一种水利PCCP管声光纤声纹监测机器人及其控制方法与流程

一种水利pccp管声光纤声纹监测机器人及其控制方法
技术领域
1.本发明涉及管道检测技术领域，尤其涉及一种水利pccp管声光纤声纹监测机器人及其控制方法。


背景技术：

2.预应力钢筒混凝土管(prestressed concrete cylinder pipe，简写pccp)是指在带有钢筒的高强混凝土管芯上缠绕环向预应力钢丝，再在其上喷制致密的水泥砂浆保护层而制成的输水管，它是带有钢筒的高强度混凝土管芯缠绕预应力钢丝，喷以水泥砂浆保护层，采用钢制承插口，同钢筒焊在一起，承插口有凹槽和胶圈形成了滑动式胶圈的柔性接头，是钢板、混凝土、高强钢丝和水泥砂浆几种材料组成的复合结构，具有钢材和混凝土各自的特性。
3.pccp管道在生产及运行过程中，由于受到周边各种因素的影响，对pccp管道的预应力钢丝产生腐蚀，部分钢丝腐蚀后可进一步发展到断丝，如果pccp管道的同一部位出现多股断丝，管道强度将显著降低，并最终导致爆管，因此，在pccp管道运营过程中，就需要对pccp管进行在线监测处理，然而现有的pccp管道监测装置仍存在不足之处：大多虽然采用了声波探伤技术对pccp进行在线监测处理，但是实际操作过程中需要操作人员背行或者携带仪器直接参与，整个探伤监测过程费事费力，既增加了操作人员的工作量，同时也降低pccp管在线监测的效率和精度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：为了解决传统对pccp管进行在线监测时，需要操作人员携带仪器直接参与，在线监测的便捷性较差、效率及精度较低的问题，而提出的一种水利pccp管声光纤声纹监测机器人及其控制方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种水利pccp管声光纤声波监测机器人，包括机架、声波发射器和声波接收器，所述机架的外部等120
°
固定连接有三个滑轨，所述三个滑轨的内侧均滑动连接有滑架，三个所述滑架的外端均固定连接有形状为弧形结构的行走板，三个所述行走板的中部均转动连接有行走轮，所述行走板和滑架之间安装有与行走轮连接的步进电机，所述行走板的四个拐角处均转动连接有橡胶轮，所述三个滑轨的内侧均安装有挤压弹簧，所述机架和三个所述滑架之间设置有调径机构，所述机架的右端可拆卸安装有中部呈内凹状的发声罩，所述发声罩的内侧中部安装有声波发射器，所述发声罩的外部靠近机架的一侧等60
°
安装有六个声波接收器，所述机架的下端固定连接有电池架，所述电池架的内侧可拆卸安装有蓄电池，所述机架的左端可拆卸安装有电控箱，所述机架的外部设置有可与电控箱无线连接的遥控器，所述机架的上端右侧安装有摄像头，所述机架的上端位于摄像头的两侧均安装有led灯条。
7.作为上述技术方案的进一步描述：
8.所述调径机构包括安装在机架内侧的伺服电机、连接在伺服电机输出轴上的旋盘、等120
°
固定在旋盘外部且贯穿机架的三个转架和转动安装在三个转架和三个所述滑架内端之间的支撑连杆。
9.作为上述技术方案的进一步描述：
10.三个所述滑架的左右两端均固定连接有向外延伸的滑柱，所述三个滑轨的左右两端均开设有与滑柱相适配的滑孔。
11.作为上述技术方案的进一步描述：
12.所述发声罩的右端内部等60
°
固定连接有六个向内凸起的切割条。
13.作为上述技术方案的进一步描述：
14.三个所述行走板的内侧均对称固定连接有两个呈平行分布的限位柱，所述机架的外部等120
°
固定连接有三组与限位柱相适配的限位筒。
15.作为上述技术方案的进一步描述：
16.所述电控箱的左端可拆卸安装有箱门，所述箱门的左端安装有遥控信号接收器，所述电控箱的内侧安装有电路板，所述电路板上分别安装有中央控制处理器和无线连接模块，所述遥控器的上端安装有遥控信号发射器，所述遥控器的前端从上至下依次安装有显示屏和操作按钮。
17.作为上述技术方案的进一步描述：
18.所述声波发射器的输出端与声波接收器的输入端电性连接，所述遥控信号发射器的输出端与遥控信号接收器的输入端电性连接，所述声波接收器、遥控信号接收器、无线连接模块和摄像头的输出端均与中央控制处理器的输入端电性连接，所述中央控制处理器的输出端分别与步进电机、显示屏、伺服电机和led灯条的输入端电性连接。
