一種泵閘水下實時探查裝置的制作方法

本發明涉及水利工程中的水下實時探查裝置，具體涉及一種針對水利工程領域中各類水泵、閘門的水下部分進行實時探查的裝置。

背景技術：

對于水利工程領域中各類泵站、閘站的運行管理及維護來說，尤其是水泵、閘門停運后的日常維護、檢查或檢修，都涉及水下作業，即查看各類水泵、閘門的水下部分實際狀態，進行水下隱患探查及故障探查，而這類水下作業往往是困擾管理人員的一大難題。以往我們必須使用潛水員進行水下作業，但這種方式成本較高，而且由于水下情況的復雜性對潛水員而言具有一定的危險性。同時，針對水深大于50米的地方，或水泵電動機組的水下導流部分，都是依靠潛水員無法探查的。所以，只有極少的泵站、閘站開展過水下作業。

更為先進的是采用一種泵閘水下實時探查裝置進行這類水下作業，解決各類水泵、閘門水下隱患探查及故障探查的難題。水下探查裝置可在高度復雜甚至危險的水域中，代替人工在水下長時間作業。

目前各類水下探查裝置(水下機器人)在石油開發、海事執法取證、海洋考察和軍事等領域得到廣泛應用，但是現有的、能應用在水利工程領域各類水泵、閘門使用環境的小型水下機器人，仍存在水下姿態不夠穩定、線纜沒有零浮力設計、沒有實時通信接口等技術問題。利用水下機器人技術，針對水利工程領域各類水泵、閘門使用環境，開發一種泵閘水下實時探查裝置，以解決現有小型水下機器人水下姿態不夠穩定、線纜沒有零浮力設計、沒有實時通信接口等技術問題，進行泵閘水下實時隱患探查及故障探查，代替人工水下作業變的尤為必要。

這種泵閘水下實時探查裝置可以探查各類水泵的實際狀態，清楚地實時展現水泵電動機組水下導流部分的總體畫面及細部清晰畫面，如導流部件銹蝕、損毀情況、卡阻情況、水下污物情況等；也可以探查各類閘門的實際狀態，清楚地實時展現閘門水下部分的總體畫面及細部清晰畫面，如閘門構件銹蝕、損毀情況、卡阻情況、水下污物情況等，同時也可觀察整個泵站前池，特別是攔污柵的水下污物情況。使運行管理人員在日常維護、檢查或檢修工作時，能及時、準確地了解、排查泵閘的各類隱患。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種泵閘水下實時探查裝置，以解決水利工程領域中各類水泵、閘門的水下隱患探查及故障探查。

本發明采用的技術方案為：

一種泵閘水下實時探查裝置，它包括水下機器人、通訊電纜和移動工作站。

所述水下機器人，包括動力系統、傳感器系統、圖像系統、控制系統、和蓄電池；所述水下機器人設置有主艙和電池艙；

所述移動工作站，主要包括電腦主機，設立于岸邊工作；電腦主機實時顯示和保存水下機器人的圖像視頻和數據(包括水下機器人姿態、電源電量、水深水溫、視頻等)，同時控制水下機器人的動力系統，根據探查需要調整機器人的運動速度和方向(前進、后退、上浮、下沉及轉向)；

所述通信電纜，一端連接電腦主機，另一端連接水下機器人，為移動工作站和水下機器人之間建立通信。

所述通信電纜，采用零浮力設計，確保電纜在水中不會產生巨大的重量；所述通訊電纜還采用抗拉材料，以增加所能承受的拉拽力。

所述移動工作站還設置有電纜絞車，所述通訊電纜纏繞在電纜絞車上，電纜絞車功能為收放通信電纜，即根據水下機器人所行駛的距離(標配100米)來釋放或回收對應長度的電纜；同時，在水下機器人出現故障時通過拖拽通信電纜取出水下機器人。以根據所述水下機器人所行駛的距離來釋放或回收對應長度的電纜，并在水下機器人出現故障時拖拽電纜取出水下機器人。

所述動力系統包括6個對稱分布的水下推進器，分別為位于水下機器人前部的前左推進器、前右推進器和位于水下機器人中部的左垂直推進器、右垂直推進器以及位于水下機器人后部的后左推進器、后右推進器；通過變換不同的螺旋推進器的方向，實現機器人在水中的各個方向的運動；當前左推進器、前右推進器、后左推進器、后右推進器全為一個方向做功時，水下機器人實現前后平移；當前左推進器、前右推進器分別為兩個相反方向而后左推進器、后右推進器同為一個方向時，可以實現水下機器人的向前左轉、向前右轉或向后左轉、向后右轉；當前左推進器、后左推進器為同一方向而前右推進器、后右推進器為另一個方向時，水下機器人實現左、右水平移動；當左垂直推進器、右垂直推進器以相同速度、相同方向轉動時，可以實現水下機器人的上、下移動。水下機器人采用6個推進器，可實現前進、后退、左轉、右轉、上浮、下潛、左平移、右平移，在水中運行更加穩定，方便用戶觀測水下目標。

