一种应用于地下管道的三维姿态及长度测量装置及方法与流程

技术特征：
1.一种应用于地下管道的三维姿态及长度测量装置，其特征在于，包括：主机组件，其长度方向为第一方向，其内安装有惯性测量单元；两个支架组件，分别安装在所述主机组件的两端；所述支架组件设有用于与地下管道的内壁贴合的里程轮；所述支架组件的端部与卷扬机的牵引绳固定连接，所述测量装置通过所述卷扬机的牵引力在地下管道内往复运动；失速检测组件，安装在牵引绳靠近所述支架组件的一端，用于检测所述牵引绳的松弛状态；调节组件，包括：橡胶片，可移动地嵌入在所述里程轮通道内，所述通道的延伸方向为第二方向；所述里程轮的穿过所述通道的径向线与所述通道侧壁的夹角范围为45度-75度，所述夹角的开口方向朝向里程轮的内部；且当所述橡胶片对应的里程轮轮面与管道内壁接触时，所述夹角的开口位于所述里程轮靠近其前进方向的一侧；第一驱动机构，用于接收所述失速检测组件的检测信号，并根据所述检测信号驱动所述橡胶片沿所述第二方向移动以使得所述橡胶片伸入或伸出所述通道。2.根据权利要求1所述的应用于地下管道的三维姿态及长度测量装置，其特征在于，所述牵引绳包括主牵引绳和辅助牵引绳；所述失速检测组件包括：定位板，中心垂直于所述第一方向安装在所述支架组件的端部；轻质牵引板，平行于所述定位板设置，通过辅助牵引绳与所述定位板的中心固定连接；接绳孔，设置于所述牵引板远离所述定位板的一侧，用于与所述主牵引绳连接；失速检测传感单元，安装在所述定位板与所述牵引板之间，用于检测所述辅助牵引绳的松弛状态。3.根据权利要求2所述的应用于地下管道的三维姿态及长度测量装置，其特征在于，所述失速检测传感单元包括：红外测距传感器，安装在所述定位板靠近所述牵引板的一侧，用于检测所述定位板与牵引板之间的距离。4.根据权利要求2所述的应用于地下管道的三维姿态及长度测量装置，其特征在于，所述失速检测传感单元包括：弹性件，两端分别卡接在所述定位板与牵引板上；所述弹性件的两端均设置有第一表面，所述定位板及牵引板上设有与所述第一表面接触的第二表面；压力传感器，安装在所述第一表面或第二表面上。5.根据权利要求1-4任意一项所述的应用于地下管道的三维姿态及长度测量装置，其特征在于，所述里程轮垂直于其中心轴线的端面开设有一圈与其同心设置的环形槽；所述调节组件还包括：环形齿板，同心设置于所述环形槽内，其靠近所述里程轮中心的一面设有齿面；所述橡胶片的一端固定在所述环形齿板远离所述齿面的一侧；所述环形齿板具有沿其轴线方向排列的第一端和第二端，所述第一端插入所述环形槽的侧壁上；所述第一驱动机构为微型电机，其固定在所述环形槽内，其输出轴上同轴固定有驱动齿轮；所述驱动齿轮与所述齿面啮合；环形封口盖板，与所述环形齿板的第二端插接；且通过螺栓固定在所述里程轮上。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的应用于地下管道的三维姿态及长度测量装置，其特征在于，每个所述里程轮上设有两组调节组件，两组所述调节组件的橡胶片在里程轮的轴线方向对应排列，且两组调节组件中两个对应橡胶片的移动方向在里程轮的中心面上分别具有第一投影线和第二投影线；所述中心面为通过所述里程轮的中心且平行于所述第二方向的平面；所述第一投影线和第二投影线在所述中心面上具有第一交点；所述第一投影线和第二投影线以所述第一交点与所述中心面的中点连线对称设置。7.根据权利要求2-4任意一项所述的应用于地下管道的三维姿态及长度测量装置，其特征在于，所述辅助牵引绳的至少一端固定安装有安装盘，所述安装盘与所述定位板或牵引板之间通过扭簧连接。8.