輸水渡槽無纜檢測機器人的製作方法

2023-05-05 21:37:37 1

本實用新型涉及水利工程中的檢測機器人領域，具體涉及一種可以在輸水渡槽內進行定距觀測檢測的無纜檢測機器人。

背景技術：

現有的渡槽檢測方案主要是人為進行上遊的關閘和下遊的開閘放水，等待水放完後檢測員前往渡槽底部進行檢測。此方法檢測周期長；而檢測人員前往溼滑槽底，也有一定的危險性；在檢測過程中，由於關閘的原因，會導致相關自來水用戶停水，造成生活不便。

更為先進的是採用檢測機器人(水面無人船)進行檢測，現有技術所公開的水面無人船為單體船造型，主要由船體、動力系統、傳感器系統、控制系統、圖像系統組成。動力系統包括單個或者多個推進器配合舵對船體的運動速度和運動方向進行控制；慣性測量單元(IMU)、全球定位系統(GPS)組成了傳感器系統，並為控制系統自動控制船體運動提供了底層數據支持；圖像系統搭載了多個攝像機，在船體運動過程當中將所需檢測部分的視頻、圖像錄製和傳輸。

現有的水面無人船主要採用兩種方式進行控制：1.手動遙控；2.自動控制。

渡槽檢測最重要的部分在於視頻、圖像的質量，為保證圖像系統拍攝的視頻、圖像清晰，船體相對渡槽運動的相對速度要小於0.5m/s，並且船體相對於被觀測的側壁和水底距離需要穩定。由於渡槽(包括明槽和暗槽)等類似環境的水利工程中，水流速度往往可以達到3m/s甚至以上，並且由於其內部環境複雜，環境相對封閉。採用手動遙控，要求操控員在高流速下保持船體穩定地運行，並且保持船體與被觀測的側壁之間的距離一定。這對操作員的要求極高，並且不能保證運行相對速度穩定在0.5m/s以內，也無法保持與觀測壁面保持相同距離。採用自動控制，現有技術所公開的水面無人船所用的是全球定位系統(GPS)和慣性單元(IMU)組合控制船體的自動運行，但是在密閉環境下GPS幾乎無法接受到信號，導致數據不精確，從而自動控制系統不能正常運行。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服現有技術存在的不足，提供一種輸水渡槽無纜檢測機器人，可在輸水渡槽內進行定距觀測檢測，具有運動穩定、控制精確的優點。

本實用新型採用如下技術方案：

輸水渡槽無纜檢測機器人，包括：

船體，所述船體為多體船結構，包括主船和輔船，輔船通過連杆機構與主船連為一體；搭載於所述船體上的動力系統、傳感器系統、控制系統、圖像系統；

動力系統，包括單個或者多個推進器，配合舵對船體的運動速度和方向進行控制；傳感器系統，包括慣性測量單元和用於檢測船體與渡槽壁面之間距離的測距單元；

控制系統，根據所述慣性測量單元和所述測距單元反饋的參數控制推進器和舵以調整船體的運動速度和方向；

圖像系統，用於在船體運動過程當中錄製和傳輸所需檢測部分渡槽壁面的視頻與圖像。所述連杆機構為可伸縮氣壓杆，或可伸縮液壓杆或橡膠杆或彈簧杆，以使所述輔船和所述主船之間間距可調。

所述測距單元為雷射測距單元或超聲波測距單元。

進一步地，所述船體為四體船結構，包括：

一個主船，位於所述船體中部，由兩個浮筒部和架設在所述浮筒部上的主艙構成；

兩個輔船，位於所述船體兩側，通過連杆機構與所述主船連為一體，以增強船體穩定性。

進一步地，所述船體兩側突出設有緩衝機構，以在所述船體和渡槽壁面碰撞時起緩衝作用。

所述緩衝機構包括：

底座，固定設置於所述船體上；

緩衝杆，包括套筒和活動杆，活動杆設置在套筒中並由彈性抵持機構抵持向外伸出，套筒內側底端和底座固定連接；

滾輪，包括輪體和連接片，連接片一端與輪體連接，另一端與活動杆伸出端連接。彈性抵持機構為氣壓缸、彈簧。

測距單元設置在緩衝機構的底座上。

相對於現有技術，本實用新型的有益效果為：

本實用新型的船體採用多體船結構，並且使用測距單元和慣性測量單元採集的參數為控制系統自動控制船體運動提供底層數據支持，具有運動穩定、控制精確的優點，尤其適合在輸水渡槽內進行定距觀測檢測。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的船體立體結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例的船體俯視結構示意圖；

