深水基槽清淤智能有轨机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种深水基槽清淤智能有轨机器人，包括运动机体、底沙清理系统、含沙量水下地形监测系统和控制系统，所述底沙清理系统和所述含沙量水下地形监测系统固定在所述运动机体上随运动机体的运动而运动，控制系统通过内部单片机、外部终端上位机控制底沙清理系统、运动机体、含沙量水下地形监测系统的工作。本发明专利技术可实现超大型桥隧工程深水基槽沉积物清理的自动化和智能化，是一种自动化和智能化的有轨机器人，能够用于深水基槽的清理，解放人力，极大地节省超大型桥隧工程建设成本。并且设计合理，性能稳定，自动化智能化程度高、安装使用方便。

【技术实现步骤摘要】
深水基槽清淤智能有轨机器人
本专利技术涉及一种超大型桥隧工程建设深基槽用清淤设备，特别是一种深水基槽清淤智能有轨机器人。
技术介绍
进入21世纪后，我国进入跨海桥梁建设的新时期，跨海桥梁从浅水逐渐走向深水，跨海形式从单一的桥梁连接逐渐走向桥、岛、隧的互联互通。例如，正在建设中的港珠澳跨海大桥和深中通道，均采用了桥、岛、隧结合的平面线形设计方案。此外，未来10～20年，大连湾海底隧道、厦门海底隧道、琼州海峡海底隧道、台湾海峡海底隧道等一大批超大型的桥隧工程将相继从图纸走向现实。在这种超级工程的施工建设过程中，需要开挖超大型水下基槽，用于隧道沉管的安放，例如港珠澳大桥沉管基槽长5600米，宽40米，最大开挖深度达40米。然而，由于深基槽的开挖极大改变了水下局部水流流场结构，打破了原有的水沙输运平衡，因此极易引起深基槽自身的沉积物回淤，致使工程停工，严重影响进度，并造成巨大的经济损失。如在港珠澳大桥第E15节沉管安放过程中，由于深基槽的回淤问题，工程进度因此延误达4个月之久，并造成了上亿元的经济损失。目前，超大型桥隧工程建设过程中的深基槽回淤问题不仅是我国工程界近年来遇到的新的挑战和致力解决的难题，也是一项世界性难题，相关的方法、工程规范、技术手段、设备几乎是空白。隧道沉管安放施工前的最后一道工序是铺设碎石基床，在碎石基床铺设前，基槽发生回淤事故一般还可动用机械设备进行清淤，但在碎石基床铺设后至沉管安放期间，为保持碎石基床的平整度，淤积在基床上的泥沙则不能采用传统的大型机械清淤。截至目前，解决这一问题的唯一可靠途径就是人工潜水清淤的方法。显而易见，这种办法目前遇到以下几大难题：(1)施工需要待气象水文条件适宜时才能进行，清淤窗口期较短，工期完全靠天决定；(2)需大量清淤队伍、水文气象辅助监测队伍及设备的投入，成本很高，效率却较低；(3)人员、设备等需深入水下几十米的基槽进行人工作业，存在较大的人员、设备安全风险。总体而言，这种传统的方法成本高、效率低、安全风险大、机械化智能化程度低，已无法满足水运工程建设现代化的需求。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种深水基槽清淤智能有轨机器人，该机器人能够实现智能机械化清淤，解放人力，大幅节约建设成本、效率高、安全隐患少。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种深水基槽清淤智能有轨机器人，包括运动机体、底沙清理系统、含沙量水下地形监测系统和控制系统，所述运动机体包括双轨道、托架、前车轮和后车轮，所述前车轮和所述后车轮均安装在托架上，并在所述双轨道上运行，所述后车轮由运动电机驱动，所述运动电机由外部电源供电，所述运动电机由运动变频器控制；所述底沙清理系统包括固定在所述托架上的一根水平设置的蛇形充水管和一根水平设置的蛇形充气管，所述充水管和所述充气管平行固接，所述充水管和所述充气管均设有与所述双轨道垂直且横跨所述双轨道的多个横向管段，在所述充水管的横向管段上设有多个水流喷头，在所述水流喷头上设有单向逆水阀，在所述充气管的横向管段上设有多个气流喷头，在所述气流喷头上设有单向逆止阀，所述气流喷头和所述水流喷头朝前倾斜设置，多个所述气流喷头和多个所述水流喷头左右交错、均匀布置，所述充水管采用