一种基于智能水下机器人的多功能深水基础监测设备的制作方法

1.本技术涉及桥梁检测设备的技术领域，特别涉及一种基于智能水下机器人的多功能深水基础监测设备。


背景技术：

2.目前，桥梁基础是桥梁结构物直接与地基接触部分，承受上部结构传来的全部荷载，并把全部桥梁结构荷载传递给地基，是桥梁下部结构的重要组成部分。为了保证桥梁的正常使用和安全，基础必须结构状态良好，具有足够的强度、刚度和稳定性。涉水桥梁基础淹没于水下，属隐蔽工程，且环境恶劣，主要病害类型有：基础冲刷、淘空，基础沉降、倾斜，基础混凝土冲蚀、磨损、破损、露筋、锈蚀、夹泥、开裂、缩径，存在较大安全隐患。
3.相关技术中，水下机器人是集水下检测技术于一体的仪器设备，它集成了动力电源、控制、推进、导航等仪器设备，还可按照不同的应用目的相应配置不同类型的探测仪器。在桥梁水下基础的检测过程中，可考虑以遥控水下机器人为载体，在机器人上配备浅剖声呐、高频成像声呐等检测传感器，使之成为一个装备有声、光、电等多种先进传感器的综合体，实现桥梁水下基础的监测。
4.对于深水、大流速和水质浑浊的水域内的桥墩基础，如何对其病害情况进行监测是目前的一大难题。因此，有必要研发一种基于智能水下机器人的多功能深水基础监测设备以解决这一难题。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供一种基于智能水下机器人的多功能深水基础监测设备，以解决相关技术中深水、大流速和水质浑浊的水域内的桥墩基础病害情况监测困难的问题。
6.本技术所采用的技术方案是：
7.一种基于智能水下机器人的多功能深水基础监测设备，包括：
8.支撑架，其用于支撑在桥墩上且可在桥墩上上下滑动；
9.升降机构，其用于提升或者下放所述支撑架；
10.滑动轨道，其连接于所述支撑架上并用于圈设在桥墩周围；
11.水下机器人，其安装于所述滑动轨道上且可在所述滑动轨道绕桥墩滑动，所述水下机器人用于监测桥墩病害情况。
12.一些实施例中，所述水下机器人具有推进器。
13.一些实施例中，所述水下机器人内设有蓄水仓和空气压缩机。
14.一些实施例中，所述水下机器人上设有机械臂，其用于清理桥墩。
15.一些实施例中，所述支撑架围设于桥墩周围并通过若干支杆支撑于桥墩外壁上。
16.一些实施例中，所述支杆设于所述支撑架上且可沿靠近或者远离桥墩方向伸缩。
17.一些实施例中，所述支杆通过滚轮滚动支撑于桥墩外壁上。
18.一些实施例中，所述升降机构包括卷扬机和连接所述卷扬机和所述支撑架的连接
绳。
19.一些实施例中，所述连接绳上设有长度标记。
20.一些实施例中，还包括电源系统，其包括太阳能充电装置和电池组，电池组用于向所述水下机器人供电。
21.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
22.本技术实施例提供了一种基于智能水下机器人的多功能深水基础监测设备，其在桥墩上设置支撑架，支撑架上设置滑动轨道，滑动轨道上安装水下机器人，并通过升降机构提升或者下方支撑架，可使支撑架及水下机器人可在桥墩上上下移动，可将水下机器人下放至水面下对桥墩进行病害监测，同时，水下机器人在滑动轨道上绕桥墩滑动对桥墩周围进行病害监测，即通过水下机器人可对桥墩全方位进行病害监测，且支撑架支撑于桥墩上可提高水下机器人在水下监测作业时的稳定性，以实现对桥梁水下基础的长期稳定的监测。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本技术实施例提供的基于智能水下机器人的多功能深水基础监测设备的平面结构示意图；
25.图2为本技术实施例提供的基于智能水下机器人的多功能深水基础监测设备的立体结构示意图；
26.图3为本技术实施例提供的基于智能水下机器人的多功能深水基础监测设备中支杆的结构示意图。
