CN214112808U - 一种暗涵声呐检测机器人 - Google Patents

Abstract

一种暗涵声呐检测机器人，包括机器人主体船、空气负压式动力系统、声呐系统、自主电源、转换接头、集成控制器、接收天线、接收单元以及调速模块；机器人主体船的尾部与空气负压式动力系统连接，机器人主体船的头部与集成控制器连接；集成控制器的尾部与转换接头连接；机器人主体船底部与声呐系统连接；机器人主体船的内壁与自主电源连接；自主电源分别与空气负压式动力系统、声呐系统、集成控制器、调速模块、接收天线以及接收单元电连接；接收天线与接收单元电连接，接收单元与调速模块电连接；节省了操作前的繁琐工作，操作步骤简单。

Description

一种暗涵声呐检测机器人

技术领域

本实用新型属于地下暗涵检测摸排设施技术领域，涉及一种暗涵声呐检测机器人。

背景技术

近年来，国内多数城市每逢大雨便内涝为患，城市内涝已成为当前中国城市发展面临的重要难题之一。

城市排水管因常年排放的废水和废物越来越多，而这些物质还具有腐蚀性，进而造成城市排水管道的堵塞、泄露等各种功能性及结构性损坏。

因此必须对排水管道进行及时检测，才能将管网中的各种隐患提前预知，为管道疏通、修复及市政规划、工程量测算、应急措施提供准确地实施依据。

城市暗涵作为各排水管道的汇流管网，几乎内部均存在或多或少的雨污水，故若采用传统潜望镜方式进行检测，只能检测到近距离的内部状况，且会因受到水体的扰动导致拍摄效果较差。

若采用传统的管道爬行机器人，则需要对暗涵进行堵水、围堰，将暗涵内部的雨污水抽干或抽至低水位以后才能进行相应的检测作业，前期操作过程繁琐，操作不方便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种暗涵声呐检测机器人，解决了现有机器人使用前，需要对暗涵进行堵水、围堰，将暗涵内部的雨污水抽干或抽至低水位以后才能进行相应的检测作业，前期操作过程繁琐，操作不方便的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种暗涵声呐检测机器人，包括机器人主体船、空气负压式动力系统、声呐系统、自主电源、转换接头、集成控制器、接收天线、接收单元以及调速模块；

所述机器人主体船的尾部甲板上表面与空气负压式动力系统连接，所述机器人主体船的头部与集成控制器连接；

所述集成控制器的尾部与转换接头连接；

所述机器人主体船底部与声呐系统连接；

所述机器人主体船的内壁与自主电源连接；

所述自主电源分别与空气负压式动力系统、声呐系统、集成控制器、调速模块、接收天线以及接收单元电连接；

所述接收天线与接收单元电连接，所述接收单元与调速模块电连接；

所述接收天线位于机器人主体船的内部，且与机器人主体船内壁连接；

所述接收单元和调速模块分别位于主体船内部。

进一步：所述机器人主体船为双体船，所述双体船包括左单片体和右单片体，所述左单片体和右单片体通过固定支架连接；

所述左单片体和右单片体的尾部甲板上表面与空气负压式动力系统连接；

所述固定支架顶部与集成控制器连接；

所述声呐系统位于左单片体和右单片体之间的底部，所述声呐系统连接在左单片体和右单片体之间；

所述右单片体内壁与自主电源连接；

所述自主电源分别与空气负压式动力系统、声呐系统、集成控制器、调速模块、接收天线以及接收单元电连接；

所述接收天线与接收单元电连接，所述接收单元与调速模块电连接；

所述接收天线位于右单片体的内部，且与右单片体内壁连接；

所述接收单元和调速模块分别位于右单片体内部。

进一步：所述空气负压式动力系统包括发动机支架、发动机、螺旋桨、导流帽以及锁紧装置；

所述发动机支架的底部与机器人主体船上表面连接，所述发动机支架的顶部与发动机通过锁紧装置连接；

所述螺旋桨与发动机的输出轴通过导流帽连接。

进一步：所述声呐系统包括声呐探头、固定抱箍、固定板；

所述固定板、固定抱箍、声呐探头自上而下依次连接；

所述固定板与机器人主体船的底部连接。

进一步：所述机器人主体船上设置有失控报警装置，所述失控报警装置与接收单元电连接。

进一步：所述机器人主体船上设置有气压报警装置，所述气压报警装置与接收单元电连接。

进一步：所述机器人主体船内部设置有就地开关，所述就地开关分别与空气负压式动力系统、声呐系统、集成控制器、调速模块、接收天线以及接收单元电连接。

进一步：所述转换接头为三通转换接头。

与现有技术相比本实用新型具有的有益效果是：

该暗涵声呐检测机器人主要通过独有的双体船形式作为机器人及配置设备的搭载主体，通过空气负压式动力及系统实现机器人前进、后退、转向等功能，通过搭载于机器人中间底部的声呐系统对暗涵水面以下进行全面的检测作业，通过搭载于机器人主体的声呐组合系统对暗涵整体内部实现全方位全面的检测作业；

