本發(fā)明涉及引水發(fā)電洞的檢查方法和用于該檢查方法的洞壁吸附爬壁機器人，屬于工程檢測領域。

背景技術：

引水發(fā)電洞是水電站的重要建筑，由于引水發(fā)電洞在電站工作時長期位于水下，其隧洞襯砌承受較大壓力和高水流沖蝕，為保證引水發(fā)電洞安全，須經常對其進行檢查。

現(xiàn)有檢查方法主要采用潛水員潛水檢查，人工潛水檢查只能檢查50米深度范圍內的部分，同時還存在較大安全風險。還有一種采用水下機器人進行檢查，但水下機器人采用旋槳推進，機器人在空間小、水流動的隧道空間很難控制姿態(tài)，無法進行隧洞貼壁檢查。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種洞壁吸附爬壁機器人及水電站引水發(fā)電洞的檢查方法，采用水下洞壁吸附爬壁機器人搭載水下攝像機來檢查水電站引水隧洞，不需人工潛水，可檢查任意水深和長度的水下隧洞，機器人具有在洞壁吸附爬行和傾角感應功能，可以按設計的檢查路線進行檢查，解決人工潛水檢查的缺點和安全風險，克服旋槳推進機器人不能貼壁檢查的缺點，可自動、快速和清晰準確的用于水電站引水發(fā)電洞、大壩等水下人洞室和建筑物的檢查工作。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種洞壁吸附爬壁機器人，包括吸附裝置，所述吸附裝置包括吸附履帶，吸附履帶內側與負壓室連通，負壓室與抽水泵相連；

所述吸附履帶包括若干相連的吸附室單元，吸附室單元外側邊緣設置有封閉式的吸附裙邊，吸附裙邊內側為吸附腔，吸附腔內有一平滑面，平滑面上開有吸水孔，吸水孔與吸附腔連通，吸附室單元外表面兩端設置有嚙齒帶；

所述負壓室包括若干獨立的負壓腔體，負壓腔體之間通過管道連通。

所述吸附履帶內側兩端通過嚙齒帶分別與一個驅動輪嚙合。

所述兩個驅動輪之間為負壓室，負壓室與吸附履帶的結合面長度小于兩個驅動輪之間非嚙合狀態(tài)的吸附履帶的長度。特別地，所述負壓室兩端與驅動輪之間間隔一塊吸附室單元。

所述吸附裙邊輪廓呈矩形。

所述吸附履帶為一條整體非拼接塑料履帶。吸附室單元的截面面積小于等于負壓腔體的截面面積，從而一個負壓腔體可以對應至少一個吸附室單元，提高吸附履帶運行時的平順性。

除了吸附裝置，水下洞壁吸附爬壁機器人還包括姿態(tài)控制裝置，驅動裝置，照明攝像裝置。

洞壁吸附爬壁機器人為雙履帶車，由吸附履帶上的吸附室單元產生的吸附力和壁面間的摩擦力使車體被吸附在洞壁上，并可連續(xù)行走。吸附履帶上有多個吸附室單元，各吸附室單元都為獨立的吸附盤，當裝置向前或后移動時，吸附履帶上與壁面接觸的吸附室單元與背向的裝置自動形成負壓室，多個吸附室單元共同將裝置吸附在壁面上，保證檢查車不被水沖走和在頂拱時不下墜。一方面，離開璧面的吸附室單元可自動離開與負壓室的連通狀態(tài)，從而失去吸附力。隨著裝置行走，吸附履帶上的吸附室單元在負壓室上滑動，則能自動轉換兩室的連通狀態(tài)。用微型抽水泵作負壓泵，用管子連接每個負壓腔體，在凸凹壁面，少量吸附室單元失去吸附力，不至于影響其它吸附室單元。行走時，電動機驅動吸附履帶兩端的驅動輪轉動，驅動輪驅動吸附履帶，改變左右履帶速度差就能進行S型行走和改變方向。機器人體內安裝了三維姿態(tài)控制器，通過姿態(tài)控制器顯示的機器人姿態(tài)，可知道機器人在洞壁的位置和行走方向，也可通過操作控制器來調整機器人的位置和方向。

