一种基于矢量风力推进行走的箱涵CCTV检测机器人

摘要

本发明属于地下箱涵检测摸排设施技术领域，涉及箱涵检测机器人，具体涉及一种基于矢量风力推进行走的箱涵CCTV检测机器人。该检测机器人包括机器人主体船、空气负压式动力系统、CCTV系统、声呐系统、转换接头、集成控制器；集成控制器的头部与CCTV系统连接，集成控制器的尾部与转换接头连接；机器人主体船底部设置声呐系统；空气负压式动力系统包括发动机支架、发动机、螺旋桨、导流帽以及锁紧装置；发动机支架的底部与箱涵检测机器人的上表面连接，螺旋桨与发动机的输出轴通过导流帽连接，本发明通过空气负压式动力系统实现机器人前进、后退、转向等功能，通过搭载于检测机器人甲板面的CCTV系统可以对水面以下进行全面的检测作业。

说明书

技术领域

本发明属于地下箱涵检测摸排设施技术领域，涉及箱涵检测机器人，具体涉及一种基于矢量风力推进行走的箱涵CCTV检测机器人。

背景技术

随着近年来，国内多数城市每逢大雨便内涝为患，城市内涝已成为当前中国城市发展面临的重要难题之一。

城市排水管因常年排放的废水和废物越来越多，而这些物质还具有腐蚀性，进而造成城市排水管道的堵塞、泄露等各种功能性及结构性损坏。

因此必须对排水管道进行及时检测，才能将管网中的各种隐患提前预知，为管道疏通、修复及市政规划、工程量测算、应急措施提供准确地实施依据。

城市箱涵作为各排水管道的汇流管网，几乎内部均存在或多或少的雨污水，故若采用传统的潜望镜方式进行检测，只能检测到近距离的内部状况，且会因受到水体的扰动导致拍摄效果较差。

若采用传统的管道爬行机器人，则需要对箱涵进行堵水、围堰，将箱涵内部的雨水抽干或者抽至低水位以后才能进行相应的检测作业，前期操作过程繁琐，操作不方便。

目前在传统的基础上研发出了一款水上检测机器人，水上检测机器人工作需要工作时，电源给发动机供电，发动机转动带动发动机输出轴转动，发动机输出轴转动带动螺旋桨转动，螺旋桨转动形成推力推动水上机器人前进或者后退或者转向。

但是由于螺旋桨处于船体底部，螺旋桨在高速旋转时很容易缠绕管道污水内的垃圾或者水草，螺旋桨被垃圾或者水草缠绕后不能正常进行检测工作。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于矢量风力推进行走的箱涵CCTV检测机器人。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于矢量风力推进行走的箱涵CCTV检测机器人，包括机器人主体船、空气负压式动力系统、CCTV系统、声呐系统、转换接头、集成控制器；

所述机器人主体船的尾部甲板上表面与空气负压式动力系统连接，所述机器人主体船的头部与集成控制器连接；所述集成控制器的头部与CCTV系统连接，所述集成控制器的尾部与转换接头连接；所述机器人主体船底部设置声呐系统；

所述空气负压式动力系统包括发动机支架、发动机、螺旋桨、导流帽以及锁紧装置；所述发动机支架的底部与箱涵检测机器人的上表面连接，所述发动机支架的顶部与发动机通过锁紧装置连接；所述螺旋桨与发动机的输出轴通过导流帽连接。

进一步地，所述发动机支架包括支撑柱和固定座；所述支撑柱的顶部与固定座连接，所述支撑柱的底部与箱涵检测机器人的上表面连接；所述固定座与发动机连接。

进一步地，支撑柱包括上部和下部，所述上部和下部一体连接；所述上部与固定座连接，所述上部设置有用于穿线的通孔；所述上部自上而下倾斜设置，所述上部自上而下与下部之间的夹角为120度。

进一步地，固定座包括固定环和若干个固定架；所述若干个固定架均匀间隔与固定环的侧壁一体连接；所述固定环的底部与支撑座的顶部一体连接；所述若干个固定架与发动机连接。

进一步地，还包括自主电源、接收天线、接收单元和调速模块，所述所述机器人主体船的内壁与自主电源连接，所述自主电源分别与空气负压式动力系统、CCTV系统、声呐系统、集成控制器、调速模块、接收天线以及接收单元电连接，所述接收天线与接收单元电连接，所述接收单元与调速模块电连接，所述接收天线位于机器人主体船的内部，且与机器人主体船内壁连接，所述接收单元和调速模块分别位于主体船内部。

