一种水下管道智能巡检AUV

一种水下管道智能巡检auv
技术领域
1.本实用新型涉及一种水下巡检机器人，具体地说是一种水下管道智能巡检auv。


背景技术：

2.水下管道是敷设在江河，湖泊中来输送气体，液体的装置，由于水下环境比较恶劣，水下管道容易损坏，所以需要专门的管理员定期进行检查与维护，但由于大部分水域水流湍急，水下环境复杂，所以检查与维护难度很大，维护成本高，人工下水操作存在很大的安全隐患。
3.现在市场上的水下机器人大多数为传统的有线缆式rov，无法自主地进行持续性工作。而无缆式auv价格昂贵，维护成本高。同时其功能主要为管道内部情况的探测，疏通，无法对管道外部进行检测。auv即指水下机器人。
4.公开号cn216618993u公开了一种水下管道智能巡检机器人，属于智能巡检设备技术领域。所述的水下管道智能巡检机器人包括圆形端盖、穿线接头、端盖法兰、边侧螺旋桨推进器、中部螺旋桨推进器、支架、u型管卡、球头耐压舱、中心承载架板、电源变压装置、控制装置、信息处理装置、照明及图像采集装置、电源，可以自主前进、后退、上浮、下潜以及转向，可以沿管道自主行进。对于水下巡检，为了满足巡检目的，会采用不同的技术手段来处理。


