一种高水流长距离涵道检测机器人系统的制作方法

本发明涉及市政管道、水利涵道检测技术领域，具体为一种高水流长距离涵道检测机器人系统。

背景技术：

市政地下排水管道一旦堵塞，将发生内涝。这些市政管道的主管通常很长。有些沿江、沿海市政管道直接通往江海。长期使用的管道系统由于泥沙淤积，容易发生堵塞。探测管道的泥沙淤积情况是防范管道堵塞的前提。

在一些水利工程中，如南水北调工程、水利大坝工程，也存在大量箱涵隧道。这些箱涵隧道的泥沙淤积情况需要定期检测。

市政管道和水利箱涵隧道的检测主要困难有：(1)隧道较长，采用常规观察型水下机器人检查只能完成短距离检测。有些隧道长达上十公里。无法通过常规水下机器人进行长距离检测。(2)这些箱涵隧道有较大水流，在检测过程中，通常要求管道输水功能不能停止。这也因普通的观察水下机器无法适应大水流，在高流速下观察机器人无法达到稳定性要求而难以开展管道检测作业。

因此，常规观察型水下机器人用于市政管道、水利箱涵检查作业仅能适应低流速和短距离作业。在高流速、长距离作业要求下，对这些箱涵隧道的检测非常困难。本发明针对隧道长、流速大、水下机器人控制困难等特殊环境要求，实现在高流速、长距离下的全管道拍照检查、视频拍摄、声呐成像等检测功能。在此发明基础上，后续可进一步实现搭载管路冲洗、清理作业工具，实现观察、探测、作业一体化功能。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高水流长距离涵道检测机器人系统，解决了常规的带缆水下机器人进行管道、涵道的检测由于需要通过脐带缆给水下机器人供电，脐带缆较粗，较长的脐带缆在水下产生很大阻力。在高水流环境下，水下机器人难以拖动较长脐带缆。高水流环境下，水下机器人稳定性很差，常规的水下机器人通过推进系统进行悬浮控制难度较大，难以保持水下机器人的稳定性，从而影响对管道和涵道的检测。提高水下机器人的功率有利于解决上述问题。但由带来成本大大提高、不适合小管道和超长管道涵道检测的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高水流长距离涵道检测机器人系统，包括陆上控制单元、光纤缆绞车和光纤缆以及水下机器人；

所述水下机器人由耐压舱、稳定翼、爬壁轮、爬壁轮缓冲器、垂向推进器、主推进器、侧向推进器、光纤缆张力缓冲器、微细光纤、尾舱段和防撞架以及观通系统部件组成；

所述观通系统由水下灯和观察窗组成；

所述水下机器人自带能源，通过微细光纤进行远程控制，微细光纤传输管道涵道检测数据至陆上控制单元，所述水下机器人设置有放射状稳定翼，稳定翼外沿设置有爬壁轮；

所述水下机器人通过微细光纤与光纤缆绞车以及陆上控制单元相连接；

在高水流环境下，侧向推进器推动动水下机器人至爬壁轮和管道或涵道壁贴合，通过主推进器推动水下机器人爬壁前进，以进一步提高水下机器人抗流能力和控制稳定性；

当水下机器人和管道壁或其他障碍物发生碰撞时，首先和爬壁轮产生接触，爬壁轮具有缓冲保护装置，对水下机器人的设备产生保护作用；

所述微细光纤末端具有弹簧缓冲装置，以保证微细光纤受到突变载荷时不会损坏光纤；

全套系统通过低阻力的微细光纤控制、放射性大面积稳定翼设计、爬壁轮沿壁爬行前进，以实现高水流、长距离管道和涵道水下检测。

优选的，全套系统模块化构成，可人工搬运。

优选的，所述水下机器人的主体为回转体结构，并布置在系统的中央位置，水下机器人四周设置放射性稳定翼，以提高水下机器人的控制稳定性。

优选的，所述爬壁轮上安装有爬壁轮缓冲器，且数量不少于四个。

优选的，所述垂向推进器固定安装在耐压舱的顶部，主推进器固定安装在耐压舱的尾舱段的尾端，所述尾舱段与耐压舱的一端固定连接，所述水下灯和观察窗均固定安装在耐压舱的首端，侧向推进器固定安装在耐压舱的侧面。

优选的，所述水下机器人的内部设置有微处理器，且该微处理器与微细光纤相连接，且垂向推进器、主推进器和侧向推进器均与微处理器相连接。

优选的，适合高水流环境和长距离要求下的管道、涵道检测。

优选的，所述微细光纤远程控制水下机器人，水下机器人自带电池，以实现长距离检测时不需要长距离外部电缆供电，微细光纤受到水的阻力小，适合于远距离、高水流环境下带缆航行。

优选的，所述稳定翼、爬壁轮、垂向推进器、主推进器和侧向推进器是实现水下机器人在大水流环境下的稳定性和可控制性的主要部件，水流过大，水下机器人靠近管道或箱涵壁时，爬壁轮首先接触管道或箱涵壁，侧向推进器可以将水下机器人推向管道或涵道壁，而不是悬于水中，实现水下机器人在高水流环境下的抗水流性，同时爬壁轮在主推进器推动下可沿管道或涵道壁稳定的前进后退。

