一种浅水桥墩水下检测机器人及其检测方法

摘要

本发明涉及一种浅水桥墩水下检测机器人，包括机架，所述机架内部设置有推进装置，所述机架前端部设有由电机组件驱动的清洗刷具，所述刷具经缓冲联接座与电机组件的传动轴联接，所述机架前端部还设有检测装置，所述机架后端部设有控制舱，所述机架上还设有浮体；本发明还涉及一种浅水桥墩水下检测机器人的检测方法。本发明操作简单方便、效率高，又安全可靠，且结构紧凑、体积较小，可近距离观察浅水桥墩表面，还可以对浅水桥墩表面异物进行清洗，重量轻方便携带，其控制器采用低能耗元件，使整体系统功率小，较适合水下长期作业。

说明书

技术领域

本发明涉及一种浅水桥墩水下检测机器人及其检测方法。

背景技术

面临着人口不断增长和车辆快速增加，为了缓解地上交通拥堵压力，人类不断地修建了大量桥梁，尤其往江河湖海上延伸。经过多年使用，桥梁桥墩已有部分存在不安全因素。水下部分的桥墩有些会因其使用年限较长而出现老化，有些会受到冲刷、腐蚀或碰撞损坏等因素影响危及桥梁桥墩的裂缝和病变。因此，需要定期对其进行适当的检查、维护和维修，通常对水下桥墩检测大都由专业潜水员来完成，这种检查方法效率低、风险大、成本高。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单方便、效率高，又安全可靠的浅水桥墩水下检测机器人及其检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种浅水桥墩水下检测机器人，包括机架，所述机架内部设置有推进装置，所述机架前端部设有由电机组件驱动的清洗刷具，所述刷具经缓冲联接座与电机组件的传动轴联接，所述机架前端部还设有检测装置，所述机架后端部设有控制舱，所述机架上还设有浮体。

进一步的，所述缓冲联接座包括与传动轴固定联接的主动法兰及联接在法兰前侧的法兰罩体，所述刷具的传动杆穿过法兰罩体的轴承孔，其后端联接有位于法兰罩体型腔内的被动法兰，所述主动法兰经分布在其前侧且插入被动法兰周部销孔的传动销与被动法兰传动联接，被动法兰与主动法兰之间还设有位于法兰罩体内有利于刷具传动杆轴向伸缩的缓冲弹簧。

进一步的，所述电机组件前端部经第一螺丝螺母组件螺接有电机外端盖，所述主动法兰前端部经第二螺丝螺母组件与法兰罩体相螺接，所述法兰罩体前端部经第三螺丝螺母组件螺接法兰罩体外端盖，所述电机组件与电机外端盖、主动法兰与法兰罩体、法兰罩体与法兰罩体外端盖的接触面均设置有密封圈。

进一步的，所述推进装置包含设置在机架左、右两侧且分别沿机架的前后方向对称设置有左、右推进器，沿机架上下方向设有至少一个垂直推进器，沿机架左右方向设置有的至少一个侧向推进器。

进一步的，所述检测装置包含设置清洗刷具上方的水下摄像机、对称设置在水下摄像机左、右两侧且用以为水下摄像机提供光源的左、右水下LED灯，所述水下摄像机与设置在设置在地面监控室的PC显示屏相连接。

进一步的，所述浮体的浮力大于或等于整个机器人的整体重力。

进一步的，所述控制舱内部装有深度计、加速计、陀螺仪、电子罗盘、数字温湿度传感器以及控制电路板。

一种浅水桥墩水下检测机器人的检测方法，包括以下步骤：

（1）首先将如权利要求1~7所述的浅水桥墩水下检测机器人从地面下放至水面，控制左、右推进器、垂直推进器以及侧向推进器使浅水桥墩水下检测机器人潜入水中并到达起始位置Q；

（2）接着控制左、右推进器、垂直推进器以及侧向推进器使得所述浅水桥墩水下检测机器人按预定轨迹绕桥墩周侧运动；同时，所述浅水桥墩水下检测机器人的检测装置检测桥墩的表面，并将数据输送至PC显示屏，当检测到异物时，控制左、右推进器或侧向推进器，所述浅水桥墩水下检测机器人与桥墩面相接触，且清洗装置开始工作，当未检测到异物时，清洗装置不工作；

（3）最后控制左、右推进器、垂直推进器以及侧向推进器使水下机器人回到起始位置Q。

进一步的，在步骤（2）中，当对长方体桥墩表面进行检测时，控制左、右推进器使浅水桥墩检测水下机器人从开始位置Q沿着前进方向达到桥墩其中一面的预定位置A，然后控制垂直推进器，使水下机器人下潜运动到位置Ｂ，接着通过侧向推进器使水下机器人达到位置Ｃ，再通过控制垂直推进器使水下机器人上浮到位置Ｄ，最后控制侧向推进器运动到Ｅ，如此往复运动直到检测完预定面为止，再接下检测桥墩其它三个面。

