一种检测港口码头的水下机器人的制作方法

文档序号:14914505发布日期:2018-07-11 00:20

本实用新型涉及港口码头检测技术领域,具体涉及一种检测港口码头的水下机器人。



背景技术:

随着经济的发展和社会的进步,我国的水运事业也得到了快速的发展。我国海岸线长,作为港口码头的大国,这些为数众多的港口码头工程不仅在物流运输方面起着极为重要的作用,同时也在一定程度上促进了国民经济和社会的发展。但是,这些港口码头工程大部分都修建于20世纪50-70年代,受制于当时的条件,质量难以保证,加之年久失修,老化严重,病险日益突显,直接威胁到港口码头工程的安全运行。因此,对港口码头工程定期开展检测是非常有必要的。那么,如何有效地开展检测工作,获得准确可靠的检测结果,是我们面临的一个重要课题。

目前针对港口码头水工检测案例少,技术方案准备不足,传统的水下检测多局限在内河桥梁,检测条件相对简单,传统的方式是采用蛙人检测,在安全控制上存在一定隐患。



技术实现要素:

本申请提供一种检测港口码头的水下机器人,包括主框架、扩展框架、水平推进器、垂直推进器、主舱体、定位装置、检测装置和浮力块;

主框架与扩展框架上下固定连接,主框架内部设有用于承载主舱体、定位装置和检测装置的承载部,主框架顶部设有浮力块,水平推进器水平安装于主框架内,并构成水平各向对称式矢量推进系统,垂直推进器竖向安装于主框架内,并构成上下推进系统,主舱体通过脐带电缆与水面控制系统通讯连接。

一种实施例中,承载部为板状结构,承载部设有扩展安装位。

一种实施例中,扩展框架上设有用于安装扩展设备的安装位。

一种实施例中,主框架与扩展框架通过固定块固定连接,且主框架与所述扩展框架的相对边缘对应开设有用于容纳固定块的容置位。

一种实施例中,固定块的外表面与主框架和扩展框架的外表面齐平。

一种实施例中,定位装置包括测高声纳、测距声纳、深度计、罗经、水声应答器。

一种实施例中,检测装置包括剖面声纳、高频成像声纳、摄像机。

一种实施例中,剖面声纳为多波束剖面声纳。

一种实施例中,高频成像声纳为多波束前视图像声纳或三维扫描成像声纳。

依据上述实施例的水下机器人,由于通过将水下机器人的结构设计为开架式结构,加工简单、降低设计成本,而且还能根据不同的港口码头的实际检测需要搭载不同的定位设备和检测设备,能精确控制水下机器人的位置与姿态,同时,使检测技术人员通过水面控制系统对港口工程的水下结构的运行状况和病险隐患所在部位及严重程度有了非常直观的了解,有利于检测技术人员对工程现状获得准确可靠的检测数据。

附图说明

图1为水下机器人结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本例提供一种检测港口码头的水下机器人,其结构图如图1所示,包括主框架1、扩展框架2、水平推进器3、垂直推进器4、主舱体5、定位装置6、检测装置7和浮力块8,其中,主框架1和扩展框架2均采用开架式结构,这样,使水下机器人的整体结构便于设计、便于操作。

本例的主框架1和扩展框架2为上下固定连接,具体的,主框架1与扩展框架2的相对边缘通过多个固定块9固定连接,为了使主框架1和扩展框架2的整体结合美观,本例的主框架1与扩展框架2的相对边缘对应开设有用于容纳固定块9的容置位,当固定块9放置于该容置位时,固定块9的外表面与主框架1和扩展框架2的外表面水平对齐,然后,再通过螺钉将固定块9分别固定于主框架1和扩展框架2上,以此实现主框架1和扩展框架2的固定连接。

进一步,本例的主框架1内部设有用于承载主舱体5、定位装置6和检测装置7的承载部10,承载部10为板状结构,为了使本例的水下机器人具有多功能的兼容性,即使本例的水下机器人能兼容安装多个设备,承载部10除了设有主舱体5、定位装置6和检测装置7的安装位外,承载部10还设有扩展安装位101,这样,可以将水下机器人扩展功能的相应设备安装于该扩展安装位101上。

相应的,本例的扩展框架2也具有安装其他扩展设备的安装位21,通过扩展框架2的安装位21及承载部10上的扩展安装位101,能使水下机器人对不同类型的港口码头进行不同功能的检测,提高了水下机器人的兼容性,扩展了水下机器人的检测范围和应用。

进一步,本例的水平推进器3的数量为四个,四个水平推进器3分别水平安装于主框架1内的左前、右前、左后和右后四个方向,且四个水平推进器3构成水平各向对称式矢量推进系统;垂直推进器4竖向布置于主框架1顶部的中间位置,并构成上下推进系统;通过控制这些推进器的正反转,机器人可以实现:进退、沉浮、平移、转向等动作:当四个水平推进器转速相同转向相同时,机器人可以实现前进和后退;当左后、右前的水平推进器的转向和左前、右后的水平推进器的转向相反,转速相同时可以实现推进器的左侧移和右侧移动作;当左前、左后的水平推进器的转向与右前、右后水平推进器的转向相反,转速相同是可以实现推进器的转向动作;垂直推进器4可以控制机器人的上浮下沉。

