基于智能水下机器人的遥控喷墨示踪检测装置的制作方法

本实用新型涉及水坝裂缝检测领域，具体为基于智能水下机器人的遥控喷墨示踪检测装置。

背景技术：

我国现存坝体大部分已经服役超过60年，加上早期建设的技术条件限制，如今己出现不同程度的老化现象。由于大坝内部应力的释放，裂缝产生的可能性大，需要对其进行及时的检测和维护。通常出现的恶化情况是坝体的断层、裂纹等，导致水库的渗透压力升高、泄漏量增加等一系列问题。

以往大坝水下检测的大部分工作由潜水员携带专业检测设备来完成，但是一旦遇到水下环境复杂、不明的情况，作业任务会受到极大的限制，存在较大的风险性，随着智能水下机器人的发展，现在智能水下机器人已经代替潜水员完成检测，但现有的水下机器人都是采用相机对大坝进行水下拍摄，由于受水流浑浊的影响，会严重影响相机的拍摄，导致检测数据不准确，同时水下大坝具有不同程度的腐蚀，也有水下生物的附着，会对大坝的裂纹和断层造成一定的掩盖，进一步的影响了相机检测的准确性。

同时，水流对水下机器人也具有一定的影响，通常水下机器人下潜的深度受水流的影响，会出现上下波动的情况，导致水下机器人很难定位准确，需要根据水流的大小进行多次定位，才能对目标区域进行喷墨示踪，导致检测时间长，容易出现漏检的情况。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供基于智能水下机器人的遥控喷墨示踪检测装置，用以解决现有技术的不足，采用喷墨的方式对水坝进行裂纹的检测，使检测效率高，检测准确。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：基于智能水下机器人的遥控喷墨示踪检测装置，包括水下机器人、供墨袋和喷射泵，所述水下机器人包括主框架、水平推进器、垂直推进器和检测装置，所述主框架内设置有所述水平推进器，所述主框架的顶部设置有所述垂直推进器，所述主框架的顶部还固定有所述供墨袋，所述主框架的顶部铰接有所述喷射泵，所述喷射管的输入端通过软管与所述供墨袋连通；

所述供墨袋上开设有注水口，所述注水口上设置有水密头，所述供墨袋采用抗压的弹性材料制成，所述喷射泵上设置有耳座，所述主框架上固定有支座，所述耳座通过销轴铰接在所述支座上，所述主框架上设置有角度调节装置，所述角度调节装置远离所述主框架的一端与所述喷射泵铰接；

所述角度调节装置包括活动挡板、固定挡板、弹簧、伸缩套筒、导向杆和两根sma弹簧，所述伸缩套筒的两端分别与所述活动挡板和所述固定挡板固定，所述活动挡板远离所述固定挡板的一端与所述喷射泵铰接，所述活动挡板和所述固定挡板的中心均固定有所述导向杆，所述弹簧套设在两根所述导向杆上，且两端分别与所述活动挡板和所述固定挡板固定，两根所述sma弹簧的两端分别与所述活动挡板和所述固定挡板固定，且两根所述sma弹簧关于所述导向杆对称设置，所述固定挡板远离所述活动挡板的一端固定有连接体，所述连接体固定在所述主框架上。

进一步地，所述弹簧室温状态下处于拉伸状态，两根所述sma弹簧室温状态下处于压缩状态。

进一步地，还包括控制系统，所述控制系统设置在所述连接体内，两根所述sma弹簧均连接有所述控制系统。

进一步地，所述控制系统包括电源、加热丝和继电器，所述继电器均连接有所述加热丝，所述加热丝由所述电源供电，所述加热丝与所述sma弹簧连接。

进一步地，还包括供电仓和控制器，所述供电仓通过光缆与所述控制器连接，所述供电仓通过脐带缆与所述水下机器人连接。

进一步地，所述检测装置为摄像机。

本实用新型的有益效果是：

1.基于智能水下机器人的遥控喷墨示踪检测装置，在水下机器人上设置供墨袋和喷射泵，通过喷水泵喷出示踪剂，通过喷射泵高压打入目标点，目标点附近水域会被染色。若存在裂缝，裂缝内外压差会迫使染色后水体流入裂缝内，从而观察到裂缝位置，避免了水流对相机的影响，导致检测结果不准确的情况。