该暗涵声呐检测机器人在工作前不需要对暗涵进行堵水、围堰，不需要将暗涵内部的雨污水抽干或抽至低水位以后才能进行相应的检测作业，节省了操作前的繁琐工作，只需要，将岸上线缆收放车线缆端头与转换接头可靠连接，该检测机器人通过市政井口下放至暗涵内部即可工作，操作步骤简单；

进一步：通过机器人主体采用双体船，使得船体在航行过程中更加平稳。

附图说明

图1为本申请整个检测机器人的立体结构示意图；

图2为本申请图1的仰视图；

图3为本申请图1中左单片体去掉外壳的立体示意图。

其中：1、机器人主体船；11、左单片体；12、右单片体；13、固定支架；14、检修孔座板；15、检修孔密封；16、检修孔盖板；2、空气负压式动力系统；21、发动机支架；22、发动机；23、锁紧装置；24、螺旋桨；25、导流帽；3、声呐系统；31、声呐探头；32、固定抱箍；33、固定板；34、声呐保护罩；4、自主电源；5、转换接头；6、集成控制器；7、接收天线；8、接收单元；9、调速模块；17、失控报警装置；18、气压报警装置；19、就地开关；20、空气涵道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

如图1-图3所示，一种暗涵声呐检测机器人，包括机器人主体船1、空气负压式动力系统2、声呐系统3、自主电源4、转换接头5、集成控制器6、接收天线7、接收单元8以及调速模块9。

机器人主体船1为双体船，双体船包括左单片体11和右单片体12。

每个单片体通过铝合金钣金加工成型，艏艉正视方向分别呈艏翘、艉翘弧形状，艏艉俯视方向分别呈内弧形过度，底部中间端呈平直状，在提高主体浮力的同时降低航行时水流的阻力。

每个单片体顶部甲板面分别在片体艉舯部设有检修孔以及检修孔座板14、检修孔密封15、检修孔盖板16。

检修孔座板14为铝合金机加工成型，一圈均布内丝丝牙，上接触面用铣刀加工若干密封线，其与机器人主体双体船通过焊接固定。

检修孔密封15为丁晴橡胶密封垫，厚度3mm，与检修孔座板14密封面及检修孔盖板16密封面压紧接触以实现密封。

检修孔盖板16为铝合金机加工成型，一圈均布光孔用于锁紧螺母进行固定，与检修孔密封15接触端，由机加工凸台密封线，检修孔盖板16通过锁紧螺母与检修孔座板14进行连接固定。

左单片体11和右单片体12的尾部甲板上表面与空气负压式动力系统2连接，空气负压式动力系统2包括发动机支架21、发动机22、螺旋桨24、导流帽25以及锁紧装置23，发动机支架21与发动机22通过锁紧装置23固定。

发动机支架21共有左右对称的两只，整体由3D打印成型，其结构由上面方形电机固定座及下方线缆通过方管组成，上面方形电机座与发动机22通过锁紧装置23进行固定，下方管与机器人主体双体船焊接固定。

发动机22为无刷电机，为机器人行走输出动力，共两只，左右对称，发动机22与螺旋桨24通过导流帽25固定。

螺旋桨24为碳纤复合材质，桨直径八英寸，螺距4mm，共两只，左右对称，螺旋桨24与发动机22的输出轴通过导流帽25固定。

导流帽25为铝合金材质，外呈弧形帽状，内部为内丝牙结构，通过与发动机22输出轴连接将螺旋桨24进行压紧固定。

左单片体11和右单片体12尾部上表面上焊接有空气涵道20，空气涵道20由铝合金钣金加工成型，由两只内中孔的圆弧并成一定厚度的一体结构组成，外围两侧顶部宽底部窄呈弧形。

空气涵道20作为空气动力输出的通道，并与双空气负压动力系统配套，中间底部成锥弧形收起，以使转换接头5连接线缆通过。

左单片体11和右单片体12通过固定支架13焊接固定，固定支架13为铝合金钣金加工件，两侧与集成控制器6的底座对应的位置各攻有八只内丝螺纹孔，集成控制器6与固定支架13通过锁紧螺母固定。

