一种水下作业机器人装备的制作方法

1.本实用新型属于机器人技术领域，具体的讲涉及一种水下作业机器人装备。该机器人尤其适用于生长有苔藓或淤积有泥沙的沟渠渠底、水库库底以及其坡面上作业。


背景技术：

2.长期行水的诸如南水北调的水渠中、或大中型水库的库底库塝上，为了行水通畅（减小糟率）和库容清洁，渠底、渠坡以及库底、库塝都使用混凝土面板衬砌，表面光滑平整；同时为减少输水渗透，在混凝土面板下铺设了防渗复合土工膜。当地下水位高于渠内水位时，将对衬砌结构形成扬压力，为解除衬砌结构形成的扬压力，在混凝土面板的渠底和渠坡设置逆止阀。经过多年运行，上述逆止阀会出现腔体内淤积和部件失效等问题，逆止阀失效将导致衬砌破坏、渠道边坡滑塌等现象，严重威胁工程安全。为解决这一问题，必须对失效逆止阀进行维修或更换。目前常由蛙人来完成维修更换工作，但由于蛙人人工维修和更换不仅费用高、而且由于在水下作业效率很低，在短时间内很难完成大量的逆止阀维修更换工作，如很难完成南水北调水渠中数十万个逆止阀的维修更换工作，严重威胁输水工程的安全。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的就是提供一种能够潜入水下完成渠底、渠坡以及库底、库塝上维修或更换逆止阀部件的水下作业机器人装备。
4.为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
5.一种水下作业机器人装备，包括能够潜入水底的带有行走轮的作业室，其特征在于：
6.在所述作业室底部设置有能够与地面密封接触的密封圈机构，在所述作业室的侧壁上设置能够将作业室内的水外排的排水机构，在所述的作业室内设置有能够拆除、安装或更换包括逆止阀在内工件作业的作业机构。
7.构成上述一种水下作业机器人装备的附加技术特征还包括：
8.1、所述的作业室为顶部敞口的作业筒体结构；
9.2、所述的作业室由作业筒体和设置于其上部的盖体结构构成，该盖体结构与所述作业筒体间密封连接形成密封室；
10.3、所述的行走轮通过其转轴对称设置于所述作业室的两侧部，并且能够上下方向进行升降调节；在所述行走轮的转轴上设置有与之能够差速转动的软体清扫机构；
11.4、所述作业室上的车轮为多轴多轮设置，即设置有多个其两端设置有行走轮的平行的轴；
12.5、所述的密封圈机构设置于所述作业室的底部或底部周圈；
13.6、所述的密封圈机构粘结于环形胶垫上，构成该胶垫的外环和内环分别在作业室的内、外侧；
14.7、在所述作业室底部周圈设置有2—6个密封圈辅助机构；
15.8、所述的密封圈辅助机构包括底部为平底、上部为囊体的吸附盘结构以及高压充放气机构，即该高压充放气机构能够实现吸附盘的真空吸气和高压充气；
16.9、构成所述吸附盘结构的平底为周圈为凸环、凸环内为若干个喇叭状结构的吸盘；
17.10、所述的高压充放气机构设置于作业室的侧部，并与所述的囊体通过控制机构和管路连通；
18.11、在构成所述的囊体中装有至少25——75%体积的水；
19.12、在所述密封室的内部和侧部分别设置有压力传感机构电连接的第二高压充放气机构，即该第二高压充放气机构通过所述压力传感机构能够实现对所述密封室内进行真空吸气和高压充气；
20.13、在所述行动轮上设置有划水桨叶片，能够推进机器人在水中行走；
21.14、所述的作业室设置有能够控制其吊起和下降的缆绳机构，该缆绳机构通过吊钩由设置于渠边马路上的汽车控制，即设置于汽车中的控制机构机构可以实现缆绳的起吊；同时通过所述汽车中的控制机构和数据传输机构实现对所述作业室的作业机构的作业控制。
