本實(shí)用新型涉及水利工程中的檢測(cè)機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種可以在輸水渡槽內(nèi)進(jìn)行定距觀測(cè)檢測(cè)的無(wú)纜檢測(cè)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的渡槽檢測(cè)方案主要是人為進(jìn)行上游的關(guān)閘和下游的開(kāi)閘放水，等待水放完后檢測(cè)員前往渡槽底部進(jìn)行檢測(cè)。此方法檢測(cè)周期長(zhǎng)；而檢測(cè)人員前往濕滑槽底，也有一定的危險(xiǎn)性；在檢測(cè)過(guò)程中，由于關(guān)閘的原因，會(huì)導(dǎo)致相關(guān)自來(lái)水用戶停水，造成生活不便。

更為先進(jìn)的是采用檢測(cè)機(jī)器人(水面無(wú)人船)進(jìn)行檢測(cè)，現(xiàn)有技術(shù)所公開(kāi)的水面無(wú)人船為單體船造型，主要由船體、動(dòng)力系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、圖像系統(tǒng)組成。動(dòng)力系統(tǒng)包括單個(gè)或者多個(gè)推進(jìn)器配合舵對(duì)船體的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行控制；慣性測(cè)量單元(IMU)、全球定位系統(tǒng)(GPS)組成了傳感器系統(tǒng)，并為控制系統(tǒng)自動(dòng)控制船體運(yùn)動(dòng)提供了底層數(shù)據(jù)支持；圖像系統(tǒng)搭載了多個(gè)攝像機(jī)，在船體運(yùn)動(dòng)過(guò)程當(dāng)中將所需檢測(cè)部分的視頻、圖像錄制和傳輸。

現(xiàn)有的水面無(wú)人船主要采用兩種方式進(jìn)行控制：1.手動(dòng)遙控；2.自動(dòng)控制。

渡槽檢測(cè)最重要的部分在于視頻、圖像的質(zhì)量，為保證圖像系統(tǒng)拍攝的視頻、圖像清晰，船體相對(duì)渡槽運(yùn)動(dòng)的相對(duì)速度要小于0.5m/s，并且船體相對(duì)于被觀測(cè)的側(cè)壁和水底距離需要穩(wěn)定。由于渡槽(包括明槽和暗槽)等類似環(huán)境的水利工程中，水流速度往往可以達(dá)到3m/s甚至以上，并且由于其內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜，環(huán)境相對(duì)封閉。采用手動(dòng)遙控，要求操控員在高流速下保持船體穩(wěn)定地運(yùn)行，并且保持船體與被觀測(cè)的側(cè)壁之間的距離一定。這對(duì)操作員的要求極高，并且不能保證運(yùn)行相對(duì)速度穩(wěn)定在0.5m/s以內(nèi)，也無(wú)法保持與觀測(cè)壁面保持相同距離。采用自動(dòng)控制，現(xiàn)有技術(shù)所公開(kāi)的水面無(wú)人船所用的是全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性單元(IMU)組合控制船體的自動(dòng)運(yùn)行，但是在密閉環(huán)境下GPS幾乎無(wú)法接受到信號(hào)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不精確，從而自動(dòng)控制系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種輸水渡槽無(wú)纜檢測(cè)機(jī)器人，可在輸水渡槽內(nèi)進(jìn)行定距觀測(cè)檢測(cè)，具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、控制精確的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

輸水渡槽無(wú)纜檢測(cè)機(jī)器人，包括：

船體，所述船體為多體船結(jié)構(gòu)，包括主船和輔船，輔船通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)與主船連為一體；搭載于所述船體上的動(dòng)力系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、圖像系統(tǒng)；

動(dòng)力系統(tǒng)，包括單個(gè)或者多個(gè)推進(jìn)器，配合舵對(duì)船體的運(yùn)動(dòng)速度和方向進(jìn)行控制；傳感器系統(tǒng)，包括慣性測(cè)量單元和用于檢測(cè)船體與渡槽壁面之間距離的測(cè)距單元；

控制系統(tǒng)，根據(jù)所述慣性測(cè)量單元和所述測(cè)距單元反饋的參數(shù)控制推進(jìn)器和舵以調(diào)整船體的運(yùn)動(dòng)速度和方向；

