城市深层污水传输隧道检测与清淤智能机器人及工作方法转让专利
申请号 : CN202110164215.7
文献号 : CN112962780B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 骆汉宾 , 周诚 , 刘文黎 , 程利力 , 李琛
申请人 : 华中科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种城市深层污水传输隧道检测与清淤智能机器人,其特征在于,包括:机器人本体以及搭载于机器人本体上的隧道结构检测装置、清淤作业装置、机器人水中定位装置、机器人水中行走装置和机器人通讯控制装置;
所述隧道结构检测装置包括搭载于机器人本体前部的浑水摄像机(2)和声呐(4);浑水摄像机(2)用于污水下方模糊场景的清晰成像,声呐(4)用于隧道结构本体以及附着淤积物情况的轮廓成像;
清淤作业装置(5)包括搭载于机器人本体前部的淤泥铲,工作状态下淤泥铲贴地,在机器人水中行走装置工作产生的前进推力下铲松淤积物;
清淤作业装置还包括推进器;所述淤泥铲后部镂空,所述推进器设于淤泥铲上方或后方,且所述推进器的轴线与隧道底面呈一夹角,以通过推进器的推进叶片正反转产生推力和吸力将铲松的淤积物打散扬起,进而随水流向下游排出;
机器人水中定位装置包括陀螺仪(1);
机器人通讯控制装置包括水下线缆及控制器,控制器通过水下线缆与地面控制平台连接,用于控制各个装置。
2.根据权利要求1所述的一种城市深层污水传输隧道检测与清淤智能机器人,其特征在于,隧道结构检测装置还包括搭载于机器人本体上部的激光雷达(3),用于通过点云扫描成像技术生成污水面上方隧道结构及附着淤积物轮廓图像。
3.根据权利要求1所述的一种城市深层污水传输隧道检测与清淤智能机器人,其特征在于,还包括污水浓度检测装置(6)。
4.根据权利要求1所述的一种城市深层污水传输隧道检测与清淤智能机器人,其特征在于,所述声呐(4)还用于机器人水中定位;机器人水中定位装置采用陀螺仪+声呐融合定位技术,通过陀螺仪感知智能机器人的姿态变化,通过声呐发射和接收目标回波,进而实现智能机器人水中高精度定位;机器人水中定位装置还包括姿态校准和纠偏程序模块,用于在智能机器人吊装下水过程中按照预设的姿态对智能机器人进行姿态校准和纠偏。
5.根据权利要求1所述的一种城市深层污水传输隧道检测与清淤智能机器人,其特征在于,机器人水中行走装置包括履带式爬行机构,其通过伺服直流电机带动行星齿轮减速器驱动履带,从而提供前后行走的推力。
6.根据权利要求1或权利要求2或权利要求5所述的一种城市深层污水传输隧道检测与清淤智能机器人,其特征在于,机器人水中行走装置还包括充气气囊(7)、空气泵和储气罐,充气气囊(7)通过输气管和空气泵连接至储气罐,通过充气气囊的充放气实现智能机器人在污水面的上浮和下沉。
7.根据权利要求1 6任一项所述的一种城市深层污水传输隧道检测与清淤智能机器人~
的工作方法,其特征在于,通过隧道结构检测装置的声呐和浑水摄像机检测污水下方的隧道结构本体及附着淤积物情况;启动机器人水中行走装置产生前进推力,启动清淤作业装置的推进器,由机器人水中行走装置推动清淤作业装置的淤泥铲以铲松淤积物,由推进器的推进叶片正反转产生推力和吸力将铲松的淤积物打散扬起,从而随水流向下游排出。
8.根据权利要求7所述的一种城市深层污水传输隧道检测与清淤智能机器人的工作方法,其特征在于,在清淤过程中,机器人通讯控制装置通过组网编组自动执行预先设置轨迹路线,完成城市深层污水传输隧道检测与清淤作业。
9.根据权利要求7所述的一种城市深层污水传输隧道检测与清淤智能机器人的工作方法,其特征在于,在智能机器人吊装下水过程中,机器人通讯控制装置根据陀螺仪(1)感知机器人的姿态变化,按照预设的吊装下水姿态进行姿态校准和纠偏。
说明书 :
城市深层污水传输隧道检测与清淤智能机器人及工作方法
技术领域
背景技术
作为城市的重要基础设施,在长期运营过程中,需要定期进行隧道结构本体安全、隧道结构
附着淤泥、污水浓度的检测和清淤工作,避免隧道发生衬砌掉落、淤泥沉积堵塞以及污水浓
度未达标排放等质量安全问题,影响城市深层污水传输隧道的蓄污排污能力。
水下一体化结构安全检测与清淤工作。
发明内容
一体化检测和清淤工作,及时发现并处理隧道结构安全及淤泥沉积堵塞问题,并及时清污,
提高城市深层污水传输隧道的蓄污排污效率,促进城市深层污水隧道检测与清淤作业的智
能化发展。
淤作业装置、机器人水中定位装置、机器人水中行走装置和机器人通讯控制装置;
廓成像;