22.本实用新型所提供的水下作业机器人装备与现有技术相比，具有以下优点：其一，由于构成该水下作业机器人装备的能够潜入水底的带有行走轮的作业室底部设置有能够与地面密封接触的密封圈机构和能够将作业室内的水外排的排水机构，可以大大方便作业人员或作业室内设置的作业机构实现渠底、库底或坡面上的逆止阀等工件的拆除、安装或操作作业，具有效率高的特点；其二，由于构成该水下作业机器人装备的作业室由作业筒体和设置于其上部的盖体结构构成，形成密封室结构，因此可以实现深水中渠底、库底或坡面上的包括逆止阀等工件的拆除、安装或操作作业；其三，由于构成作业机器人装备的行走轮为一对两个或两对四个对称设置于所述作业室的两侧部，并且在行走轮的轴上设置有与之能够差速转动的软体清扫机构，可以实现工作面上的淤积物的清除，创造平整的工作面，更便于实现作业室底部与底面间实现密封接触，便于作业室内水的排出；其四，由于在密封室内设置有压力传感机构，并与第二高压充放气机构连接，因此能够控制密封室内的气压压力与安装于混凝土板砖上通过逆止阀和混凝土板砖贯通后地下水的压力一致，为更换与地下水相通的逆止阀门提供了极大的方便。
附图说明
23.图1为本实用新型提供的一种水下作业机器人装备的结构示意图；
24.图2为图1所示水下作业机器人装备的俯视结构示意图；
25.图3为构成作业机器人装备作业室的第二种截面结构示意图；
26.图4为水下作业机器人装备作业室的结构示意图；
27.图5为图4的侧部结构示意图；
28.图6为构成吸附盘结构的结构示意图；
29.图7为吸附盘抽真空时的结构示意图；
30.图8为吸附盘充气时的结构示意图；
31.图9为能够真空吸气和高压充气的压力调整的作业室结构示意图；
32.图10为设置有牵引机构的水下机器人装备的结构示意图。
实施方式
33.下面结合附图对本实用新型所提供的一种水下作业机器人装备的结构和工作原理作进一步的详细说明。
34.如图1、2所示，为本实用新型所提供的一种水下作业机器人装备的结构示意图。构成该水下作业机器人的结构包括，能够潜入水底的带有两对四个对称设置有行走轮1a和1b的作业室2，在作业室底部设置有能够与渠底3密封接触的密封圈机构4，在作业室的侧壁上设置能够将作业室内的水外排的排水机构5，在作业室内设置有能够拆除、安装或更换固定于渠底上的包括逆止阀在内工件6作业的作业机构7；上述两对四个对称设置有行走轮1可以通过其调整机构11进行上下升降调整，便于作业室2能够蹲在渠底或库底上实现与作业面两者间密封接触。
35.上述水下作业机器人装备的工作原理为，通过动力机构控制行走轮进入水渠中直至作业处，将要维修更换的逆止阀等部件套进作业室中，通过调整机构将行走轮抬起，作业室周侧设置的密封圈机构蹲在渠底或库底作业面上密封接触，使作业室与水渠形成隔离状态，然后通过排水机构将作业室中的水排出，即可以通过作业机构7在作业室中顺利完成固定于渠底或库底上的包括逆止阀在内各种工件6的维修更换。
36.构成上述一种水下作业机器人装备的结构中：
37.1、无论如南水北调渠道还是水库，由于其长期运行，渠道混凝土板面上产生了不同程度的淤积，为了有利于作业室底部设置的密封圈机构4与作业面渠底库底3间的密封接触，则应当将需维修更换的逆止阀周围的渠底库底清理干净；如图2所示在上述两对四个行走轮1a和1b的轴12上设置有与之能够差速转动的软体清扫机构13；即行走轮行进时，其轴12形成的差速转轴带动软体清扫机构13（该软体清扫机构的转动速度最好是快于行进轮的转动速度）将渠底库底3上的淤泥石子清除干净，并形成平整光滑干净的工作面；
38.2、由于构成渠底库底为混凝土面板铺成，其承受压力有一定的限制，机器人在光滑平整的混凝土面板上作业，其自重，不能压碎、压毁混凝土面板，这就要求水下机器人的自身重量作用到混凝土面板的压强要合适，为了避免内部装有多种控制机构的作业室构成的机器人在作业时将混凝土面板压裂，其车轮1a、1b可以设定为多个平行轴的多轮（根据混凝土面板的承压能力设定）结构；
39.3、当沟渠、水库中的水面较浅（不超过1.0米）时，构成该水下机器人的作业室2可以为上部敞口的作业筒体结构，将敞口的作业室中水排出后即可方便的将其所围的渠底、库底作业面上的逆止阀门等工件6维修更换；