19.作为上述技术方案的进一步描述：
20.一种水利pccp管声光纤声波监测机器人的控制方法，包括如下步骤：
21.s1.连接机器人
22.a.开启遥控器7，操作操作按钮703设置遥控器7参数，将遥控信号发射器701与遥控信号接收器602连接，便完成了遥控器7与电控箱6之间的无线连接；
23.b.或者使用者拿出智能手机、平板等移动终端，将移动终端通过wifi或者蓝牙等无线连接方式与电控箱6的无线连接模块604连接，便完成了移动终端与电控箱6之间的无线连接；
24.s2.将机器人放入pccp管内
25.a.根据pccp管实际的内径情况，操作遥控器7或者移动终端控制伺服电机8正向工作，伺服电机8便可带动旋盘801逆时针匀速转动，在转架802和支撑连杆12之间的共同传动作用下，三个滑架302便会在机架1的滑轨101内同步向内运动并挤压挤压弹簧5；
26.b.当三个滑架302上的行走板3同步向内收缩至可放入到pccp管内时，便可将机器人整体移动到pccp管内，便可操作遥控器7或者移动终端控制伺服电机8反向工作，伺服电机8便可带动旋盘801顺时针匀速转动，在转架802和支撑连杆12以及挤压弹簧5弹力的共同作用下，三个滑架302便会在滑轨101内同步向外扩张，当行走板3上的橡胶轮301和行走轮401均接触到pccp管内壁时，机架1便会稳定处于pccp管的轴心处，此时机器人便装入到pccp管内；
27.s3.操作机器人工作
28.a.需要操作机器人在pccp管内移动时，操作人员便可操作遥控器7或者移动终端控制步进电机4工作，步进电机4工作时便会带动行走轮401匀速转动，在四个橡胶轮301的支撑辅助作用下，三个行走板3便可带动机架1在pccp内稳定移动；
29.b.操作人员需要对观察行走区域时，便可操作遥控器7或者移动终端控制摄像头10和led灯条11工作，led灯条11工作时，便会对摄像头10前方的采像区域进行照明，当摄像头10工作时，便会将pccp管内的图像信息传输到电控箱6内的中央控制处理器603内，中央控制处理器603将图像数据无线传输到遥控器7的显示屏702或者移动终端上，操作人员通过显示屏702或者移动终端上的图像便可知道pccp管内部的情况；
30.c.需要对pccp管内部进行探伤监测时，便可操作遥控器7或者移动终端控制发声罩2内的声波发射器201工作，声波发射器201便可在发声罩2内向前发出声波信号，在发声罩2上六个切割条202的切割作用下，单个向外扩张的声波便会等分为六个声波并分散至pccp管的内，发声罩2外部六个等角度分布的声波接收器203可捕捉反射回来的声波信号，并传输至中央控制处理器603内进行分析和计算，中央控制处理器603便会计算后的声波波谱图形无线传输至遥控器7的显示屏702或者移动终端上，操作人员可通过显示屏702上显示的声波波谱图形来判定pccp管检测部位是否存在钢丝腐蚀的问题。
31.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
32.1、本发明中，采用自行式探伤监测结构，通过在机架外部设置有三组等120
°
分布的行走板、橡胶轮、步进电机和行走轮，同时在机架的左端和后端分别设置有电控箱、发声罩、声波发射器和声波接收器，当步进电机工作时，便会带动行走轮转动，此时三个行走板便会支撑机架在pccp管内水平运动，当声波发射器工作时，便会在发声罩内向外发射声波，声波便会在pccp管内向外扩散，当声波接触撞击到pccp管内层的断丝时便会将声波反射至pccp内，六个不同角度分布的声波接收器便会采集六组声波波纹数据，并将波纹数据传输至中央控制处理器，中央控制处理器将传入的声波数据进行分析和计算后，便会输出波谱图形至显示屏，可通过观察显示屏上的声纹对比钢丝在正常状态下的声纹便可得知监测区域的钢丝是否存在异常，这种结构可对pccp管进行连续行走式探伤监测处理，降低了操作人员的工作量，提升了pccp管探伤监测的便捷性，同时也综合提升了pccp管在线监测的效率和精度。
