[实用新型]一种相控寻路地质探测机器人拓展装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种地质探测机器人，具体涉及一种地质探测机器人拓展装置。

背景技术

各种堤坝因地质条件、施工方法、水头差作用下的长时间渗透等因素影响，会存在渗透变形、内部裂缝、蜂窝、塌陷等隐患。现阶段隐患探测的机器人多采用人工遥控和程序寻路。其中人工遥控的方式效率低且操作繁琐，增加了检测人员负担，而程序寻路的方式因路线事先设定而可能错过最严重的隐患位置。

此外，因堤防等水工建筑物内部伤点的分布具有随机性，而现有的机器人探测分辨率一般是事先固定的，往往无法采用最合适的分辨率来对伤点进行探测，在对建筑内部进行检测时会产生较大的偏差，观测精度受到影响。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种相控寻路地质探测机器人拓展装置，实现伤点自动追踪并且能够针对伤点在建筑物内部的不同分布自适应地调整观测分辨率，提高探测效率和精度。

技术方案：本实用新型提供了一种相控寻路地质探测机器人拓展装置，包括安装在机器人上的地质探测雷达、移相器、电力位移模块、信号控制模块、数据处理器以及向各方向伸出的工作臂，每个所述工作臂的末端皆设有偶极子天线阵列，所述偶极子天线阵列通过信号馈线顺次连接移相器、功率分配器和电力位移模块，所述电力位移模块连接信号控制模块进行双向传输，所述信号控制模块与地质探测雷达连接双向传输的同时，还与机器人的数据处理器相连并双向传输。

进一步，所述工作臂包括同一水平面内的四个，相邻两个工作臂相互垂直。

进一步，所述偶极子天线阵列是由半波长偶极子金属贴片构成的阵列且表面磨砂，固连于绝缘的工作臂端头。

进一步，所述地质探测雷达、移相器、电力位移模块、信号控制模块和数据处理器置于屏蔽背噪的金属罩中。

进一步，所述地质探测雷达连接有与其相适配的稳压变频器及压缩脉冲波发射仪。

上述相控寻路地质探测机器人拓展装置的探测方法，偶极子天线阵列通过发出的波 束识别伤点，向移相器反馈电磁信号，并由移相器产生含有伤点位置信息的电相位信号，电力位移模块将电相位信号编译为力位移信号并传输至信号控制模块，信号控制模块驱动数据处理器控制机器人移动靠近伤点，达到最接近伤点位置后，信号控制模块将伤点的位置信息反馈给数据处理器进行记录，并排除对该伤点位置的继续扫描；在最接近伤点位置时，信号控制模块向地质探测雷达发射工作状态指示对伤点进行测深，同时接收地质探测雷达反馈的分辨率调整信号，达到最佳分辨率后，信号控制模块将位置信息反馈给电力位移模块使其移除已测的位置信息。

进一步，所述偶极子天线阵列接收波束的方向函数满足：

其中，θ表示天线阵列在远场辐射中的方向变量，d为阵列内各单元之间的间距，i表示相控寻路的天线阵列中第i个天线单元，N表示线阵中共有N个辐射单元，a_i表示第i个天线单元为幅度加权系数，I为第i个天线单元的激励电流，λ表示该阵列的工作波长， 为相邻单元之间的馈电相位差，亦称阵内相移值，为相变量，由阵列移相器调节；令由欧拉公式化简得到：

当时，|F(θ)|有最大值，|F(θ)|＝1，此时波束指向θ_B的表达式为：

由上述可知，通过改变阵列内相邻单元之间的阵内相移值即可改变天线阵列波束最大值指向；

故移相器改变反馈到电力位移模块，通过信号控制模块控制数据处理器调整机器人的前进方向，使得阵列所得信号总是处于天线阵列的最大波束处，即总是朝向伤点 位置位移，实现自动寻路功能。

进一步，所述地质探测雷达由稳压变频器及压缩脉冲波发射仪控制发射频段呈对数周期分布的脉冲波，得到初始分辨率下复数周期系列的观测数据，经信号控制模块传输到数据处理器，数据处理器对观测数据进行最小二乘法拟合，得到回归方程并获取最佳分辨率，由信号控制模块控制地质探测雷达调节分辨率。

有益效果：本实用新型通过采用偶极子天线阵列，运用相控阵技术，将电流相位差转化为机器人方位偏差，可以使机器人如同具有“发声-回声-追踪”一般的工作方式，摆脱逐点排查的程序线路，避免以往技术中因单向度的探索模式而导致效率底下，从而优化了机器人的工作方式，能够智能化地追踪伤点位置。