本例的主舱体5通过脐带电缆与水面控制系统通讯连接,为整个水下机器人提供控制信号,如,主舱体5分别为水平推进器3和垂直推进器5提供控制信号,以控制水下机器人的运动状态。

由于声纳是利用水中声波进行探测、定位和通信的电子设备,其工作原理就是当声波在水下传播时,遇到不同界面(如坝体有裂缝或空气夹层就形成了不同的界面)会产生反射,造成接收的声波信号起伏和畸变,浅剖声纳由发射基阵和接收基阵组成。利用声波在水下传播时,遇到固体界面会产生反射原理,通过测量发送声波脉冲与接收声波脉冲之间的时间差,再经过一定的计算,可以测定某一固体在水下的位置,因此,本例的定位装置6由定位声纳组成,检测装置7由检测声纳组成,具体如下。

定位装置6与水面控制系统通讯连接,定位装置6为水下机器人进行港口码头检测提供所需的位置,包括首向角、深度、高度及相对于港口码头的距离等,定位装置6包括DVL速度计、测高声纳、测距声纳、深度计、罗经、水声应答器,其中,DVL速度计:跟踪范围为对水底跟踪方式600m,测速范围土6m/s,水底跟踪精度为小于测量速度的0.2%,分辨率(测速门限)0.1cm/s;KVH磁罗经:精度±0.5°,重复性±0.2°,分辨率±0.1°,纵摇/横摇测量范围为±16°;测高声纳:最大测量深度200m,最小测量深度8m,工作频率150khz,测量精度土2.4%;深度汁:最大测量深度200m,测量精度±0.1m。其中,测高声纳安装于承载部9,水声应答器安装在主框架1的顶部上,水声应答器负责发送信号给水面控制系统。

检测装置7与水面控制系统通讯连接,检测装置7包括剖面声纳、高频成像声纳、摄像机;其中,剖面声纳为多波束剖面声纳,高频成像声纳为多波束前视图像声纳或三维扫描成像声纳,摄像机为TV摄像头,利用TV摄像头查看港口码头表体情况,借助声纳检测传感器来检测港口深层结构情况,可以潜入水下200m透过10m厚的泥抄探测结构物的裂缝。

浮力块8设置于主框架1的顶部,浮力块8的负浮力具体设计是根据水下机器人所需的正浮力的大小设计的,以通过浮力块8提供的负浮力保证水下机器人的整体结构平衡。

如果是潜水员在深水中作业需要潜水钟,其加压减压时间长,且潜水员在水中工作时间、工作条件、工作环境等都有限制,而用本例的水下机器人替代潜水员,则能够长时间在水中任意深度进行作业。同时,水下机器人能按照指令快速地行进至指定地点并迅速开展工作,因此,大大缩短了工作时间,提高了工作效率。

在其他实施例中,还可以通过在本例的水下机器人开放式的主框架及扩展框架搭载水下高清摄像头、二维多波束声呐等设备可以全方位、全角度非常直观地实时观测到水下检测实况,同时这些实况信图像能够同步存储在控制平台的电脑中,以便日后进行分析与研究。

如,水下高清摄像头可以对周边环境、水中结构等进行持续拍摄,并实时显示在控制平台的显示屏幕上并自动保持在电脑中,检测技术人员可以非常直观地通过屏幕看到哪些地方有裂缝、哪些地方有破损、哪些地方有金属锈蚀等等,从而能够快速依据现象做出准确的判断。也可以通过重新调看或回放已检测过的部位成像资料,并对其进行简要现场分析和判断,以决定是否需要补测或对某些部位进一步加密检测部位进行详查。

二维多波束声纳类似于我们生活当中使用的手电筒,声呐发射的声波以一定的方向和角度发射出去,当声被遇到前方障碍物时部分声波能量又反射回声响的表面。当声呐系统挂收到反射回来的声呐以后,会根据从声波发射到回波被接收这段时间的长短来测量目标距离声响系统的距离。同时.可以根据回旋的强度大小来在得目标反射声波能力的强弱,从而形成声呐图像。在形成的声呐图像上,可以看到有明有暗,通常情况下,回波信号强的用亮色,回波信号弱的用暗色。而在声学中,硬目标(如混凝土、钢板)反射声被能力强,软目标(如水、橡胶、薄壳空气腔等)反射声波能力弱。因此.根据这些原理,二维多波束声呐可以对水下的各个目标物体进行准确的辨识与定位。

在较好的水体环境中,本例的水下机器人能够很清晰地显示水下检测实况,如水库大坝的裂缝、破损、钢筋锈蚀情况等,并通过定位系统记录其问题发生的位置,同时保存下来。在水体水质条件比较差的情况下,仍然可以通过水下机器人携带的二维多波束声呐对检测目标进行定位及辨识。

水下机器人系统所取得的资料和成果主要包含水下高清摄像头成像和二维多波束声呐扫描结果两部分,两部分结果可以单独进行整理分析,也可以相互结合进行成果分析或相互印证检测结果。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述,只是用于帮助理解本实用新型,并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员,依据本实用新型的思想,还可以做出若干简单推演、变形或替换。

再多了解一些
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