进一步地，机器人主体船包括左单片体和右单片体，所述左单片体和右单片体通过固定支架连接；所述左单片体和右单片体的尾部与空气负压式动力系统连接；所述固定支架顶部与集成控制器连接；所述声呐系统位于左单片体和右单片体之间的底部，所述声呐系统连接在左单片体和右单片体之间；所述右单片体内壁与自主电源连接；所述自主电源分别与空气负压式动力系统、CCTV系统、声呐系统、集成控制器、调速模块、接收天线以及接收单元电连接；所述接收天线与接收单元电连接，所述接收单元与调速模块电连接；所述接收天线位于右单片体的内部，且与右单片体内壁连接；所述接收单元和调速模块分别位于右单片体内部。

进一步地，CCTV系统包括CCTV镜头、LED泛光光源以及航插卡套；所述CCTV镜头通过航插卡套与集成控制器旋转连接；所述LED泛光光源位于CCTV镜头一侧且与集成控制器连接，所述CCTV镜头和LED泛光光源分别与自主电源电连接。

进一步地，声呐系统包括声呐探头、固定抱箍、固定板；所述固定板、固定抱箍、声呐探头自上而下依次连接，所述固定板与机器人主体船的底部连接。

进一步地，机器人主体船上设置有失控报警装置和气压报警装置，所述失控报警装置和气压报警装置分别与接收单元电连接；机器人主体船内部设置有就地开关，所述就地开关分别与空气负压式动力系统、CCTV系统、声呐系统、集成控制器、调速模块、接收天线以及接收单元电连接。

进一步地，左单片体和右单片体尾部上表面分别焊接有空气涵道，所述空气涵道的材质为铝合金，由两只内中孔的圆弧并成一体组成，空气涵道的外围两侧顶部宽底部窄且呈弧形，中间底部成锥弧形

与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：

该基于矢量风力推进行走的箱涵CCTV检测机器人主要通过独有的双体船形式作为机器人及配置设备的搭载主体，通过空气负压式动力及系统实现机器人前进、后退、转向等功能，通过搭载于检测机器人甲板面的CCTV系统对暗涵水面以上进行全面的检测作业，通过搭载于检测机器人中间底部的声呐系统对暗涵水面以下进行全面的检测作业，通过搭载于机器人主体的CCTV及声呐组合系统对箱涵整体内部实现360度全方位全面的检测作业。

附图说明

图1为本发明的装置示意图；

图2为本分明图1的主视图；

图3为本发明图2的后视图

图4为本发明空气负压式动力系统的装置示意图。

其中：其中：1、发动机支架；11、支撑柱；12、固定座；13、上部；14、下部；15、固定环；16、固定架；2、发动机；3、锁紧装置；4、螺旋桨；5、导流帽；6、通孔；7、机器人主体船；71、左单片体；72、右单片体；73、固定支架；74、检修孔座板；75、检修孔密封；76、检修孔盖板；8、CCTV系统；81、CCTV镜头；82、LED泛光光源；83、航插卡套；9、声呐系统；91、声呐探头；92、固定抱箍；93、固定板；94、声呐保护罩；10、自主电源；101、转换接头；102、集成控制器；103、接收天线；104、接收单元；105、调速模块；106、失控报警装置；107、气压报警装置；108、就地开关；109、空气涵道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

如图1-4所示，一种基于矢量风力推进行走的箱涵CCTV检测机器人，其特征在于，包括机器人主体船7、空气负压式动力系统、CCTV系统8、声呐系统9、转换接头101、集成控制器102；

机器人主体船7的尾部甲板上表面与空气负压式动力系统连接，机器人主体船7的头部与集成控制器102连接；集成控制器102的头部与CCTV系统8连接，集成控制器102的尾部与转换接头101连接；机器人主体船7底部设置声呐系统9；

空气负压式动力系统包括发动机支架1、发动机2、螺旋桨4、导流帽5以及锁紧装置3；发动机支架1的底部与箱涵检测机器人的上表面连接，发动机支架1的顶部与发动机2通过锁紧装置3连接；螺旋桨4与发动机2的输出轴通过导流帽5连接。

进一步，发动机支架1包括支撑柱11和固定座12；支撑柱11的顶部与固定座12连接，支撑柱11的底部与箱涵检测机器人的上表面连接；固定座12与发动机2连接。

进一步，支撑柱11包括上部13和下部14，上部13和下部14一体连接；上部13与固定座12连接，上部13设置有用于穿线的通孔6；上部13自上而下倾斜设置，上部13自上而下与下部14之间的夹角为120度。

进一步，固定座12包括固定环15和若干个固定架16；若干个固定架16均匀间隔与固定环15的侧壁一体连接；固定环15的底部与支撑座的顶部一体连接；若干个固定架16与发动机2连接。

