CN117963651A - 用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，包括：主控装置和收放装置，所述主控装置和收放装置电连接，所述收放装置设置张力测量装置和速度测量装置，所述收放装置收放光纤时，所述张力测量装置和速度测量装置对光纤的张力和速度进行测量，并将测量信号传输至主控装置；所述主控装置基于接收的测量信号控制收放装置。通过设置张力测量装置和速度测量装置，从而在光纤收放时，可以对光纤的张力和速度进行实时监测，主控装置根据监测结果调制光纤收放速度，从而达到避免缆线缠绕或过度拉伸的目的。

Description

用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统

技术领域

本发明属于输水隧洞检测技术领域，尤其是涉及一种用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统。

背景技术

城市生活和工农业生产对稳定、可靠的供水系统有着迫切需求。输水隧道作为跨区域长距离调水的关键手段，在长期运行过程中易受地质条件变化和沉降等因素影响，产生裂缝、裂纹和坍塌等问题。这些问题若不及时发现和处理，会严重影响隧道的安全运营。

目前，输水隧道的检测主要依赖于断水排空检查和传统水下机器人。断水排空检查耗费巨大，且会暂停供水，影响城市正常运转。而传统的水下机器人在长距离和复杂环境下的操作受到其脐带缆的限制，尤其是在输水隧道这样的狭窄和多变环境中。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，至少部分的解决现有技术中存在的缆线缠绕或过度拉伸的问题。

本公开实施例提供了一种用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，包括：主控装置和收放装置，所述主控装置和收放装置电连接，

所述收放装置设置张力测量装置和速度测量装置，所述收放装置收放光纤时，所述张力测量装置和速度测量装置对光纤的张力和速度进行测量，并将测量信号传输至主控装置；

所述主控装置基于接收的测量信号控制收放装置。

可选的，所述张力测量装置，包括张力测试轮；所述速度测量装置包括测速轮。

可选的，所述收放装置包括收放线机构、盘绕筒、排线丝杆、防松装置和排线机构；

所述收放线机构与盘绕筒连接，所述盘绕筒在收放线机构的带动下转动，所述张力测试轮、测速轮和防松装置设置在排线丝杆上；在收放线时，设置在盘绕筒的光纤依次通过测速轮、张力测试轮和防松装置；所述排线机构与排线丝杆连接。

可选的，所述排线丝杆两侧设置行程开关，所述行程开关与主控装置电连接。

可选的，所述收放线机构与盘绕筒同轴连接。

可选的，所述收放线机构包括收放电机驱动装置、收放电机和减速器，所述收放电机驱动装置和减速器均与收放电机连接。

可选的，所述排线机构包括排线减速器、排线电机和排线驱动器，所述排线驱动器和排线减速器均与排线电机连接。

可选的，所述排线机构还包括密封壳体，所述排线减速器、排线电机和排线驱动器均设置在密封壳体内。

可选的，还包括安装基座，所述收放线机构安装在安装基座上，盘绕筒两端通过轴承安装在安装基座上，排线机构安装在安装基座前下部。

可选的，所述盘绕筒联两端通过陶瓷深沟球轴承安装在安装基座上，所述盘绕筒的一端与收放线机构连接，所述盘绕筒的另一端设置光纤滑环。

本发明提供的用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，通过设置张力测量装置和速度测量装置，从而在光纤收放时，可以对光纤的张力和速度进行实时监测，主控装置根据监测结果调制光纤收放速度，从而达到避免缆线缠绕或过度拉伸的目的。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1为本公开实施例提供的用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统的电气原理图；

图2和图3为本公开实施例提供的用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统的结构示意图。

其中，1安装基座；2绕线筒；3收放线电机；4光纤滑环；5张力测试轮；6速度测试轮；7排线丝杆；8防松装置；9排线电机；10行程开关；11光纤。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

ARV：Autonomous Remote-controlled underwater Vehicle，自主遥控水下机器人。

输水隧洞：一种用于将水从水源地输送到需要水资源的地方的地下通道。

一种用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，包括：主控装置和收放装置，所述主控装置和收放装置电连接，