27.图中：1、支撑架；101、连接杆；2、升降机构；201、卷扬机；202、连接绳；203、支架；204、滑轮；3、支杆；301、支撑管；302、锁紧螺栓；303、滚轮；4、滑动轨道；5、水下机器人。
具体实施方式
28.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
29.本技术实施例提供了一种基于智能水下机器人的多功能深水基础监测设备，其能解决目前的深水、大流速和水质浑浊的水域内的桥墩基础病害情况监测困难的问题。
30.参照图1-3所示，该基于智能水下机器人的多功能深水基础监测设备包括支撑架1、升降机构2、滑动轨道4和水下机器人5，其中，支撑架1用于支撑在桥墩上且可在桥墩上上下滑动，升降机构2用于提升或者下放支撑架1，滑动轨道4连接在支撑架1上并用于圈设在桥墩周围，而水下机器人5则安装在滑动轨道4上且可在滑动轨道4上绕桥墩滑动，水下机器人5用于检测桥墩病害情况。
31.参照图1和图2，具体的，支撑架1包括呈框形的架体，其用于围设在桥墩周围，其由若干杆状构件拼装形成，架体的大小尺寸根据墩柱尺寸进行设计，使架体能够围设在桥墩上并可在桥墩上上下滑动。在实际安装时，可在现场采用钢管等构件进行焊接拼装，支撑架1的成本低且安装方便。
32.参照图1和图2，支撑架1通过多根支杆3支撑于桥墩上，支杆3设于支撑架1上并可沿靠近或者远离桥墩方向伸缩。
33.参照图3，具体的，支杆3包括多根空心且截面尺寸不同的支撑管301，多根支撑管301由截面尺寸由大到小的顺序依次套设在一起形成支杆3，在本实施例中，支杆3的截面呈矩形；其中，截面尺寸最大的支撑管301固定在支撑架1上，且支杆3在支撑架1上朝向桥墩方向延伸，在相邻的两根支撑管301之间于截面尺寸较大的支撑管301外壁上栓接装配一锁紧螺栓302，锁紧螺栓302抵触于截面尺寸较小的支撑管301外壁上，从而在支杆3长度调整完成后，通过锁紧螺栓302抵紧截面尺寸较小的支撑管301，使相邻两根支撑管301之间不易相对滑动，依次拧紧多个锁紧螺栓302即可使支杆3保持调节好的长度。
34.进一步的，多个支杆3在支撑架1上沿桥墩的周侧分布。
35.通过上述设置，通过支杆3的伸缩，可在支撑架1围设在桥墩上后调节支杆3的长度至抵接于桥墩表面，以通过支杆3对支撑架1进行支撑，并且可根据不同尺寸的桥墩调节支杆3的长度至抵接于桥墩，使支撑架1可适应不同规格的桥墩；并且，支杆3的组装方法简单，取材方便。
36.在本实施例中，每根支杆3由三根支撑管301组成。
37.参照图1和图2，进一步的，支杆3通过滚轮303滚动支撑于桥墩外壁上，具体的，滚轮303安装在支杆3靠近桥墩的一端，即滚轮303安装在截面尺寸最小的支撑管301的端部。从而使支杆3与桥墩之间摩擦为滚动摩擦，以降低支撑架1在桥墩上上下滑动的阻力。
38.参照图1和图2，升降机构2包括卷扬机201和连接卷扬机201与支撑架1的若干连接绳202，具体的，在安装时，卷扬机201安装在桥墩上顶部，同时在桥墩顶部设置支架203，支架203延伸至桥墩平台外并安装滚轮303，连接绳202一端连接于卷扬机201，另一端绕过滚轮303连接于支撑架1。
39.在桥墩顶部空间不足时，可在桥墩侧壁靠近顶部位置搭建一安装平台以供卷扬机201及支架203安装。
40.进一步的，连接绳202设置有两根，两根连接绳202分别连接于支撑架1的相对两侧，相应地，支架203设置有两组；连接绳202可采用钢丝绳或者尼龙绳等，连接绳202表面覆盖防腐层，并在连接绳202上设置长度标记。
41.通过卷扬机201收放连接绳202实现提升或者下放支撑架1的功能，简单方便且便于进行控制，而支架203及滑轮204的设置可降低钢丝绳的磨损，以提高钢丝绳使用寿命，以便长期的对桥墩进行监测，而连接绳202上长度标记的设置可便于控制连接绳202的收放长度，以便控制水下机器人5的下放距离，记录水下机器人5的在水下的深度数据。