进一步，还包括自主电源10、接收天线103、接收单元104和调速模块105，机器人主体船7的内壁与自主电源10连接，自主电源10分别与空气负压式动力系统、CCTV系统8、声呐系统9、集成控制器102、调速模块105、接收天线103以及接收单元104电连接，接收天线103与接收单元104电连接，接收单元104与调速模块105电连接，接收天线103位于机器人主体船7的内部，且与机器人主体船7内壁连接，接收单元104和调速模块105分别位于主体船内部。

进一步，机器人主体船7包括左单片体71和右单片体72，左单片体71和右单片体72通过固定支架73连接；左单片体71和右单片体72的尾部与空气负压式动力系统连接；固定支架73顶部与集成控制器102连接；声呐系统9位于左单片体71和右单片体72之间的底部，声呐系统9连接在左单片体71和右单片体72之间；右单片体72内壁与自主电源10连接；自主电源10分别与空气负压式动力系统、CCTV系统8、声呐系统9、集成控制器102、调速模块105、接收天线103以及接收单元104电连接；接收天线103与接收单元104电连接，接收单元104与调速模块105电连接；接收天线103位于右单片体72的内部，且与右单片体72内壁连接；接收单元104和调速模块105分别位于右单片体72内部。

进一步，CCTV系统8包括CCTV镜头81、LED泛光光源82以及航插卡套83；CCTV镜头81通过航插卡套83与集成控制器102旋转连接；LED泛光光源82位于CCTV镜头81一侧且与集成控制器102连接，CCTV镜头81和LED泛光光源82分别与自主电源10电连接。

进一步，声呐系统9包括声呐探头91、固定抱箍92、固定板93；固定板93、固定抱箍92、声呐探头91自上而下依次连接，固定板93与机器人主体船7的底部连接。

进一步，机器人主体船7上设置有失控报警装置106和气压报警装置107，失控报警装置106和气压报警装置107分别与接收单元104电连接；机器人主体船7内部设置有就地开关108，就地开关108分别与空气负压式动力系统、CCTV系统8、声呐系统9、集成控制器102、调速模块105、接收天线103以及接收单元104电连接。

进一步，左单片体71和右单片体72尾部上表面分别焊接有空气涵道109，空气涵道109的材质为铝合金，由两只内中孔的圆弧并成一体组成，空气涵道109的外围两侧顶部宽底部窄且呈弧形，中间底部成锥弧形。

实施例2

如图1-3所示，一种箱涵检测机器人，包括机器人主体船7、空气负压式动力系统、CCTV系统8、声呐系统9、自主电源10、转换接头101、集成控制器102、接收天线103、接收单元104以及调速模块105。

机器人主体船7为双体船，双体船包括左单片体71和右单片体72。

每个单片体通过铝合金钣金加工成型，艏艉正视方向分别呈艏翘、艉翘弧形状，艏艉俯视方向分别呈内弧形过度，底部中间端呈平直状，在提高主体浮力的同时降低航行时水流的阻力。

每个单片体顶部甲板面分别在片体艉舯部设有检修孔以及检修孔座板74、检修孔密封75、检修孔盖板76。

检修孔座板74为铝合金机加工成型，一圈均布内丝丝牙，上接触面用铣刀加工若干密封线，其与机器人主体双体船通过焊接固定。

检修孔密封75为丁晴橡胶密封垫，厚度3mm，与检修孔座板74密封面及检修孔盖板76密封面压紧接触以实现密封。

检修孔盖板76为铝合金机加工成型，一圈均布光孔用于锁紧螺母进行固定，与检修孔密封75接触端，由机加工凸台密封线，检修孔盖板76通过锁紧螺母与检修孔座板74进行连接固定。

左单片体71和右单片体72的尾部甲板上表面与空气负压式动力系统连接，空气负压式动力系统包括发动机支架1、发动机2、螺旋桨4、导流帽5以及锁紧装置3，发动机支架1与发动机2通过锁紧装置3固定。

发动机支架1共有左右对称的两只，整体由3D打印成型，其结构由上面方形电机固定座12及下方线缆通过方管组成，上面方形电机座与发动机2通过锁紧装置3进行固定，下方管与机器人主体双体船焊接固定。

发动机2为无刷电机，为机器人行走输出动力，共两只，左右对称，发动机2与螺旋桨4通过导流帽5固定。

螺旋桨4为碳纤复合材质，桨直径八英寸，螺距4mm，共两只，左右对称，螺旋桨4与发动机2的输出轴通过导流帽5固定。

导流帽5为铝合金材质，外呈弧形帽状，内部为内丝牙结构，通过与发动机2输出轴连接将螺旋桨4进行压紧固定。

左单片体71和右单片体72尾部上表面上焊接有空气涵道109，空气涵道109由铝合金钣金加工成型，由两只内中孔的圆弧并成一定厚度的一体结构组成，外围两侧顶部宽底部窄呈弧形。

