大直径长引水隧洞水下检测机器人系统技术方案

本发明专利技术涉及大直径长引水隧洞水下检测机器人系统由用于发送指挥控制命令实现各系统交互的岸基操控集装箱、用于保证电缆零浮力布放回收的车载绞车系统及检测机器人组成，所述车载绞车系统由岸基操控集装箱操控并实现布放与回收，所述检测机器人与车载绞车系统的电缆连接。本发明专利技术结构简单，机动灵活，通过增设检测机器人能有效适应隧洞环境下全方位、多层次的检测。本发明专利技术中车载绞车系统采用电缆计长的方式预报机器人的运动距离，其能解决检测机器人在隧洞中的定位问题，便于后续缺陷检修。

Underwater inspection robot system for large diameter and long diversion tunnel

【技术实现步骤摘要】
大直径长引水隧洞水下检测机器人系统
本专利技术涉及水下检测设备领域，尤其涉及大直径长引水隧洞水下检测机器人系统。
技术介绍
随着我国大型水电站、大型号引水工程不断展开，引水隧洞的规模也在不断扩大。尤其六七十年建设的水电项目，但大批引水隧洞因为铺设时间久远，隧洞表面出现裂纹、塌方、掉块、露筋等缺陷检测，这些安全隐患直接影响结构安全，必须要有专门的技术手段进行定期检查和维护。目前，水电站常用的办法主要是停止发电，断流排空状态下采用人工进行检修。类似的维护工作不仅效率低，而且造成巨大的经济损失。
技术实现思路
本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种大直径长引水隧洞水下检测机器人系统，其能够实现引水隧洞的在水自动化检测，并能够累计缺陷数据，同时进行引水隧洞结构安全评估。本专利技术所采用的技术方案如下：大直径长引水隧洞水下检测机器人系统由用于发送指挥控制命令实现各系统交互的岸基操控集装箱、用于保证电缆零浮力布放回收的车载绞车系统及检测机器人组成，所述车载绞车系统由岸基操控集装箱操控并实现布放与回收，所述检测机器人与车载绞车系统的电缆连接。其进一步技术方案在于：所述检测机器人的具体结构如下：包括机器人本体，于所述机器人本体上设置机械手、一对轮组机构、浮力材料及可调压载系统，在各轮组机构的外围包覆爬行履带；在所述机器人本体上沿水平面前后矢量分别布置四台第一推进器，在所述机器人本体上沿垂直面也布置两台第二推进器；相邻的第一推进器均以第二推进器为中心对称布置；所述第一推进器的布置方向相对于机器人本体的横轴中心线之间形成夹角α，所述夹角α的角度为20～30°；所述可调压载系统的具体结构如下：包括控制阀、水密电机、双向水泵、过滤器、可调水舱及浮球，在所述双向水泵的一端串联过滤器，在所述双向水泵的另一端依次串联控制阀及浮球，所述浮球置于可调水舱内，所述双向水泵由水密电机控制；于所述检测机器人本体上还设置高清摄像机、管道声纳、图像声纳、LED灯阵及水下激光成像雷达。本专利技术的有益效果如下：(一)本专利技术结构简单，机动灵活，通过增设检测机器人能有效适应隧洞环境下全方位、多层次的检测。(二)本专利技术中车载绞车系统采用电缆计长的方式预报机器人的运动距离，其能解决检测机器人在隧洞中的定位问题，便于后续缺陷检修。(三)本专利技术中检测饿机器人综合水下推进技术和陆上车辆履带继续，发挥了两种手段的优势，为解决了复杂环境检测问题提供新的动力配置方案。(四)本专利技术解决了传统隧洞检测依靠人工检测，自动化低的局面，且可以在水检测，避免了因人工检测必须断流造成的经济损失。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术中检测机器人的主视图。图3为图2的侧视图。图4为图2的俯视图。图5为本专利技术中检测机器人的推力分布示意图。图6为本专利技术中可调压载系统的结构示意图。图7为本专利技术的检测流程示意图。其中：1、岸基操控集装箱；2、车载绞车系统；3、检测机器人；301、第一推进器；302、浮力材料；303、爬行履带；304、机械手；305、可调压载系统；3051、控制阀；3052、水密电机；3053、双向水泵；3054、过滤器；3055、可调水舱；3056、浮球；306、轮组机构；307、第二推进器；308、管道声纳；309、图像声纳；310、LED灯阵；311、高清摄像机；312、水下激光成像雷达。具体实施方式下面说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示，大直径长引水隧洞水下检测机器人系统由用于发送指挥控制命令实现各系统交互的岸基操控集装箱1、用于保证电缆零浮力布放回收的车载绞车系统2及检测机器人3组成，车载绞车系统2由岸基操控集装箱1操控并实现布放与回收，检测机器人3与车载绞车系统2的电缆连接。