圖像系統(tǒng)，用于在船體運(yùn)動(dòng)過(guò)程當(dāng)中錄制和傳輸所需檢測(cè)部分渡槽壁面的視頻與圖像。所述連桿機(jī)構(gòu)為可伸縮氣壓桿，或可伸縮液壓桿或橡膠桿或彈簧桿，以使所述輔船和所述主船之間間距可調(diào)。

所述測(cè)距單元為激光測(cè)距單元或超聲波測(cè)距單元。

進(jìn)一步地，所述船體為四體船結(jié)構(gòu)，包括：

一個(gè)主船，位于所述船體中部，由兩個(gè)浮筒部和架設(shè)在所述浮筒部上的主艙構(gòu)成；

兩個(gè)輔船，位于所述船體兩側(cè)，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)與所述主船連為一體，以增強(qiáng)船體穩(wěn)定性。

進(jìn)一步地，所述船體兩側(cè)突出設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)，以在所述船體和渡槽壁面碰撞時(shí)起緩沖作用。

所述緩沖機(jī)構(gòu)包括：

底座，固定設(shè)置于所述船體上；

緩沖桿，包括套筒和活動(dòng)桿，活動(dòng)桿設(shè)置在套筒中并由彈性抵持機(jī)構(gòu)抵持向外伸出，套筒內(nèi)側(cè)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(dòng)桿伸出端連接。彈性抵持機(jī)構(gòu)為氣壓缸、彈簧。

測(cè)距單元設(shè)置在緩沖機(jī)構(gòu)的底座上。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果為：

本實(shí)用新型的船體采用多體船結(jié)構(gòu)，并且使用測(cè)距單元和慣性測(cè)量單元采集的參數(shù)為控制系統(tǒng)自動(dòng)控制船體運(yùn)動(dòng)提供底層數(shù)據(jù)支持，具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、控制精確的優(yōu)點(diǎn)，尤其適合在輸水渡槽內(nèi)進(jìn)行定距觀測(cè)檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的船體立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的船體俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的船體側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的船體前視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型的系統(tǒng)框架示意圖。

圖中：1-主船；11-浮筒部；12主艙；2-輔船；3-連桿機(jī)構(gòu)；4-緩沖機(jī)構(gòu)；41-底座；42-緩沖桿；421-套筒；422-活動(dòng)桿；43-滾輪；431-輪體；432-連接片；100-船體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1至圖4，本實(shí)用新型輸水渡槽無(wú)纜檢測(cè)機(jī)器人，包括：

船體100，所述船體100為四體船結(jié)構(gòu)；

搭載于所述船體100上的動(dòng)力系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、圖像系統(tǒng)；

動(dòng)力系統(tǒng)，包括單個(gè)或者多個(gè)推進(jìn)器配合舵對(duì)船體100的運(yùn)動(dòng)速度和方向進(jìn)行控制；

傳感器系統(tǒng)，包括慣性測(cè)量單元和用于檢測(cè)船體100與渡槽壁面之間距離的測(cè)距單元；

控制系統(tǒng)，根據(jù)所述慣性測(cè)量單元和所述測(cè)距單元反饋的參數(shù)控制推進(jìn)器和舵以調(diào)整船體100的運(yùn)動(dòng)速度和方向；

圖像系統(tǒng)，用于在船體100運(yùn)動(dòng)過(guò)程當(dāng)中錄制和傳輸所需檢測(cè)部分渡槽壁面的視頻、圖像。

使用測(cè)距單元取代GPS，克服了類渡槽環(huán)境密閉無(wú)信號(hào)的問(wèn)題，測(cè)距單元和慣性測(cè)量單元采集的參數(shù)為控制系統(tǒng)自動(dòng)控制船體100運(yùn)動(dòng)提供底層數(shù)據(jù)支持，尤其適合在類渡槽環(huán)境下進(jìn)行定距觀測(cè)檢測(cè)。

所述四體船結(jié)構(gòu)包括：

一個(gè)主船1，位于所述船體100中部，由兩個(gè)浮筒部11和架設(shè)在所述浮筒部11上的主艙12構(gòu)成；

兩個(gè)輔船2，位于所述船體100兩側(cè)，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)3與所述主船1連為一體，以增強(qiáng)船體100穩(wěn)定性。