33.2、本发明中，采用可调式内撑结构，通过在机架和行走板之间设置了滑轨、滑架和挤压弹簧，同时在机架和滑架之间设置了伺服电机、旋盘、转架和支撑连杆，正常状态下，在挤压弹簧弹力的作用下，三个行走板便会处于向外扩张的状态，当伺服电机带动旋盘逆时针转动，三个转架便会随之逆时针转动，在转架和支撑连杆之间的传动作用下，三个滑架便会同步在滑轨内向内运动，从而带动三个行走板同步向内收缩，这种结构可根据pccp管的内径情况进行机器人的调整放入操作，便于不同内径pccp管的调整探伤监测处理，从而提升了机器人的适用性。
附图说明
34.图1为本发明提出的一种水利pccp管声光纤声波监测机器人及遥控器的立体结构示意图；
35.图2为水利pccp管声光纤声波监测机器人的横向立体爆炸示意图；
36.图3为机架的立体折角剖图；
37.图4为水利pccp管声光纤声波监测机器人在pccp管内立体工作示意图；
38.图5为本发明的工作流程框图。
39.图例说明：
40.1、机架；101、滑轨；102、滑孔；103、限位筒；104、电池架；2、发声罩；201、声波发射器；202、切割条；203、声波接收器；3、行走板；301、橡胶轮；302、滑架；303、滑柱；304、限位柱；4、步进电机；401、行走轮；5、挤压弹簧；6、电控箱；601、箱门；602、遥控信号接收器；603、中央控制处理器；604、无线连接模块；7、遥控器；701、遥控信号发射器；702、显示屏；703、操作按钮；8、伺服电机；801、旋盘；802、转架；9、蓄电池；10、摄像头；11、led灯条；12、支撑连杆。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
42.实施例1
43.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种水利pccp管声光纤声波监测机器人，包括机架1、声波发射器201和声波接收器203，机架1的外部等120
°
固定连接有三个滑轨101，三个滑轨101的内侧均滑动连接有滑架302，三个滑架302的外端均固定连接有形状为弧形结构的行走板3，三个行走板3的中部均转动连接有行走轮401，行走板3和滑架302之间安装有与行走轮401连接的步进电机4，行走板3的四个拐角处均转动连接有橡胶轮301，橡胶轮301的设置，提升了行走板3在pccp管内部支撑和行走的稳定性，三个滑轨101的内侧均安装有挤压弹簧5，挤压弹簧5的设置，可使得行走板3产生向外的弹性挤压力，从而使得行走板3上的橡胶轮301和行走轮401更加贴合pccp管内壁，机架1和三个滑架302之间设置有调径机构，机架1的右端可拆卸安装有中部呈内凹状的发声罩2，发声罩2的内侧中部安装有声波发射器201，发声罩2的外部靠近机架1的一侧等60
°
安装有六个声波接收器203，机架1的下端固定连接有电池架104，电池架104的内侧可拆卸安装有蓄电池9，可拆卸式蓄电池9的设置，便于蓄电池9装入到机架1上，同时蓄电池9可对监测机器人上的电器元件实时供电，机架1的左端可拆卸安装有电控箱6，机架1的外部设置有可与电控箱6无线连接的遥控器7，机架1的上端右侧安装有摄像头10，机架1的上端位于摄像头10的两侧均安装有led灯条11，led灯条11的设置，可对摄像头10前方采像区域进行照明处理，从而便于操作人员对pccp管内部环境的观察。
44.具体的，如图1-4所示，调径机构包括安装在机架1内侧的伺服电机8、连接在伺服电机8输出轴上的旋盘801、等120
°
固定在旋盘801外部且贯穿机架1的三个转架802和转动安装在三个转架802和三个滑架302内端之间的支撑连杆12，当旋盘801逆时针转动时，在转架802和支撑连杆12之间的传动作用下，三个滑架302便会在滑轨101内同步向内运动，当旋盘801顺时针转动时，在转架802和支撑连杆12之间的传动作用下，三个滑架302便会在滑轨
101内同步向外运动。
45.具体的，如图1-4所示，三个滑架302的左右两端均固定连接有向外延伸的滑柱303，三个滑轨101的左右两端均开设有与滑柱303相适配的滑孔102，滑柱303和滑孔102的设置，提升了滑架302在滑轨101内滑动调整的稳定性。