进一步的，在步骤（2）中，当对圆柱体桥墩表面进行检测时，首先通过控制左、右推进器使浅水桥墩检测水下机器人从开始位置Q沿着前进方向达到圆柱体桥墩的预定位置A，在A点同一水平面，通过控制左、右推进器和侧向推进器使水下机器人沿着顺时针方向运动，接着控制垂直推进器使水下机器人下潜到位置B，然后控制左、右推进器和侧向推进器使水下机器人沿着逆时针方向运动再回到位置B，再通过控制垂直推进器使水下机器人下潜运动到位置Ｃ，如此往复直到整个圆柱体桥墩表面检测完毕。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明操作简单方便、效率高，又安全可靠，且结构紧凑、体积较小，可近距离观察浅水桥墩表面，还可以对浅水桥墩表面异物进行清洗，重量轻方便携带，其控制器采用低能耗元件，使整体系统功率小，较适合水下长期作业。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的整体构造示意图。

图2为本发明实施例的构造正视示意图。

图3为本发明实施例的构造侧视示意图。

图4为本发明实施例的构造清洗装置示意图。

图5为本发明实施例的控制舱构造示意图。

图6为本发明实施例的机器人检测长方体桥墩轨迹示意图。

图7为本发明实施例的机器人检测圆柱体桥墩轨迹示意图。

图中：1-机架，2-推进装置，21-左推进器，22-右推进器，23-垂直推进器，24-侧向推进器，3-电机组件，31-传动轴，32-第一螺丝螺母组件，33-电机外端盖，34-电机密封箱，4-清洗刷具，41-传动杆，5-缓冲联接座，51-主动法兰，511-传动销，52-法兰罩体，521-轴承孔，522-型腔，53-被动法兰，531-销孔，54-第二螺丝螺母组件，55-第三螺丝螺母组件，56-法兰罩体外端盖，6-缓冲弹簧，7-密封圈，8-检测装置，81-水下摄像机，82-左水下LED灯，83-右水下LED灯，9-控制舱，91-盖板，92-电缆线防水接头，10-浮体，101-上浮体，102-下浮体，11-电缆线。

具体实施方式

如图1~5所示，一种浅水桥墩水下检测机器人，包括机架1，所述机架1内部设置有推进装置2，所述机架1前端部设有由电机组件3驱动的清洗刷具4，所述刷具经缓冲联接座5与电机组件3的传动轴31联接，所述机架1前端部还设有检测装置8，所述机架1后端部设有控制舱9，所述机架1上还设有浮体10。

在本发明中，所述缓冲联接座5包括与传动轴31固定联接的主动法兰51及联接在法兰前侧的法兰罩体52，所述刷具的传动杆41穿过法兰罩体52的轴承孔521，其后端联接有位于法兰罩体52型腔522内的被动法兰53，所述主动法兰51经分布在其前侧且插入被动法兰53周部销孔531的传动销511与被动法兰53传动联接，被动法兰53与主动法兰51之间还设有位于法兰罩体52内有利于刷具传动杆41轴向伸缩的缓冲弹簧6。

在本发明中，所述电机组件3前端部经第一螺丝螺母组件32螺接有电机外端盖33，所述主动法兰51前端部经第二螺丝螺母组件54与法兰罩体52相螺接，所述法兰罩体52前端部经第三螺丝螺母组件55螺接法兰罩体外端盖56，所述电机组件3与电机外端盖33、主动法兰51与法兰罩体52、法兰罩体52与法兰罩体外端盖56的接触面均设置有密封圈7。在本发明中，所述密封圈7为丁晴O型圈或旋转格莱圈其中一种或多种组合，所述第一螺丝螺母组件32、第二螺丝螺母组件54、第三螺丝螺母组件55与密封圈7相配合，所述密封圈7被压缩以达到防泄漏的目的。

在本发明中，所述推进装置2包含设置在机架1左、右两侧且分别沿机架1的前后方向对称设置有左推进器21、右推进器22，沿机架1上下方向设有两个垂直推进器23，沿机架1左右方向设置有的一个侧向推进器24；当左推进器21和右推进器22通过同时正转和反转使该水下机器人前进或者后退，当左推进器21、右推进器22转向相反，且调节左右推进器22自身转速，实现本机器人向左转动或向右转动，甚至是围绕轴向原地转动；两垂直推进器23通过同时正转或反转带动该水下机器人上浮或下沉运动；通过侧向推进器24正转或反转实现该机器人侧向来回移动。

