專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水下機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種水下機(jī)器人系統(tǒng)，尤其涉及一種用于輸水道井內(nèi)檢查的 水下機(jī)器人系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
高壓輸水道是抽水蓄能電站樞紐重要的組成部分。通常以高山作為依托，開(kāi) 挖修建成管道式豎井或斜井。高壓輸水道的內(nèi)壁采用混凝土襯砌，使內(nèi)壁平滑，減 少水力損失和外滲水量。高壓輸水道的內(nèi)徑一般為幾米，其長(zhǎng)度可以從幾百米至上 千米。由于其晝夜不停的抽水蓄能和放水發(fā)電的高速循環(huán)使用，以及在蓄滿(mǎn)水時(shí)須 承受幾百米高水頭的水壓，因而鋼筋混凝土材料受到水流的沖刷、高低壓循環(huán)擠壓 等情況容易造成襯體開(kāi)裂和內(nèi)壁剝蝕。長(zhǎng)期運(yùn)行還會(huì)導(dǎo)致這一現(xiàn)象的進(jìn)一步惡化， 甚至造成管道的崩塌。
一旦出現(xiàn)這種情況，將會(huì)帶來(lái)不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。目前，中國(guó)尚沒(méi)有對(duì)這種高壓輸水道內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)的手段。華東天 荒坪抽水蓄能電站建成并運(yùn)行十多年來(lái)，無(wú)法進(jìn)行輸水道內(nèi)部狀態(tài)檢査。為了解輸 水道內(nèi)混凝土襯體的運(yùn)行情況，電站曾試圖采用人工手持高分辨率攝像機(jī)，在水道 水面一浮伐上進(jìn)行攝像的辦法進(jìn)行檢查。后考慮到檢査人員的人身安全，放棄該檢 查方法。如若改用放空輸水道、用巻揚(yáng)機(jī)牽引搭載多臺(tái)高分辨率攝像機(jī)的自制小車(chē) 不載人進(jìn)行檢査，會(huì)由于水道內(nèi)極大的濕度以及攝像機(jī)鏡頭被水氣所遮擋，而無(wú)法 看清周?chē)艿辣诘那闆r。也曾計(jì)劃用繩索系一小車(chē)載人檢查的辦法，在放空水道水 后進(jìn)行檢測(cè)，但經(jīng)專(zhuān)家深入論證后，認(rèn)為造價(jià)比較高而且安全性較差。放空水道導(dǎo) 致電站停產(chǎn)，間接損失大，予以否定?？偟膩?lái)說(shuō)，目前沒(méi)有一種對(duì)這種高壓輸水道 內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)的有效手段。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于解決上述問(wèn)題，提供了一種水下機(jī)器人系統(tǒng)，可以行
之有效的解決高壓輸水道內(nèi)部狀態(tài)的檢測(cè)問(wèn)題。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為本實(shí)用新型揭示了一種水下機(jī)器人系統(tǒng)，包括 配電電源，為系統(tǒng)提供電力；光電一電光變換器，進(jìn)行光信號(hào)和電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；光電復(fù)合電纜；水下機(jī)器人載體，包括電光一光電變換器，通過(guò)該光電復(fù)合電纜與該光電一電光變換器連接， 進(jìn)行光信號(hào)和電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；水下電源裝置，為該水下機(jī)器人載體提供電力； 至少一個(gè)推進(jìn)器，為該水下機(jī)器人載體在水下的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力； 推進(jìn)控制器，連接該些推進(jìn)器，提供控制信號(hào)至該些推進(jìn)器； 深度計(jì)，檢測(cè)深度數(shù)據(jù)，以利于該水下機(jī)器人載體的運(yùn)動(dòng)控制； 光纖陀螺儀，輸出該水下機(jī)器人載體的水平轉(zhuǎn)動(dòng)角度，以利于該水下機(jī) 器人載體的運(yùn)動(dòng)控制；水下攝像機(jī)，拍攝輸水管道內(nèi)壁破損狀況的視頻圖像； 