CN214784640U

CN214784640U - 城市深层污水传输隧道检测与清淤机器人

Info

Publication number: CN214784640U
Application number: CN202120336097.9U
Authority: CN
Inventors: 骆汉宾; 周诚; 刘文黎; 程利力; 李琛
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Xiamen Guochuang City Data Industry Co ltd
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2021-11-19
Anticipated expiration: 2031-02-05

Abstract

本实用新型公开了一种城市深层污水传输隧道检测与清淤机器人，涉及隧道检测与清淤技术领域。该机器人包括隧道结构检测装置、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；隧道结构检测装置包括浑水摄像机和声呐；清淤作业装置包括搭载于机器人本体前部的淤泥铲；机器人水中定位装置包括陀螺仪；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。本实用新型的机器人可实现在城市深层污水隧道中完成对隧道结构本体、隧道结构附着淤泥的全方位质量检测与清淤，促进城市深层污水隧道检测与清淤作业的化发展。

Description

城市深层污水传输隧道检测与清淤机器人

技术领域

本实用新型属于隧道检测与清淤技术领域，更具体地，涉及一种城市深层污水传输隧道检测与清淤机器人。

背景技术

随着城市人口的不断增多，城市污水体量越来越大；原有小直径浅埋管道难以满足大量污水的蓄积排放能力，现有城市给排水系统逐渐向大直径深层污水传输隧道发展。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。

目前，为提高清淤工作的效率，相应的清淤机器人逐渐替代人工进行作业。然而，随着城市深层污水传输隧道的不断发展，现有的清淤机器人功能比较单一，没有实现水上水下一体化结构安全检测与清淤工作。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型旨在提供一种城市深层污水传输隧道检测与清淤机器人，实现对隧道结构本体安全、隧道结构附着淤泥的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化发展。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种城市深层污水传输隧道检测与清淤机器人，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和声呐；

清淤作业装置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；

机器人水中定位装置包括所述声呐以及设置于机器人本体中部的陀螺仪；

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，控制器的信号输入端口分别连接浑水摄像机、声呐和陀螺仪。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，还包括污水浓度检测装置。

进一步地，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。

进一步地，机器人水中行走装置还包括充气气囊、空气泵和储气罐，充气气囊设于机器人本体底部，通过输气管和空气泵连接至储气罐。

总体而言，本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本实用新型利用声呐+浑水摄像机观测污水面下方隧道结构本体以及附着淤积物情况，结合清淤作业装置进行清淤，可实现对隧道结构本体安全、隧道结构附着淤泥的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。

2、考虑到淤泥主要沉积在隧道底部，但隧道的水上部分也有存在淤积物的可能，本实用新型进一步利用激光雷达观测污水面上方隧道结构本体以及附着淤积物情况，从而实现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。

3、本实用新型的清淤作业装置采用淤泥铲、推进器将淤泥松动并打散，通过淤泥铲与推进器的协同工作，一次推进同时具备铲松和打散的效果，能够大幅提高清污效率，更有利于淤积物自行随水流向下游排出。

4、通过污水浓度检测装置监测污水浓度，便于及时掌控污染程度并及时排放至污水厂。

6、本实用新型采用履带爬行+充气气囊实现机器人的前后行走以及上下升降，由于铲泥的推进力来自于机器人自身的前进动力，履带式爬行机构产生的驱动力更为平衡、稳定和强力。利用充气气囊的充放气来改变机器人的排水体积，从而实现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。

附图说明

图1是本实用新型的机器人立体结构示意图。

图2是本实用新型的机器人结构侧视图。

图3是本实用新型的机器人结构俯视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-陀螺仪；2-浑水摄像机；3-激光雷达；4-声呐；5-清淤作业装置；6-污水浓度检测装置；7-充气气囊；8-履带底盘。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型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。

如图1～3所示，本实用新型优选的一种城市深层污水传输隧道检测与清淤机器人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。

本实施中，机器人本体为履带底盘8，履带底盘8的主体部分为水密舱，主要电路及控制器均设于水密舱中，与外部器件的连接则通过水密接插件、水下线缆实现。机器人水中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机器人在污水面的上浮和下沉。

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观测，声呐4用于隧道结构本体以及附着淤积物情况的观测。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，用于污水面上方隧道结构及附着淤积物的观测。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，进而实现机器人水中高精度定位。

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。优选地，由于淤积物本身有一定的垫高作用，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，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。

此外，本实施例设有污水浓度检测装置6，用于监测污水浓度。

下面，以一个具体应用案例对本实用新型的工作方法作更进一步的介绍：

1、隧道结构检测装置

1)污水面下方隧道检测：针对城市深层隧道污水面下方隧道的观察，通过在机器人前方安装声呐系统+浑水摄像机，安装方式为焊接，进而对隧道结构本体以及附着淤积物情况进行检测；浑水摄像机可以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，能够获取浑水摄像机无法拍摄到的隧道信息，进而观测污水面下方隧道结构本体以及附着淤积物情况。

2)污水面上方隧道检测：机器人利用充气气囊上浮至污水表面，进而开展污水面上方隧道检测。

2、清淤作业装置

在获取到隧道结构表面的附着淤泥情况之后，采用淤泥铲+高功率推进器将淤泥松动并打散。具体操作原理如下：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。

3、污水浓度检测装置(本实施例选为水质浊度检测仪)

通过在机器人前方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，可由工作人员打开水闸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。

4、机器人水中定位装置

通过在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机器人在污水传输隧道的位姿情况；具体地，利用陀螺仪感知机器人在污水传输隧道中的姿态变化，利用声呐系统实现机器人污水传输隧道中的高精度定位。

5、机器人水中行走装置

本例中，履带式爬行机构采用两个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。

6、机器人通讯控制装置

所述的一种城市深层污水传输隧道检测与清淤机器人系统及工作方法，采用光纤传输+自动巡航技术实现机器人的通讯控制。具体操作步骤如下：采用微重力高强度线缆，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，从而可以实现机器人在污水传输隧道中的通讯。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种城市深层污水传输隧道检测与清淤机器人，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)；

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；

机器人水中定位装置包括所述声呐(4)以及设置于机器人本体中部的陀螺仪(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，控制器的信号输入端口分别连接浑水摄像机(2)、声呐(4)和陀螺仪(1)。

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)。

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机器人，其特征在于，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。

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机器人，其特征在于，还包括污水浓度检测装置(6)。

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。

6.根据权利要求1、2或5所述的一种城市深层污水传输隧道检测与清淤机器人，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)设于机器人本体底部，通过输气管和空气泵连接至储气罐。