一種水下構築物探測裝置製造方法
2023-07-23 06:56:01 1
一種水下構築物探測裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種水下構築物探測裝置，包括：全向輪運動系統、通信系統、信息採集系統和控制器；該信息採集系統包括：照明燈和攝像頭；攝像頭設置在一橫向管內，且該攝像頭與橫向管的內壁存在間隙；照明燈密封分布於該橫向管前端的透明材料構成的環形圈中；該橫向管的後端與一高壓氣管相連；高壓氣管中的高壓氣體經攝像頭與橫向管的間隙向前排氣，並將橫向管內的處於攝像頭前方的水全部排盡，然後攝像頭獲取前方的被測構築物的表面圖像。本發明採用開架式、模塊化開放結構；體積小、重量輕、攜帶方便，適合野外作業；兼顧技術和成本因素，以利於成果產業化；具有機動性好，抗流能力強，作業範圍廣，自動化程度高等優點。
【專利說明】一種水下構築物探測裝置
【技術領域】
[0001]本發明是涉及一種水下構築物探測裝置，具體地說是涉及一種利用背推器將本體緊壓檢測表面，並能通過底部全向輪在檢測表面行走的裝置。
【背景技術】
[0002]伴隨著經濟的快速發展，我國對江河湖海水資源的開發和利用，以及近海資源探測、開發利用而形成的水下構築物越來越多，由於時間的推移，水流的衝刷，許多水下構築物出現了裂縫、破損等隱患。設計一種對水下構築物具有檢測功能的微型水下檢測裝置的需求不斷增加。
[0003]目前國內大部分產品根本不適合我國水下環境的使用特點，機動性、抗流能力及作業能力都明顯不足。
[0004]此外，在遇到水質較差的情況，現有的探測裝置無法通過攝像頭獲取水下構築物表面圖像。
【發明內容】
[0005]本發明首要解決的技術問題是提供一種能在較差水質下仍可通過攝像頭獲取水下構築物表面圖像的水下構築物探測裝置。
[0006]本發明要解決的第二個技術問題是提供一種具有機動性好，抗流能力強，作業範圍廣，自動化程度高等優點的水下構築物探測裝置。
[0007]為解決所述首要技術問題，本發明的水下構築物探測裝置，包括:信息採集系統，該信息採集系統包括:照明燈和攝像頭；所述攝像頭設置在一橫向管內，且該攝像頭與所述橫向管的內壁存在間隙；所述照明燈密封分布於該橫向管前端的透明材料構成的環形圈中；該橫向管的後端與一高壓氣管相連，該高壓氣管與一高壓氣源相連；工作時，高壓氣管中的高壓氣體經所述攝像頭與橫向管的間隙向前排氣，並將所述橫向管內的處於所述攝像頭前方的水全部排盡，然後所述攝像頭獲取前方的被測構築物的表面圖像。因此，即便水質為黑色，也不影響探測裝置的工作。
[0008]作為一種優選方案，所述攝像頭通過多個導流葉片固定在所述橫向管的中心軸線上，並使該攝像頭與橫向管的內壁之間存在一徑向分布的環形間隙，高壓氣管中的高壓氣體經過該環形間隙時，所述的多個導流葉片適於使氣流沿著橫向管的內壁發生旋轉，利於快速排水；同時，旋轉的氣流使殘留在橫向管內的水沿著橫向管的內壁分布，並沿著橫向管的內壁旋轉前行，避免了對攝像頭產生遮擋。
[0009]所述環形圈的前端面上均勻分布有多個用於排水的缺口。所述的各導流葉片優選風葉葉片。
[0010]為解決所述第二個技術問題，本發明的水下構築物探測裝置，還包括:全向輪運動系統、通信系統和控制器；所述控制器通過控制線分別與所述全向輪運動系統、信息處理系統和通信系統連接；所述控制器位於耐壓艙內，耐壓艙、全向輪運動系統和信息採集系統分別固定連接在安裝架上。