所述圖像系統，包括攝像機和水下LED照明燈，用于水下機器人運動過程當中錄制和傳輸泵閘所需探查部分的視頻圖像；

所述傳感器系統，包括陀螺儀和壓力溫度傳感器，用于實時監測水下機器人所處的水中姿態和水深水溫；

所述控制系統，采用定制嵌入式控制系統，完成電源控制、動力系統控制、載波通信控制，根據傳感器系統的陀螺儀和圖像系統的攝像機的反饋，通過控制動力系統完成調整水下機器人的運動速度和方向；

所述主艙內安裝有水下機器人的傳感器系統、攝像機、控制系統和電線接口，電線接口用于主艙內控制系統的電路板電線外接蓄電池與推進器；所述電池艙內安裝有水下機器人的蓄電池；

所述蓄電池為兩套，互為備用，為所述的水下機器人供電。

所述水下機器人設有緩沖機構，緩沖機構包括側支撐板和底支撐板；側支撐板固定設置于水下機器人的左、右兩側；底支撐板固定設置于水下機器人的底部，與側支撐板固定連接。

當水下機器人搭載其他外部設施時，所述水下機器人設置有浮力模塊，通過調整浮力模塊產生的浮力，以便水下機器人在水中處于零浮力狀態；浮力模塊置于水下機器人的頂部四角。浮力模塊材料實際使用時需長期浸泡在水中，采用耐水、耐壓、耐腐蝕、耐沖擊的材料，其密度通常為水密度的0.3～0.6。

當所述水下機器人搭載其他外部設施時，水下機器人設置有配重塊，調節水下機器人重心，以便于水下機器人保持平穩姿態。配重塊置于水下機器人的底部。配重塊材料實際使用時需長期浸泡在水中，要求耐水、耐壓、耐腐蝕、耐沖擊，通常采用高密度的重金屬材料制成，如鐵，鉛，銅等。

本發明的有益效果是：

本發明一種泵閘水下實時探查裝置的水下機器人配置了6個水下推進器，可完成水下6個自由度的任意方向矢量移動，具有快速靈活運動且運動穩定、航向精準保持和位置懸停等優點，具備良好的水下觀測平臺，并解決了現有小型水下機器人水下姿態不夠穩定、線纜沒有零浮力設計、沒有實時通信接口的技術問題，尤其適合水利工程領域中各類水泵、閘門的復雜水下隱患探查及故障探查。

附圖說明

圖1為本發明實施例的系統結構示意圖；

圖2為本發明實施例的水下機器人正視圖；

圖3為本發明實施例的水下機器人側視圖；

圖4為本發明實施例的水下機器人俯視圖；

圖5為本發明實施例的水下機器人后視圖；

圖6為本發明實施例的水下機器人仰視圖；

圖7是本發明實施例的系統工作原理示意圖。

圖中：1-移動工作站；101-電腦主機；102-電纜絞車；2-通信電纜；3-水下機器人；31-圖像系統；311-LED照明燈；312-攝像機；32-動力系統；321-前左推進器；322-前右推進器；323-左垂直推進器；324-右垂直推進器；325-后左推進器；326-后右推進器；33-控制系統；34-傳感器系統；35-緩沖機構；351-側支撐板；352-底支撐板；36-配重塊；37-浮力模塊；38-主艙；381-電線接口；39-電池艙。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

如圖1至圖6所示，一種泵閘水下實時探查裝置，包括移動工作站1、通信電纜2和水下機器人3。

水下機器人3包括動力系統32、傳感器系統34、圖像系統31、控制系統33和蓄電池；所述水下機器人設置有主艙332和電池艙333，其中主艙332內部安裝水下機器人的攝像機312、控制系統電路板和電線接口343，電池艙333內部安裝水下機器人的蓄電池。

動力系統32，包括6個水下推進器，對水下機器人3的運動速度和方向進行控制；這6個水下推進器對稱分布，包括位于所述水下機器人3前部前左推進器321，前右推進器322；位于所述水下機器人3中部的左垂直推進器323，右垂直推進器324；位于所述水下機器人3后部的后左推進器325，后右推進器326。

當前左推進器321、前右推進器322；后左推進器325、后右推進器326全為一個方向做功時，水下機器人3實現前后平移；當前左推進器321與前右推進器322分別為兩個相反方向而后左推進器325、后右推進器326同為一個方向時，可以實現水下機器人3的向前左轉、向前右轉或向后左轉、向后右轉；當前左推進器321、后左推進器325為同一方向而前右推進器322、后右推進器326為另一個方向時，機器人3實現左右水平移動；當左垂直推進器323、右垂直推進器324以相同速度、相同方向轉動時，可以實現水下機器人3的上下移動。由此水下機器人可實現前進，后退，左轉，右轉，上浮，下潛，左平移，右平移。可使水下機器人3在水平面上實現任意角度平移。結合控制系統33，可使其在水下六個自由度內完成矢量運動。

