RO125731A0

RO125731A0 - Manipulator telecomandat wirless pentru inspecţia video a conductelor de canalizare

Info

Publication number: RO125731A0
Application number: ROA200900995A
Authority: RO
Inventors: Adrian Ioan Bruja; Marian Dima
Original assignee: Institutul De Cercetări Pentru Echipamente Şi Tehnologii În Construcţii - Icecon S.A. Bucureşti
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2010-09-30
Also published as: RO125731B1

Abstract

Invenţia se referă la manipulator telecomandat, pentru inspecţia video a conductelor de canalizare. Manipulatorul conform invenţiei este alcătuit dintr-un sistem central de comandă, control şi preluare imagini, amplasat la suprafaţa solului şi format dintr-un calculator (1) şi un adaptor (2) fără fir, care comunică cu un router (3) aflat, de asemenea, la suprafaţa solului, şi, în continuare, prin cablu ethernet, cu un modul de inspecţie, care se introduce în conducta de canalizare ce urmează să fie inspectată, şi care este alcătuit dintr-un router (4) care transmite comenzi unui motor (8), prin intermediul unui convertor ethernet (5) şi al unui drive motor (6), şi primeşte semnale de la nişte senzori Hall înglobaţi în motor (8) şi de la o cameră IP (7), întreg modulul de inspecţie fiind alimentat cu un acumulator (9) reîncărcabil, prin intermediul unui convertor DC/DC (10).

Description

OFICIUL DE STAT PENTRU INVENȚII Și MĂHC,j Cerere de brevet de invențiy _KT a Joc9 ^U'^J'^ ? · 7 7 x 7P5 i θața depozit...!

MANIPULATOR TELECOMANDAT WIRELESS PENTRU INSPECȚIA VIDEO A CONDUCTELOR DE CANALIZARE

DESCRIERE:

Invenția se referă la un manipulator telecomandat wireless pentru inspecția video a conductelor de canalizare, utilizat la controlul rețelelor de canalizare din domeniul construcțiilor edilitare.

în principiu un echipament pentru controlul video al conductelor este compus din două părți principale: un modul de inspecție, care se deplasează în interiorul conductelor îngropate în pământ, prevăzut cu un sistem video, cu ajutorul căruia preia imagini pe care le transmite celei de-a doua părți (sistemul de comandă, control și preluare imagini) aflată la suprafața solului.

Modul de realizare a celor două părți și a legăturii între ele depinde de tipul rețelelor din care fac parte conductele. De exemplu în cazul rețelelor sub presiune (apă, gaz) modulul se deplasează folosind energia fluidului din conductă care îl împinge ca pe un dop în sensul de deplasare al acestuia - brevete US 7551197, US 5084764. Deși prezintă o serie de avantaje, metoda nu poate fi folosită la conductele de canalizare care funcționează la presiune atmosferică, fiind deschise la capete în dreptul căminelor de vizitare.

în cazul acestor conducte soluțiile pentru realizarea inspecției video depind în general de diametrul conductelor. Pentru conducte de diametre mai mici de 300 mm cu schimbări de direcție (coturi) care fac parte din rețelele interioare de canalizare, modulul de inspecție este format din camera video și sistemul de iluminat, centrate cu diferite dispozitive în conductă - brevete US 5090259, US 5195392, US 5329824 etc. Modulul este împins și retras din conductă manual, cu ajutorul unui cablu cu o structură special concepută care permite împingerea modulului în conductă. Legătura între modulul de inspecție și unitatea de comandă și preluare imagini aflată la exterior (alimentare cu energie cameră și sistem de iluminat, preluare imagini și comandă cameră) se face tot cu cabluri care dublează cablul de împingere. în (7-=-1 Ο Ο 9 - Ο Ο 9 9 5 - 2 1 -Η- 2039 general cele două părți și cablurile de legătură formează o unitate portabilă, mobilă pentru inspecție - brevete US 5754220, US 6958767, US 20020113870.