技术实现要素：

5.为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种水下管道智能巡检auv。
6.为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
7.一种水下管道智能巡检auv，包括主体控制舱、动力总成和外协机构，所述动力总成和外协机构分别装在主体控制舱外侧壁，主体控制舱外侧壁还设有电子设备总成，外协机构分别与主体控制舱、电子设备总成通讯连接，电子设备总成、动力总成分别与主体控制舱通讯连接。
8.作为进一步的改进方案，所述主体控制舱包括防水外舱、橡胶垫和外盖，防水外舱内安装有内部支架和主板，橡胶垫装在防水外舱尾端，外盖封装在橡胶垫上并锁紧防水外舱尾端，内部支架尾部装接有与主板连接的接口端，内部支架的前端安装有摄像组件，主体控制舱前端设有透明罩，摄像组件位于透明罩区域。
9.作为进一步的改进方案，所述摄像组件包括摄像头、摄像支架、舵机、舵机支架，舵机装在舵机支架上，舵机支架装在内部支架上，摄像头装在摄像支架上，摄像支架与舵机连接，通过舵机带动摄像头转动。
10.作为进一步的改进方案，所述防水外舱前端设有电机固定架，电机固定架上设有隔水板，电机固定架与该隔水板位于透明罩与动力总成之间。动力总成装在电机固定架上。
11.作为进一步的改进方案，所述主板装在内部支架上，接口端包括外接口和线路转接头，外接口与主板上的元器件连接，线路转接头将主板上的线路与外部线路连接。
12.作为进一步的改进方案，所述动力总成包括上固定板、无刷电机组件、桨叶、挡环、下固定板，上固定板与电机固定板连接，桨叶装在无刷电机组件内，无刷电机组件与上固定板连接，挡环装在无刷电机组件的端口部，下固定板与上固定板连接并且将无刷电机组件容纳在内。
13.作为进一步的改进方案，所述外协机构包括外套环、齿轮、蜗轮蜗杆减速电机、内套爪环，外套环与防水外舱连接，内套爪环活动装在外套环内，并且齿轮与内套爪环啮合连接，蜗轮蜗杆减速电机和齿轮装在外套环侧部，蜗轮蜗杆减速电机与齿轮连接。
14.作为进一步的改进方案，所述电子设备总成包括载物台及装在该载物台内的激光测距模块、水压传感器、开发板、水声通讯模块超声波接受器、水声通讯模块超声波发射器，载物台与防水外舱连接，载物台上装设有盖板。
15.作为进一步的改进方案，所述盖板为透明玻璃板。
16.作为进一步的改进方案，所述防水外舱与橡胶垫、外盖之间填充有防水胶、真空硅脂。
17.本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：
18.主要是针对水下管道的巡查，以及水管表面的维护，利用外协机构对附着物进行有效的清除，帮助管理员进行水下管道的检查与维护，特别是水下复杂，水流湍急的情况下，可以大大减少工作时的风险，降低成本，同时其智能自动化化的控制，使一个管理员员可以同时操作多台设备，大大提高了工作效率。
附图说明
19.图1为本实用新型立体结构示意图；
20.图2为本实用新型中主体控制舱的立体结构示意图；
21.图3为本实用新型中主体控制舱的分解示意图；
22.图4为本实用新型中动力总成的立体结构示意图；
23.图5为本实用新型中动力总成的分解示意图；
24.图6为本实用新型中外协机构的立体结构示意图；
25.图7为本实用新型中外协机构的分解示意图；
26.图8为本实用新型中电子设备总成的分解示意较长；
27.图9为本实用新型中控制连接原理示意图。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，如果有涉及到的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第
一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.实施例一
32.参考图1-3所示，一种水下管道智能巡检auv，包括主体控制舱1、动力总成2和外协机构3，所述动力总成2和外协机构3分别装在主体控制舱1外侧壁，主体控制舱1外侧壁还设有电子设备总成4，外协机构3分别与主体控制舱1、电子设备总成4通讯连接，电子设备总成、动力总成分别与主体控制舱通讯连接。主体控制舱作为一个主壳体部分，将所需要的电子元器件装配在内，并且具有防水作用，内部不会进水，可以有效地起到保护作用，避免进水受损。动力总成作为该巡检auv的驱动器件，驱动着整体的移动，可以在水处持续性的移动，完成各项工作。外协机构主要起到清除附着物的作用，对水管表面的附着物进行清除，在巡检的同时也具有清洁作用，提升功能性。电子设备总成通常集成有各种探测传感元器件，在水下移动过程中进行探测，完成精确的移动和水管表面除着物的清除工作。
33.对于本巡检auv，整体为长条管状，电子设备总成、外协机构、动力总成均装在主体控制舱外侧壁，就形成一个智能型的水下机器人，可以根据指令进行远程控制，完成指定的任务。
34.所述主体控制舱1包括防水外舱101、橡胶垫102和外盖103，防水外舱101内安装有内部支架109和主板109，橡胶垫102装在防水外舱101尾端，外盖103封装在橡胶垫102上并锁紧防水外舱101尾端，内部支架108尾部装接有与主板109连接的接口端，内部支架108的前端安装有摄像组件，主体控制舱1前端设有透明罩6，摄像组件位于透明罩区域。在本实施例中，将防水外舱设置透明罩一端定义为前端，则相应的另外一端就为尾端。在外盖的装配位置，可涂覆防水胶、高真空硅脂，能够进一步地起到密封防水作用。内部支架可通过螺丝或者其他连接件来与防水外舱固定，防水外舱的前端设置的一个透明罩，可以确保摄像组件从中观察到外部的环境，从而获取到相应的数据，便于移动和清扫。
35.外盖为圆形盖，与防水外舱的形状保持一致。内部支架装配在防水外舱后，内部支架的尾部用于装接外接口，方便与外部线路的连接。
36.主板109上设置有相应的电池、主开发板、降压板、陀螺仪等电子元器件，主开发板具有相应的控制程序，可以进行对应的控制，降压板则对电压实现转换，电池为各个电子元器件提供电源，确保正常工作。接口端包括外接口和线路转接头，外接口与主板上的元器件连接，用于烧录程序和充电；线路转接头将主板上的线路与外部线路连接，线路转接头则主要用于将主板上的线路与外部的线路进行电导通，起到防水与减少外部线路长度预留，方便拆卸的作用。电池可选择为锂电池，容量可以根据产品的大小尺寸而定，以能够装配的较大容量为优先选择方案，确保能够进行一个较长时间的续航。