42.参照图1和图2，进一步的，滑动轨道4位于支撑架1下方并通过多根连接杆101连接于支撑架1上，其中，多根连接杆101沿桥墩的周向分布，连接杆101上端与支撑架1固而下端与滑动轨道4连接。
43.具体的，滑动轨道4圈设在桥墩上，其形状可根据桥墩形状进行设计，需使滑动轨
道4拐角处平滑过渡，滑动轨道4可设为椭圆形或者圆形。
44.进一步的，滑动轨道4可采用t型或者h型轨道加工而成，其通过螺栓与连接杆101固定，相应地，在水下机器人5上连接一与滑动轨道4相配合的滑块，滑块上开设卡槽并安装于滑动轨道4上。
45.通过上述设置，滑动轨道4的形状设计可降低水下机器人5滑动时的阻力，以使水下机器人5能够在滑动轨道4上顺利的绕桥墩滑动，滑动轨道4的结构设计可提高水下机器人5的安装稳定性，以在滑动轨道4上稳定运行并对桥墩进行监测。
46.具体的，水下机器人5在设计时于四周配备推进器和舵桨，以便控制水下机器人5在滑动轨道4上滑动；水下机器人5还包括无线控制系统、电源系统、蓄水仓、空气压缩机、gps定位系统、罗经、三维运动传感器、机械臂、高频成像声呐、水下摄像机、水下激光测距仪。
47.具体的，无线控制系统通过无线电和无线网络两种方式进行信号、数据传输，无线电主要用于实时遥控指令，无线网络主要用于数据资料上传。
48.电源系统包括太阳能充电装置和电池组，太阳能充电装置包括太阳能板和配套线路，电池组为锂电池组，其安装在水下机器人5内，太阳能充电装置吸收太阳能，并给锂电池组充电，锂电池组给水下机器人5供电。
49.蓄水仓和空气压缩机用于调节水下机器人5的重量以辅助提升或者下方，具体的，通过空气压缩机调节蓄水仓内空气量从而调节蓄水仓内水量，达到控制水下机器人5重力的作用，从而使水下机器人5能够顺利沉入水底。
50.gps定位系统确定机器人定位，罗经实时测量机器人方位，三维运动传感器测量机器人姿态。
51.高频成像声呐发射声波，对桥墩结构表面进行探测成像或对河床断面进行探测成像；水下激光测距仪进行测距，水下摄像机配备辅助光源，进行照明、拍照。
52.机械臂安装在水下机器人5外壁上，其用于对桥墩表面进行清理，同时在后期还可用于进行相关修缮加工工作。
53.本实施例的实施原理为：首先在墩顶安装卷扬机201及支架203，卷扬机201上缠绕连接绳202，将连接绳202绕过滑轮204下放，根据桥墩尺寸拼装支撑架1和滑动轨道4，将滑动轨道4与支撑架1连接，并调节支杆3长度至滚轮303支撑于桥墩表面，连接绳202端部与支撑架1固定，使支撑架1可沿桥墩上下滑动，并对下放距离进行记录；启动卷扬机201，逐渐下放支撑架1至水面，排出水下机器人5内部蓄水仓内部分空气，水进入蓄水仓，水下机器人5重量增大，借助重力在水中逐渐下沉；无线控制系统接收指令后根据指令控制相应组件工作；下沉过程中停留在某一高度，水下机器人5沿滑动轨道4滑动，通过gps定位系统确定机器人定位，罗经实时测量机器人方位，三维运动传感器测量机器人姿态；机械臂对桥墩表面进行清理；高频成像声呐发射声波，对结构表面进行探测成像；水下激光测距仪进行测距，水下摄像机进行拍照，对声呐成像结果进行复核修正；底面高频成像声呐发射声波，对河床断面进行探测成像，水下激光测距仪进行测距，水下摄像机进行拍照，对声呐成像结果进行复核修正；支撑架1到达河床底面时，通过连接绳202下放长度进行断面高程复核；检测完成后，将压缩空气释放，排出蓄水仓内的水，借助浮力使水下机器人5逐渐浮出水面。
54.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基
于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
55.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
56.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。