五分量聲納，輸出輸水管道的五分量聲納圖像和測(cè)高數(shù)據(jù)； 激光尺度儀，在水平方向和垂直方向上分別給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考尺度的亮 點(diǎn)，該亮點(diǎn)疊加在該水下攝像機(jī)攝制的視頻圖像上，以此作為度量參考； 水面顯示、控制和數(shù)據(jù)處理分機(jī)，包括圖像信息融合模塊，將該五分量聲納的五分量聲納圖像和該水下攝像機(jī) 所攝的視頻圖像進(jìn)行信息融合和三維組合，給出輸水道內(nèi)變形度及破損整體狀況的 定性和定量描述；疊加模塊，將該深度計(jì)給出的深度數(shù)據(jù)、該光纖陀螺儀輸出的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù) 以及該五分量聲納輸出的測(cè)高數(shù)據(jù)疊加在該五分量聲納圖像和該視頻圖像上，確定 各圖像對(duì)應(yīng)的輸水道具體部位；合成模塊，在該水下機(jī)器人載體由淺入深的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，將該五分量聲 納圖像和該視頻圖像合成為一個(gè)描述輸水道內(nèi)部變形度和破損整體狀況的整體三 維圖像。上述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其中，該激光尺度儀的內(nèi)部安裝有多個(gè)單激光器， 外部安裝有支架和水密耐壓倉(cāng)。上述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其中，該激光尺度儀內(nèi)部安裝有四象限正交組合而 成的四個(gè)單激光器，該四個(gè)單激光器的中心是按照平行四邊形的頂點(diǎn)來(lái)布置和固定的。上述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其中，該激光尺度儀的標(biāo)準(zhǔn)參考尺度為2cm。 上述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其中，該五分量聲納由五個(gè)單點(diǎn)測(cè)距聲納以正交方 式組合而成。上述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其中，該五分量聲納具有17。 X53°和3° X3。兩 種探測(cè)波束角，有150KHz和800KHz兩種信號(hào)頻率。本實(shí)用新型對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果本實(shí)用新型通過(guò)結(jié)合聲納系統(tǒng)、 水下機(jī)器人、水下探測(cè)、圖像處理等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)手段，制造了具有輸水道狀態(tài) 檢測(cè)功能的水下機(jī)器人系統(tǒng)，對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，可在安全性得到保證的情況下進(jìn)行輸 水道狀態(tài)的檢測(cè)，而且較之現(xiàn)有技術(shù)在成本上也得到了極大的降低。


圖1是本實(shí)用新型的水下機(jī)器人系統(tǒng)的原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。圖1示出了本實(shí)用新型的水下機(jī)器人系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參見(jiàn)圖1,水下機(jī)器 人系統(tǒng)包括位于水上的水面顯示、控制和數(shù)據(jù)處理分機(jī)l、配電電源2、光電一 電光變換器3、光電復(fù)合電纜4以及位于水下的水下機(jī)器人載體5。水下機(jī)器人載 體5又進(jìn)一步包括電光一光電變換器6、水下電源裝置7、水下攝像機(jī)8、激光 尺度儀9、五分量聲納10、光纖陀螺儀11、深度計(jì)12、推進(jìn)控制器13以及多個(gè)推 進(jìn)器14 19。配電電源2為整個(gè)水下機(jī)器人系統(tǒng)提供電力，電功率例如為3千瓦。光纖陀 螺儀11輸出水下機(jī)器人載體5的水平轉(zhuǎn)動(dòng)角度，深度計(jì)12檢測(cè)出深度數(shù)據(jù)。水下 機(jī)器人載體5根據(jù)水平轉(zhuǎn)動(dòng)角度和深度數(shù)據(jù)，在推進(jìn)控制器13的控制下，通過(guò)推 進(jìn)器14 19的作用，攜帶水下攝像機(jī)8、激光尺度儀9和五分量聲納10進(jìn)行測(cè)量