2.喷射泵上铰接有角度调节装置，角度调节装置带动喷射泵上下转动，使喷射泵具有一定的喷射范围，不需要水下机器人停在精确的位置上也能完成喷墨示踪的检测，避免了漏检的情况。

附图说明

图1为本实用新型基于智能水下机器人的遥控喷墨示踪检测装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型基于智能水下机器人的遥控喷墨示踪检测装置中角度调节装置结构示意图；

图3为本实用新型基于智能水下机器人的遥控喷墨示踪检测装置中供墨袋结构示意图；

图4为图1中a处放大图；

图中，1-水下机器人，2-供墨袋，3-喷射泵，4-注水口，5-水密头，6-耳座，7-支座，8-角度调节装置，9-软管，11-主框架，12-水平推进器，13-垂直推进器，14-供电仓，15-控制器，16-脐带缆，31-活动挡板，32-固定挡板，33-弹簧，34-导向杆，35-sma弹簧，36-伸缩套筒，37-连接体，38-控制系统。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1至图4所示，基于智能水下机器人的遥控喷墨示踪检测装置，包括水下机器人1、供墨袋2和喷射泵3，水下机器人1包括主框架11、水平推进器12、垂直推进器13和检测装置，检测装置为摄像机，主框架11内设置有水平推进器12，主框架11的顶部设置有垂直推进器13，主框架11的顶部还固定有供墨袋2，主框架11的顶部铰接有喷射泵3，喷射管3的输入端通过软管9与供墨袋2连通；

还包括供电仓14和控制器15，供电仓14通过光缆与控制器15连接，供电仓14通过脐带缆16与水下机器人1连接。

水下机器人1内设置有执行机构，执行机构通过脐带缆16与供电仓14连接，供电仓14为水下机器人1提供运行的电能，同时，执行机构接收控制器15的指令，反馈到水平推进器12和垂直推进器13上，从而驱动水下机器人在水下运动。

具体实施时，水平推进器12的数量为四个，四个水平推进器3分别水平安装于主框架11内的左前、右前、左后和右后四个方向，且四个水平推进器12构成水平各向对称式矢量推进系统；垂直推进器13竖向布置于主框架11顶部的中间位置，并构成上下推进系统；通过执行机构控制这些推进器的正反转，水下机器人1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。

如图3所示，供墨袋2上开设有注水口4，注水口4上设置有水密头5，供墨袋2采用抗压的弹性材料制成，喷射泵3上设置有耳座6，主框架11上固定有支座7，耳座6通过销轴铰接在支座7上，主框架11上设置有角度调节装置8，角度调节装置8远离主框架11的一端与喷射泵3铰接；

供墨袋2为采用聚乙烯（pe）或橡塑发泡材料（eva）制成，使供墨袋2具有弹性和能抗较强的水压，并可抗500m水头压力，采用直径9cm超大注水口及水密头5，可轻松注入墨汁，并保证在水深工作时墨汁不被挤压出袋，同时弹性袋身弥补供墨后形成真空不能继续供墨的缺点，满足环保及检测需求，设计3l墨汁容量，保证每天测试需求，在每日工作中不需要中途加墨，墨汁为高度浓缩的食用色素示踪剂，保证少量浓缩后的示踪剂在经过与外界水混合稀释后仍能产生大量稀释后的染色水，并不受污染，通过喷射泵3将示踪剂高压打入目标点，目标点附近水域会被染色。若存在裂缝，裂缝内外压差会迫使染色后水体流入裂缝内，通过摄像机记录示踪剂的流动情况，从而检测到裂缝位置，避免相机直接对水坝进行拍摄检测，导致检测结果不准确的情况。

