一种桥墩用水下检修机器人、系统及方法

1.本发明属于水下机器人技术领域，尤其涉及一种桥墩用水下检修机器人、系统及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.桥墩是支承桥跨结构并将荷载传至地基的构筑物，混凝土结构由于内外因素的作用不可避免地存在裂缝，而裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。水下机器人是一种工作于水下的极限作业机器人，发明人发现，水下机器人应用于桥墩检测时存在如下问题：
4.(1)水下机器人作业时，需要频繁变更或移动作业点，在此过程中，会出现检修遗漏问题；
5.(2)水下机器人检修桥墩时，对裂缝信息记录不完善且裂缝信息状态修改不及时，可能导致裂缝重复修补，从而降低了水下机器人的工作效率。


技术实现要素：

6.为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种桥墩用水下检修机器人、系统及方法，其能够提高水下机器人的工作效率。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.本发明的第一个方面提供了一种桥墩用水下检修机器人，其包括中央控制器及与其通信连接的图像采集装置、高压清洗装置、封闭作业装置和机械臂；
9.所述图像采集装置用于采集各个预设检修位置处机械臂作业范围内的水下桥墩图；其中，所有检修位置处的机械臂作业范围之和覆盖整个桥墩外表面；
10.所述中央控制器内预先存储有当前桥墩的三维模型；所述中央控制器用于：
11.接收各个预设检修位置的水下桥墩图像并对其进行裂缝识别；
12.当识别出裂缝时在所述桥墩三维模型中标注出裂缝位置及其状态，再依次控制高压清洗装置和封闭作业装置分别对裂缝进行清洗作业和封闭作业，同时将桥墩三维模型中相应裂缝的状态也进行对应修改。
13.作为一种实施方式，所述封闭作业装置包括圆盘，所述圆盘中间设置第一开口，所述第一开口与高压清洗装置相连通，所述圆盘下端设置第二开口，所述第二开口处设有三通电磁阀，所述三通电磁阀分别连通抽水管和注浆管。
14.作为一种实施方式，所述注浆管还与压力罐相连通，所述压力罐、注浆管和封闭作业装置组成注浆工作路径。
15.作为一种实施方式，所述抽水管还与水环泵相连通，所述水环泵与中央控制器电性连接，所述水环泵、抽水管和封闭作业装置构成负压工作路径。
16.作为一种实施方式，所述圆盘内还嵌固有密封件。
17.作为一种实施方式，所述圆盘上端还开设有溢出口，用于观测修补液的溢出情况。
18.作为一种实施方式，所述中央控制器用于将初始检修位置点作为桥墩三维模型的坐标原点。
19.作为一种实施方式，所述中央控制器用于：当识别出裂缝时在桥墩三维模型标注裂缝状态为未清洗状态。
20.作为一种实施方式，所述中央控制器用于：当高压清洗装置对裂缝进行清洗作业后，将在桥墩三维模型的裂缝状态修改为已清洗状态。
21.作为一种实施方式，所述中央控制器用于：当封闭作业装置对裂缝进行封闭作业后，将在桥墩三维模型的裂缝状态修改为已修补状态。
22.作为一种实施方式，所述桥墩用水下检修机器人还包括吸附装置，其用于吸附在预设检修位置。
23.作为一种实施方式，所述桥墩用水下检修机器人还包括驱动装置，其用于驱动桥墩用水下检修机器人沿桥墩的左右、前后及上下方向运动。
24.本发明的第二个方面提供了一种采用如上述所述桥墩用水下检修机器人的检修方法，其包括：
25.获取各个预设检修位置处机械臂作业范围内的水下桥墩图并对其进行裂缝识别；
26.当识别出裂缝时在所述桥墩三维模型中标注出裂缝位置及其状态，再依次控制高压清洗装置和封闭作业装置分别对裂缝进行清洗作业和封闭作业，同时将桥墩三维模型中相应裂缝的状态也进行对应修改，直至对水下桥墩的外表面均完成检修任务。
27.本发明的第三个方面提供了一种桥墩用水下检修系统，其包括如上述所述桥墩用水下检修机器人。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.本发明提供了一种桥墩用水下检修机器人及系统工作方法，在保证水下机器人灵活性的前提下，实现两次单向运动就能检查修补一个水下桥墩，能够在一处吸附点对范围内裂缝检修，借助多自由度机械臂的覆盖范围，水下机器人在一次竖向移动路径下，能够检修半个桥墩面，解决了检修过程中发生的漏检问题，同时将水下机器人纳入检修系统，借助三维模型实现裂缝位置可视化、裂缝图像直观化。