37.所述摄像组件包括摄像头104、摄像支架105、舵机106、舵机支架107，舵机106装在舵机支架107上，舵机支架107装在内部支架108上，摄像头104装在摄像支架105上，摄像支架105与舵机106连接，通过舵机106带动摄像头104转动，在本实施例中，可通过舵机带动摄像头进行360度的自由转动，这样就能够实现摄像头多个角度方位的拍摄获取图像，由于通过透明罩向外实现探测，也确保也外部的水不会影响到摄像头、舵机等器件的正常运行。摄像头和舵机均选择现有技术产品。为了能够更好的安装舵机，在本实施例中，设置有第一舵机支架和第二舵机支架共两个舵机支架，使舵机稳固可靠地装配在内部支架上，在运行过程中，不会发生松动和脱落问题。
38.实施例二
39.参考图1-5所示，在实施例一的基础作出进一步的改进，在主体控制舱1外侧设置有多个动力总成2，利用该动力总成2，驱动整个巡检auv的移动。如本实施例二中，共设置有六个动力总成2，在主体控制舱一侧设置三个，两个为水平朝向，一个为上下朝向，并且是对称分布在主体控制舱两侧。
40.所述防水外舱101前端设有电机固定架112，电机固定架112上设有隔水板5，电机固定架112与该隔水板5位于透明罩6与动力总成2之间。动力总成2装在电机固定架112上。利用隔水板，可以起到防止动力总成在运行过程中产生的水花干扰到摄像头，避免影响到摄像头识别附着物的功能。
41.所述动力总成2包括上固定板21、无刷电机组件22、桨叶23、挡环24、下固定板25，上固定板21与电机固定板112连接，桨叶23装在无刷电机组件22内，无刷电机组件22与上固定板21连接，挡环24装在无刷电机组件22的端口部，下固定板25与上固定板21连接并且将无刷电机组件22容纳在内。无刷电机组件包括无刷电机本体及架体，为一体结构，下固定板呈u型，可通过螺丝与上固定板进行锁紧安装，下固定板内部就形成一个装配空间，无刷电机组件就设置在该装配空间中，同时与上固定板形成稳固地装配。无刷电机组件的前端和后端各安装一个挡环，该挡环起到过滤阻挡作用，可以防止大部分杂物进入螺旋桨，桨叶可以将进入到无刷电机组件内部的杂物进行一个较为彻底的搅碎。桨叶首选为金属材料，具有较高的强度和硬度，能够对各类型的杂质进行搅碎处理。
42.通过无刷电机组件带动桨叶旋转，从而起到推进作用，为巡检auv的移动提供动力。
43.在具体装配动力总成的时候，由于本实施例中是总共设置六个动力总成，即在主体控制舱一侧设置两个，对于朝向角度也可以适当的倾斜，然后由下往上的方式在主体控制舱两侧各设置一个，这样就形成多个不同角度朝向的动力总成。在主体控制舱的前端和后端各设置有动力总成，有一个向外倾斜的朝向。由于主体控制舱前端两侧都设置有动力总成，因此，在主体控制舱前端也相应的设置两块隔水板，使动力总成在运行过程中产生的水花不会影响到透明罩，被隔水板阻挡后再引导到其他区域，确保摄像头的正常拍摄。
44.实施例三
45.参考图1、2、3、6、7所示，所述外协机构3包括外套环31、齿轮32、蜗轮蜗杆减速电机33、内套爪环34，外套环31与防水外舱101连接，内套爪环34活动装在外套环31内，并且齿轮32与内套爪环34啮合连接，蜗轮蜗杆减速电机33和齿轮32装在外套环侧部，蜗轮蜗杆减速电机33与齿轮32连接。在外套环31内设有供内套爪环34移动的空间，在外套环外设有与内
部空间连通的槽，齿轮就装设在该槽中并与内部的内套爪环啮合连接，蜗杆减速电机带动齿轮转动，齿轮进而带动内套爪环上下移动，可以实现相应的卡合，调整内套爪环的伸出长度，可以与不同大小规格的管路配合，实现各种类型管路的表面附着物的清除。
46.在本实施例三中，外套环整体呈“c”形状，在两侧，各有一个相同结构和大小规格的内套爪环，每个内套爪环对应设置一个相应的齿轮、蜗轮蜗杆减速电机，实现相应的传动，可以将管路夹装在内，实现表面附着物的清除。
47.对于外协机构，通常在防水外舱安装一个就可以，可先在防水外舱的外表面设置相应的连接支架，然后将外套环通过螺丝与对应的连接支架安装连接即可。外套环与防水外舱为垂直排布的方式安装。
48.实施例四
49.参考1、8所示，所述电子设备总成4包括载物台41及装在该载物台41内的激光测距模块42、水压传感器43、开发板44、水声通讯模块超声波接受器46、水声通讯模块超声波发射器47，载物台41与防水外舱101连接，载物台41上装设有盖板45，盖板可选择为透明玻璃板，可以从外部直接查看到各个器件。对于激光测距模块、水压传感器都可以灵活地设置一个或者多个。开发板选择型号为stm32f103的板块，内集成有相应的线路，即为一个单片机，对整体设备起到一个总控作用。利用激光测距模块、水压传感器、开发板的协同作用，实时监控外部的水压和距离水底的深度，确保整体的移动。水声通讯模块超声波接受器、水声通讯模块超声波发射器可以实现单片机与云平台的通讯，将检测到的各种数据都及时的传送给远程终端，方便查看。
50.参考图9所示，为本实用新型中具体的电路原理图。
51.在主体控制舱内装有多个内置电源，以型号为stm32f103的开发板作为单机，即主控芯片，分别与电源、电调，蜗轮蜗杆减速电机、舵机驱动模块、mpu6050陀螺仪、激光测距模块、水压传感器、红外传感器、水声通讯传感器等模块连接，还设有串口端，用于外部通信。水声通讯传感器即为声通讯模块超声波接受器、水声通讯模块超声波发射器。通过主控芯片处理如mpu6050、激光测距模块、水压传感器等传感器采集到的数据，迅速做出反应，具有集成度高、性能强、功耗低的优秀特点。内置电源用来给整个系统供电。电调用于驱动无刷电机组件。无刷电机组件通过pid控制算法调节后实现水下平衡运动。舵机驱动模块用于驱动舵机，来达到控制摄像头转动的目的。通过mpu6050陀螺仪来获取auv的运动姿态和位置信息。激光测距模块可以获取机器人与水底的距离。水压传感器可以获取外部水压。红外传感器可以用于定位机器人与水管的距离，增加机器人巡管的平稳性。水声通讯传感器是实现水下机器人与云平台通讯，人工调度操作的关键元件，其35khz的频率使得其在水中也可以有强大的穿透能力，不削弱。
52.摄像头拍取图片将数据输送给图像处理模块，然后输送给主控芯片，识别到附着物之后将信息通过通讯串口传递给stm32主控，进一步控制机器人来完成移动、清除附着物的动作。
53.需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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。