水下電視攝像裝置安裝在機器人的行走機構上，有前視和后視攝像頭，配有較強的水下照明，燈光強度和攝像頭焦距可通過操作控制臺進行調節(jié)。

操作控制臺通過電纜與車子相連接，電纜為多芯，具有供電和多信號傳輸功能。操作控制臺具有圖像視頻(包括隧洞位置、車子姿態(tài)等參數(shù))顯示和保存、照明亮度和焦距調節(jié)，車子前進、后退、左右轉向操作等。

水下洞壁吸附爬壁機器人檢查水下洞室的方法包括以下步驟：

步驟①，根據(jù)隧洞形態(tài)設計檢查剖面：圓形設計上、下、左、右4條剖面，城門洞形隧洞設計正頂拱、左拱肩、右拱肩、左邊墻、右邊墻、底面6條剖面，換算每條剖面機器人的姿態(tài)傾角；

步驟②，檢查儀器設備組裝：將水下攝像機、光源安裝在機器人的前后端，調整好相應的角度；

步驟③，檢查起始位置調整：將機器人與地面控制器相連接，檢查機器人工作狀態(tài)正常，將其沉放到要檢查的隧洞入口位置，調整機器人到要檢查的測線端點位置；

步驟④，第一條測線的檢查操作：校準機器人的姿態(tài)與測線一致，通過地面控制器操控機器人前進、后退、轉彎，同時機器人上的攝像機進行錄像、電纜深度記錄器記錄機器人的測線樁號，直到機器人到達測線終點位置；

步驟⑤，換測線：檢查相鄰測線時，只通過調整機器人的位置和方向，通過姿態(tài)控制鈄機器人調整到需要測線的起點位置；

步驟⑥，其它測線的檢查：重復④、⑤步驟，完成其它測線，直到完成全洞現(xiàn)場檢查；

步驟⑦，室內資料整理：將現(xiàn)場檢查的水下視頻資料在電腦上進行觀察，識別隧洞壁面的缺陷、異常等的性質、大小、位置等，對缺陷圖像進行剪輯、整理成檢查視頻文件，編寫檢查成果報告。

本發(fā)明設計的水下吸附式爬壁電視檢查機器人，不用人工潛水檢查，具有安全、檢查圖像覆蓋全洞段各方向、檢查范圍大、圖像清晰、信息真實全面、檢查效率高，可廣泛用于大中型水電站的引水隧洞、大壩表面的水下檢查工作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明吸附裝置結構示意圖；

圖2為本發(fā)明吸附室單元內側面示意圖；

圖3為本發(fā)明吸附室單元外側面示意圖；

圖4為圖3的剖面圖；

圖5為吸附室單元的立體結構示意圖；

圖6為負壓室與吸附履帶的結合示意圖；

圖7為圖6的爆炸圖；

圖8為本發(fā)明機器人的結構原理圖；

圖9為攝像照明裝置結構示意圖；

圖10為操作控制器面板示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種用于水下洞室和陡壁檢查的吸附爬壁機器人，包括用于將機器人吸附在洞壁12上的吸附裝置，吸附裝置包括吸附履帶1，吸附履帶1為一條整體非拼接塑料履帶。吸附履帶1內側與負壓室2連通，負壓室2與抽水泵7相連。

如圖2、3、4和5所示，吸附履帶1包括若干相連的吸附室單元10，吸附室單元10外側邊緣設置有封閉式的吸附裙邊6，吸附裙邊6輪廓呈矩形，吸附裙邊6內側為吸附腔3，吸附腔3內側有一平滑面11，平滑面10上開有吸水孔4，吸水孔4與吸附腔3連通，吸附室單元10外表面兩端設置有嚙齒帶5；如圖7所示，負壓室2包括若干獨立的負壓腔體8，負壓腔體8之間通過管道連通。如圖1和6所示，吸附履帶1內側兩端通過嚙齒帶5分別與一個驅動輪9嚙合。兩個驅動輪9之間為負壓室2，負壓室2與吸附履帶1的結合面長度小于兩個驅動輪9之間非嚙合狀態(tài)的吸附履帶1的長度，如圖1，負壓室2兩端與驅動輪9之間間隔一塊吸附室單元10。