40.4、当沟渠、水库中的水面较深（超过1.0米）时，构成该水下机器人装备的作业室2（如图1所示）由作业筒体22和设置于其上部的盖体结构23构成，两者间密封连接形成密封室24。即同样由动力机构控制行走轮进入水渠中，由密封室构成的作业室周侧设置的密封圈机构与地面密封接触，使得作业室24与水渠形成隔离状态，然后通过排水机构5将作业室中的水排出，即可通过密封室中的作业机构7完成其所围的渠底、库底中的逆止阀门等工件6的维修更换；
41.5、实现作业室与渠底或库底形成密封接触的密封圈机构4既可以设置于作业室筒体22的底部（如图1所示）；也可以如图3所示设置于作业室筒体22底部的周圈，作业室的底部通过密封圈机构4与渠底或库底3之间密封接触，将作业室的内外隔离开，便于排水机构将作业室中的水排出；
42.6、对于空间较大的作业室，在潜入到渠底或库底时不仅要克服流水的冲力，还要克服因其容积增大所形成的浮力对作业室稳定性产生的影响，单靠在其底部设置密封圈机构4显然难于满足要求；如图4、5所示，在作业室2底部周圈设置（2—6个）最好是4个密封圈辅助机构8；该密封圈辅助机构的结构（如图6所示）由其底部为平底811、上部为囊体812的吸附盘结构81以及高压充放气机构构成；其中高压充放气机构由设置于作业室2的侧部并与囊体812通过控制机构813和管路814连通的高压气瓶815构成，即该高压充放气机构能够实现吸附盘机构81的真空吸气和高压充气。
43.其工作原理为，当作业室2蹲在需要更换维修的逆止阀工件6的渠底的混凝土砖面3上时，通过控制机构813由管路将构成吸附盘结构81的囊体812抽真空，在作业室2整体下沉的同时囊体812的平底底部则会出现中心凹起（如图7所示），使得吸附盘结构81会牢牢吸附在混凝土砖面3上，大大提高了作业室与混凝土砖面3间的吸附强度，提高了两者间的锚固力和稳定性。此时再启动排水机构5将作业室中的水排出，可以有效保证作业室内的作业空间。当作业室2完成逆止阀等工件的维修更换后，通过控制机构813由高压气瓶815通过管路向将构成吸附盘结构81的囊体812充气（如图8所示），使囊体812的平底底部向外凸起形成高压空气鼓嚢产生浮力，则可以有效解除吸附盘结构81与混凝土砖面3间的吸附，方便水下机器人转移到其他地方在进行逆止阀等工件的维修更换；当然还可以通过控制充入囊体812中高压空气的量使囊体812平底底部弹性膜片8112向囊体812内凹进，或向囊体812外凸起，能够实现水下机器人的下潜与上浮和悬停功能；当然在行动轮上（特别是在其周圈）设置有划水桨叶片1a1、1b1，能够推进机器人装备在水中行走倒退，更便于机器人的操作；
44.7、为了进一步提高吸附盘结构81的囊体812在抽真空后能够与混凝土砖面3的吸附力，构成吸附盘结构的平底811设置为如图6、7和8所示的周圈为凸环8111、凸环内为若干个喇叭状结构的弹性橡胶膜片构成的吸盘8112，在高压充放气机构对该囊体812抽真空时，在其周圈凸环8111与混凝土砖面3吸附时，其处于凸环内为若干个喇叭状结构的吸盘8112也与混凝土砖面3吸附，因此囊体812在变形较小的情况下会产生较大的吸附力。另外，在上述附盘结构81的囊体812中最好是充有25——75%体积的水813，可以有效减小抽真空时的变形，并能够增加构成作业室的重量；
45.8、如图9所示，密封室（作业室）2通过排水机构5排完水后，其室内空气压力，低于或高于与逆止阀连接的地下水系统9的压力（大概率的是低于地下水系统的压力），在拆卸或维修处于其中的混凝土板砖上的逆止阀工件6时，地下水会通过连接管61向外喷出，影响逆止阀整体以及零部件的维修更换。因此，在密封室（作业室）2内部设置压力传感机构25，在密封室（作业室）2侧部设置由第二高压空气瓶101与由充抽气开关102控制的管线103构成的第二高压充放气机构10，压力传感机构25与第二高压充放气机构10电连接，即该第二高压充放气机构通过压力传感机构25能够实现对密封室内进行真空吸气和高压充气的压力调整；即在维修拆卸逆止阀时，
46.当地下水向外喷出时，说明密封室（作业室）2内部的压力低于混凝土砖板下的地
