[发明专利]一种输水隧洞水下检测与处置机器人及其使用方法

说明书

本发明公开了一种输水隧洞水下检测与处置机器人，包括机身本体和控制系统，机身本体内设有可伸缩收纳和可伸展至机身本体外部的作业仓，作业仓内至少包括仓内照明模块、仓内双目立体视觉模块和作业工具库，作业工具库呈圆形回转设计，通过水下机械臂可选择性的夹持作业工具库中的工具；还包括动力系统、前视检测导航模块、中部测距模块，实现机身本体的移动、位置导航与测量；机身本体上方中部设有液压杆、机身本体尾部设有脐带缆，机身本体下表面呈弧形，与隧洞壁面紧密贴合，利用收缩作业仓形成局部封闭作业空间，将高速浑浊水流隔开，同时作业工具库中设有大量工具，具有不停水稳定检测和处置作业功能，可用于输水隧洞的巡检运维。

技术领域

本发明涉及水下机器人检测及处置技术领域，具体公开了一种输水隧洞水下检测与处置机器人及其使用方法。

背景技术

由于我国水资源地理分布不均匀，存在南多北少的情况，因此调水输水工程，城市引水工程日益增加。在大范围的跨流域的引水工程中，输水建筑物大多采用输水隧洞的形式，穿过山脉引水。输水隧洞建成运行后，水流的长期冲刷会造成洞内结构破损，地震、地质、洪涝等自然灾害也会带来更严重的破坏，需要定期检测与维护。

由于隧洞内部常年存在高流速水流，现有的检测处置方法主要采用停水排空人工检测处置、或者人员潜水检测处置或水下机器人检测：停水检测处置成本较高，对人民生活生产影响巨大，非严重破损和特殊情况，不会采用；人工潜水检测与处置，由于水下环境的不确定性，考虑到潜水员的安全，一般潜水作业时间较短，作业长度有限，常仅对隧洞的入口出口检测与处置，覆盖范围有限，因而就延伸出了兼具安全性和稳定性的水下机器人。水下机器人可长时间长距离的工作，但是目前输水隧洞水下机器人基本以检测为主，且输水隧洞在运行时，水流速度可达到2米每秒以上，在此高流速下，现有机器人不具备处置能力，难以同时满足输水隧洞的不停水检测与处置。以引汉济渭工程中秦岭输水隧洞为例，全长98.3公里，设计流量70立方米每秒，过水平均流速约2.3米每秒，使用常规检测修复方法，需要断水抽干检测修复，视情况需要数周数月时间，对供水城市影响较大。目前尚无有效的水下无人修复办法，只能靠潜水员人工修复，作业时间和效率有限制，满足不了实际需求。

以现有国内“深之蓝”公司的南水北调长隧洞水下机器人为例，其于2020年5月完成验收，为有缆线控机器人，最长检测距离6千米，装备机械手和清洗刷，可完成清除障碍和清洗任务，适应水下作业流速为0.1米每秒。但是却存在以下缺点：1.其不具备水下破损修复功能；2.其不具备水下2米每秒以上高流速作业能力；3.其不具备浑浊水环境下检测和修复作业能力；4.不具备无缆自主检测能力。

以现有实际工程案例为例，四川省雅砻江锦屏二级水电站引水隧洞全长约16.7km，2019年12月13日至2019年12月16日，中国电建集团使用了两台水下机器人，（一台为中船重工定制改进型 ARV，另一台为美国 DOE L5 定制改进型 ROV 水下无人潜航器）对锦屏二级电站1号引水隧洞末端完成了检查，检测距离2千米。其检测时为静水状态，检测出混凝土掉块、开裂和横向钢筋露出等破损现象，但是机器人不具备修复能力，所以未修复。因而该工程中机器人也存在不少问题，如问题1.其不具备水下破损修复能力；2.其不具备水下2米每秒以上高流速作业能力；3.其不具备浑浊水环境下检测和修复功能。

综上所述，输水隧洞停水排空检测与处置代价大，人工检测与处置范围有限，目前输水隧洞水下机器人又多以检测为主，因此需要一种可在浑浊水环境下，同时兼具检测与处置的输水隧洞水下机器人，且具备水下2米每秒以上高流速作业能力。

发明内容