în cazul rețelelor exterioare de canalizare (diametrul conductelor mai mare de 300 mm) există cămine de vizitare la distanțe de maxim 60 m unele de altele. De asemenea la fiecare schimbare de direcție sunt prevăzute cămine de vizitare. Ca urmare între două cămine, modulul de inspecție se deplasează doar rectiliniu. Având în vedere diametrele conductelor și distanțele relativ mari dintre căminele de vizitare, modulele de inspecție nu mai sunt împinse cu cabluri ci se deplasează prin mijloace proprii. Ele sunt formate dintr-un cărucior, pus în mișcare de un mecanism de deplasare cu motor propriu, numit și tractor, pe care se montează sistemul video, partea de comandă și control aferentă modulului, precum și sistemul de centrare în conductă. Legătura între modulul de inspecție și unitatea de comandă, control și preluare imagini aflată la suprafață se face, la unitățile realizate până în prezent, cu ajutorul cablurilor care asigură alimentarea cu energie electrică a modulului (în cazurile când nu se face alimentarea de la acumulatori), transmiterea comenzilor spre modul și a semnalului video și parametrilor de control de la modul la unitatea centrală - brevete US 3718978, US 4197908, US 4249810 (modul conceput pentru conducte aparținând altor rețele, dar poate fi folosit și pentru rețele de canalizare), US 20020113870. Dezavantajul utilizării acestei soluții este legat de faptul că după ce inspectează un tronson de conductă cuprins între două cămine de vizitare, modulul de inspecție se retrage pe același traseu până la căminul unde a început inspecția, este scos din cămin la suprafață, deplasat împreună cu unitatea centrală la următorul cămin unde este introdus în acesta și în conductă pentru a continua inspecția, ceea ce mărește de câteva ori durata inspecției deci și costurile.

Autorul brevetului US 6621516 propune o soluție la care legătura între modulul de inspecție și unitatea centrală de comandă aflată la suprafață să se facă prin radio, cu ajutorul a două emițătoare - receptoare situate unul pe modulul de inspecție și unul la suprafață la unitatea centrală de comandă.

Din păcate, așa cum arată și autorul brevetului WO 2006/021421A1, pentru a putea realiza transmisia este necesar ca diametrul sa fie constant în lungul conductei și suprafața continuă, ceea ce nu se întâmplă în cazul conductelor de canalizare unde există racorduri ale tuburilor de beton și deci salturi de diametru la 3...4 m distanță în lungul conductei, racorduri ale conductelor din rețelele interioare sau căminele de vizitare care întrerup continuitatea suprafeței conductei. De fapt <

(V- 2 Ο Ο 9 - Ο Ο 9 9 5 - Ο * ..-(1-. WțQ I; ’ΐ ,ίυυα cercetările experimentale, efectuate inclusiv de autorii prezentei lucrări, au demonstrat că semnalul radio nu se poate transmite direct de la modulul de inspecție la suprafață, în bună parte datorită reflexiilor multiple ale undelor. în cazul conductelor sub presiune apar perturbații produse de vanele existente în conducte.

Pentru a transmite semnalul în aceste condiții, în conductele sub presiune, autorul aceluiași brevet WO 2006/021421A1 propune utilizarea unor antene duble montate în lungul conductelor, distanța între ramurile acestora fiind egală cu distanța dintre două reflexii ale undelor. Condițiile care se impun pentru realizarea transmisiei sunt ca emițătorul să fie centrat în conductă, să emită simetric față de axul conductei și lungimea de undă a transmisiei să fie corelată cu diametrul conductelor. Aceste condiții, în special primele două, nu pot fi practic îndeplinite în cazul inspecției conductelor de canalizare, pentru că orice denivelare a căii de rulare duce la înclinarea căruciorului și deci la stricarea simetriei transmisiei față de axul conductei având ca urmare modificarea distanței între reflexiile undelor pe pereții conductei și deci modificarea condițiilor de recepție. Denivelările căii de rulare pot să provină de la depunerile existente pe fundul conductei (nisip, pietriș, diverse obiecte de mici dimensiuni, hârtii sau materiale textile) sau chiar de la rugozitatea suprafeței de beton a conductelor având în vedere că o denivelare de 1 ...2 mm la o roată a căruciorului face ca axa camerei video să devieze pe distanța dintre două cămine 60 m) de la poziția centrală în dreptul camerei până la intersectarea pereților conductei pentru diametrele conductelor uzuale (< 1200 mm).