高压水泵充水，所述高压水泵由与其固接的水泵电机驱动，所述水泵电机由水泵变频器控制，所述水泵电机由外部电源供电；所述充气管采用高压气泵充气，所述高压气泵由与其固接的气泵电机驱动，所述气泵电机由气泵变频器控制，所述气泵电机由外部电源供电，所述高压气泵通过进气软管与进气头连接，所述进气头固定在浮体上并暴露在水面以上；所述高压水泵和所述高压气泵均固定在所述托架上；所述含沙量水下地形监测系统包括OBS浊度仪、水下超声地形测量仪、水下高清摄像头和水下光源，在所述托架的前后两端均设有所述OBS浊度仪，所述水下超声地形测量仪可滑动地安装在直线导轨上，所述直线导轨固定在所述托架上并横跨所述双轨道；在所述托架的前后两端均设有所述水下高清摄像头和所述水下光源；所述控制系统包括终端上位机、水下控制模块、GPS模块和水压力传感器，所述GPS模块和所述水压力传感器安装在所述托架上，所述水下控制模块包括固定在所述托架上的密封箱体，在所述密封箱体内设有单片机，所述终端上位机通过所述单片机与所述GPS模块、所述水压力传感器、所述OBS浊度仪、所述水下超声地形测量仪及所述水下高清摄像头进行数据传输，所述终端上位机通过所述单片机对所述运动变频器、水泵变频器和气泵变频器进行控制。在所述托架上固定有栅栏型管托，所述充水管和所述充气管装在所述栅栏型管托内，所述水流喷头和所述气流喷头均探出在所述栅栏型管托的外面。所述托架由若干型钢焊接而成。在所述高压水泵的进水口上连接有进水头，在所述进水头的最外侧设有滤网。所述直线导轨与所述栅栏型管托固接。所述浮体由上部浮架和下部浮箱组成，所述进气头固定在所述上部浮架上。在所述进气头的最外侧设有滤网。本专利技术具有的优点和积极效果是：1)可实现超大型桥隧工程深水基槽沉积物清理的自动化和智能化，避免了传统方法巨大的人物、物力投入，大幅节省了建设成本，填补了国内外在这一类型设备技术方面的空白。2)清理智能机器人设计成有轨形式，并通过GPS定位模块实时返回坐标数据，使其清理范围可控。3)水下超声地形测量仪实时监测水下地形变化，从而实现了清理过程的自动化，同时配合GPS定位模块的定位数据，可自动控制运动机体的运动。4)通过OBS浊度仪实时监测基槽底部的含沙量，从而实现清理强度的自动控制，保证了清理的准确性。5)通过水下高清摄像头对基槽底部清理情况进行观察，保证了清理的效果。6)机器人结构紧凑、呈扁平状，栖息在深水基槽的底部，避开了浅水的强水流区，运动时阻力小，性能稳定。7)采用外部电源通过水下电缆给机器人供电，动力充足，续航能力强。综上所述，本专利技术是一种自动化和智能化的有轨机器人，能够用于深水基槽的清理，极大地节省超大型桥隧工程建设成本，为工程建设的顺利开展保驾护航。填补了国内外这类设备的空白，促进了我国水运、海洋行业相关技术的发展。本专利技术设计合理，性能稳定，自动化智能化程度高、安装使用方便，也适用于其它类水运、海洋工程建设过程中沉积物的清理工序，因此，具有十分广阔的应用前景和市场空间。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的水下部分结构示意图；图3为本专利技术的水上浮体部分结构示意图；图4为本专利技术的栅格型管托内充气管和充水管走线示意图；图5为本专利技术的底沙清理系统中的充气管和充水管结构示意图；图6为本专利技术的高压水泵细节图；图7为本专利技术的控制系统框图。图中：1、双轨道；201、前车轮；202、后车轮；3、托架；4、栅栏型管托；5、运动电机；6、高压水泵；7、高压气泵；8、水下控制模块；9、浮体；10、终端上位机；11、数据电缆；12、进气软管；13、供电电缆；14、OBS浊度仪；15、水下光源；16、水下超声地形测量仪；17、水下高清摄像头；18、直线导轨；19、水流喷头；20、气流喷头；21、单向逆水阀；22、单向逆止阀；23、充气管；24、充水管；25、水泵电机；26、进水头；27、进气头；28、单片机；29水泵变频器；30、气泵变频器；31、运动变频器；32本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