工作。五分量聲納io獲得輸水管道的五分量聲納圖像和測(cè)高數(shù)據(jù)，本實(shí)施例中的 五分量聲納由5個(gè)單點(diǎn)測(cè)距聲納以正交方式組合而成，并具有17。 X53°和3° X 3°兩種探測(cè)波束角，且有150KHz和800KHz兩種信號(hào)頻率。五分量聲納10在水中 進(jìn)行聲探測(cè)，機(jī)器人載體5旋轉(zhuǎn)即完成了輸水道一個(gè)深度中一個(gè)圓周線(xiàn)的測(cè)量。水 下機(jī)器人載體5在每個(gè)深度重復(fù)上一個(gè)深度同樣的動(dòng)作，直至完成整個(gè)輸水道內(nèi)的 測(cè)量。水下攝像機(jī)8在水下機(jī)器人載體5的帶動(dòng)下拍攝出輸水管道內(nèi)壁破損狀況的 視頻圖像。激光尺度儀9可在水平方向和垂直方向上分別給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考尺度的 亮點(diǎn)，該亮點(diǎn)疊加在水下攝像機(jī)8攝制的視頻圖像上，以此作為度量參考。本實(shí)施 例中的激光尺度儀9的內(nèi)部安裝有以四象限正交組合而成的四個(gè)單激光器，這四個(gè) 單激光器的中心是按照平行四邊形的頂點(diǎn)來(lái)布置固定的，激光尺度儀9的外部安裝 有支架和水密耐壓倉(cāng)。當(dāng)然，也可以用更多的單激光器組成具有更多尺度亮點(diǎn)的尺 度儀，但是需要提供更多的電源功率和更大體積的水密耐壓倉(cāng)。本實(shí)施例中的激光 尺度儀9的標(biāo)準(zhǔn)參考尺度為2cm。水面顯示、控制和數(shù)據(jù)處理分機(jī)1進(jìn)一步包括圖像信息融合模塊(未圖示)、 疊加模塊(未圖示)、合成模塊(未圖示)。圖像信息融合模塊將五分量聲納10 的五分量聲納圖像和水下攝像機(jī)8所攝的視頻圖像進(jìn)行信息融合和三維組合，給出 輸水道內(nèi)變形度和破損整體狀況的定性和定量描述。再由疊加模塊將深度計(jì)12給 出的深度數(shù)據(jù)、光纖陀螺儀11輸出的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)以及五分量聲納io輸出的測(cè)高數(shù)據(jù) 疊加在五分量聲納圖像和視頻圖像上，確定各圖像對(duì)應(yīng)的輸水道具體部位。隨著水 下機(jī)器人載體5由淺入深的運(yùn)送，合成模塊將五分量聲納圖像和視頻圖像合成為一 個(gè)描述輸水道內(nèi)部變形度和破損整體狀況的整體三維圖像。其中整個(gè)輸水道內(nèi)部結(jié) 構(gòu)的測(cè)量數(shù)據(jù)是由每個(gè)深度的二維圓周圖像和三維立體圖像可視化表現(xiàn)出來(lái)的。而 輸水道壁裂縫尺度和凸凹深度等信息也可以由激光尺度儀9和五分量聲納10獲得。上述實(shí)施例是提供給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)實(shí)現(xiàn)或使用本實(shí)用新型的，本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員可在不脫離本實(shí)用新型的發(fā)明思想的情況下，對(duì)上述實(shí)施例做出種 種修改或變化，因而本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng)該是符合 權(quán)利要求書(shū)提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求1、一種水下機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，包括配電電源，為系統(tǒng)提供電力；光電—電光變換器，進(jìn)行光信號(hào)和電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；光電復(fù)合電纜；水下機(jī)器人載體，包括電光—光電變換器，通過(guò)該光電復(fù)合電纜與該光電—電光變換器連接，進(jìn)行光信號(hào)和電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；水下電源裝置，為該水下機(jī)器人載體提供電力；至少一個(gè)推進(jìn)器，為該水下機(jī)器人載體在水下的