空气涵道109作为空气动力输出的通道，并与双空气负压动力系统配套，中间底部成锥弧形收起，以使转换接头101连接线缆通过。

左单片体71和右单片体72通过固定支架73焊接固定，固定支架73为铝合金钣金加工件，两侧与集成控制器102的底座对应的位置各攻有八只内丝螺纹孔，集成控制器102与固定支架73通过锁紧螺母固定。

集成控制器102内置姿态传感器、气压传感器、温度传感器为机器人控制系统保驾护航；集成控制器102首部与CCTV系统8连接，尾部与转换接头101连接，转换接头101优选为三通转换接头。

三通转换接头作为CCTV系统8与声呐系统9的数据处理及中转中心，前端通过卡套接头连接集成控制器102，底端通过带线缆的卡套接头与声呐系统9连接，尾端通过带线缆的卡套接头与岸上电动收放车连接，实现岸上电源、控制信号、数据传输的相互反馈及传输。

CCTV系统8包括CCTV镜头81、LED泛光光源82以及航插卡套83。

CCTV镜头81通过航插卡套83与集成控制器102旋转连接，镜头可360°旋转，上下翻转220°。

LED泛光光源82位于CCTV镜头81的两侧设置两只且与集成控制器102通过螺栓固定，可适应10米宽以下的所有箱涵内部照明，以确保视频质量的清晰可靠。

CCTV镜头81和LED泛光光源82分别与自主电源10电连接。

参照图2和图3，声呐系统9包括声呐探头91，固定抱箍92、固定板93。

声呐探头91布置位置为左单片体71和右单片体72中间的底部，以便开始探测时全部浸入水下。

声呐探头91上方套设有声呐保护罩94，声呐保护罩94为铝合金钣金加工件，前部为圆开头挡圈，为声呐前段探头发射位置起到保护防撞作用。

声呐探头91通过发射超声波对水面以下部14分进行探测反馈，将水面以下的各种功能缺陷、淤泥分布等进行采集，并通过三通转换接头101反馈至岸上控制可视端。

固定板93包括第一固定板和第二固定板，第一固定板位于左单片体71和右单片体72之间的尾部，第一固定板的一端与左单片体71侧壁焊接，第一固定板的另一端与右单片体72侧壁焊接。

第二固定板位于左单片体71和右单片体72之间的首部，第二固定板的一端与左单片体71侧壁焊接，第二固定板的另一端与右单片体72侧壁焊接。

固定抱箍92包括前固定抱箍和后固定抱箍。

后固定抱箍套在声呐探头91的尾部，通过锁紧螺母与第一固定板固定。

前固定抱箍套在声呐探头91的首部，通过锁紧螺母与第二固定板固定。

右单片体72内部开设有用于容纳自主电源10、调速模块105、接收单元104的空腔。

自主电源10分别与电机、CCTV镜头81、声呐探头91、集成控制器102、调速模块105、接收天线103以及接收单元104电连接。

自主电源10为直插式卡槽结构，与开设在右单片体72内部的母卡槽直接插入固定，正常作业时机器人动力系统及控制系统由三通转换接头101连接至岸上野外电源进行供电及数据传输。

调速模块105包括调速单元，调速单元直接控制连接发动机2，岸上动作指令通过接收天线103将信号反馈至接收单元104，接收单元104将动作指令反馈至调速单元，调速单元控制发动机2正转、反转时，机器人实现前进、后退功能。

调速单元通过预设的速差逻辑编程，左发动机2逐渐快速正转，右发动机2同步逐渐快速反转时，机器人实现左转功能；反之，实现右转功能。

机器人主体船7上表面上通过螺栓固定有失控报警装置106，失控报警装置106包括失控传感器，失控传感器位于右单片体72内部，失控传感器与接收单元104连接，当动作指令因内部遮蔽信号较强或动作指令反馈调速模块105失败时，自动将故障报警反馈至岸上控制端，以便起到及时预警的作用。

机器人主体船7上通过螺栓固定有失控报警装置106，左单片体71和右单片体72上分别设置一个气压传感器，当机器人在箱涵内部碰撞、搁浅而导致进水或损坏时，气压传感器预设正常工作的气压区间，此时气压低于正常气压值，便将报警信号通过接收单元104反馈至岸上控制站，以便及时预警。

机器人主体船7内部设置有就地开关108，机器人主体内部配备有锂电电池，当应急使用时通过就地开关108接通自主应急电源，可为机器人继续提供航行动力。