由于水坝的检测方式都是从上之下依次检测，受水流的影响，使水下机器人1的实际位置会偏离定位的位置，使水下机器人1的实际位置会上下浮动，当向下浮动时（即实际下潜深度高于定位深度），此时实际位置距离定位位置的区域内，将不会喷射有示踪剂，导致此区域将出现漏检的情况，严重影响水坝的检测结果。

如图2所示，角度调节装置8包括活动挡板31、固定挡板32、弹簧33、伸缩套筒36、导向杆34和两根sma弹簧35，伸缩套筒36的两端分别与活动挡板31和固定挡板32固定，活动挡板31远离固定挡板31的一端与喷射泵3铰接，活动挡板31和固定挡板32的中心均固定有导向杆34，弹簧33套设在两根导向杆34上，且两端分别与活动挡板31和固定挡板32固定，两根sma弹簧35的两端分别与活动挡板31和固定挡板32固定，且两根sma弹簧35关于导向杆34对称设置，固定挡板32远离活动挡板31的一端固定有连接体37，连接体37固定在主框架11上；

弹簧33室温状态下处于拉伸状态，两根sma弹簧35室温状态下处于压缩状态。

还包括控制系统38，控制系统设置在连接体16内，两根sma弹簧35均连接有控制系统5，控制系统38包括电源、加热丝和继电器，继电器均连接有加热丝，加热丝由电源供电，加热丝与sma弹簧35连接。

形状记忆合金(shapememoryalloy，简称sma)是一种具有形状记忆效应，能感知温度和位移，并能将热能转换成机械能的新型功能材料。形状记忆合金材料本质上是一种晶体结构，在受到外部温度变化时，引起热弹性马氏体相变，晶体结构由一种结构向另一种晶体结构转变。高温时，晶体结构为奥氏体相（a），低温时为马氏体相（m）。随着温度变化，两种晶体结构会相互转变，sma材料的物理参数会发生相应变化，弹性模量、机械性能、电阻率都会随之改变。在初始状态下(低温或室温)，给定sma元件一个初始形变，当温度加热到as(马氏体逆相变点)时，sma开始相变直到高温相奥氏体状态，输出形变量；当温度降低到ms(马氏体相变)点，sma开始逆相变直到低温相马氏体状态，sma重新恢复到初始状态，输出位移量；

根据上述形状记忆合金的特性，本申请设计了角度调节装置8，用于驱动喷射泵3上下转动，扩大喷射泵3的喷射范围，先给四根sma弹簧35初始形变，使sma弹簧35在室温下处于压缩状态，在室温状态下弹簧33处于伸长状态，sma弹簧35与弹簧33产生大小相同，方向相反的作用力，使角度调节装置8在常态下处于平衡状态，控制器15与继电器电性连接，通过控制器使两个sma弹簧35上的继电器闭合，加热丝发热进而对sma弹簧35进行加热，sma弹簧35在加热后刚性系数增大，sma弹簧35将克服弹簧14的作用力恢复到本身长度，使伸缩套筒36伸长，进行实现了角度调节装置8的伸长，由于加热丝的发热跟电流成正比，通过控制器15输入参数，控制发热丝的发热温度，进而使每跟sma弹簧35的伸长量可控，从而喷射泵3上下偏转，扩大了喷射泵3的喷射范围，使实际位置距离定位位置的区域位于喷射泵3的喷射范围内，实现对水坝的全面检测，避免出现漏检的情况，使检测结果更加准确。需要注意的是，虽然水下机器人1会受水流的作用具实际位置产生一定的偏移，但偏移的范围较小，同时随着下潜的深度越深，水下机器人受到水流的波动就越小，偏移范围将进一步减小，传统的液压伸缩装置伸缩的范围大，不能进行小范围的伸缩，导致较大区域被重复喷墨，不能进行精确调控伸长量，同时体积大，重量大，将影响水下机器人的载重，因此，不适用于水下检测，而采用sma弹簧35，伸缩范围小，材料轻，不会对水下机器人1的载重造成影响，同时，通过控制电流的大小，能实现角度调节装置8在小范围内进行精确伸缩，保证对水坝全面检测的同时，减小了重复示踪区域的面积。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。