[0011]所述信息採集系統還包括傳感器；所述照明燈，攝像頭和傳感器分別電連接所述控制器，並且控制器適於通過通信系統與水上的人工操作平臺通信；所述傳感器用以測量該探測裝置的水中深度、速度和所述探測裝置姿態的信息，並將測得的所述信息傳輸給控制器，最後顯示在所述人工操作平臺的顯示界面上；所述控制器還將所述攝像拍攝得的畫面傳輸到人工操作平臺。
[0012]所述全向輪運動系統包括:三組中心對稱分布在所述安裝架上的全向輪組件，以及設於所述安裝架上的浮力塊和背推器；所述背推器的用於將各全向輪組件同時緊壓在被測構築物的表面，且此時的攝像頭的朝向與被測構築物的表面相對；所述控制器適於控制各全向輪組件動作，以使該探測裝置在被測構築物的表面上朝任意方向位移；所述浮力塊用於在所述探測裝置完全浸沒在水中時，使所述探測裝置整體的重力與浮力大小一致。
[0013]上述水下構築物探測裝置的工作方法，其特徵在於包括:根據被探測的水下構築物位置，將探測裝置緊壓在被測構築物的表面，且此時的攝像頭與被測構築物的表面相對，且所述橫向管上的環形圈的前端面貼在被測構築物的表面上；高壓氣管輸出高壓氣體，高壓氣體經所述攝像頭與橫向管內壁的間隙向前排氣，並將所述橫向管內的處於所述攝像頭前方的水全部排盡；開啟照明燈，控制所述攝像頭獲取前方的被測構築物的表面圖像。
[0014]在所述的多個導流葉片的作用下，氣流沿著橫向管的內壁發生旋轉，帶動所述橫向管中的水沿著橫向管的內壁發生旋轉，並從所述環形圈的前端排出；同時，旋轉的氣流使殘留在橫向管內的水沿著橫向管的內壁分布，並沿著橫向管的內壁旋轉前行。
[0015]信息採集系統將測量得到的水中深度、速度和姿態等信息轉變為電壓信號傳輸給控制器，進而顯示在人工操作平臺的界面上，同時攝像頭將裝置的前方圖像拍攝並傳輸到人工操作平臺以供觀測；水上的人工操作平臺和機身攜帶的控制器之間的通信通過有線電纜使用RS485協議進行通信。
[0016]本發明利用背推器，使得檢測裝置緊貼待檢測的工作表面，通過給定均勻對稱安裝在裝置底部的三個全向輪相應的速度，可使其在被檢測表面上向任意方向運動。
[0017]所述通信系統由水上的人工操作平臺、機身攜帶的控制器和有線電纜組成；所述機身攜帶的控制器放置在耐壓艙內；所述水上的人工操作平臺和機身攜帶的控制器之間的通信通過有線電纜使用RS485協議進行通信，儘可能地保證了通信系統的抗幹擾能力。
[0018]與現有技術相比，本發明的有益效果是:(I)本發明的探測裝置工作時，高壓氣管中的高壓氣體經所述攝像頭與橫向管的間隙向前排氣，並將所述橫向管內的處於所述攝像頭前方的水全部排盡，然後所述攝像頭獲取前方的被測構築物的表面圖像。因此，即便水質為黑色，也不影響探測裝置的工作。(2)本發明採用開架式、模塊化開放結構；體積小、重量輕、攜帶方便，適合野外作業；兼顧技術和成本因素，以利於成果產業化；具有機動性好，抗流能力強，作業範圍廣，自動化程度高等優點。本裝置滿足日益增長的中小型水利設施病險檢測需要，促進我國超小型水下裝置的商業化、產業化發展，具有十分積極的意義。(3)本發明從中小型水利設施的檢測、勘察實際出發，設計裝備水下視覺檢測設備的超小型有纜水下裝置，能夠在狹窄、水質有汙染、有一定危險的淺水環境中作業，主要用於水壩、大堤、閘門、橋梁、涵道、近海工程等的經常性檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的水下構築物探測裝置的組成原理框圖；