下水系统的水压力，由压力传感机构25传输信号开启充抽气开关控制102将第二高压空气瓶101中的高压空气充入其中，直至与地下水系统的水压力达到平衡后，地下水会停止由连接管61向外喷，此时可以方便的实现逆止阀整体以及零部件的维修更换；
47.当密封室（作业室）2通过排水机构5排完水后，在更换维修逆止阀整体以及零部件时，很难将其取下，则混凝土砖板下的地下水系统的水压力低于密封室（作业室）2中的气压，也不方便更换维修作业；则由压力传感机构25传输信号开启充抽气开关控制102将密封室（作业室）2抽真空（即将密封室2中的空气抽入到第二高压空气瓶101中），直至与地下水系统的水压力达到平衡后，地下水会出现在连接管61中，此时可以方便的实现逆止阀整体以及零部件的维修更换；
48.在上述密封室（作业室）2的结构中，为了进一步提高在排水或/和向其中充气加压或抽气减压（抽真空）时其内外的隔离性能（进一步提高构成密封室的密封圈机构的密封性能），如图3、7所示构成作业室的密封圈机构4粘结在环形胶垫26上，构成该胶垫的内环261和外环262分别在作业室的内、外侧。即在向密封室（作业室）2中充气加压或抽气减压（抽真空）或将室内的水外排，当室内的压力高于其外部水压力时，则其构成胶垫的内环261则会贴附在室内的混凝与板面3上以阻止室内高压外泄；当室中的压力低于其外部水压力时，构成胶垫的外环262则会贴附在室外的混凝与板面3上阻止水流入室内，有效提高了密封圈机构的密封隔离性能；
49.由于整个输水工程的长度可以跨越若干地区（诸如南水北调中线工程则跨越了河南、河北和北京三省市），并且跨越不同的地质结构，因此很难搞清楚其地下水的水位，给输水工程的维护维修造成一定的困难。通过利用如图6所示的密封室（作业室）2更换维修逆止阀，作业室2内作业机构7 工作时逆止阀阀门打开；通过第二高压充放气机构调整作业室内压力，地下水通过排水管在逆止阀门口呈现不上升和不下降水平，在作业室2内压力传感机构25所显示的压力值等于混凝土砖板下地下水的水位压力值，逆止阀门口开启，作业机构7处于作业室2内的压力值和混凝土砖板地下水水位压力值相等的环境下，工作室内、外压力平衡是有压环境下作业机构工作的安全基础。可以实现探测记录到上述输水工程的不同阶段的地下水的水位数值，为输水工程的整体维修维护提供了数据基础；
50.9、由于设置于沟渠和库底的诸如逆止阀的配件需要维修更换，并且这些需要更换部件相距较远，为了加快机器人的陆地行走和转场工序进一步提高效率，如图10所示，构成该水下作业机器人的结构还包括设置于渠边道路c上的并能够实现转场的汽车机构d，在该汽车机构中还设置有控制机构d1、数据传输机构d2，该控制机构d1和数据传输机构d2与作业室2中的作业机构7、排水机构5、压力传感机构25和第二高压充放气机构10电连通，并能够控制这些机构进行操作作业，该汽车机构d与作业室2间设置有能够控制作业室2吊起和下降的缆绳机构e，即当构成水下作业机器人的作业室2完成操作后，通过将其吊起，实现转场。

技术特征：
1.一种水下作业机器人装备，包括能够潜入水底的带有行走轮的作业室，其特征在于：在所述作业室底部设置有能够与地面密封接触的密封圈机构，在所述作业室的侧壁上设置能够将作业室内的水外排的排水机构，在所述的作业室内设置有能够拆除、安装或更换包括逆止阀在内工件作业的作业机构。2.如权利要求1所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：所述的作业室为顶部敞口的作业筒体结构。3.如权利要求1所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：所述的作业室由作业筒体和设置于其上部的盖体结构构成，该盖体结构与所述作业筒体间密封连接形成密封室。4.如权利要求1所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：所述作业室上的车轮为多轴多轮设置，即设置有多个其两端设置有行走轮的平行的轴。