳(10)与圆柱滑块(12)末端相连，拉绳(10)向上拉起时连带使捕获框展开。

2.根据权利要求1所述的用于下水管道穿线的设备，其特征在于：所述的微型潜水器尾部连接有线缆，采用线缆传输动力电；所述的微型潜水器截面小于200mm×100mm矩形结构，整体外形呈火箭状。

3.根据权利要求1所述的用于下水管道穿线的设备，其特征在于：所述的水下信号发射器(16)为光信号发射器或声信号发射器。

4.根据权利要求1所述的用于下水管道穿线的设备，其特征在于：所述的信号捕捉系统为设于俯仰控制推进器(3)前侧的摄像机(1)和补光灯(2)。

5.根据权利要求1所述的用于下水管道穿线的设备，其特征在于：所述的信号捕捉系统为设于微型潜水器头部和尾部的声信号接收装置。

6.根据权利要求1所述的用于下水管道穿线的设备，其特征在于：所述的俯仰控制推进器(3)用于控制微型潜水器在水中俯仰姿态，靠尾部两侧的两个动力推进器(4)用于控制微型潜水器前进和转弯。

7.根据权利要求1所述的用于下水管道穿线的设备，其特征在于：在深度传感器(5)外部设有防护罩，避免高速运动时水流对传感器敏感面的干扰。

8.根据权利要求1所述的用于下水管道穿线的设备，其特征在于：所述的旋转架(8)将微型潜水器尾部卡住，结合拉住微型潜水器尾部的线缆，能够使微型潜水器头部向下竖直并与释放机构相连。

9.根据权利要求1所述的用于下水管道穿线的设备，其特征在于：所述的伸缩框臂A(14)、伸缩框臂B(15)铰链连接，形成展开为方形、收缩为长条形的捕获框。

10.权利要求1-9任一项所述的用于下水管道穿线的设备的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

a)微型潜水器竖直向下进入井口，向下深入到指定深度后启动俯仰控制推进器，使微型潜水器姿态水平对准需要穿线的管道；

b)微型潜水器向前推进后，下放捕获机构向下深入到指定区域，展开捕获框，开启水下信号发射器；

c)微型潜水器通过捕捉目标终点发出的信号确定前进方向，水下信号发射器位置在捕获框中间，微型潜水器行驶穿过捕获框，捕获框收起成长条状并且钩住连接线缆；

d)当捕获机构向上拽出时，连同微型潜水器的线缆一并拽出井口，此时从微型潜水器释放的井口到微型潜水器被取出的井口间已经穿上一根线缆，在线缆末端系上拖拽绳从另一端抽出线缆，完成穿线作业。