圖2是所述水下構築物探測裝置的局部結構示意圖；
圖3是所述水下構築物探測裝置的整體結構示意圖；
圖4是本發明的橫向管、照明燈、攝像頭、導流葉片的裝配結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述:
實施例1
如圖1，本發明一種水下構築物探測裝置包括:全向輪運動系統1、通信系統2、信息採集系統3和控制器4，控制器4通過控制線分別與全向輪運動系統1、信息處理系統3和通信系統2連接，驅動或控制其工作；控制器4位於耐壓艙5內，通過開放的框架式結構分別與全向輪運動系統I和信息採集系統3固定連接，耐壓艙5為其提供乾燥和常壓環境。
[0021]如圖2，所述全向輪運動系統I包括:全向輪18、電機19、電機座20、聯軸器21、轉動軸15、軸承16、軸承座17、全向輪18、浮力塊14和背推器8 ;全向輪18由一個輪盤和固定在輪盤外周的輥子構成，在不需要做旋轉運動前提下，實現向任意方向的直線運動，而且可以實現邊直線運動、邊旋轉的複合運動，從而實現平面位姿的任意調整。由於平面的運動有三個自由度，因此要實現全向運動，達到平面運動三個自由度的完全可控，電機所驅動的全向輪18為三個。為了達到最佳的轉動效果，應該儘量使全向輪18分布於裝置的邊緣，各個輪子的輪心到裝置中心的距離相等，同時使輪子端面與輪心到裝置中心的連線相互垂直；三個全向輪18具有獨立的電機19驅動模塊和變速機構，可以完全控制裝置在平面內的三個自由度(兩個水平運動分量和一個自身姿態旋轉分量)，實現裝置在平面內的全方位移動；轉動軸15與電機軸之間通過彈性聯軸器21連接，可以補償掉偏心所引入的載荷，從而實現平穩傳動；背推器8的傳動是通過磁耦合的方式輸出動力的，即利用六對相互耦合的磁鐵鑲嵌在一對磁碟裡，其中主動磁碟通過聯軸器21與電機19相連，從動磁碟與螺旋槳相連，這樣動力就通過這對磁碟中間的磁場從電機19傳遞到螺旋槳，從而實現將檢測裝置緊壓在被檢測表面。
[0022]如圖3，所述信息採集系統3由照明燈11 (優選:多個LED燈珠)，攝像頭10和傳感器12組成；照明燈11，攝像頭10和傳感器12分別與控制器4電連接，控制器4與水上的人工操作平臺7通信。傳感器12用以測量該裝置的水中深度、速度和姿態等信息，並將測得的數據轉變為電壓信號傳輸給控制器4，進而顯示在人工操作平臺7的界面上；攝像頭10用以測量該裝置的前方圖像，並將拍攝的畫面傳輸到人工操作平臺7以供觀測。
[0023]所述通信系統2由水上的人工操作平臺7、機身攜帶的控制器4和有線電纜6組成；水上的人工操作平臺7和機身攜帶的控制器4之間的通信通過有線電纜6使用RS485協議進行通信，儘可能地保證了通信系統的抗幹擾能力。
[0024]所述水下構築物探測裝置的控制方法包括:根據被探測的水下構築物9位置，調整通過聯軸器21與主動磁碟相連的電機19速度，將動力就通過磁碟中間的磁場從電機19傳遞到螺旋槳，從而實現將檢測裝置緊壓在被檢測表面；全向輪18由一個輪盤和固定在輪盤外周的輥子構成，在不需要做旋轉運動前提下，實現向任意方向的直線運動，而且可以實現邊直線運動邊旋轉的複合運動，從而實現平面位姿的任意調整。由於電機19所驅動的全向輪18為三個，具有獨立的電機驅動模塊和變速機構，可以完全控制裝置在平面內的三個自由度(兩個水平運動分量和一個自身姿態旋轉分量)，實現裝置在平面內的全方位移動。三個全向輪18分布於裝置的邊緣，各個輪子的輪心到裝置中心的距離相等，同時輪子端面與輪心到裝置中心的連線相互垂直，轉動軸15與電機軸之間通過彈性聯軸器21連接，補償掉偏心所引入的載荷，因此實現平穩傳動，達到了最佳的轉動效果；