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力；推進(jìn)控制器，連接該些推進(jìn)器，提供控制信號(hào)至該些推進(jìn)器；深度計(jì)，檢測(cè)深度數(shù)據(jù)，以利于該水下機(jī)器人載體的運(yùn)動(dòng)控制；光纖陀螺儀，輸出該水下機(jī)器人載體的水平轉(zhuǎn)動(dòng)角度，以利于該水下機(jī)器人載體的運(yùn)動(dòng)控制；水下攝像機(jī)，拍攝輸水管道內(nèi)壁破損狀況的視頻圖像；五分量聲納，輸出輸水管道的五分量聲納圖像和測(cè)高數(shù)據(jù)；激光尺度儀，在水平方向和垂直方向上分別給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考尺度的亮點(diǎn)，該亮點(diǎn)疊加在該水下攝像機(jī)攝制的視頻圖像上，以此作為度量參考；水面顯示、控制和數(shù)據(jù)處理分機(jī)，包括圖像信息融合模塊，將該五分量聲納的五分量聲納圖像和該水下攝像機(jī)所攝的視頻圖像進(jìn)行信息融合和三維組合，給出輸水道內(nèi)變形度及破損整體狀況的定性和定量描述；疊加模塊，將該深度計(jì)給出的深度數(shù)據(jù)、該光纖陀螺儀輸出的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)以及該五分量聲納輸出的測(cè)高數(shù)據(jù)疊加在該五分量聲納圖像和該視頻圖像上，確定各圖像對(duì)應(yīng)的輸水道具體部位；合成模塊，在該水下機(jī)器人載體由淺入深的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，將該五分量聲納圖像和該視頻圖像合成為一個(gè)描述輸水道內(nèi)部變形度和破損整體狀況的整體三維圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，該激光尺度儀的內(nèi) 部安裝有多個(gè)單激光器，外部安裝有支架和水密耐壓倉(cāng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，該激光尺度儀內(nèi)部 安裝有四象限正交組合而成的四個(gè)單激光器，該四個(gè)單激光器的中心是按照平行四 邊形的頂點(diǎn)來(lái)布置和固定的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，該激光尺度儀的標(biāo) 準(zhǔn)參考尺度為2cm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，該五分量聲納由五 個(gè)單點(diǎn)測(cè)距聲納以正交方式組合而成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，該五分量聲納具有 17° X53°和3° X3。兩種探測(cè)波束角，有150KHz和800KHz兩種信號(hào)頻率。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種水下機(jī)器人系統(tǒng)，可以行之有效的解決高壓輸水道內(nèi)部狀態(tài)的檢測(cè)問(wèn)題。其技術(shù)方案為系統(tǒng)包括配電電源、光電-電光變換器、光電復(fù)合電纜以及水下機(jī)器人載體以及水面顯示、控制和數(shù)據(jù)處理分機(jī)。其中載體包括電光-光電變換器、水下電源裝置、至少一個(gè)推進(jìn)器、推進(jìn)控制器、深度計(jì)、光纖陀螺儀、水下攝像機(jī)、五分量聲納、激光尺度儀。水面顯示、控制和數(shù)據(jù)處理分機(jī)包括、圖像信息融合模塊、疊加模塊、合成模塊。本實(shí)用新型應(yīng)用于輸水道狀態(tài)檢測(cè)的領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F16L55/32GK201215225SQ20082005780
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者包建新, 吳宏煒, 周民權(quán), 孫晶華, 巖 安, 張曉峻, 桑恩方, 華 王, 袁連喜, 黃小應(yīng) 申請(qǐng)人:華東電網(wǎng)有限公司;華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司;哈爾濱長(zhǎng)城水下高技術(shù)有限公司