Prin prezenta invenție se propune realizarea unui manipulator telecomandat pentru inspecția video a conductelor de canalizare la care, pe baza tehnologiei wireless utilizată în domeniul rețelelor de calculatoare, să se asigure transmiterea comenzilor de la unitatea de comandă aflată la suprafața solului (calculator) la modulul de inspecție aflat în conducta subterană și a imaginilor și parametrilor de control de la modulul de inspecție la unitatea de preluare a imaginilor și control (calculator) aflată la suprafață în condiții optime, permițând totodată deplasarea modulului de inspecție de la un tronson de conductă, cuprins între două cămine de vizitare, la următorul, în continuare, fără retragerea acestuia, scoaterea și reintroducerea în căminul următor.

Manipulatorul,conform invenției, are în componență (fig. 1) unitatea centrală de comandă, control și preluare imagini, aflată la suprafață, formată din calculatorul ev- 2 Ο Ο 9 ~ Ο Ο 9 9 5 - 2 ⁷ - Η- 2009 (1 ) și adaptorul wireless (2), care are rol și de emițător-receptor. Intre cele două există comunicație USB (a).

Intre routerul (3) aflat la suprafață, în zona căminului de vizitare și adaptorul (2) al unității centrale de comandă și control există comunicare wireless (b).

In interiorul modulului de inspecție este montat routerul (4). Acesta transmite comenzile prin intermediul convertorului ethernet (5) și drive motorului (6) la motorul (8) care acționează mecanismul de deplasare al modulului de inspecție. Motorul de curent continuu este de tip brushless cu senzori Hali înglobați. Intre (4) și (5) există comunicație ethernet (d), între (5) și (6) comunicație RS232 (e), iar între (6) și (8) legăturile asigură alimentarea motorului și semnalul de la senzorii Hali la (6). Semnalul de la senzorii Hali este utilizat și pentru determinarea poziției modulului de inspecție în lungul conductei.

Tot routerul (4) comandă și culege semnalul de la camera video IP (7) prin cablul ethernet (f). Camera video împreună cu sistemul de iluminare și sistemul de comandă pentru cele trei mișcări (2 rotații în raport cu axa logitudinală a camerei și o axă perpendiculară pe aceasta și zoom) și achiziție imagini formează un ansamblu independent, fiind comercializat ca atare, și nu constituie obiectul acestui brevet.

întreg ansamblul de la nivelul modulului de inspecție este alimentat de la acumulatorii reîncărcabili (9) prin intermediul convertorului DC/DC poziția (10). Legătura între routerul (3) aflat la suprafață și routerul (4) aflat pe modulul de inspecție se face cu ajutorul unui cablu ethernet (c), având lungimea mai mare decât distanța maximă între două cămine de vizitare.

Cablul ethernet (c) este dublat cu un cablu de rezistență având lungimea mai mare decât distanța între două cămine de vizitare și care rămâne legat tot timpul la modulul de inspecție fiind târât de acesta prin conductă. Acest cablu are rol de siguranță, permițând tragerea modulului din conductă în cazul unor defecțiuni.

In fig. 2 este prezentată metoda de inspecție care permite manipulatorului telecomandat să se deplaseze inspectând continuu conducta, trecând direct de la un tronson, cuprins între două cămine de vizitare, la următorul.

Se consideră modulul de inspecție (5) în poziția de început pentru inspectarea tronsonului de conductă cuprins între căminele de vizitare (cv1) și (cv2).

Comenzile de la sistemul central de comandă, control și preluare imagini, format din calculatorul (1) și adaptorul wireless (2), aflat la suprafață într-un laborator mobil, instalat într-un autovehicul care servește și la transportul modulelor de

inspecție după terminarea inspecției, sunt transmise wireless la routerul (3) aflat la suprafață lângă căminul de vizitare și de aici prin intermediul cablului ethernet (c) la modulul de inspecție (5). In același timp de la modulul (5) prin cablul (c) și apoi wireless de la routerul (3) la sistemul (2) și (1) sunt transmise imaginile de la camera video și parametrii de poziție ai modulului în raport cu căminul (cv1). După inspectarea tronsonului de conductă, când ajunge la (cv2), modulul este preluat de un operator uman, este introdus în următorul tronson, se desface legătura cablului (4) de la modul și se face legătura cu cablul (7), respectiv routerul (6), identice din punct de vedere al caracteristicilor cu (4), respectiv (3), pregătite din timp la (cv2).

