[發明專利]一種面向引水隧洞檢測的機器人系統及控制方法

在審

• 申請號: 202210589522.4
• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN114879686A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 萬熠;王智勇;梁西昌;韓勃;侯嘉瑞
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;B63B35/00;B63C11/34;G05D1/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 武博

本發明提供一種面向引水隧洞檢測的機器人系統及控制方法，涉及異構機器人領域，包括水面機器人和水下機器人，水下機器人通過線纜連接水面機器人，水下機器人包括水下通信組件，水面機器人包括循跡組件和水面通信組件，水下通信組件與水面通信組件建立水聲通信和網絡通信；針對目前引水隧洞勘察難以實現遠程控制以及有線傳輸不便建立的問題，建立水面機器人和水下機器人協同工作的異構機器人系統，利用水面機器人的直線軌跡移動配合實現來獲取在隧道內的位置，通過水聲通信和網絡通信實現相對位置定位和數據傳輸，保證了引水隧洞內檢測數據與檢測位置的對應，有效實現引水隧洞內的勘察。

技術領域

本發明涉及異構機器人領域，具體涉及一種面向引水隧洞檢測的機器人系統及控制方法。

背景技術

目前的引水隧洞工程表現出“長、大、群、深”的特點與趨勢，長距離引水隧洞不僅所處地質條件復雜，且作為輸水建筑物，其鋼筋混凝土支護結構長期處于水流環境中，在地應力與水流壓力共同作用下，混凝土襯砌不可避免地會產生裂縫，導致“內水外滲”，對襯砌和圍巖的安全性與穩定性都產生顯著影響。因此，進行長距離引水隧洞裂損病害檢測，使隧洞能夠長久安全運行。

傳統的人工檢測效率低下，需要退水作業可能進一步加重隧洞病損，且深埋隧洞的水下環境嚴重威脅人身安全。現有技術中提供了履帶式無人車、螺旋槳式重型水下機器人等大型工程機械代替人工的方法，雖然解決了部分問題，但耗資巨大，且工作時易引起水質的渾濁從而影響檢測效果；受限于長距離引水隧洞內無線信號弱，無線傳輸來控制和獲取水下數據的方式難以實現，水下作業設備多采用有線方式來實現數據傳輸，但隨著引出線纜長度的增加，水下線纜穩定牽拉移動的難度和阻力與之增加，容易造成線纜勾掛、線纜阻力過大的問題，檢測位置不易進行有效定位，也就導致檢測數據與檢測位置無法準確對應的問題，難以實現引水隧洞所需的大航程檢測需求。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的缺陷，提供一種面向引水隧洞檢測的機器人系統及控制方法，建立水面機器人和水下機器人協同工作的異構機器人系統，利用水面機器人的直線軌跡移動配合實現來獲取在隧道內的位置，通過水聲通信和網絡通信實現相對位置定位和數據傳輸，保證了引水隧洞內檢測數據與檢測位置的對應，有效實現引水隧洞內的勘察。

本發明的第一目的是提供一種面向引水隧洞檢測的機器人系統，采用以下方案：

包括水面機器人和水下機器人，水下機器人通過線纜連接水面機器人，水下機器人包括水下通信組件，水面機器人包括循跡組件和水面通信組件，水下通信組件與水面通信組件建立水聲通信和網絡通信；

循跡組件用于控制水面機器人于引水隧洞內沿直線路徑運動，水下機器人跟隨水面機器人移動并在豎直方向保持間距。

進一步地，所述水面機器人設有水面定位組件，用于依據運動時間和預設運動路徑獲取水面機器人與引水隧洞的相對位置。

進一步地，還包括聲學定位組件，聲學定位組件包括收發信機陣列和應答器，應答器安裝于水下機器人，用于獲取收發信機發射的聲脈沖并回復脈沖，收發信機陣列包括多個收發信機，并安裝于水面機器人，收發信機用于發射聲脈沖并通過接收器檢測回復脈沖。

進一步地，所述收發信機陣列包括三個接收器，第一個接收器和第二個接收器間隔布置，第三個接收器與第二個接收器的連線正交第一個接收器和第二個接收器的連線。

進一步地，所述水下機器人包括檢測工作組件，用于獲取水面機器人設定范圍內引水隧洞的檢測數據。

進一步地，所述線纜配合有布放回收組件，布放回收組件依據水下機器人與水面機器人的間距調整線纜的長度，水面機器人在水下機器人周圍設定范圍內移動。

本發明的第二目的是提供一種如第一目的所述面向引水隧洞檢測的機器人系統的控制方法，包括：

基于水面機器人的運動狀態及預設路徑，計算水面機器人于引水隧洞內的位置；