根据权利要求2-4任意一项所述的应用于地下管道的三维姿态及长度测量装置，其特征在于，所述支架组件包括：中轴杆、第一支座和第二支座；所述第一支座与中轴杆的底部固定连接，所述中轴杆处于第一支座的中垂线的位置；所述中轴杆从第二支座的中空部穿过，中轴杆远离第二支座的一侧设置有调节手轮，调节手轮与第二支座之间的中轴杆套有弹簧；第二支座的中空部的孔径大于套有弹簧处的中轴杆的杆径，且小于中轴杆其他位置的杆径；若干所述里程轮通过若干对支架臂设置在第一支座和第二支座之间；所述中轴杆上在所述弹簧与所述调节手轮之间还套接有预调节盘；所述预调节盘的圆周面上安装有预测距激光传感器，用于测量所述预调节盘的外周面与管道内壁之间的距离；所述预调节盘内绕所述中轴杆圆周排列有至少3个调节电机，所述调节电机的输出轴上同轴安装有收绳轮，所述收绳轮上缠绕有预收绳，所述预收绳的端部与所述第二支座固定连接；所述预调节盘内还设有预调节控制单元，所述预调节控制单元用于接收所述预测距激光传感器的预测距离信号，并根据所述预测距离信号控制所述调节电机动作以预调节里程轮距离中轴杆的距离。9.采用权利要求1-8任意一项所述的应用于地下管道的三维姿态及长度测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：接收所述失速检测组件的失速检测信号s
测
；从状态数据库中读取橡胶片的当前状态信号为第k状态信号，1≤k≤n；所述橡胶片的状态信号包括第1状态信号.....第n状态信号；n大于等于2；第1状态至第n状态变化时，所述橡胶片伸出于里程轮的长度越来越长；其中第1状态信号对应橡胶片完全伸入里程轮内的状态，至少一种状态信号对应橡胶片伸出里程轮的状态；所述状态数据库存储有所有状态信号及其对应的失速检测信号s
测
的数据范围；所述状态信号设有当前状态数据标识位；判断所述失速检测信号s
测
等于设定检测信号s
设
，且判断当前状态信号为第m状态信号时,2≤m≤n；启动电机转动θ*(m-1)角度，以将所述橡胶片缩回至里程轮内；其中θ为设定步进角度；判断所述失速检测信号s
测
小于设定检测信号s
设
时，从所述状态数据库中读取与所述失速检测信号s
测
所在的数据范围对应的第p状态信号；启动电机转动θ*(p-k)角度，以将所述橡胶片伸长至对应的状态。10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，当所述测量系统具有权利要求8所述的结构时，所述方法还包括以下步骤：
接收预测距激光传感器检测的距离信号l
测
；判断l
测
小于l
设
时，l
设
＝r
1-r2；根据以下公式(1)至公式(4)确定调节电机的调节角度w；b0＝l
支
*sin(α/2)(1)b1＝[r
1-r
1-(l
设-l
测
)]/tanβ(2)sinβ＝[r
1-r
1-(l
设-l
测
)]/l
支
(3)w＝[180*(b
1-b0)]/π*r2(4)其中α为一对支架臂的原始夹角；l
支
为初始状态下里程轮的中心沿平行于支架臂的长度方向延伸至与中轴杆的中心轴线相交点的长度；r1为被测地下管道的内径；r1为里程轮的半径；r2为调节电机输出轴的半径；r2为预调节盘的半径；控制所述调节电机旋转调节角度w以通过预收绳拉动第二支座使得里程轮进行预收缩。

技术总结
本申请公开了一种应用于地下管道的三维姿态及长度测量装置及测量方法，其中装置包括：主机组件，其长度方向为第一方向，其内安装有惯性测量单元；两个支架组件，分别安装在主机组件的两端；支架组件设有用于与地下管道的内壁贴合的里程轮；支架组件的端部与卷扬机的牵引绳固定连接，测量装置通过卷扬机的牵引力在地下管道内往复运动；失速检测组件，安装在牵引绳靠近支架组件的一端，用于检测牵引绳的松弛状态；调节组件，包括：橡胶片；第一驱动机构，用于接收失速检测组件的检测信号，并根据检测信号驱动橡胶片沿第二方向移动以使得橡胶片伸入或伸出通道。本装置给测量装置的匀速运动提供了保证，进而提高了整个惯性测量系统的测量精度。的测量精度。的测量精度。


技术研发人员：沈晓武 周顺刚 胡臻荣 夏春芳 楼陈朔 周静波 邓龙福 吴斌 郭云 林海娟 刘敏
受保护的技术使用者：浙江省工程勘察设计院集团有限公司
技术研发日：2022.05.16
技术公布日：2022/7/22