如图1所示，上述岸基操控集装箱1可以根据检测机器人3返回的检测信息进行分析鉴别，进行指挥控制命令发送，远程遥控工具进行更为精细化的作业，准确提取隧洞缺陷的有效特征信息，且能保证高密度视频检测信息的传输及控制命令的可靠交互。如图1所示，上述车载绞车系统2还可以保证电缆布放后精准的长度计数，有效预报检测机器人3的运动距离，为实现隧洞缺陷检测提供技术保障。本专利技术中车载绞车系统2通过排缆装置进行电缆的收放，排缆装置属于公知技术，电缆的计长通过转筒处搭载的速度传感器，根据排缆长度L＝V*T进行累计计算，(V出缆速度，T时间)如图2至图5所示，检测机器人3的具体结构如下：包括机器人本体，于机器人本体上设置机械手304、一对轮组机构306、浮力材料302及可调压载系统305，该浮力材料302为一种密度小于水的非金属材料，例如无机轻质填充材料，其能够为检测机器人3提供浮力。在各轮组机构306的外围包覆爬行履带303，爬行履带303的设置便于在隧洞内行进过程中具有足够的电缆拖带能力，实现长时间长距离的检测，保证了隧洞横截面检测的机动性。浮力材料302的布置可以灵活调整机器人浮态，在各推进器作用下实现作业面的可达，为机械手304的精细化作业提供条件。在机器人本体上沿水平面前后矢量分别布置四台第一推进器301，在机器人本体上沿垂直面也布置两台第二推进器307。相邻的第一推进器301均以第二推进器307为中心对称布置。第一推进器301的布置方向相对于机器人本体的横轴中心线之间形成夹角α，夹角α的角度为20～30°。通过在水平面前后失量布置第一推进器301可以为检测机器人3提供灵活机动的动力要求。推力分布与力矩分布的计算公式如下：其中T1～T4表示水平面4个第一推进器提供的推力，T5～T6表示垂直面两个第二推进器提供的推力，Mi表示环绕坐标轴的回转力矩。在上述机器人本体上还分别设置高清摄像机311、图像声纳309、管道声纳308、LED灯阵311及水下激光成像雷达312，其能实现裂纹、塌方、掉块、露筋等隧洞缺陷的检测。如图6所示，可调压载系统305的具体结构如下：包括控制阀3051、水密电机3052、双向水泵3053、过滤器3054、可调水舱3055及浮球3056，在双向水泵3053的一端串联过滤器3054，在双向水泵3053的另一端依次串联控制阀3051及浮球3056，浮球3056置于可调水舱3055内，双向水泵3053由水密电机3052控制。当检测机器人3需要增加浮力时，开启控制阀3051及水密电机3052，由可调水舱3055向外排水，使得浮球3056回落，达到检测机器人要求后停止排水。反之注水，操作与排水相同，主排水的量由浮球3056上集成的液位传感器控制，其与检测机器人的需求构成闭环控制系统。本专利技术的具体检测流程如下：如图7所示，整个隧洞的检测过程分为四个步骤，检测机器人3只走单向路径，回收时只反收电缆，检测机器人3则由引水隧洞间的检修口进行回收，具体步骤如下：(一)布放：检测机器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大直径长引水隧洞水下检测机器人系统，其特征在于：由用于发送指挥控制命令实现各系统交互的岸基操控集装箱(1)、用于保证电缆零浮力布放回收的车载绞车系统(2)及检测机器人(3)组成，所述车载绞车系统(2)由岸基操控集装箱(1)操控并实现布放与回收，所述检测机器人(3)与车载绞车系统(2)的电缆连接。/n

【技术特征摘要】
1.大直径长引水隧洞水下检测机器人系统，其特征在于：由用于发送指挥控制命令实现各系统交互的岸基操控集装箱(1)、用于保证电缆零浮力布放回收的车载绞车系统(2)及检测机器人(3)组成，所述车载绞车系统(2)由岸基操控集装箱(1)操控并实现布放与回收，所述检测机器人(3)与车载绞车系统(2)的电缆连接。


2.如权利要求1所述的大直径长引水隧洞水下检测机器人系统，其特征在于：所述检测机器人(3)的具体结构如下：
包括机器人本体，于所述机器人本体上设置机械手(304)、一对轮组机构(306)、浮力材料及可调压载系统(305)，在各轮组机构(306)的外围包覆爬行履带(303)；在所述机器人本体上沿水平面前后矢量分别布置四台第一推进器(301)，在所述机器人本体上沿垂直面也布置两台第二推进器(307)。


3.如权利要求2所述的大直径长引水隧洞水下检测机器人系统，其特征在于：相邻的第一推进器(301)均以第二推进器(307)为中心对称布置。


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【专利技术属性】
技术研发人员：李玲珑，曹俊，李文跃，季红涛，陈志达，王磊，胡震，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心中国船舶重工集团公司第七零二研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32