在本发明中，所述检测装置8包含设置清洗刷具4上方的水下摄像机81、对称设置在水下摄像机81左、右两侧且用以为水下摄像机81提供光源的左水下LED灯82、右水下LED灯83，所述水下摄像机81与设置在监控室的PC显示屏相连接，所述水下摄像机81采用水下CCD摄像机，所述左水下LED灯82、右水下LED灯83以及水下摄像机81固定在同一直线上，所述左水下LED灯82、右水下LED灯83为灯头可旋转式，所述左水下LED灯82灯头和水下摄像机81连线与右水下LED灯83灯头和水下摄像机81连线的夹角为90~135度，优选120度，使得左水下LED灯82灯头、右水下LED灯83灯头能使得水下摄像机81的探测范围最大化。通过水下CCD摄像机将桥墩表面质量状况通过电缆线11传输到地面PC显示屏上，在地面就可观察水下桥墩表面，不需要由专业潜水检测人员潜到水下检查，既方便，又安全。

在本发明中，所述控制舱9内部装有深度计、加速计、陀螺仪、电子罗盘、数字温湿度传感器以及控制电路板。通过深度计、加速计、陀螺仪、电子罗盘可得知浅本机器人的潜入深度、运动速度和方位，实时了解该水下机器人运动状态；通过数字温湿度传感器可知控制舱9内部状况的温度及湿度信息。

在本发明中，所述机架1顶部设有电缆线11，所述电缆线11既可以为本机器人提供电源，又可以进行数据传输，将本机器人在水下采集的数据输送至位于地面的监控室。在本发明中，所述驱动电机采用低速、大扭矩直流电机，所述驱动电机置于电机密封箱34中。

在本发明中，所述控制舱9的一侧设有开口，所述开口处设有盖板91，所述控制舱9周侧布设有若干电缆线11防水接头92。

在本发明中，所述浮体10包含分别设置在机架1顶、底两端部的上浮体101、下浮体102，所述上浮体101、下浮体102的浮力大于或等于本机器人整体的重力，当本机器人产生故障，其所以推进器无法正常工作时，所述本机器人能够凭借上浮体101、下浮体102产生的浮力自动上浮，以便工作人员取回本机器人，避免本机器人废弃在水中，污染水体。

在本发明中，所述机架1采用开架式框架，所述开架式框架主要是由铝合金板材和铝合金直角件构成，采用框架结构既方便装卸，也易于拓展新组件。

一种浅水桥墩水下检测机器人的检测方法，包括以下步骤：

（1）首先将所述的浅水桥墩水下检测机器人下放至水面，控制左推进器21、右推进器22、垂直推进器23以及侧向推进器24使本机器人潜入水中并到达起始位置Q；

（2）接着控制左推进器21、右推进器22、垂直推进器23以及侧向推进器24使得本机器人按预定轨迹绕桥墩周侧运动；同时，所述机器人的检测装置8检测桥墩的表面，并将数据输送至PC显示屏，当检测到异物时，控制左推进器21、右推进器22或侧向推进器24，所述机器人与桥墩面相接触，且清洗装置开始工作，当未检测到异物时，清洗装置不工作；

（3）最后控制左推进器21、右推进器22、垂直推进器23以及侧向推进器24使本机器人回到起始位置Q。

在本发明中，如图6所示，在步骤（2）中，当对长方体桥墩表面进行检测时，控制左推进器21、右推进器22使本机器人从开始位置Q沿着前进方向达到桥墩其中一面的预定位置A，然后控制垂直推进器23，使水下机器人下潜运动到位置B，接着通过侧向推进器24使本机器人达到位置C，再通过控制垂直推进器23使本机器人上浮到位置D，最后控制侧向推进器24运动到E，如此往复运动直到检测完预定面为止，再接下检测桥墩其它三个面，运动轨迹与第一个面相似。

在本发明中，如图7所示，在步骤（2）中，当对圆柱体桥墩表面进行检测时，首先通过控制左推进器21、右推进器22使本机器人从开始位置Q沿着前进方向达到圆柱体桥墩的预定位置A，在A点同一水平面，通过控制左推进器21、右推进器22和侧向推进器24使本机器人沿着顺时针方向运动，接着控制垂直推进器23使本机器人下潜到位置B，然后控制左推进器21、右推进器22和侧向推进器24使本机器人沿着逆时针方向运动再回到位置B，再通过控制垂直推进器23使本机器人下潜运动到位置C，接着其运动轨迹与上面从位置A到位置B运动轨迹相似，如此往复直到整个圆柱体桥墩表面检测完毕。检测时，顺时针旋转、逆时针旋转或逆时针、顺时针不断交替，防止本机器人的电缆线11发生缠绕。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。