一种输水渡槽无缆检测机器人的制作方法

本发明涉及水利工程中的检测机器人领域，具体涉及一种可以在输水渡槽内进行定距观测检测的无缆检测机器人。

背景技术：

现有的渡槽检测方案主要是人为进行上游的关闸和下游的开闸放水，等待水放完后检测员前往渡槽底部进行检测。此方法检测周期长；而检测人员前往湿滑槽底，也有一定的危险性；在检测过程中，由于关闸的原因，会导致相关自来水用户停水，造成生活不便。

更为先进的是采用检测机器人(水面无人船)进行检测，现有技术所公开的水面无人船为单体船造型，主要由船体、动力系统、传感器系统、控制系统、图像系统组成。动力系统包括单个或者多个推进器配合舵对船体的运动速度和运动方向进行控制；惯性测量单元(IMU)、全球定位系统(GPS)组成了传感器系统，并为控制系统自动控制船体运动提供了底层数据支持；图像系统搭载了多个摄像机，在船体运动过程当中将所需检测部分的视频、图像录制和传输。

现有的水面无人船主要采用两种方式进行控制：1.手动遥控；2.自动控制。

渡槽检测最重要的部分在于视频、图像的质量，为保证图像系统拍摄的视频、图像清晰，船体相对渡槽运动的相对速度要小于0.5m/s，并且船体相对于被观测的侧壁和水底距离需要稳定。由于渡槽(包括明槽和暗槽)等类似环境的水利工程中，水流速度往往可以达到3m/s甚至以上，并且由于其内部环境复杂，环境相对封闭。采用手动遥控，要求操控员在高流速下保持船体稳定地运行，并且保持船体与被观测的侧壁之间的距离一定。这对操作员的要求极高，并且不能保证运行相对速度稳定在0.5m/s以内，也无法保持与观测壁面保持相同距离。采用自动控制，现有技术所公开的水面无人船所用的是全球定位系统(GPS)和惯性单元(IMU)组合控制船体的自动运行，但是在密闭环境下GPS几乎无法接受到信号，导致数据不精确，从而自动控制系统不能正常运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种输水渡槽无缆检测机器人，可在输水渡槽内进行定距观测检测，具有运动稳定、控制精确的优点。

本发明采用如下技术方案：

一种输水渡槽无缆检测机器人，包括：

船体，所述船体为多体船结构，包括主船和辅船，辅船通过连杆机构与主船连为一体；搭载于所述船体上的动力系统、传感器系统、控制系统、图像系统；

动力系统，包括单个或者多个推进器，配合舵对船体的运动速度和方向进行控制；

传感器系统，包括惯性测量单元和用于检测船体与渡槽壁面之间距离的测距单元；

控制系统，根据所述惯性测量单元和所述测距单元反馈的参数控制推进器和舵以调整船体的运动速度和方向；

图像系统，用于在船体运动过程当中录制和传输所需检测部分渡槽壁面的视频与图像。所述连杆机构为可伸缩气压杆，或可伸缩液压杆或橡胶杆或弹簧杆，以使所述辅船和所述主船之间间距可调。

所述测距单元为激光测距单元或超声波测距单元。

进一步地，所述船体为四体船结构，包括：

一个主船，位于所述船体中部，由两个浮筒部和架设在所述浮筒部上的主舱构成；

两个辅船，位于所述船体两侧，通过连杆机构与所述主船连为一体，以增强船体稳定性。

进一步地，所述船体两侧突出设有缓冲机构，以在所述船体和渡槽壁面碰撞时起缓冲作用。

所述缓冲机构包括：

底座，固定设置于所述船体上；

缓冲杆，包括套筒和活动杆，活动杆设置在套筒中并由弹性抵持机构抵持向外伸出，套筒内侧底端和底座固定连接；

滚轮，包括轮体和连接片，连接片一端与轮体连接，另一端与活动杆伸出端连接。

弹性抵持机构为气压缸、弹簧。

测距单元设置在缓冲机构的底座上。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明的船体采用多体船结构，并且使用测距单元和惯性测量单元采集的参数为控制系统自动控制船体运动提供底层数据支持，具有运动稳定、控制精确的优点，尤其适合在输水渡槽内进行定距观测检测。

