一种地下排水管网自动探测机器人pdf

  本发明公开了一种地下排水管网自动探测机器人，包括车体、伸缩臂、摄像系统、声纳系统和行走部件，伸缩臂的一端连接在车体上，另一端安装摄像系统，声纳系统设置在车体上，且声纳系统的声纳探头发射声波方向与地下排水管网内水流动方向一致，摄像系统和声纳系统分别与地下排水管网外的显示装置连接。本发明通过视频探测和声纳探测进行管道探测，摄像系统探测无水或低水位区域，声纳系统探测高水位区域，探测过程简单易操作，并减少了探测前对管道进行的预备作业，提高了探测效率，可有效探测管道内部缺陷；本发明避免操作人员在管道内进行操

  (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 113738994 A (43)申请公布日 2021.12.03 (21)申请号 6.5 (22)申请日 2021.08.31 (71)申请人 广东建科创新技术研究院有限公司 地址 528437 广东省中山市翠亨新区香山 大道34号创新中心厂房C栋4楼409室- 17卡 (72)发明人 张万辉潘靖阳安俊鑫陈宇佳 江楠 (74)专利代理机构 广州知友专利商标代理有限 公司 44104 代理人 李海波侯莉 (51)Int.Cl. F16L 55/30 (2006.01) F16L 55/40 (2006.01) F16L 101/30 (2006.01) 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (54)发明名称 一种地下排水管网自动探测机器人 (57)摘要 本发明公开了一种地下排水管网自动探测 机器人，包括车体、伸缩臂、摄像系统、声纳系统 和行走部件，伸缩臂的一端连接在车体上，另一 端安装摄像系统，声纳系统设置在车体上，且声 纳系统的声纳探头发射声波方向与地下排水管 网内水流动方向一致，摄像系统和声纳系统分别 与地下排水管网外的显示装置连接。本发明通过 视频探测和声纳探测进行管道探测，摄像系统探 测无水或低水位区域，声纳系统探测高水位区 域，探测过程简单易操作，并减少了探测前对管道 进行的预备作业，提高了探测效率，可有效探测 管道内部缺陷；本发明避免操作人员在管道内进 A 行操作，保护操作人员的人身安全，并提高了工 4 作效率，适用于无水和有水管道，可实现多种环 9 9 8 境的管道探测作业。 3 7 3 1 1 N C CN 113738994 A 权利要求书 1/1页 1.一种地下排水管网自动探测机器人，其特征是：它包括车体、伸缩臂、摄像系统、声 纳系统和设于车体上的行走部件，所述伸缩臂的一端连接在车体上，另一端安装摄像系统， 所述声纳系统设置在车体上，且所述声纳系统的声纳探头发射声波方向与待探测的地下排 水管网内水流动方向一致，所述摄像系统和声纳系统分别与地下排水管网外的显示装置连 接。 2.依据权利要求1所述的地下排水管网自动探测机器人，其特征是：所述车体的底面 安装有可使整个机体漂浮在液面上的悬浮气囊。 3.依据权利要求2所述的地下排水管网自动探测机器人，其特征是：所述摄像系统包 括座体、360°旋转摄像头和辅助照明灯，所述360°旋转摄像头和辅助照明灯均为防水结构 并安装在座体上，所述座体固定在所述伸缩臂上。 4.依据权利要求3所述的地下排水管网自动探测机器人，其特征是：所述声纳系统具 有滚动传感器，所述滚动传感器具备在±45°内的自动补偿功能。 5.依据权利要求4所述的地下排水管网自动探测机器人，其特征是：所述行走部件通 过分别连接于车体前端和后端的拖曳缆线进行驱动，所述拖曳缆线、所述摄像系统和声纳 系统分别与电插接件连接。 6.依据权利要求5所述的地下排水管网自动探测机器人，其特征是：所述伸缩臂位于 车体的顶面上，所述声纳系统安装在车体的底部，且所述声纳系统的声纳探头水平安装在 车体前端。 7.依据权利要求6所述的地下排水管网自动探测机器人，其特征是：所述显示装置为 可触摸屏。 8.依据权利要求7所述的地下排水管网自动探测机器人，其特征是：所述伸缩臂主要 由固定臂和旋转臂组成，所述固定臂的一端固定在车体上，另一端与旋转臂的一端相铰接 使得旋转臂可进行360°旋转和定位，所述旋转臂的另一端安装摄像系统。 9.依据权利要求1～8任一项所述的地下排水管网自动探测机器人，其特征是：在所 述车体上设有里程计和惯性导航系统，所述里程计通过拖曳缆线的相对长度计算并记录所 述探测机器人的行进距离，所述惯性导航系统通过陀螺仪和加速度计计算所述探测机器人 的工作速度和运行轨迹，所述里程计和所述惯性导航系统分别将采集的数据通过数据传输 单元转换为数字信号并传输至数据处理单元，数据处理单元将数字信号转换为地理信息数 据，并通过电缆连接传输数据到显示装置上以供操作人员了解探测机器人的行进轨迹。 2 2 CN 113738994 A 说明书 1/4页 一种地下排水管网自动探测机器人 技术领域 [0001] 本发明涉及一种地下排水管网自动探测机器人。 