信息採集系統3將測量得到的水中深度、速度和姿態等信息轉變為電壓信號傳輸給控制器4，進而顯示在人工操作平臺7的界面上，同時攝像頭10將裝置的前方圖像拍攝並傳輸到人工操作平臺7以供觀測；水上的人工操作平臺7和機身攜帶的控制器4之間的通信通過有線電纜使用RS485協議進行通信，儘可能地保證了通信系統的抗幹擾能力。
[0025]本發明的一種水下構築物探測裝置，從中小型水利設施的檢測、勘察實際出發，裝備水下視覺檢測設備，能夠在狹窄、水質有汙染、有一定危險的淺水環境中作業，主要用於水壩、大堤、閘門、橋梁、涵道、近海工程等的經常性檢測。採用開架式、模塊化開放結構；體積小、重量輕、攜帶方便，適合野外作業；兼顧技術和成本因素，以利於成果產業化；具有機動性好，抗流能力強，作業範圍廣，自動化程度高等優點。本裝置滿足日益增長的中小型水利設施病險檢測需要，促進我國超小型水下裝置的商業化、產業化發展，具有十分積極的意義。
[0026]本發明中涉及的未說明部份與現有技術相同或採用現有技術加以實現。
[0027]實施例2
在上述實施例的基礎上，本實施例存在如下變型:
如圖4，所述攝像頭10設置在一橫向管22內，且該攝像頭10與所述橫向管22的內壁存在間隙；所述照明燈11密封分布於該橫向管22前端的透明材料構成的環形圈25中；該橫向管22的後端與一高壓氣管相連,該高壓氣管與一高壓氣源(優選:設於水上的高壓氣泵或高壓氣罐)相連。
[0028]工作時，高壓氣管中的高壓氣體經所述攝像頭10與橫向管22的間隙向前排氣，並將所述橫向管內的處於所述攝像頭10前方的水全部排盡，然後所述攝像頭10獲取前方的被測構築物的表面圖像。因此，即便水質為黑色，也不影響探測裝置的工作。
[0029]所述攝像頭10通過3至8個導流葉片24固定在所述橫向管22的中心軸線上，並使該攝像頭10與橫向管22的內壁之間存在一徑向分布的環形間隙，高壓氣管中的高壓氣體經過該環形間隙時，所述的各導流葉片24適於使氣流沿著橫向管的內壁發生旋轉，利於快速排水；同時，旋轉的氣流使殘留在橫向管內的水沿著橫向管的內壁分布，並沿著橫向管的內壁旋轉前行，避免了對攝像頭產生遮擋。
[0030]上述水下構築物探測裝置的工作方法，包括:根據被探測的水下構築物位置，將探測裝置緊壓在被測構築物的表面，且此時的攝像頭與被測構築物的表面相對，且所述橫向管上的環形圈的前端面貼在被測構築物的表面上；高壓氣管輸出高壓氣體，高壓氣體經所述攝像頭與橫向管內壁的間隙向前排氣，並將所述橫向管內的處於所述攝像頭前方的水全部排盡；開啟照明燈，控制所述攝像頭獲取前方的被測構築物的表面圖像。
[0031]在所述的多個導流葉片的作用下，氣流沿著橫向管的內壁發生旋轉，帶動所述橫向管中的水沿著橫向管的內壁發生旋轉，並從所述環形圈的前端排出；同時，旋轉的氣流使殘留在橫向管內的水沿著橫向管的內壁分布，並沿著橫向管的內壁旋轉前行。
【權利要求】
1.一種水下構築物探測裝置，包括:信息採集系統，該信息採集系統包括:照明燈和攝像頭；其特徵在於: 所述攝像頭設置在一橫向管內，且該攝像頭與所述橫向管的內壁存在間隙； 所述照明燈密封分布於該橫向管前端的透明材料構成的環形圈中； 該橫向管的後端與一高壓氣管相連，該高壓氣管與一高壓氣源相連； 工作時，高壓氣管中的高壓氣體經所述攝像頭與橫向管的間隙向前排氣，並將所述橫向管內的處於所述攝像頭前方的水全部排盡，然後所述攝像頭獲取前方的被測構築物的表面圖像。