如圖8所示，吸附爬壁機器人還包括姿態(tài)控制裝置16，驅動裝置(電動機13和兩根驅動軸14)，照明攝像裝置15。

洞壁吸附爬壁機器人為雙履帶車，由吸附履帶1上的吸附室單元10產生的吸附力和壁面間的摩擦力使車體被吸附在洞壁12上，并可連續(xù)行走。吸附履帶1上有多個吸附室單元10，各吸附室單元10都為獨立的吸附盤，當裝置向前或后移動時，吸附履帶1上與壁面接觸的吸附室單元10與背向的裝置自動形成負壓室2，多個吸附室單元10共同將裝置吸附在壁面上，保證檢查車不被水沖走和在頂拱時不下墜。一方面，離開璧面的吸附室單元10可自動離開與負壓室2的負壓腔體8的連通狀態(tài)，從而失去吸附力。隨著裝置行走，吸附履帶上1的吸附室單元10在負壓室2上滑動，則能自動轉換兩室的連通狀態(tài)。用微型抽水泵作負壓泵，用管子連接每個負壓腔體8，在凸凹壁面，少量吸附室單元10失去吸附力，不至于影響其它吸附室單元10。行走時，電動機13驅動吸附履帶1兩端的驅動輪9轉動，驅動輪9驅動吸附履帶1，改變左右履帶速度差就能進行S型行走和改變方向(可參考普通全時四驅車的驅動結構)。機器人體內安裝了三維姿態(tài)控制裝置16，通過姿態(tài)控制器顯示的機器人姿態(tài)，可知道機器人在洞壁12的位置和行走方向，也可通過操作控制器來調整機器人的位置和方向。

如圖9，水下照明攝像裝置15安裝在機器人的行走機構上，有前視15-1和后視15-3攝像頭，兩者之間為攝像頭和照明電源及控制裝置15-2，該裝置配有較強的水下照明，燈光強度和攝像頭焦距可通過操作控制臺進行調節(jié)。由于上述裝置均為現(xiàn)有技術，在此不作詳細闡述。

操作控制臺通過電纜與車子相連接，電纜為多芯，具有供電和多信號傳輸功能。如圖10，操作控制臺具有圖像視頻(包括隧洞位置、車子姿態(tài)等參數(shù))顯示和保存、照明亮度和焦距調節(jié)，車子前進、后退、左右轉向操作等。

進行檢查時，首先根據(jù)隧洞形態(tài)設計檢查剖面：圓形設計上、下、左、右4條剖面，城門洞形隧洞設計正頂拱、左拱肩、右拱肩、左邊墻、右邊墻、底面6條剖面，換算每條剖面機器人的姿態(tài)傾角；

然后，檢查儀器設備組裝：將水下攝像機、光源安裝在機器人的前后端，調整好相應的角度；

緊接，檢查起始位置調整：將機器人與地面控制器相連接，檢查機器人工作狀態(tài)正常，將其沉放到要檢查的隧洞入口位置，調整機器人到要檢查的測線端點位置；

而后，進行第一條測線的檢查操作：校準機器人的姿態(tài)與測線一致，通過地面控制器操控機器人前進、后退、轉彎，同時機器人上的攝像機進行錄像、電纜深度記錄器記錄機器人的測線樁號，直到機器人到達測線終點位置；

再后，更換測線：檢查相鄰測線時，只通過調整機器人的位置和方向，通過姿態(tài)控制機器人調整到需要測線的起點位置；

完成一條測線檢查后，重復上述兩步，完成其它測線，直到完成全洞現(xiàn)場檢查；

最后，將現(xiàn)場檢查的水下視頻資料在電腦上進行觀察，識別隧洞壁面的缺陷、異常等的性質、大小、位置等，對缺陷圖像進行剪輯、整理成檢查視頻文件，編寫檢查成果報告。