背景技术 [0002] 城镇给排水管道是城市市政设施的重要组成部分，同时又是城市的地下生命线， 其肩负着自来水的供给和雨水、污水的排放功能。随着城市规模的逐步扩大，管线工程的建 设速度和规模也达到了空前的高水平，例如广州市中心城区的管道里程已达1297.495km。 随着经济的发展，城市建设的规模慢慢的变大，铺设的排水管道也越來越长，管道剩余的使用 年限也慢慢变得短。据统计，自2001年以来我国城市排水管道以22441.7km/年的速度增加，截 止2008年，我国城市排水管道的总长度为315220km。而伴随着我国排水管道的建设，铺设年 代久远的管道也相继达到寿命期。据统计，我国80年代以前铺设的管道长度为21860km，占 排水管道总长的6.93％。 [0003] 我国排水管道在面临寿命到期的同时，随着城市用水量的增加，城市排水量也相 应增加，排水管道承受的负荷也慢慢变得繁重，而我国在排水管道的维护、修复上投入不足， 造成我国排水管道腐烛、渗漏严重，管道破坏、变形、不均勾沉降等情况时有发生。管道结构 性缺陷和功能性缺陷致使排水管道不能发挥应有的作用，雨水跑、冒、漏，阻断交通，雨水不 能及时排除，给城市建设和人民生活带来不便。在2010年“5.7”、“5.14”广州市两场时降雨 量超过100mm的大暴雨，不少街道、商铺、停车场等遭遇水俺，经济损失超10亿元，突现了排 水管道排水不畅的问题。 [0004] 传统的排水管道检测的新方法有人工实地检测法、量泥斗法和反光镜法等。目前国内 地下管道的检测及维护仍主要依赖人工，虽然人工实地检测法对管道缺陷检验测试具有较高的 准确性，但是管道内部环境恶劣，存在气体成分复杂，管道空间狭小的限制等多种因素导致 人工作业效率低下；量泥斗法大多数都用在窨井和管口内积泥厚度的检测，不能反映管道内部 的功能性或结构性缺陷，具有局限性；反光镜法是通过日光或其他光源的折射，目视观察管 道的缺陷情况，能了解管道的错位或堵塞等情况，但是检验测试范围较小，且多应用于无水管 道。 发明内容 [0005] 本发明的目的是提供一种结构相对比较简单、成本低、探测效率高、可有效探测管道内部 缺陷、保护操作人员人身安全、适用于无水和有水管道的地下排水管网自动探测机器人。 [0006] 本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种地下排水管网自动探测机器 人，其特征是，它包括车体、伸缩臂、摄像系统、声纳系统和设于车体上的行走部件，所述 伸缩臂的一端连接在车体上，另一端安装摄像系统，所述声纳系统设置在车体上，且所述声 纳系统的声纳探头发射声波方向与待探测的地下排水管网内水流动方向一致，所述摄像系 统和声纳系统分别与地下排水管网外的显示装置连接。 [0007] 本发明通过视频探测和声纳探测进行地下排水管网的管道探测，摄像系统探测无 3 3 CN 113738994 A 说明书 2/4页 水或低水位区域，声纳系统探测高水位区域，探测过程简单易操作，并减少了探测前对管道进 行的预备作业，比如排水或堵水，提高了探测效率，可有效探测管道内部缺陷，而且，本发明 避免了操作人员在管道内做相关操作，保护操作人员的人身安全，并提高了工作效率，适用于 无水和有水管道，可实现多种环境的管道探测作业。 [0008] 本发明所述车体的底面安装有悬浮气囊，在管道水位较高的情况下，所述悬浮气 囊可使整个机体漂浮在液面上。 [0009] 本发明所述摄像系统包括座体、360°旋转摄像头和辅助照明灯，所述360°旋转摄 像头和辅助照明灯均为防水结构并安装在座体上，所述座体固定在所述伸缩臂上。 [0010] 本发明所述声纳系统具有滚动传感器，所述滚动传感器具备在±45°内的自动补 偿功能。 [0011] 本发明所述行走部件通过分别连接于车体前端和后端的拖曳缆线进行驱动，所述 拖曳缆线、所述摄像系统和声纳系统分别与电插接件连接，通过拖曳缆线使探测机器人具 备数据传输功能和稳定机身、稳定移动速度的功能。 [0012] 本发明所述伸缩臂位于车体的顶面上，所述声纳系统安装在车体的底部，且所述 声纳系统的声纳探头水平安装在车体前端。 [0013] 本发明所述显示装置为可触摸屏。 [0014] 本发明所述伸缩臂主要由固定臂和旋转臂组成，所述固定臂的一端固定在车体 上，另一端与旋转臂的一端相铰接使得旋转臂可进行360°旋转和定位，所述旋转臂的另一 端安装摄像系统。 [0015] 本发明所述车体上设有里程计和惯性导航系统，所述里程计通过拖曳缆线的相对 长度计算并记录所述探测机器人的行进距离，所述惯性导航系统通过陀螺仪和加速度计计 算所述探测机器人的工作速度和运行轨迹，所述里程计和所述惯性导航系统分别将采集的 数据通过数据传输单元转换为数字信号并传输至数据处理单元，数据处理单元将数字信号 转换为地理信息数据，并通过电缆连接传输数据到显示装置上以供操作人员了解探测机器 人的行进轨迹。 [0016] 与现存技术相比，本发明具有如下显著的效果： [0017] ⑴本发明通过视频探测和声纳探测进行管道探测，摄像系统探测无水或低水位区 域，声纳系统探测高水位区域，探测过程简单易操作，并减少了探测前对管道进行的预备作 业，比如排水或堵水，提高了探测效率，可有效探测管道内部缺陷，而且，本发明避免操作人 员在管道内做相关操作，保护操作人员的人身安全，并提高了工作效率，适用于无水和有水管 道，可实现多种环境的管道探测作业。 [0018] ⑵本发明车体的底面安装有悬浮气囊，在管道水位较高的情况下，悬浮气囊可使 整个机体漂浮在液面上。 [0019] ⑶本发明通过拖曳缆线使探测机器人具备数据传输功能和稳定机身、稳定移动 速度的功能。 [0020] ⑷本发明结构相对比较简单、成本低，性能可靠，可广泛推广和使用。 附图说明 [0021] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。 4 4 CN 113738994 A 说明书 3/4页 [0022] 图1是本发明的侧视图； [0023] 图2是本发明的主视图。 具体实施方式 [0024] 如图1、2所示，是本发明一种地下排水管网自动探测机器人，它包括车体1、伸缩臂 2、摄像系统、声纳系统和设于车体1上的行走部件，车体1的外壳是防水外壳(防水外壳为现 有技术)，在本实施例中，行走部件是车轮5，伸缩臂2位于车体1的顶面上，伸缩臂2主要由竖 向设置的固定臂6和旋转臂7组成，固定臂6的一端固定在车体1上，另一端与旋转臂7的一端 相铰接使得旋转臂可进行360°旋转和定位，具体可以通过电机的动力输出轴与旋转臂的铰 接端连接，由电机驱动旋转臂转动并控制旋转臂定位于某一角度，旋转臂7的另一端安装摄 像系统。摄像系统包括座体、360°旋转摄像头3和辅助照明灯，360°旋转摄像头3和辅助照明 灯均为防水结构(具有防水结构的摄像头和辅助照明灯为现存技术)并安装在座体上，座体 固定在伸缩臂2上。声纳系统安装在车体的底部，声纳系统的声纳探头4水平安装在车体1前 端。声纳系统具有滚动传感器，滚动传感器具备在±45°内的自动补偿功能。声纳系统的声 纳探头4发射声波方向与待探测的地下排水管网内水流动方向一致，摄像系统和声纳系统 分别与地下排水管网外的显示装置连接，显示装置为可触摸屏。 [0025] 车体1的底面安装有悬浮气囊8，在管道水位较高的情况下，可使整个机体漂浮在 液面上。 [0026] 车体1前端和后端分别通过缆绳接口9连接有用于驱动行走部件的拖曳缆线，拖曳 缆线、摄像系统和声纳系统分别与电插接件连接。 [0027] 车体1上设有里程计和惯性导航系统，里程计通过拖曳缆线的相对长度计算并记 录探测机器人的行进距离，惯性导航系统通过陀螺仪和加速度计计算设备的运行速度和运 行轨迹，里程计和惯性导航系统分别将采集的数据通过数据传输单元转换为数字信号并传 输至数据处理单元，数据处理单元将数字信号处理转换为地理信息数据，并通过电缆连接 传输数据到显示装置上以供操作人员了解探测机器人的行进轨迹。 [0028] 本发明的工作原理及使用流程：将拖曳缆线前端和后端的揽绳接口 9，使牵引缆绳与车体1连接；将摄像头安装在伸缩臂上，并将伸缩臂和车体连接在一起。车 体在绞车的牵引下行驶并探测管道内部，通过摄像头确认管道内部状况，并传输给管道外 部计算机，便于工作人员通过显示器了解管道情况。当需要调整摄像头位置时，工作人员可 通过有线信号控制伸缩臂。若是管道有高水位环境，工作人员可开启声纳系统，配合摄像头 更好了解管道状况。高水位环境下，气囊将对车身起到支撑作用，而车身前后的拖曳缆线可 以控制移动速度，增强机器人的稳定性。 [0029] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等 术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连 接，也可以是电连接；可以是直接相连，也能够最终靠中间媒介间接相连，可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，能够准确的通过具体情 况理解上述术语在本申请中的具体含义。 [0030] 本发明的实施方式不限于此，按照本发明的以上内容，利用本领域的普通技术知 识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还能做出其它多种形 5 5 CN 113738994 A 说明书 4/4页 式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围以内。 6 6 CN 113738994 A 说明书附图 1/1页 图1 图2 7 7

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