一种城市排水管道检测与清淤智能机器人及工作方法技术

本发明专利技术公开了一种城市排水管道检测与清淤智能机器人及工作方法，属于城市排水管道检测与清淤技术领域。机器人包括：机器人本体以及搭载于机器人本体上的排水管道内部环境探测装置、清淤作业装置及机器人无先验环境下同步定位装置。所述排水管道内部环境探测装置包括搭载于机器人本体上的第一环扫声呐及浑水摄像机；所述清淤作业装置用于清除淤积物；所述机器人无先验环境下同步定位装置，包括第二环扫声呐、浑水摄像机、陀螺仪、计米器及位置获取模块；所述位置获取模块用于通过边缘计算和特征提取，得到机器人的位置信息；基于该定位信息，可以使得机器人进行指定位置的精准检修及清淤。本发明专利技术能够实现精细化定量清淤作业及检测。检测。检测。

【技术实现步骤摘要】
一种城市排水管道检测与清淤智能机器人及工作方法


[0001]本专利技术属于城市排水管道检测与清淤
，更具体地，涉及一种城市排水管道检测与清淤智能机器人及工作方法。

技术介绍

[0002]随着城市规模的扩张和城市人口的不断增多，城市污水体量越来越大；现有污水管道长期处于峰值高负荷运转状态，造成管道淤积、管网破裂损坏等一系列问题。因此，作为城市的重要基础设施，在长期运营过程中，需要定期进行排水管道结构本体安全和污水浓度的检测、排水管道结构附着淤泥清除工作，避免排水管道发生衬砌掉落、淤泥沉积堵塞以及污水浓度未达标排放等质量安全问题，影响城市排水管道的蓄污排污能力。
[0003]目前，为保障清淤作业的安全性，提高清淤工作的效率，相应的清淤机器人逐渐替代人工作业。然而，随着城市排水管道规模的不断扩张，管道内部场景的日愈复杂化，现有的清淤机器人功能比较单一，难以满足水上水下一体化结构安全检测与清淤工作。
[0004]并且，由于城市排水管道环境复杂，可能会存在无水管道、半水管道、满水管道，还可能会存在枯水淤积物板结等多种不同的工况，现有的清淤机器人不能满足城市排水管道多工况的检测与清淤需求。同时，现有的清淤机器人不能实现定量化精细清淤，可能存在机器人定位不准确、淤泥清理不彻底等缺陷；并且，城市排水管道还具有全封闭及弱信号的特性，使得现有的清淤机器人不能完全满足城市排水管道检测与清淤的需求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种城市排水管道检测与清淤智能机器人及工作方法，其目的在于提出一种能够实现城市排水管能够实现精细化定量清淤作业的智能机器人。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种城市排水管道检测与清淤智能机器人，包括：机器人本体以及搭载于机器人本体上的排水管道内部环境探测装置、清淤作业装置、机器人无先验环境下同步定位装置；
[0007]所述排水管道内部环境探测装置包括搭载于机器人本体上的第一环扫声呐及浑水摄像机；
[0008]所述清淤作业装置用于清除淤积物；
[0009]所述机器人无先验环境下同步定位装置，包括第二环扫声呐、浑水摄像机、陀螺仪、计米器及位置获取模块；所述第二环扫声呐用于扫描排水管道内的环形截面点云信息，所述浑水摄像机用于拍摄排水管道内的图像信息，所述陀螺仪用于记录机器人的姿态信息，所述计米器用于测量机器人的行进距离信息；所述位置获取模块用于通过边缘计算和特征提取，得到机器人的位置信息；
[0010]其中，所述位置获取模块包括：
[0011]环境特征识别单元，用于通过边缘计算和特征提取将所述环形截面点云信息、图
像信息、姿态信息及行进距离信息进行数据融合，识别出机器人不同时刻所处的环境特征；
[0012]轨迹线生成单元，用于当机器人运行一段轨迹后，将轨迹上的所有环境特征顺序连接，得到机器人行进的轨迹线；
[0013]位置信息输出单元，用于将所述轨迹线与排水管道的GIS图进行比对，得到机器人的实时位置信息。
[0014]进一步地，所述机器人无先验环境下同步定位装置还包括三维建图模块，用于将所述机器人行进的轨迹线与所述环形截面点云信息进行匹配，得到排水管道内部的三维模型。
[0015]进一步地，所述清淤作业装置包括搭载于机器人本体前部的铰刀和机器人后部的抽淤口；工作状态下，机器人下放铰刀，打散原位的淤泥，通过抽淤口将淤泥抽出；枯水期淤泥板结时，机器人通过抽淤口进行反向冲水，利用铰刀旋转清除淤积物。
[0016]进一步地，所述第一环扫声呐和第二环扫声呐为同一个环扫声呐。
[0017]进一步地，还包括机器人水中行走装置，所述机器人水中行走装置包括伺服直流电机、行星齿轮减速器及行进式履带，所述伺服直流电机的输出轴与所述行星齿轮减速器连接，所述行星齿轮减速器设置在所述行进式履带上。
[0018]进一步地，所述排水管道内部环境探测装置还包括搭载于机器人本体上的推杆。
[0019]进一步地，还包括机器人通讯控制装置及机器人物联网系统，所述机器人通讯控制装置包括水下光纤及控制器，所述机器人物联网系统包括路由器和地面上位机；所述控制器通过所述水下光纤与所述地面上位机连接，所述路由器与所述水下光纤连接。
[0020]进一步地，所述机器人为多台，多台所述机器人均与所述机器人物联网系统连接。