深水基槽清淤智能有轨机器人，其特征在于，包括运动机体、底沙清理系统、含沙量水下地形监测系统和控制系统，所述运动机体包括双轨道、托架、前车轮和后车轮，所述前车轮和所述后车轮均安装在托架上，并在所述双轨道上运行，所述后车轮由运动电机驱动，所述运动电机由外部电源供电，所述运动电机由运动变频器控制；所述底沙清理系统包括固定在所述托架上的一根水平设置的蛇形充水管和一根水平设置的蛇形充气管，所述充水管和所述充气管平行固接，所述充水管和所述充气管均设有与所述双轨道垂直且横跨所述双轨道的多个横向管段，在所述充水管的横向管段上设有多个水流喷头，在所述水流喷头上设有单向逆水阀，在所述充气管的横向管段上设有多个气流喷头，在所述气流喷头上设有单向逆止阀，所述气流喷头和所述水流喷头朝前倾斜设置，多个所述气流喷头和多个所述水流喷头左右交错、均匀布置，所述充水管采用高压水泵充水，所述高压水泵由与其固接的水泵电机驱动，所述水泵电机由水泵变频器控制，所述水泵电机由外部电源供电；所述充气管采用高压气泵充气，所述高压气泵由与其固接的气泵电机驱动，所述气泵电机由气泵变频器控制，所述气泵电机由外部电源供电，所述高压气泵通过进气软管与进气头连接，所述进气头固定在浮体上并暴露在水面以上；所述高压水泵和所述高压气泵均固定在所述托架上；所述含沙量水下地形监测系统包括OBS浊度仪、水下超声地形测量仪、水下高清摄像头和水下光源，在所述托架的前后两端均设有所述OBS浊度仪，所述水下超声地形测量仪可滑动地安装在直线导轨上，所述直线导轨固定在所述托架上并横跨所述双轨道；在所述托架的前后两端均设有所述水下高清摄像头和所述水下光源；所述控制系统包括终端上位机、水下控制模块、GPS模块和水压力传感器，所述GPS模块和所述水压力传感器安装在所述托架上，所述水下控制模块包括固定在所述托架上的密封箱体，在所述密封箱体内设有单片机，所述终端上位机通过所述单片机与所述GPS模块、所述水压力传感器、所述OBS浊度仪、所述水下超声地形测量仪及所述水下高清摄像头进行数据传输，所述终端上位机通过所述单片机对所述运动变频器、水泵变频器和气泵变频器进行控制。...

【技术特征摘要】
1.一种深水基槽清淤智能有轨机器人，其特征在于，包括运动机体、底沙清理系统、含沙量水下地形监测系统和控制系统，所述运动机体包括双轨道、托架、前车轮和后车轮，所述前车轮和所述后车轮均安装在托架上，并在所述双轨道上运行，所述后车轮由运动电机驱动，所述运动电机由外部电源供电，所述运动电机由运动变频器控制；所述底沙清理系统包括固定在所述托架上的一根水平设置的蛇形充水管和一根水平设置的蛇形充气管，所述充水管和所述充气管平行固接，所述充水管和所述充气管均设有与所述双轨道垂直且横跨所述双轨道的多个横向管段，在所述充水管的横向管段上设有多个水流喷头，在所述水流喷头上设有单向逆水阀，在所述充气管的横向管段上设有多个气流喷头，在所述气流喷头上设有单向逆止阀，所述气流喷头和所述水流喷头朝前倾斜设置，多个所述气流喷头和多个所述水流喷头左右交错、均匀布置，所述充水管采用高压水泵充水，所述高压水泵由与其固接的水泵电机驱动，所述水泵电机由水泵变频器控制，所述水泵电机由外部电源供电；所述充气管采用高压气泵充气，所述高压气泵由与其固接的气泵电机驱动，所述气泵电机由气泵变频器控制，所述气泵电机由外部电源供电，所述高压气泵通过进气软管与进气头连接，所述进气头固定在浮体上并暴露在水面以上；所述高压水泵和所述高压气泵均固定在所述托架上；所述含沙量水下地形监测系统包括OBS浊度仪、水下超声地形测量仪、水下高清摄像头和水下光源，在所述托架的前后两端均设有所述OBS浊度仪，所述水下超声地形测量仪可滑动...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳志文，杨华，解鸣晓，王海申，李孟国，侯志强，
申请(专利权)人：交通运输部天津水运工程科学研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12