傳感器系統34，包括1套陀螺儀用于實時監測水下機器人3所處的水中姿態，采用MPU9150型陀螺儀；1套壓力溫度傳感器用于實時監測水下機器人3所處的水深水溫，采用MS5803型壓力溫度傳感器。

圖像系統31，包括1個攝像機312和2個水下LED照明燈311，用于水下機器人3運動過程當中錄制和傳輸泵閘所需探查部分的視頻圖像；攝像機312采用專用200萬像素低照度(深圳市銳爾威視RER-USBFHD01M)的水下彩色攝像機312；水下照明燈311采用24V/30W陣列式日光型LED照明燈。

控制系統33，使用定制嵌入式系統,完成動力系統32控制(6個水下推進器控制)、電源控制和載波通信控制；同時根據傳感器系統34的陀螺儀和圖像系統31的攝像機312的反饋，通過控制動力系統32完成調整水下機器人3的運動速度和方向；

通信電纜2，纏繞在電纜絞車102上，為電腦主機101和水下機器人3之間建立通信，通信電纜2采用零浮力設計(淡水)，確保電纜在水中不會產生巨大的重量；通信電纜2采用抗拉材料，增加電纜的所能承受的拉拽力，確保具有足夠的強度來拉拽無動力時的水下機器人3。

移動工作站1包含電腦主機101和電纜絞車102。電腦主機101，用于實時顯示和保存水下機器人3的圖像數據(包括水下機器人3姿態、電源電量、水深水溫、視頻等)，同時控制水下機器人3的控制系統33，根據探查需要調整水下機器人3的運動速度和方向(前進、后退、上浮、下沉及轉向)；電纜絞車102，控制通信電纜2的收放，根據水下機器人3所行駛的距離(標配100米)來釋放或回收對應長度的電纜，同時，在水下機器人3出現故障時能夠拖拽電纜取出水下機器人3。

蓄電池為2套，互為備用(岸上備用)，用于水下機器人3的供電。

控制系統33根據陀螺儀得到水下姿態，通過控制前左推進器321、前右推進器322、后左推進器325、后右推進器326可使水下機器人3方向保持不變；控制系統33根據水壓水溫傳感器得到水下深度數據，通過控制左垂直推進器323、右垂直推進器324使水下機器人3定深。

水下機器人3設有緩沖機構35，在水下機器人3與水下物體碰撞時起緩沖作用。緩沖機構35包括側支撐板351和底支撐板352，側支撐板344固定設置于水下機器人3的左、右兩側上；底支撐板352固定設置于水下機器人3的底部，與側支撐板351固定連接。

當水下機器人3搭載其他外部設施(包括但不限于更多的水下探照燈、水下溶解氧、酸堿度傳感器、攝像機等)時，水下機器人3設置有浮力模塊37，通過調整浮力模塊37產生的浮力，以便水下機器人3在水中處于零浮力狀態；浮力模塊37置于水下機器人3的頂部四角。浮力模塊37的材料實際使用時需長期浸泡在水中，采用耐水、耐壓、耐腐蝕、耐沖擊的材料，其密度通常為水密度的0.3～0.6。

當所述水下機器人3搭載其他外部設施(包括但不限于更多的水下探照燈、水下溶解氧、酸堿度傳感器、攝像機等)時，水下機器人的底部設置有配重塊36，調節水下機器人3的重心，以便于水下機器人3保持平穩姿態。配重塊36的材料實際使用時需長期浸泡在水中，要求耐水、耐壓、耐腐蝕、耐沖擊，通常采用高密度的重金屬材料制成，如鐵，鉛，銅等。

如圖7所示，本發明一種泵閘水下實時探查裝置的工作流程為：通過移動工作站1，控制本發明水下機器人3的運動速度、運動方向、潛水深度并打開LED照明燈311后，將本水下機器人3放置于泵閘水域中，水下機器人3將潛水；水下機器人在行駛過程中通過圖像系統31錄制泵閘水下的所需探查部分的視頻圖像，實時上傳到電腦主機101。電腦主機101存儲水下機器人3上傳的全部數據。

本發明一種泵閘水下實時探查裝置的水下機器人3配置了6個水下推進器，可完成水下6個自由度的任意方向矢量移動，具有快速靈活運動且運動穩定、航向精準保持和位置懸停等優點，具備良好的水下觀測平臺，并解決了現有小型水下機器人水下姿態不夠穩定、線纜沒有零浮力設計、沒有實時通信接口的技術問題，尤其適合水利工程領域中各類水泵、閘門的復雜水下(水深0～100米范圍內)隱患探查及故障探查。

最后應說明的是：以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施方式對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施方式所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施方式技術方案的保護范圍。