集成控制器6内置姿态传感器、气压传感器、温度传感器为机器人控制系统保驾护航；集成控制器6的尾部与转换接头5连接，转换接头5优选为三通转换接头。

三通转换接头作为声呐系统3的数据处理及中转中心，前端通过卡套接头连接集成控制器6，底端通过带线缆的卡套接头与声呐系统3连接，尾端通过带线缆的卡套接头与岸上电动收放车连接，实现岸上电源、控制信号、数据传输的相互反馈及传输。

参照图2，声呐系统3包括声呐探头31、固定抱箍32以及固定板33。

声呐探头31布置位置为左单片体11和右单片体12中间的底部，以便开始探测时全部浸入水下。

声呐探头31上方套设有声呐保护罩34，声呐保护罩34为铝合金钣金加工件，前部为圆开头挡圈，为声呐前段探头发射位置起到保护防撞作用。

声呐探头31通过发射超声波对水面以下部分进行探测反馈，将水面以下的各种功能缺陷、淤泥分布等进行采集，并通过三通转换接头5反馈至岸上控制可视端。

固定板33包括第一固定板和第二固定板，第一固定板位于左单片体11和右单片体12之间的尾部，第一固定板的一端与左单片体11侧壁焊接，第一固定板的另一端与右单片体12侧壁焊接。

第二固定板位于左单片体11和右单片体12之间的首部，第二固定板的一端与左单片体11侧壁焊接，第二固定板的另一端与右单片体12侧壁焊接。

固定抱箍32包括前固定抱箍和后固定抱箍。

后固定抱箍套在声呐探头31的尾部，通过锁紧螺母与第一固定板固定。

前固定抱箍套在声呐探头31的首部，通过锁紧螺母与第二固定板固定。

右单片体12内部开设有用于容纳自主电源4、调速模块9、接收单元8的空腔。

自主电源4分别与电机、声呐探头31、集成控制器6、调速模块9、接收天线7以及接收单元8电连接。

自主电源4为直插式卡槽结构，与开设在右单片体12内部的母卡槽直接插入固定，正常作业时机器人动力系统及控制系统由三通转换接头5连接至岸上野外电源进行供电及数据传输。

调速模块9包括调速单元，调速单元直接控制连接发动机22，岸上动作指令通过接收天线7将信号反馈至接收单元8，接收单元8将动作指令反馈至调速单元，调速单元控制发动机22正转、反转时，机器人实现前进、后退功能。

调速单元通过预设的速差逻辑编程，左发动机22逐渐快速正转，右发动机22同步逐渐快速反转时，机器人实现左转功能；反之，实现右转功能。

机器人主体船1上表面上通过螺栓固定有失控报警装置17，失控报警装置17包括失控传感器，失控传感器位于右单片体12内部，失控传感器与接收单元8连接，当动作指令因内部遮蔽信号较强或动作指令反馈调速模块9失败时，自动将故障报警反馈至岸上控制端，以便起到及时预警的作用。

机器人主体船1上通过螺栓固定有失控报警装置17，左单片体11和右单片体12上分别设置一个气压传感器，当机器人在暗涵内部碰撞、搁浅而导致进水或损坏时，气压传感器预设正常工作的气压区间，此时气压低于正常气压值，便将报警信号通过接收单元8反馈至岸上控制站，以便及时预警。

机器人主体船1内部设置有就地开关19，机器人主体内部配备有锂电电池，当应急使用时通过就地开关19接通自主应急电源，可为机器人继续几桶航行动力。

一种暗涵声呐检测机器人的使用方法，具体包括一下步骤：

S1：作业开始前，将岸上线缆收放车线缆端头与三通转换接头5连接。

S2：机器人通过市政井口下放至暗涵内部。

S3：在岸上控制站启动电源、启动声呐探测，此时机器人处于待机状态。

S4：当岸上操作人员通过控制站操纵命令进行航行动作指令时，进行航行动作指令发射至接收天线7，接收天线7反馈至接收单元8，接收单元8反馈调速模块9，调速模块9直接控制两台发动机22进行动作，发动机22带动螺旋桨24进行功率输出从而实现机器人的各项航行功能。

S5：同时，岸上控制站可视端通过三通转换接头5的连接，实时获取声呐探头31的探测数据及状态，并通过集成控制器6实施获取机器人航行姿态、气压、温度与声呐探头31转换后的各项数据，以便对机器人整个操纵性能、作业性能进行实时的保障和反馈。

S6：现场检测作业中岸上电源电压低或因机器人在暗涵内部作业遇故障时，可将电源切断并切换至就地端，此时接通就地开关19，岸上操纵人员进行航行动作指令，机器人相应实现上述功能，确保机器人能够可靠的航行作业。