技术特征：
1.一种水下管道智能巡检auv，包括主体控制舱、动力总成和外协机构，其特征在于，所述动力总成和外协机构分别装在主体控制舱外侧壁，主体控制舱外侧壁还设有电子设备总成，外协机构分别与主体控制舱、电子设备总成通讯连接，电子设备总成、动力总成分别与主体控制舱通讯连接。2.根据权利要求1所述的水下管道智能巡检auv，其特征在于，所述主体控制舱包括防水外舱、橡胶垫和外盖，防水外舱内安装有内部支架和主板，橡胶垫装在防水外舱尾端，外盖封装在橡胶垫上并锁紧防水外舱尾端，内部支架尾部装接有与主板连接的接口端，内部支架的前端安装有摄像组件，主体控制舱前端设有透明罩，摄像组件位于透明罩区域。3.根据权利要求2所述的水下管道智能巡检auv，其特征在于，所述摄像组件包括摄像头、摄像支架、舵机、舵机支架，舵机装在舵机支架上，舵机支架装在内部支架上，摄像头装在摄像支架上，摄像支架与舵机连接，通过舵机带动摄像头转动。4.根据权利要求3所述的水下管道智能巡检auv，其特征在于，所述防水外舱前端设有电机固定架，电机固定架上设有隔水板，电机固定架与该隔水板位于透明罩与动力总成之间，动力总成装在电机固定架上。5.根据权利要求4所述的水下管道智能巡检auv，其特征在于，所述主板装在内部支架上，接口端包括外接口和线路转接头，外接口与主板上的元器件连接，线路转接头将主板上的线路与外部线路连接。6.根据权利要求5所述的水下管道智能巡检auv，其特征在于，所述动力总成包括上固定板、无刷电机组件、桨叶、挡环、下固定板，上固定板与电机固定板连接，桨叶装在无刷电机组件内，无刷电机组件与上固定板连接，挡环装在无刷电机组件的端口部，下固定板与上固定板连接并且将无刷电机组件容纳在内。7.根据权利要求6所述的水下管道智能巡检auv，其特征在于，所述外协机构包括外套环、齿轮、蜗轮蜗杆减速电机、内套爪环，外套环与防水外舱连接，内套爪环活动装在外套环内，并且齿轮与内套爪环啮合连接，蜗轮蜗杆减速电机和齿轮装在外套环侧部，蜗轮蜗杆减速电机与齿轮连接。8.根据权利要求7所述的水下管道智能巡检auv，其特征在于，所述电子设备总成包括载物台及装在该载物台内的激光测距模块、水压传感器、开发板、水声通讯模块超声波接受器、水声通讯模块超声波发射器，载物台与防水外舱连接，载物台上装设有盖板。9.根据权利要求8所述的水下管道智能巡检auv，其特征在于，所述盖板为透明玻璃板。

技术总结
一种水下管道智能巡检AUV，包括主体控制舱、动力总成和外协机构，所述动力总成和外协机构装在主体控制舱外侧壁，主体控制舱外侧壁还设有电子设备总成，外协机构分别与主体控制舱、电子设备总成通讯连接，电子设备总成、动力总成分别与主体控制舱通讯连接，主体控制舱包括防水外舱、橡胶垫和外盖，防水外舱内安装有内部支架和主板，橡胶垫装在防水外舱尾端，外盖封装在橡胶垫上并锁紧防水外舱尾端，内部支架尾部装接有与主板连接的接口端，内部支架的前端安装有摄像组件，主体控制舱前端设有透明罩，摄像组件位于透明罩区域。本实用新型能对水下管道外部进行检测，水管表面附着物进行识别和清除，同时其智能自动化运行可以极大提高工作效率。工作效率。工作效率。


技术研发人员：郑则贤 赖智豪 赖勋伙 王春政 张景焰 黄俊华 梁海亮 林纯铃 苗云龙 巫小蝶 张成 陈昆江
受保护的技术使用者：韶关学院
技术研发日：2022.08.26
技术公布日：2023/5/5