Inspecția poate continua, legătura wireless facându-se acum de la routerul (6) la (2) și (1). In timp ce se face inspecția următorului tronson, cablul (4) este retras din conductă și împreună cu routerul (3) este transportat la al treilea cămin de vizitare, unde se repetă operațiile de la (cv2) când ajunge acolo modulul de inspecție.

Soluția prezentată are avantajul, față de alte soluții existente, că permite pentru prima dată realizarea legăturii radio în condiții corespunzătoare între un modul de inspecție video aflat în conductele subterane de canalizare și sistemul central de comandă, control și preluare imagini al acestuia, aflat la suprafața solului.

Existența legăturii radio pe traseul modul de inspecție-sistem central de comandă permite, așa cum s-a arătat la fig. 2, inspectarea continuă, fără retragerea modulului după inspectarea unui tronson dintre căminele de vizitare, ca în cazul modulelor de inspecție cu cablu, ceea ce duce la mărirea de câteva ori a vitezei de inspectare, deci și la micșorarea corespunzătoare a costurilor.

Soluția este relativ simplă, eficientă și a fost testată pe modele experimentale cu bune rezultate, ceea ce permite aplicarea ei la scară industrială.

Claims

REVENDICĂRI

1. Manipulator telecomandat wireless pentru inspecția video a conductelor de canalizare caracterizat prin aceea că are în componență o unitate centrală de comandă, control și preluare imagini, situată la suprafață, formată dintr-un calculator (1) și un adaptor wireless (2) și un modul de inspecție, având în componență un router (4) care comandă pe de o parte motorul de deplasare (8) prin intermediul unui convertor ethernet (5) și unui drive motor (6) culegând pe cale inversă semnalul de la senzorii înglobați în motorul (8) și pe de altă parte comandă și culege semnal de la camera IP (7), întreg ansamblul mobil fiind alimentat de un acumulator reîncărcabil (9) prin intermediul unui convertor DC/DC (10), legătura între modulul de inspecție și unitatea centrală de la suprafață fiind făcută prin cablu ethernet între routerul (4) montat pe modul și un router (3) aflat la suprafață lângă gura căminului de vizitare și în continuare wireless de la acesta la unitatea centrală (2, 1).

2. Metodă de inspecție video a conductelor de canalizare care folosește manipulatorul de la revendicarea 1, caracterizată prin aceea că permite transmiterea comenzilor de la unitatea centrală aflată la suprafață la modulul de inspecție aflat în conducta subterană de canalizare și a imaginilor și parametrilor de control de la modulul de inspecție la sistemul central, utilizând un cablu ethernet pentru legătura între routerul (4) aflat pe modulul de inspecție și routerul (3) aflat la suprafață în zona căminului de vizitare și comunicație wireless pentru legătura între routerul (3) și adaptorul wireless (2) al unității centrale de comandă, control și preluare imagini.

3. Metodă de inspecție video a conductelor de canalizare în conformitate cu revendicările 1 și 2 caracterizată prin aceea că permite inspecția continuă a tronsoanelor de conductă prin trecerea modulului direct prin căminul de vizitare dintr-un tronson în altul fără a fi necesară retragerea în lungul tronsonului inspectat, scoaterea, transportul la suprafață și reintroducerea modulului în următorul cămin de vizitare și constă în desfacerea legăturii dintre cablul ethernet (4) și modulul de inspecție (5), după ce acesta ajunge în urma inspectării tronsonului (cv1-cv2) la căminul (cv2) și este trecut de un operator uman în următorul tronson, urmată de realizarea legăturii între modulul de

inspecție și cablul ethernet (7) legat la rândul său la routerul (6), poziționate din timp la (cv2), care preiau funcțiile cablului (4) și routerului (3,) care sunt deplasate după retragerea cablului (4) din conductă la al treilea cămin, unde se repetă operațiile de la (cv2).

4. Metodă de inspecție video a conductelor de canalizare conformă cu revendicările 2, 3 caracterizată prin aceea că permite scoaterea modulului de inspecție din conductă în cazul unor defecțiuni la mecanismul de deplasare prin tragerea acestuia de către un operator uman prin intermediul unui cablu de rezistență având o lungime mai mare decât distanța maximă dintre cămine, legat permanent la un capăt de modulul de inspecție (5), liber la celălalt capăt și târât prin conductă de modulul de inspecție.