所述收放装置设置张力测量装置和速度测量装置，所述收放装置收放光纤时，所述张力测量装置和速度测量装置对光纤的张力和速度进行测量，并将测量信号传输至主控装置；

所述主控装置基于接收的测量信号控制收放装置。另外速度测量装置也可以用长度测量装置替换。

可选的，所述张力测量装置，包括张力测试轮；所述速度测量装置包括测速轮。

可选的，所述收放装置包括收放线机构、盘绕筒、排线丝杆、防松装置和排线机构；

所述收放线机构与盘绕筒连接，所述盘绕筒在收放线机构的带动下转动，所述张力测试轮、测速轮和防松装置设置在排线丝杆上；在收放线时，设置在盘绕筒的光纤依次通过测速轮、张力测试轮和防松装置；所述排线机构与排线丝杆连接。

可选的，所述排线丝杆两侧设置行程开关，所述行程开关与主控装置电连接。

可选的，所述收放线机构与盘绕筒同轴连接。

可选的，所述收放线机构包括收放电机驱动装置、收放电机和减速器，所述收放电机驱动装置和减速器均与收放电机连接。

可选的，所述排线机构包括排线减速器、排线电机和排线驱动器，所述排线驱动器和排线减速器均与排线电机连接。

可选的，所述排线机构还包括密封壳体，所述排线减速器、排线电机和排线驱动器均设置在密封壳体内。

可选的，还包括安装基座，所述收放线机构安装在安装基座上，盘绕筒两端通过轴承安装在安装基座上，排线机构安装在安装基座前下部。

可选的，所述盘绕筒联两端通过陶瓷深沟球轴承安装在安装基座上，所述盘绕筒的一端与收放线机构连接，所述盘绕筒的另一端设置光纤滑环。

在具体的实施场景中，如图1所示，单模光纤均匀规则的缠绕在收放装置的盘绕筒上，其出线端经过测速轮、张力测试轮和防松装置后与水下设备连接。

当需要释放单模光纤时，上位机通过以太网发出释放指令，主控装置根据接收的指令和预先设定的张力值控制收线电机转动，单模光纤在水下设备的牵引下释放，根据单模光纤上的张力值控制收线电机转速，保证一定释放速度下光纤上的张力值保持恒定。排线电机根据收线电机转速自动调整排线速度，保证可靠释放。主控装置通过采集张力测试轮的力传感器的输出值来实时检测释放过程中光纤上的张力值、通过读取绝对式编码器的输出信号来计算转动圈数，计算释放长度和实时速度并根据张力值、长度值判断单模光纤释放是否正常及是否释放完毕，若释放完毕或在释放过程中接收到上位机的停止指令，主控装置自动发出停机指令停止收、排线电机转动，收放装置处于位置锁定状态。

当上位机发出回收指令后，主控装置根据接收的指令控制收线电机转动并实时调整排线电机转速进行单模光纤的回收，同时根据传感器输出值计算单模光纤的回收速度、长度及拉力并将数据通过以太网传输至上位机，主控装置根据计算的长度和拉力值判断单模光纤回收是否正常及是否回收收完，若回收完毕或在回收中接收到上位机停止指令，则自动发出停机指令停止收、排线电机转动。整个收放装置系统在单模光纤的收放过程中进行自动控制。

纤收放装置主要由单模光纤、收放线机构、盘绕筒、安装基座、行程开关、排线丝杆、张力测试轮、测速轮、防松装置、排线结构和光纤滑环等。

如图2和图3所示，收放装置通过安装基座固定水下设备内，收放线机构安装在安装基座上。盘绕筒联两端通过陶瓷深沟球轴承安装在安装基座上，排线机构安装在安装基座前下部，通过一定的轮系保证单模光纤从放线管经过排线机构后与盘绕筒相切。排线驱动装置采用排线驱动器。

排线机构用于实现单模光纤回收、释放时的导向、调整排线移动速度从而使单模光纤能紧密缠绕；收放电机驱动装置和排线驱动器通过以太网通信接口与上位机间进行信息交互，通过接收指令控制单模光纤的释放、回收，并向上位机发送释放、回收的相关数据。