30.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
31.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
32.图1为本发明实施例的桥墩用水下检修机器人的立体图；
33.图2为本发明实施例的桥墩用水下检修机器人在吸附点利用机械臂进行范围内作业的示意图；
34.图3为图1中6自由度机械臂末端略去封闭作业装置立体图；
35.图4为图1中螺纹管头连接封闭作业装置立体图；
36.图5为图1中6自由度机械臂末端爆炸图；
37.图6为图1中6自由度机械臂末端及封闭作业装置垂直剖视图；
38.图7为图1中压力罐装配的压力计与电磁阀门立体图；
39.图8为图1中吸附装置爆炸图；
40.图9为本发明实施例的桥墩用水下检修机器人的检修工作流程；
41.图10为本发明实施例的桥墩用水下检修系统结构意图。
具体实施方式
42.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
43.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
44.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
45.实施例一
46.本实施例提供了一种桥墩用水下检修机器人，其包括中央控制器8及与其通信连接的图像采集装置10、高压清洗装置、封闭作业装置4和机械臂13；
47.所述图像采集装置10用于采集各个预设检修位置处机械臂作业范围内的水下桥墩图；其中，所有检修位置处的机械臂作业范围之和覆盖整个桥墩外表面；
48.所述中央控制器8内预先存储有当前桥墩的三维模型；所述中央控制器用于：
49.接收各个预设检修位置的水下桥墩图像并对其进行裂缝识别；
50.当识别出裂缝时在所述桥墩三维模型中标注出裂缝位置及其状态，再依次控制高压清洗装置和封闭作业装置分别对裂缝进行清洗作业和封闭作业，同时将桥墩三维模型中相应裂缝的状态也进行对应修改。
51.如图1、图5和图6所示，所述封闭作业装置包括圆盘16，所述圆盘16中间设置第一开口31，所述第一开口与高压清洗装置(如：高压喷枪15)相连通，所述圆盘16下端设置第二开口，所述第二开口处设有三通电磁阀14，所述三通电磁阀14分别连通抽水管和注浆管。其中，抽水管和注浆管均附着在机械臂外表面。
52.其中，中央控制器8收到信号后控制桥墩用水下检修机器人1内各模块运行，封闭作业装置4与机械臂末端螺纹管头22螺纹连接，高压喷枪15内置在螺纹管头22。
53.在一个或多个实施例中，所述注浆管还与压力罐7相连通，所述压力罐7、注浆管和封闭作业装置4组成注浆工作路径。如图7所示，压力罐7出口设置压力计20和电磁阀19，且两个压力罐7汇集到一个注浆管。
54.在一个或多个实施例中，所述抽水管还与水环泵6相连通，所述水环泵与中央控制器电性连接，所述水环6泵、抽水管和封闭作业装置4构成负压工作路径。
55.在一个或多个实施例中，，所述圆盘16内还嵌固有密封件，其中密封件可采用环形橡胶17。圆盘16为金属带边圆盘。
56.作为一种实施方式，所述圆盘16上端还开设有溢出口，用于观测修补液的溢出情况。
57.如图1、图5和图6所示，修补作业时，先利用水下机器人携带的内置高压喷枪15对裂缝清洗，清洗完成后，利用机械臂将封闭作业装置4完全覆盖住裂缝并贴住桥墩表面；中央控制器8启动负压工作路径，水环泵工作，抽去封闭作业装置4中的水和空气，使环形橡胶变形，产生负压；中央控制器8启动注浆工作路径，压力罐7阀门打开，胶水通过封闭作业装置4和压力罐7的压强差进入到封闭作业装置4，待观测到有胶水从溢出口18溢出时压力罐电磁阀19关闭。
58.如图3-图5所示，本实施例的机械臂为六自由度机械臂13，高压清洗装置包括高压喷枪15，图像采集装置10为摄像头。
59.六自由度机械臂13的末端与四角支架12法兰连接，四角支架12与螺纹管头22焊接，四角支架12各角设置图像采集装置10，设置铰链调节图像采集装置10角度。高压喷枪15与螺纹管头22螺纹连接，且高压喷枪15内置其中。
