[发明专利]一种水工管涵中机器人的定位方法

说明书

本发明公开了一种水工管涵中机器人的定位方法，首先对管涵内部进行充水，减小流场对机器人的干扰；将两台机器人分别固定于桩号a、b，通过重力传感器保证机器人连线水平；通过缆线外包不同密度的附加层，防止缆线缠绕；通过管涵传导的超声波测量a、b的水平间距；将第一台机器人移动至更深的桩号c，重复上述过程，完成整个管涵的检测工作。本方法可在管涵内部拐点处实现检测路径的转向，并通过管涵内部构造的位置修正每站的测距结果。本发明能在封闭管涵阻挡机器人定位信号的情况下，建立管涵内部的局部坐标，实现机器人定位，避免机器人跌落陡坡、卡组、失联，并保证检测结果与结构位置对应。

技术领域

本发明属于管涵检测技术领域，具体涉及一种水工管涵中机器人的定位方法。

背景技术

水利工程中含有大量压力钢管、隧洞、涵洞等结构，由于水体的腐蚀、冲击作用，上水水工管涵容易发生劣化失效，定期对水工管涵展开检测，是提升工程可靠度和安全性的有效方法。

目前在工程中较为成熟、可靠的技术是潜水员人工检查，通过潜水员携带摄像机、测量工具、检测仪等，深入水工管涵内部开展检查、检测。然而，由于潜水员的作业时间、作业深度均有限制，采用人工潜水的方式检测存在局限性，对于超长管涵、深水管涵等，人工潜水难以开展且危险性大。为此，采用机器人代替人工潜水，成为了一种可行的技术方案。

水下拖曳机器人（ROV）和自主潜航器（AUV），已经在海洋环境下开展了多种作业，取得了良好的效果，能够有效收集结构的光学、声学信息。但采用机器人对水工管涵开展检测时，难点在于水工管涵的长度长，部分管涵超过1公里，且内部充水，外部被土、水、混凝土等介质包裹。机器人进入封闭的管涵后，自带的定位装置受到屏蔽、干扰，能以正常工作，无法获知机器人的准确位置。这将导致检测结果无法与结构位置对应，甚至机器人可能会进跌落陡坡，卡组在狭窄部位，与操控器失联等。因此，机器人在水工管涵内部的定位，成为了一个亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种水工管涵中机器人的定位方法，首先对管涵内部进行充水，减小流场对机器人的干扰；将两台机器人分别固定于桩号a、b，通过重力传感器保证机器人连线水平；通过缆线外包不同密度的附加层，防止缆线缠绕；通过管涵传导的超声波测量a、b的水平间距；将第一台机器人移动至更深的桩号c，重复上述过程，完成整个管涵的检测工作。本方法可在管涵内部拐点处实现检测路径的转向，并通过管涵内部构造的位置修正每站的测距结果。本发明能在封闭管涵阻挡机器人定位信号的情况下，建立管涵内部的局部坐标，实现机器人定位，避免机器人跌落陡坡、卡组、失联，并保证检测结果与结构位置对应。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种水工管涵中机器人的定位方法，包括以下步骤：

（1）关闭管涵的出口，对管涵内部进行充水，当水充满管涵后开始检测，此时管涵内部完全被水充满，通过控制入口闸门开度的方法，保证管涵内部的流场最小化，在该环境中，机器人利用自身动力在管涵断面的任意高度悬停、作业；

（2）设置两台机器人配合作业，第一台机器人位于管涵入口，记为桩号a，机器人固定在管涵右侧的表面或者左侧的表面；

在机器人内部设有超声波探头，探头固定于一根可以自动伸缩的杆件上；对于压力钢管，探头为电磁换能器，对于混凝土或砌石衬砌的管涵，探头为压电陶瓷换能器；

机器人内部搭载有重力传感器，保证机器人处于水平位置，通过机器人自带的推进器，调整机器人的姿态，保证超声波探头朝向与坐标轴一致。在完成姿态调整后，对机器人开展固定；

对于压力钢管中机器人的固定，采用通电线圈产生的电磁力吸附于压力钢管表面，对于混凝土或砌石衬砌表面的机器人固定，采用砂轮或毛刷打磨管涵表面，采用真空吸盘吸附在管涵表面，通过抽出吸盘内的水，实现机器人与管涵表面的稳定连接，每个机器人配有不少于4根固定支架；