5.如权利要求1所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：所述的行走轮通过其转轴对称设置于所述作业室的两侧部，并且能够上下方向进行升降调节；在所述行走轮的转轴上设置有与之能够差速转动的软体清扫机构。6.如权利要求1所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：所述的密封圈机构设置于所述作业室的底部或底部周圈。7.如权利要求1或6所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：所述的密封圈机构粘结于环形胶垫上，构成该胶垫的外环和内环分别在作业室的内、外侧。8.如权利要求1所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：在所述作业室底部周圈设置有2—6个密封圈辅助机构。9.如权利要求8所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：所述的密封圈辅助机构包括底部为平底、上部为囊体的吸附盘结构以及高压充放气机构，即该高压充放气机构能够实现吸附盘的真空吸气和高压充气。10.如权利要求9所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：构成所述吸附盘结构的平底为周圈为凸环、凸环内为若干个喇叭状结构的吸盘。11.如权利要求9所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：所述的高压充放气机构设置于作业室的侧部，并与所述的囊体通过控制机构和管路连通。12.如权利要求9或11所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：在构成所述的囊体中装有至少25——75%体积的水。13.如权利要求3所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：在所述密封室的内部和侧部分别设置有压力传感机构电连接的第二高压充放气机构，即该第二高压充放气机构通过所述压力传感机构能够实现对所述密封室内进行真空吸气和高压充气。14.如权利要求1所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：在所述行动轮上设置有划水桨叶片，能够推进机器人在水中行走。15.如权利要求1所述的一种水下作业机器人装备，其特征在于：所述的作业室设置有能够控制其吊起和下降的缆绳机构，该缆绳机构通过吊钩由设置于渠边马路上的汽车控制，即设置于汽车中的控制机构机构可以实现缆绳的起吊；同时通过所述汽车中的控制机构和数据传输机构实现对所述作业室的作业机构的作业控制。

技术总结
本实用新型属于机器人技术领域，具体的讲公开了一种尤其适用于生长有苔藓或淤积有泥沙的沟渠渠底、水库库底以及其坡面上作业水下作业机器人装备。构成该水下作业机器人装备的技术方案包括：能够潜入水底的带有行走轮的作业室，在作业室底部设置有能够与地面密封接触的密封圈机构，在作业室的侧壁上设置能够将作业室内的水外排的排水机构，在作业室内设置有能够拆除、安装或更换包括逆止阀在内工件作业的作业机构。该机器人装备能够潜入水下完成渠底、渠坡以及库底、库塝上维修或更换逆止阀部件，并且具有安全和效率高的特点。并且具有安全和效率高的特点。并且具有安全和效率高的特点。


技术研发人员：于沭 高武刚 苏安双 温彦锋 胡靖宇 高士军 王玉杰 赵宝印 王淼 刘亚柯 郝建伟 段路路 孙和强 尹鹏海 李乐 王浩 吕子钰 王培翰 李斌 陈永胜 李颖哲 冯党 吴庚 朱永涛 刘鹏义 高兴 张娜 高小松
受保护的技术使用者：中国水利水电科学研究院
技术研发日：2023.03.18
技术公布日：2023/7/20