其中S5中声呐探头31检测前搜集的资料应包括对搜集已有的排水管线图的技术资料、管道检测的历史资料、待检测管道区域内相关的管线资料以及待检测管道区域的工程地质、水文地质资料。

声呐探头检测方法具体如下：

检测前应从被检测管道中取水样通过声波速度对系统进行校准。

在每一段管道记录图像前，必须录入地名和被测管段的起点、终点编号。

声呐探头31的推进方向应与流向一致，并应与管道轴线一致。

声呐探头31行进速度不宜超过0.1m/s，在检测过程中应根据被检测管道的规格，在规定采样间隔和管道变异处应停止声呐探头行进，定点采集数据，其停顿时间应大于一个扫描周期。

本实施例通过独有的双体船形式作为机器人及配置设备的搭载主体，通过空气负压式动力及系统实现机器人前进、后退、转向等功能，通过搭载于机器人中间底部的声呐系统3对暗涵水面以下进行全面的检测作业，通过搭载于机器人主体的声呐组合系统对暗涵整体内部实现全方位全面的检测作业。

需要说明，本实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种暗涵声呐检测机器人，其特征在于，包括机器人主体船(1)、空气负压式动力系统(2)、声呐系统(3)、自主电源(4)、转换接头(5)、集成控制器(6)、接收天线(7)、接收单元(8)以及调速模块(9)；

所述机器人主体船(1)的尾部甲板上表面与空气负压式动力系统(2)连接，所述机器人主体船(1)的头部与集成控制器(6)连接；

所述集成控制器(6)的尾部与转换接头(5)连接；

所述机器人主体船(1)底部与声呐系统(3)连接；

所述机器人主体船(1)的内壁与自主电源(4)连接；

所述自主电源(4)分别与空气负压式动力系统(2)、声呐系统(3)、集成控制器(6)、调速模块(9)、接收天线(7)以及接收单元(8)电连接；

所述接收天线(7)与接收单元(8)电连接，所述接收单元(8)与调速模块(9)电连接；

所述接收天线(7)位于机器人主体船(1)的内部，且与机器人主体船(1)内壁连接；

所述接收单元(8)和调速模块(9)分别位于主体船内部。

2.根据权利要求1所述的一种暗涵声呐检测机器人，其特征在于，所述机器人主体船(1)为双体船，所述双体船包括左单片体(11)和右单片体(12)，所述左单片体(11)和右单片体(12)通过固定支架(13)连接；

所述左单片体(11)和右单片体(12)的尾部甲板上表面与空气负压式动力系统(2)连接；

所述固定支架(13)顶部与集成控制器(6)连接；

所述声呐系统(3)位于左单片体(11)和右单片体(12)之间的底部，所述声呐系统(3)连接在左单片体(11)和右单片体(12)之间；

所述右单片体(12)内壁与自主电源(4)连接；

所述接收天线(7)位于右单片体(12)的内部，且与右单片体(12)内壁连接；

所述接收单元(8)和调速模块(9)分别位于右单片体(12)内部。

3.根据权利要求1所述的一种暗涵声呐检测机器人，其特征在于，所述空气负压式动力系统(2)包括发动机支架(21)、发动机(22)、螺旋桨(24)、导流帽(25)以及锁紧装置(23)；

所述发动机支架(21)的底部与机器人主体船(1)上表面连接，所述发动机支架(21)的顶部与发动机(22)通过锁紧装置(23)连接；

所述螺旋桨(24)与发动机(22)的输出轴通过导流帽(25)连接。

4.根据权利要求1所述一种暗涵声呐检测机器人，其特征在于，所述声呐系统(3)包括声呐探头(31)、固定抱箍(32)、固定板(33)；

所述固定板(33)、固定抱箍(32)、声呐探头(31)自上而下依次连接；

所述固定板(33)与机器人主体船(1)的底部连接。

5.根据权利要求1所述一种暗涵声呐检测机器人，其特征在于，所述机器人主体船(1)上设置有失控报警装置(17)，所述失控报警装置(17)与接收单元(8)电连接。

6.根据权利要求1所述一种暗涵声呐检测机器人，其特征在于，所述机器人主体船(1)上设置有气压报警装置(18)，所述气压报警装置(18)与接收单元(8)电连接。

7.根据权利要求1所述一种暗涵声呐检测机器人，其特征在于，所述机器人主体船(1)内部设置有就地开关(19)，所述就地开关(19)分别与空气负压式动力系统(2)、声呐系统(3)、集成控制器(6)、调速模块(9)、接收天线(7)以及接收单元(8)电连接。

8.根据权利要求1所述一种暗涵声呐检测机器人，其特征在于，所述转换接头(5)为三通转换接头。

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