反转产生推力和吸力将铲松的淤积物打散扬起,进而随水流向下游排出。
进而实现智能机器人水中高精度定位;
下沉。
水下方的隧道结构本体及附着淤积物情况;启动机器人水中行走装置产生前进推力,启动
清淤作业装置的推进器,由机器人水中行走装置推动清淤作业装置的淤泥铲以铲松淤积
物,由推进器的推进叶片正反转产生推力和吸力将铲松的淤积物打散扬起,从而随水流向
下游排出。
处理隧道结构安全及淤泥沉积堵塞问题。
对隧道结构本体安全、隧道结构附着淤泥的水上水下一体化检测,便于全面了解随带结构
本体安全及淤泥附着情况。
于淤积物自行随水流向下游排出。
水过程中进行姿态校准和纠偏,保证智能机器人精准下水并顺利执行隧道作业。
衡、稳定和强力。利用充气气囊的充放气来改变智能机器人的排水体积,从而实现智能机器
人在污水面的上浮和下沉,有助于完成隧道水上水下一体化检测和清淤工作。
测与清淤作业效率。
附图说明
具体实施方式
不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要
彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
中定位装置、机器人水中行走装置和机器人通讯控制装置。
行走装置由履带式爬行机构和充气气囊组件构成。履带式爬行机构通过伺服直流电机带动
行星齿轮减速器驱动履带,从而提供前后行走的推力。充气气囊组件包括充气气囊7、空气
泵和储气罐,充气气囊7通过输气管和空气泵连接至储气罐,通过充气气囊的充放气实现智
能机器人在污水面的上浮和下沉。
的轮廓成像。隧道结构检测装置还包括搭载于机器人本体上部的激光雷达3,用于通过点云
扫描成像技术生成污水面上方隧道结构及附着淤积物轮廓图像。优选地,所述声呐4还用于
机器人水中定位;机器人水中定位装置采用陀螺仪+声呐融合定位技术,通过陀螺仪感知智
能机器人的姿态变化,通过声呐发射和接收目标回波,进而实现智能机器人水中高精度定
位;机器人水中定位装置还包括姿态校准和纠偏程序模块,用于在智能机器人吊装下水过
程中按照预设的姿态对智能机器人进行姿态校准和纠偏。
的垫高作用,本实施例中淤泥铲的底面略低于履带底盘8的底面,从而不需要设置复杂的联
动机构,工作时淤泥铲自然贴地工作。清淤作业装置还包括推进器;所述淤泥铲后部镂空,
所述推进器设于淤泥铲上方或后方,且所述推进器的轴线与隧道底面呈一夹角(本实施例
取90°),以通过推进器的推进叶片正反转产生推力和吸力将铲松的淤积物打散扬起,进而
随水流向下游排出。
物情况进行检测;浑水摄像机通过利用自带的图像增强技术使污水下方模糊场景变成清晰
可见的图像,进而获取污水面下方隧道信息;声呐系统利用声波在水中不同目标物体的传
播特性,通过三维扫描成像系统,对隧道结构本体以及附着淤积物情况的轮廓进行图像显
示,获取浑水摄像机无法拍摄到的隧道信息,进而感知污水面下方隧道结构本体以及附着
淤积物情况。
上方隧道进行扫描;然后,利用激光雷达点云数据的三维成像处理技术形成污水面上方隧
道结构信息,从而检测污水面上方隧道结构本体是否存在裂缝以及衬砌掉落,同时可以检
测隧道结构表面的附着淤积物情况。
体操作原理如下:首先,利用贴地淤泥铲将淤泥铲松;然后,通过4个800W防水电机驱动的推
进叶片产生推力和吸力将铲松的淤泥打散扬起;最后,利用污水隧道自身水流将扬起的淤
泥冲走。
安装一个水质浊度检测仪,实时监测各区域位置蓄存的污水浓度情况,当监测的污水浓度
达到可以排放的指标之后,可及时将隧道所蓄存的污水排放至污水厂,从而缓解污水厂处
理能力。
如下:通过在智能机器人前方安装声呐探头以及中部安装陀螺仪,采用陀螺仪+声呐融合定
位技术确定智能机器人在污水传输隧道的位姿情况;利用陀螺仪感知智能机器人在污水传
输隧道中的姿态变化,利用声呐系统实现智能机器人污水传输隧道中的高精度定位,并可
在智能机器人吊装下水过程中进行姿态校准和纠偏,保证智能机器人精准下水并顺利执行
隧道作业。
骤如下:履带式爬行机构驱动系统采用两个750W伺服直流电机驱动,搭配速比为50的行星
齿轮减速器提供前后行走的推力;由于智能机器人自身重量较大,正常情况下是沉入隧道
污水面以下进行水下作业,通过在履带中部下方位置安装充气气囊,给充气气囊充气即可
实现智能机器人上浮至污水面,完成隧道水上水下一体化检测和清淤工作。
度线缆,利用表面发泡材料使线缆在水中重力微大于浮力,内部植入凯夫拉纤维线或钢丝
绳保证线缆有足够的强度,从而可以实现智能机器人在污水传输隧道中的通讯;并通过组
网编组自动执行预先设置轨迹路线,完成城市深层污水传输隧道检测与清淤作业。
在本发明的保护范围之内。