圖3是本實用新型實施例的船體側視結構示意圖；

圖4是本實用新型實施例的船體前視結構示意圖；

圖5是本實用新型的系統框架示意圖。

圖中：1-主船；11-浮筒部；12主艙；2-輔船；3-連杆機構；4-緩衝機構；41-底座；42-緩衝杆；421-套筒；422-活動杆；43-滾輪；431-輪體；432-連接片；100-船體。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型進行進一步詳細說明。

如圖1至圖4，本實用新型輸水渡槽無纜檢測機器人，包括：

船體100，所述船體100為四體船結構；

搭載於所述船體100上的動力系統、傳感器系統、控制系統、圖像系統；

動力系統，包括單個或者多個推進器配合舵對船體100的運動速度和方向進行控制；

傳感器系統，包括慣性測量單元和用於檢測船體100與渡槽壁面之間距離的測距單元；

控制系統，根據所述慣性測量單元和所述測距單元反饋的參數控制推進器和舵以調整船體100的運動速度和方向；

圖像系統，用於在船體100運動過程當中錄製和傳輸所需檢測部分渡槽壁面的視頻、圖像。

使用測距單元取代GPS，克服了類渡槽環境密閉無信號的問題，測距單元和慣性測量單元採集的參數為控制系統自動控制船體100運動提供底層數據支持，尤其適合在類渡槽環境下進行定距觀測檢測。

所述四體船結構包括：

一個主船1，位於所述船體100中部，由兩個浮筒部11和架設在所述浮筒部11上的主艙12構成；

兩個輔船2，位於所述船體100兩側，通過連杆機構3與所述主船1連為一體，以增強船體100穩定性。

主船1採用兩個浮筒部11並列設置並在其上架設主倉12的結構，使得主船1中間鏤空，中間鏤空部分可以減少水阻面積，從而減小船體100在水中的阻力。

相對於單體船，四體船結構吃水更淺，並且在高流速的水中更加穩定，經過測試相同負載的單體船和此四體船結構對比，四體船結構可以減少1cm以上的吃水深度。在實體測試中，能夠由拍攝渡槽壁面的畫面明顯判斷其穩定性遠遠高於單體船。

當然，在其它實施方式中所述船體100也可以採用三體船、五體船等多體船結構。

所述連杆機構3為可伸縮氣壓杆，以使所述輔船2和所述主船1之間間距可調。

當然，在其它實施方式中，所述連杆機構3也可以為可伸縮液壓杆或橡膠杆或彈簧杆，以使所述輔船2和所述主船1之間間距可調。

所述船體100兩側突出設有緩衝機構4，以在所述船體100和渡槽壁面碰撞時起緩衝作用，所述緩衝機構4包括：

底座41，固定設置於所述船體100上；

緩衝杆42包括套筒421和活動杆422，活動杆422設置在套筒421中並由彈性抵持機構抵持向外伸出，套筒421內側尾端和底座41固定連接；

滾輪43包括輪體431和連接片432，連接片432一端與輪體431通連接，另一端與活動杆422伸出端連接。當和渡槽壁面碰撞時，滾輪43擺動偏移，帶動活動杆422向內側移動，克服彈性抵持機構做功，從而起到彈性緩衝的作用。

所述測距單元為雷射測距單元，所述雷射測距單元設置於所述緩衝機構4的底座41上。

當然，在其它實施方式中所述測距單元也可以為超聲波測距單元，所述超聲波測距單元設置於所述緩衝機構4的底座41上。

彈性抵持機構可以是氣壓缸、彈簧等。

如圖5所示，通過控制臺(可以是手持式控制箱)設定好本實用新型相對輸水渡槽壁面的相對運動速度、兩側距離並打開照明模塊(LED)後，將本實用新型放置於輸水渡槽中，本實用新型將懸浮於水面上；通過測距單元測得與渡槽壁面距離，以及通過慣性測量單元測得兩側的加速度分量參數後返回控制系統並由舵將船體100調整至設定位置，通過慣性測量單元和測距單元測得與渡槽壁面相對速度後返回控制系統並由推進器將船體100調整至設定速度，本實用新型在行駛的過程中圖像系統錄製渡槽壁面的視頻、圖像，並進行存儲以及通過2.4GHZ無線通訊系統返回控制臺。

本實用新型的船體採用多體船結構，並且使用測距單元和慣性測量單元採集的參數為控制系統自動控制船體運動提供底層數據支持，相較於現有技術中使用的GPS定位系統，具有運動穩定、控制精確的優點，尤其適合在輸水渡槽內進行定距觀測檢測。

最後應說明的是：以上實施方式僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施方式對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施方式所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施方式技術方案的保護範圍。