主船1采用兩個(gè)浮筒部11并列設(shè)置并在其上架設(shè)主倉(cāng)12的結(jié)構(gòu)，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(duì)于單體船，四體船結(jié)構(gòu)吃水更淺，并且在高流速的水中更加穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)測(cè)試相同負(fù)載的單體船和此四體船結(jié)構(gòu)對(duì)比，四體船結(jié)構(gòu)可以減少1cm以上的吃水深度。在實(shí)體測(cè)試中，能夠由拍攝渡槽壁面的畫(huà)面明顯判斷其穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單體船。

當(dāng)然，在其它實(shí)施方式中所述船體100也可以采用三體船、五體船等多體船結(jié)構(gòu)。

所述連桿機(jī)構(gòu)3為可伸縮氣壓桿，以使所述輔船2和所述主船1之間間距可調(diào)。

當(dāng)然，在其它實(shí)施方式中，所述連桿機(jī)構(gòu)3也可以為可伸縮液壓桿或橡膠桿或彈簧桿，以使所述輔船2和所述主船1之間間距可調(diào)。

所述船體100兩側(cè)突出設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)4，以在所述船體100和渡槽壁面碰撞時(shí)起緩沖作用，所述緩沖機(jī)構(gòu)4包括：

底座41，固定設(shè)置于所述船體100上；

緩沖桿42包括套筒421和活動(dòng)桿422，活動(dòng)桿422設(shè)置在套筒421中并由彈性抵持機(jī)構(gòu)抵持向外伸出，套筒421內(nèi)側(cè)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(dòng)桿422伸出端連接。當(dāng)和渡槽壁面碰撞時(shí)，滾輪43擺動(dòng)偏移，帶動(dòng)活動(dòng)桿422向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，克服彈性抵持機(jī)構(gòu)做功，從而起到彈性緩沖的作用。

所述測(cè)距單元為激光測(cè)距單元，所述激光測(cè)距單元設(shè)置于所述緩沖機(jī)構(gòu)4的底座41上。

當(dāng)然，在其它實(shí)施方式中所述測(cè)距單元也可以為超聲波測(cè)距單元，所述超聲波測(cè)距單元設(shè)置于所述緩沖機(jī)構(gòu)4的底座41上。

彈性抵持機(jī)構(gòu)可以是氣壓缸、彈簧等。

如圖5所示，通過(guò)控制臺(tái)(可以是手持式控制箱)設(shè)定好本實(shí)用新型相對(duì)輸水渡槽壁面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、兩側(cè)距離并打開(kāi)照明模塊(LED)后，將本實(shí)用新型放置于輸水渡槽中，本實(shí)用新型將懸浮于水面上；通過(guò)測(cè)距單元測(cè)得與渡槽壁面距離，以及通過(guò)慣性測(cè)量單元測(cè)得兩側(cè)的加速度分量參數(shù)后返回控制系統(tǒng)并由舵將船體100調(diào)整至設(shè)定位置，通過(guò)慣性測(cè)量單元和測(cè)距單元測(cè)得與渡槽壁面相對(duì)速度后返回控制系統(tǒng)并由推進(jìn)器將船體100調(diào)整至設(shè)定速度，本實(shí)用新型在行駛的過(guò)程中圖像系統(tǒng)錄制渡槽壁面的視頻、圖像，并進(jìn)行存儲(chǔ)以及通過(guò)2.4GHZ無(wú)線通訊系統(tǒng)返回控制臺(tái)。

本實(shí)用新型的船體采用多體船結(jié)構(gòu)，并且使用測(cè)距單元和慣性測(cè)量單元采集的參數(shù)為控制系統(tǒng)自動(dòng)控制船體運(yùn)動(dòng)提供底層數(shù)據(jù)支持，相較于現(xiàn)有技術(shù)中使用的GPS定位系統(tǒng)，具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、控制精確的優(yōu)點(diǎn)，尤其適合在輸水渡槽內(nèi)進(jìn)行定距觀測(cè)檢測(cè)。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施方式僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施方式所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施方式技術(shù)方案的保護(hù)范圍。