附图说明

图1是本发明实施例的船体立体结构示意图；

图2是本发明实施例的船体俯视结构示意图；

图3是本发明实施例的船体侧视结构示意图；

图4是本发明实施例的船体前视结构示意图；

图5是本发明的系统框架示意图。

图中：1-主船；11-浮筒部；12主舱；2-辅船；3-连杆机构；4-缓冲机构；41-底座；42-缓冲杆；421-套筒；422-活动杆；43-滚轮；431-轮体；432-连接片；100-船体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细说明。

如图1至图4，一种输水渡槽无缆检测机器人，包括：

船体100，所述船体100为四体船结构；

搭载于所述船体100上的动力系统、传感器系统、控制系统、图像系统；

动力系统，包括单个或者多个推进器配合舵对船体100的运动速度和方向进行控制；

传感器系统，包括惯性测量单元和用于检测船体100与渡槽壁面之间距离的测距单元；

控制系统，根据所述惯性测量单元和所述测距单元反馈的参数控制推进器和舵以调整船体100的运动速度和方向；

图像系统，用于在船体100运动过程当中录制和传输所需检测部分渡槽壁面的视频、图像。

使用测距单元取代GPS，克服了类渡槽环境密闭无信号的问题，测距单元和惯性测量单元采集的参数为控制系统自动控制船体100运动提供底层数据支持，尤其适合在类渡槽环境下进行定距观测检测。

所述四体船结构包括：

一个主船1，位于所述船体100中部，由两个浮筒部11和架设在所述浮筒部11上的主舱12构成；

两个辅船2，位于所述船体100两侧，通过连杆机构3与所述主船1连为一体，以增强船体100稳定性。

主船1采用两个浮筒部11并列设置并在其上架设主仓12的结构，使得主船1中间镂空，中间镂空部分可以减少水阻面积，从而减小船体100在水中的阻力。

相对于单体船，四体船结构吃水更浅，并且在高流速的水中更加稳定，经过测试相同负载的单体船和此四体船结构对比，四体船结构可以减少1cm以上的吃水深度。在实体测试中，能够由拍摄渡槽壁面的画面明显判断其稳定性远远高于单体船。

当然，在其它实施方式中所述船体100也可以采用三体船、五体船等多体船结构。

所述连杆机构3为可伸缩气压杆，以使所述辅船2和所述主船1之间间距可调。

当然，在其它实施方式中，所述连杆机构3也可以为可伸缩液压杆或橡胶杆或弹簧杆，以使所述辅船2和所述主船1之间间距可调。

所述船体100两侧突出设有缓冲机构4，以在所述船体100和渡槽壁面碰撞时起缓冲作用，所述缓冲机构4包括：

底座41，固定设置于所述船体100上；

缓冲杆42包括套筒421和活动杆422，活动杆422设置在套筒421中并由弹性抵持机构抵持向外伸出，套筒421内侧尾端和底座41固定连接；

滚轮43包括轮体431和连接片432，连接片432一端与轮体431通连接，另一端与活动杆422伸出端连接。当和渡槽壁面碰撞时，滚轮43摆动偏移，带动活动杆422向内侧移动，克服弹性抵持机构做功，从而起到弹性缓冲的作用。

所述测距单元为激光测距单元，所述激光测距单元设置于所述缓冲机构4的底座41上。

当然，在其它实施方式中所述测距单元也可以为超声波测距单元，所述超声波测距单元设置于所述缓冲机构4的底座41上。

弹性抵持机构可以是气压缸、弹簧等。

如图5所示，通过控制台(可以是手持式控制箱)设定好本发明相对输水渡槽壁面的相对运动速度、两侧距离并打开照明模块(LED)后，将本发明放置于输水渡槽中，本发明将悬浮于水面上；通过测距单元测得与渡槽壁面距离，以及通过惯性测量单元测得两侧的加速度分量参数后返回控制系统并由舵将船体100调整至设定位置，通过惯性测量单元和测距单元测得与渡槽壁面相对速度后返回控制系统并由推进器将船体100调整至设定速度，本发明在行驶的过程中图像系统录制渡槽壁面的视频、图像，并进行存储以及通过2.4GHZ无线通讯系统返回控制台。

本发明的船体采用多体船结构，并且使用测距单元和惯性测量单元采集的参数为控制系统自动控制船体运动提供底层数据支持，相较于现有技术中使用的GPS定位系统，具有运动稳定、控制精确的优点，尤其适合在输水渡槽内进行定距观测检测。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的保护范围。