优选的，缓冲光纤突变张力和爬壁轮和管道壁碰撞时的冲击力，稳定翼设置在水下机器人本体设备的外围，在高水流环境下实现对光纤和水下机器人的保护。

(三)有益效果

本发明提供了一种高水流长距离涵道检测机器人系统，具备以下有益效果：

本发明水下机器人在大面积放射性稳定翼作用下水下稳定性高；爬壁轮结合水下推进器前进，抗高水流能力强；远程微细光纤遥控，小功率水下机器人实现长距离航行。

附图说明

图1为本发明高水流长距离涵道检测机器人系统的水下机器人的结构示意图；

图2为本发明高水流长距离涵道检测机器人系统的光纤缆绞车和陆上控制单元的爆炸结构示意图；

图3为本发明高水流长距离涵道检测机器人系统的后视结构示意图；

图4为本发明高水流长距离涵道检测机器人系统的控制系统结构示意图。

图中：耐压舱1、稳定翼2、爬壁轮3、爬壁轮缓冲器4、垂向推进器5、主推进器6、光纤缆张力缓冲器7、微细光纤8、尾舱段9、防撞架10、水下灯11和观察窗12、侧向推进器13、光纤缆绞车14、陆上控制单元15。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种高水流长距离涵道检测机器人系统，其特征在于：包括陆上控制单元15、光纤缆绞车14和光纤缆8以及水下机器人；

水下机器人由耐压舱1、稳定翼2、爬壁轮3、爬壁轮缓冲器4、垂向推进器5、主推进器6、侧向推进器13、光纤缆张力缓冲器7、微细光纤8、尾舱段9和防撞架10以及观通系统部件组成；

观通系统由水下灯11和观察窗12组成；

水下机器人自带能源，通过微细光纤8进行远程控制，微细光纤8传输管道涵道检测数据至陆上控制单元15，微细光纤8具备较小的水下阻力，并能实时长距离传输管道涵道检测数据至陆上控制单元15，水下机器人设置有放射状稳定翼2，稳定翼2外沿设置有爬壁轮3；

水下机器人通过微细光纤8与光纤缆绞车14以及陆上控制单元15相连接；

在高水流环境下，侧向推进器13推动动水下机器人至爬壁轮3和管道或涵道壁贴合，通过主推进器6推动水下机器人爬壁前进，以进一步提高水下机器人抗流能力和控制稳定性；

当水下机器人和管道壁或其他障碍物发生碰撞时，首先和爬壁轮3产生接触，爬壁轮3具有缓冲保护装置，对水下机器人的设备产生保护作用，爬壁轮3的缓冲装置对光纤和水下机器人在突变载荷下进行保护；

微细光纤8末端具有弹簧缓冲装置，以保证微细光纤8受到突变载荷时不会损坏光纤；

全套系统通过低阻力的微细光纤8控制、放射性大面积稳定翼2设计、爬壁轮3沿壁爬行前进，以实现高水流、长距离管道和涵道水下检测。

该系统由陆上控制单元、光纤缆绞车、光纤缆和水下机器人构成。水下机器人由光纤缆张力缓冲器、控制罐、电池罐、推进系统、稳定翼2、爬壁轮3、爬壁轮缓冲器4、观通系统等部件组成。

作为本发明的一种优选技术方案：全套系统模块化构成，可人工搬运。

作为本发明的一种优选技术方案：水下机器人的主体为回转体结构，并布置在系统的中央位置，水下机器人四周设置放射性稳定翼2，以提高水下机器人的控制稳定性。

作为本发明的一种优选技术方案：爬壁轮3上安装有爬壁轮缓冲器4，且数量不少于四个。

作为本发明的一种优选技术方案：垂向推进器5固定安装在耐压舱1的顶部，主推进器6固定安装在耐压舱1的尾舱段9的尾端，尾舱段9与耐压舱1的一端固定连接，水下灯11和观察窗12均固定安装在耐压舱1的首端，侧向推进器13固定安装在耐压舱1的侧面。

作为本发明的一种优选技术方案：水下机器人的内部设置有微处理器，且该微处理器与微细光纤8相连接，且垂向推进器5、主推进器7和侧向推进器13均与微处理器相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：适合高水流环境和长距离要求下的管道、涵道检测。

作为本发明的一种优选技术方案：微细光纤8远程控制水下机器人，水下机器人自带电池，以实现长距离检测时不需要长距离外部电缆供电，微细光纤8受到水的阻力小，适合于远距离、高水流环境下带缆航行。

作为本发明的一种优选技术方案：稳定翼2、爬壁3、垂向推进器5、主推进器6和侧向推进器13是实现水下机器人在大水流环境下的稳定性和可控制性的主要部件，水流过大，水下机器人靠近管道或箱涵壁时，爬壁轮3首先接触管道或箱涵壁，侧向推进器13可以将水下机器人推向管道或涵道壁，而不是悬于水中，实现水下机器人在高水流环境下的抗水流性，同时爬壁轮3在主推进器6推动下可沿管道或涵道壁稳定的前进后退。

作为本发明的一种优选技术方案：缓冲光纤突变张力和爬壁轮3和管道壁碰撞时的冲击力，稳定翼2设置在水下机器人本体设备的外围，在高水流环境下实现对光纤和水下机器人的保护。

该文中出现的电器元件均与水下机器人本体设备的的电池或外界的主控器及220v市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备，该文中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。

综上所述，该高水流长距离涵道检测机器人系统，本发明水下机器人在大面积放射性稳定翼作用下水下稳定性高；爬壁轮结合水下推进器前进，抗高水流能力强；远程微细光纤遥控，小功率水下机器人实现长距离航行。

需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。