2.根據權利要求1所述的水下構築物探測裝置，其特徵在於:所述攝像頭通過多個導流葉片固定在所述橫向管的中心軸線上，並使該攝像頭與橫向管的內壁之間存在一徑向分布的環形間隙，高壓氣管中的高壓氣體經過該環形間隙時，所述的多個導流葉片適於使氣流沿著橫向管的內壁發生旋轉； 所述環形圈的前端面上均勻分布有多個用於排水的缺口。
3.根據權利要求1所述的水下構築物探測裝置，其特徵在於該探測裝置還包括:全向輪運動系統、通信系統和控制器； 所述控制器通過控制線分別與所述全向輪運動系統、信息處理系統和通信系統連接；所述控制器位於耐壓艙內，耐壓艙、全向輪運動系統和信息採集系統分別固定連接在安裝架上。
4.根據權利要求2所述的一種水下構築物探測裝置，其特徵在於: 所述信息採集系統還包括傳感器；所述照明燈，攝像頭和傳感器分別電連接所述控制器，並且控制器適於通過通信系統與水上的人工操作平臺通信； 所述傳感器用以測量該探測裝置的水中深度、速度和所述探測裝置姿態的信息，並將測得的所述信息傳輸給控制器，最後顯示在所述人工操作平臺的顯示界面上； 所述控制器還將所述攝像拍攝得的畫面傳輸到人工操作平臺。
5.根據權利要求2所述的水下構築物探測裝置，其特徵在於:所述全向輪運動系統包括:三組中心對稱分布在所述安裝架上的全向輪組件，以及設於所述安裝架上的浮力塊和背推器； 所述背推器的用於將各全向輪組件同時緊壓在被測構築物的表面，且此時的攝像頭的朝向與被測構築物的表面相對； 所述控制器適於控制各全向輪組件動作，以使該探測裝置在被測構築物的表面上朝任意方向位移； 所述浮力塊用於在所述探測裝置完全浸沒在水中時，使所述探測裝置整體的重力與浮力大小一致。
6.根據權利要求1所述的水下構築物探測裝置的工作方法，其特徵在於包括:根據被探測的水下構築物位置，將探測裝置緊壓在被測構築物的表面，且此時的攝像頭與被測構築物的表面相對，且所述橫向管上的環形圈的前端面貼在被測構築物的表面上； 高壓氣管輸出高壓氣體，高壓氣體經所述攝像頭與橫向管內壁的間隙向前排氣，並將所述橫向管內的處於所述攝像頭前方的水全部排盡； 開啟照明燈，控制所述攝像頭獲取前方的被測構築物的表面圖像。
7.根據權利要求6所述的水下構築物探測裝置的工作方法，其特徵在於還包括:在所述的多個導流葉片的作用下，氣流沿著橫向管的內壁發生旋轉，帶動所述橫向管中的水沿著橫向管的內壁發生旋轉，並從所述環形圈的前端排出； 同時，旋轉的氣流使殘留在橫向管內的水沿著橫向管的內壁分布，並沿著橫向管的內壁旋轉前行。
8.根據權利要求6所述的水下構築物探測裝置的工作方法，其特徵在於還包括: 信息採集系統將測量得到的水中深度、速度和姿態等信息轉變為電壓信號傳輸給控制器，進而顯示在人工操作平臺的界面上，同時攝像頭將裝置的前方圖像拍攝並傳輸到人工操作平臺以供觀測；水上的人工操作平臺和機身攜帶的控制器之間的通信通過有線電纜使用RS485協議進行通信。
【文檔編號】G01V8/10GK104133253SQ201310161503
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年5月3日 優先權日:2013年5月3日
【發明者】周軍, 廖華麗, 劉波, 李奎, 王婷婷, 張玉全, 周海濤, 黃聰 申請人:南通河海大學海洋與近海工程研究院, 河海大學常州校區