60.六自由度机械臂13的末端法兰连接一个四角支架12，本实例在每个支架设置一个可调节角度的图像采集装置10和探照灯21，每个支架根据作业要求可换装不同探测装置，四角支架12前端焊接一个螺纹管头22，螺纹管头22内外均设置螺纹，外螺纹在与封闭作业装置4螺纹连接时使用，内螺纹在内置高压喷枪15时使用，此螺纹管头可与封闭作业装置螺纹连接，在螺纹管头根部开设预留口，预留口设置内螺纹，可固定高压水管。
61.在一些具体实施中，所述中央控制器用于将初始检修位置点作为桥墩三维模型的坐标原点。
62.在其他实施例中，所述中央控制器还用于：当识别出裂缝时在桥墩三维模型标注裂缝状态为未清洗状态。
63.当高压清洗装置对裂缝进行清洗作业后，将在桥墩三维模型的裂缝状态修改为已清洗状态。
64.当封闭作业装置对裂缝进行封闭作业后，将在桥墩三维模型的裂缝状态修改为已修补状态。
65.在一个或多个实施例中，所述桥墩用水下检修机器人还包括吸附装置，其用于吸附在预设检修位置。吸附装置5设置于桥墩用水下检修机器人前部，采用负压吸附方式，如图1所示。
66.如图8所示，吸附装置由六个吸盘26、前隔板28、后隔板30、叶轮29以及电机31组成，吸盘开口通过前隔板28的通过孔27，后隔板开口供电机31传动轴驱动叶轮29，吸盘26、通过孔27、前隔板28与后隔板30间隙构成水流通道。
67.在一个或多个实施例中，所述桥墩用水下检修机器人还包括驱动装置，其用于驱动桥墩用水下检修机器人沿桥墩的左右、前后及上下方向运动。如图1所示，驱动装置包括设在桥墩用水下检修机器人后部的两个螺旋桨推进器25，其负责x轴运动；分别设置的左右两侧的螺旋桨推进器，负责y轴运动；设在上部的四个螺旋桨推进器负责z轴运动。
68.如图1和图2所示，桥墩用水下检修机器人1利用螺旋桨推进器25到达划分好的吸附点后，螺旋桨推进器25调整机器人姿态保证侧吸盘11所在平面与桥墩表面平行贴合，此时，吸附装置5工作，侧吸盘11内部形成负压，确保桥墩用水下检修机器人1紧紧吸附在桥墩
表面。
69.实施例二
70.如图9所示，本实施例提供了一种采用如上述所述桥墩用水下检修机器人的检修方法，其包括：
71.s101：获取各个预设检修位置处机械臂作业范围内的水下桥墩图并对其进行裂缝识别；
72.s102：当识别出裂缝时在所述桥墩三维模型中标注出裂缝位置及其状态，再依次控制高压清洗装置和封闭作业装置分别对裂缝进行清洗作业和封闭作业，同时将桥墩三维模型中相应裂缝的状态也进行对应修改，直至对水下桥墩的外表面均完成检修任务。
73.实施例三
74.本实施例提供了一种桥墩用水下检修系统，其包括如上述所述桥墩用水下检修机器人。
75.参照图10，在桥墩用水下检修系统中，所述桥墩用水下检修机器人1的中央控制器还通过复合线缆2与远程监控终端相连。在图10中，远程监控终端为保障车3，其对桥墩用水下检修机器人1进行控制、供给高压水及提供电能。
76.其中，桥墩用水下检修机器人1上部设置复合线缆接入器9；复合线缆2包含高压水管、数据线、电源线、防水高强度外包覆材料。
77.以图10为例，该桥墩用水下检修系统的检修工作流程为：
78.步骤1、连接复合线缆，启动远程监控终端，测试桥墩用水下检修机器人各模块工作是否正常。
79.步骤2、投放桥墩用水下检修机器人，让其吸附到水下桥墩设定位置，比如：水下桥墩最上部，获取桥墩用水下检修机器人坐标。
80.步骤3、在远程监控终端接收桥墩尺寸数据、机器人工作半径和水面高度。
81.步骤4、根据远程监控终端生成的吸附点坐标进行吸附并下发至桥墩用水下检修机器人的中央控制器中。
82.步骤5、吸附后，桥墩用水下检修控制机械臂进行桥墩表面检查，检查到裂缝后，桥墩用水下检修机器人存储关键帧，更新裂缝状态为未清洗；高压清洗装置裂缝，清洗完毕后，桥墩用水下检修机器人存储关键帧，更新状态为已清洗；修补完成后，桥墩用水下检修机器人存储关键帧，更新状态为已修补。此吸附点以下的机械臂覆盖区域内检修完成后，继续吸附到下一吸附点，继续作业。
83.基于以上检修步骤，桥墩用水下检修机器人自上而下或自下而上依次吸附到吸附点进行作业，单向路径即可检修半个水下桥墩表面，机器人在高压清洗装置清洗后，即可进行贴附进行修补作业。
84.需要说明的是，在其他实施例中，桥墩用水下检修机器人1还可通过无线传输模块与远程监控终端相连。本领域技术人员可根据实际情况来具体设置，此处不再累述。
85.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。