本实施例的光纤主动收放装置，使得机器人在隧道内航行时能够实时调整光纤线缆的长度，从而避免缆线缠绕或过度拉伸。不仅提高了机器人在复杂隧道环境中的灵活性和可靠性，而且显著减少了能量损耗，保证了长时间、高效的检测操作。

因此，带有光纤主动收放装置的ARV为输水隧道安全检测。不仅能够在保持供水不中断的情况下进行检测，还能够适应隧道内部多变的环境，提高检测的准确性和效率。

本实施例的光纤主动收放装置，专门为ARV设计，旨在优化其在输水隧道等复杂水下环境中的性能和安全性。该装置的核心特点在于其高度自动化和智能化的设计，这使得ARV能够在执行任务时自动调整光纤电缆的长度，从而显著提高其在狭窄和变化多端的水下环境中的机动性和可靠性。

该光纤主动收放装置的设计考虑到了水下作业的特殊需求，特别是在长距离、复杂地形的输水隧道内部进行检测和维护作业时的挑战。通过自动调节光纤电缆的长度，该装置能够有效避免电缆缠绕或过度拉伸的问题，确保ARV在执行任务时的稳定性和效率。

此外，该装置的智能化设计还包括实时监测和调整光纤电缆的张力，确保在各种操作条件下光纤的安全和稳定。可以保障ARV在复杂水下环境中的顺畅运行。

总的来说，本发明的光纤主动收放装置不仅提高了ARV的操作性能，还大幅度提升了水下检测和维护作业的安全性和效率，为输水隧道的长期稳定运行提供了强有力的技术支持。

以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。

在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“A、B或C的至少一个”的列举意味着A或B或C，或AB或AC或BC，或ABC(即A和B和C)。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。

还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。

可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，其特征在于，包括：主控装置和收放装置，所述主控装置和收放装置电连接，

所述收放装置设置张力测量装置和速度测量装置，所述收放装置收放光纤时，所述张力测量装置和速度测量装置对光纤的张力和速度进行测量，并将测量信号传输至主控装置；

所述主控装置基于接收的测量信号控制收放装置。

2.根据权利要求1所述的用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，其特征在于，所述张力测量装置，包括张力测试轮；所述速度测量装置包括测速轮。

3.根据权利要求2所述的用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，其特征在于，所述收放装置包括收放线机构、盘绕筒、排线丝杆、防松装置和排线机构；

所述收放线机构与盘绕筒连接，所述盘绕筒在收放线机构的带动下转动，所述张力测试轮、测速轮和防松装置设置在排线丝杆上；在收放线时，设置在盘绕筒的光纤依次通过测速轮、张力测试轮和防松装置；所述排线机构与排线丝杆连接。

4.根据权利要求3所述的用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，其特征在于，所述排线丝杆两侧设置行程开关，所述行程开关与主控装置电连接。

5.根据权利要求3所述的用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，其特征在于，所述收放线机构与盘绕筒同轴连接。

6.根据权利要求3所述的用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，其特征在于，所述收放线机构包括收放电机驱动装置、收放电机和减速器，所述收放电机驱动装置和减速器均与收放电机连接。

7.根据权利要求3所述的用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，其特征在于，所述排线机构包括排线减速器、排线电机和排线驱动器，所述排线驱动器和排线减速器均与排线电机连接。

8.根据权利要求7所述的用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，其特征在于，所述排线机构还包括密封壳体，所述排线减速器、排线电机和排线驱动器均设置在密封壳体内。

9.根据权利要求3所述的用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，其特征在于，还包括安装基座，所述收放线机构安装在安装基座上，盘绕筒两端通过轴承安装在安装基座上，排线机构安装在安装基座前下部。

10.根据权利要求9所述的用于输水隧道的自主操控水下机器人的光纤主动收放系统，其特征在于，所述盘绕筒联两端通过陶瓷深沟球轴承安装在安装基座上，所述盘绕筒的一端与收放线机构连接，所述盘绕筒的另一端设置光纤滑环。