[0021]按照本专利技术的另一方面，提供了一种如第一方面任意一项所述的机器人工作方法，包括：
[0022]通过浑水摄像机拍摄排水管道内的作业环境，通过第一环扫声呐探测排水管道结构本体以及附着淤积物情况；
[0023]工作状态下，机器人下放铰刀，打散原位的淤泥，通过抽淤口将淤泥抽出；枯水期淤泥板结时，机器人通过抽淤口进行反向冲水，利用铰刀旋转清除淤积物；
[0024]通过所述第二环扫声呐扫描排水管道内的环形截面点云信息，通过所述浑水摄像机拍摄排水管道内的图像信息，通过所述陀螺仪记录机器人的姿态信息，通过所述计米器测量机器人的行进距离信息；
[0025]通过边缘计算和特征提取将所述环形截面点云信息、图像信息、姿态信息及行进距离信息进行数据融合，识别出机器人不同时刻所处的环境特征；
[0026]当机器人运行一段轨迹后，将轨迹上的所有环境特征顺序连接，得到机器人行进的轨迹线；
[0027]将所述轨迹线与排水管道的GIS图进行比对，得到机器人的实时位置信息。
[0028]进一步地，还包括将所述机器人行进的轨迹线与所述环形截面点云信息进行匹配，得到排水管道内部的三维模型。
[0029]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0030](1)本专利技术通过采用第二环扫声呐环扫管道内的二维环形截面信息，并结合浑水摄像机、陀螺仪及计米器，通过位置获取模块，实现机器人在排水管道内无先验环境下的精
准同步定位，基于该定位信息，可以使得机器人进行指定位置的精准检修及清淤；需要强调的是，本专利技术采用第一环扫声呐进行管道内环境的探测，采用第二环扫声呐来实现机器人在管道环境中的精准定位，在本领域技术人员的常规认知中，声呐多用于探测，而本专利技术确还将其应用在排水管道这一特殊的环境中的定位上；并且相比传统的三维多波束声呐体积较大，不适合管道内部环境，本专利技术采用的环扫呐体积小，能够适应排水管道特殊的应用环境需求。
[0031](2)进一步地，本专利技术的机器人可以在清淤的同时进行三维建模，将机器人的位置信息与第二环扫声呐获得管道内的二维环形截面点云信息进行匹配，可以构建排水管道内部的三维模型，机器人根据该三维模型可以实现定量化清淤及精细化作业，提升清淤效率；同时，建立的管道三维模型可以用于后续的管道运维等。
[0032](3)进一步地，通过载于机器人本体前部的铰刀和机器人后部的抽淤口可以实现管道内有水时及枯水淤泥板结时的淤泥清理；通过第一环扫声呐及浑水摄像机可以获取排水管道内的工况，进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市排水管道检测与清淤智能机器人，其特征在于，包括：机器人本体以及搭载于机器人本体上的排水管道内部环境探测装置、清淤作业装置、机器人无先验环境下同步定位装置；所述排水管道内部环境探测装置包括搭载于机器人本体上的第一环扫声呐及浑水摄像机；所述清淤作业装置用于清除淤积物；所述机器人无先验环境下同步定位装置，包括第二环扫声呐、浑水摄像机、陀螺仪、计米器及位置获取模块；所述第二环扫声呐用于扫描排水管道内的环形截面点云信息，所述浑水摄像机用于拍摄排水管道内的图像信息，所述陀螺仪用于记录机器人的姿态信息，所述计米器用于测量机器人的行进距离信息；所述位置获取模块用于通过边缘计算和特征提取，得到机器人的位置信息；其中，所述位置获取模块包括：环境特征识别单元，用于通过边缘计算和特征提取将所述环形截面点云信息、图像信息、姿态信息及行进距离信息进行数据融合，识别出机器人不同时刻所处的环境特征；轨迹线生成单元，用于当机器人运行一段轨迹后，将轨迹上的所有环境特征顺序连接，得到机器人行进的轨迹线；位置信息输出单元，用于将所述轨迹线与排水管道的GIS图进行比对，得到机器人的实时位置信息。2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人无先验环境下同步定位装置还包括三维建图模块，用于将所述机器人行进的轨迹线与所述环形截面点云信息进行匹配，得到排水管道内部的三维模型。3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，所述清淤作业装置包括搭载于机器人本体前部的铰刀和机器人后部的抽淤口；工作状态下，机器人下放铰刀，打散原位的淤泥，通过抽淤口将淤泥抽出；枯水期淤泥板结时，机器人通过抽淤口进行反向冲水，利用铰刀旋转清除淤积物。4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述第一环扫声呐和第二环扫声呐为同一个环扫声呐。5.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于，还包括机器人水中行走装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文黎，骆汉宾，李琛，吴俊豪，李翰林，鲁振川，
申请(专利权)人：武汉数字建造产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：