46.具体的，如图1-4所示，发声罩2的右端内部等60
°
固定连接有六个向内凸起的切割条202，六个切割条202的设置，可将从发声罩2内发出的声波分割成六份均匀发射至pccp管内的六个方位，三个行走板3的内侧均对称固定连接有两个呈平行分布的限位柱304，机架1的外部等120
°
固定连接有三组与限位柱304相适配的限位筒103，限位柱304和限位筒103的设置，提升了行走板3在机架1上滑动调整的稳定性。
47.具体的，如图1-5所示，电控箱6的左端可拆卸安装有箱门601，箱门601的左端安装有遥控信号接收器602，电控箱6的内侧安装有电路板，电路板上分别安装有中央控制处理器603和无线连接模块604，遥控器7的上端安装有遥控信号发射器701，遥控器7的前端从上至下依次安装有显示屏702和操作按钮703，声波发射器201的输出端与声波接收器203的输入端电性连接，遥控信号发射器701的输出端与遥控信号接收器602的输入端电性连接，声波接收器203、遥控信号接收器602、无线连接模块604和摄像头10的输出端均与中央控制处理器603的输入端电性连接，中央控制处理器603的输出端分别与步进电机4、显示屏702、伺服电机8和led灯条11的输入端电性连接。
48.具体的，如图1-5所示，基于实施例1，一种水利pccp管声光纤声波监测机器人的控制方法，包括如下步骤：
49.s1.连接机器人
50.开启遥控器7，操作操作按钮703设置遥控器7参数，将遥控信号发射器701与遥控信号接收器602连接，便完成了遥控器7与电控箱6之间的无线连接；或者使用者拿出智能手机、平板等移动终端，将移动终端通过wifi或者蓝牙等无线连接方式与电控箱6的无线连接模块604连接，便完成了移动终端与电控箱6之间的无线连接；
51.s2.将机器人放入pccp管内
52.根据pccp管实际的内径情况，操作遥控器7或者移动终端控制伺服电机8正向工作，伺服电机8便可带动旋盘801逆时针匀速转动，在转架802和支撑连杆12之间的共同传动作用下，三个滑架302便会在机架1的滑轨101内同步向内运动并挤压挤压弹簧5；当三个滑架302上的行走板3同步向内收缩至可放入到pccp管内时，便可将机器人整体移动到pccp管内，便可操作遥控器7或者移动终端控制伺服电机8反向工作，伺服电机8便可带动旋盘801顺时针匀速转动，在转架802和支撑连杆12以及挤压弹簧5弹力的共同作用下，三个滑架302便会在滑轨101内同步向外扩张，当行走板3上的橡胶轮301和行走轮401均接触到pccp管内壁时，机架1便会稳定处于pccp管的轴心处，此时机器人便装入到pccp管内；
53.s3.操作机器人工作
54.需要操作机器人在pccp管内移动时，操作人员便可操作遥控器7或者移动终端控制步进电机4工作，步进电机4工作时便会带动行走轮401匀速转动，在四个橡胶轮301的支撑辅助作用下，三个行走板3便可带动机架1在pccp内稳定移动；操作人员需要对观察行走区域时，便可操作遥控器7或者移动终端控制摄像头10和led灯条11工作，led灯条11工作时，便会对摄像头10前方的采像区域进行照明，当摄像头10工作时，便会将pccp管内的图像
信息传输到电控箱6内的中央控制处理器603内，中央控制处理器603将图像数据无线传输到遥控器7的显示屏702或者移动终端上，操作人员通过显示屏702或者移动终端上的图像便可知道pccp管内部的情况；需要对pccp管内部进行探伤监测时，便可操作遥控器7或者移动终端控制发声罩2内的声波发射器201工作，声波发射器201便可在发声罩2内向前发出声波信号，在发声罩2上六个切割条202的切割作用下，单个向外扩张的声波便会等分为六个声波并分散至pccp管的内，发声罩2外部六个等角度分布的声波接收器203可捕捉反射回来的声波信号，并传输至中央控制处理器603内进行分析和计算，中央控制处理器603便会计算后的声波波谱图形无线传输至遥控器7的显示屏702或者移动终端上，操作人员可通过显示屏702上显示的声波波谱图形来判定pccp管检测部位是否存在钢丝腐蚀的问题。
55.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。