[发明专利]用于修复排水管道变形塌陷的非开挖装置及其修复方法

权利要求书

1.一种用于修复排水管道变形塌陷的非开挖装置，其包括树脂板、顶板、多节伸缩筒、电机和调姿底座组件，其特征在于，

所述树脂板和所述顶板的第一端连接，所述顶板的第二端和力传感器的第一端连接，所述力传感器的第二端和所述多节伸缩筒的第一端连接，所述多节伸缩筒的第二端和外齿回转支承体的外圈的第一端连接，加热电阻丝均匀分布在所述树脂板和所述顶板之间；

所述电机的外壳和电机支架的第一端固定连接，所述电机的输出轴通过联轴器和主动齿轮轴的第一端连接，所述主动齿轮轴的第二端和主动齿轮的圆台固定连接，所述主动齿轮的圆柱齿轮和所述外齿回转支承体的外圈的第二端啮合，所述外齿回转支承体的内圈与主安装板上部的第一端固定连接，电机支架与主安装板上部的第二端固定连接，两自由度摄像头和主安装板上部的第三端固定连接；

所述调姿底座组件对称分布在所述主安装板下部的两侧，所述调姿底座组件包括限位销、卡板、滑槽、支座和橡胶块，所述滑槽和所述支座的两侧分别设有凹槽，所述限位销位于所述凹槽内，所述卡板和所述支座中具有凹槽的一侧固定连接，所述滑槽的第一端和所述主安装板的下部固定连接，所述支座的第一端通过限位销和所述滑槽的第二端固定连接，所述支座的第二端和所述橡胶块固定连接。

2.根据权利要求1所述的用于修复排水管道变形塌陷的非开挖装置，其特征在于，所述顶板、所述力传感器、所述多节伸缩筒和所述外齿回转支承体的轴线设置在同一条直线上。

3.根据权利要求1所述的用于修复排水管道变形塌陷的非开挖装置，其特征在于，所述电机、所述电机支架、所述主动齿轮、所述主动齿轮轴和所述联轴器的轴线设置在同一条直线上。

4.根据权利要求1所述的用于修复排水管道变形塌陷的非开挖装置，其特征在于，所述调姿底座组件的数量为2个，所述调姿底座组件关于所述主安装板的竖直对称面对称分布，所述两自由度摄像头的轴线位于所述主安装板的竖直对称面上。

5.根据权利要求1或者4所述的用于修复排水管道变形塌陷的非开挖装置，其特征在于，在所述调姿底座组件中，所述限位销、所述卡板和所述滑槽的数量为2个，所述支座的数量为1个，所述限位销、所述卡板和所述滑槽分别关于所述支座的中心面对称分布在所述支座的两侧。

6.根据权利要求1所述的用于修复排水管道变形塌陷的非开挖装置，其特征在于，所述主动齿轮的一侧设有圆台，所述圆台的两侧对称设有螺纹孔，所述主动齿轮轴的一侧设有轴肩，所述主动齿轮轴通过紧固螺钉和所述主动齿轮固定连接。

7.根据权利要求1所述的用于修复排水管道变形塌陷的非开挖装置，其特征在于，所述树脂板为玻璃纤维树脂片。

8.一种根据权利要求1-7之一所述的用于修复排水管道变形塌陷的非开挖装置的修复方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、进行非开挖变形修复准备工作：根据待修复管道的直径，调整调姿底座组件中的支座至滑槽对应的位置，将处于收缩状态的非开挖装置放入待修复管道，并送入待修复管道发生变形塌陷的位置；

S2、调节两自由度摄像头视野范围：通过控制系统调节两自由度摄像头转动至管壁正上方，监控待修复管壁上方的视野；

S3、启动多节伸缩筒将树脂板顶到管壁上方：通过电机带动主动齿轮，进而带动外齿回转支承体启动非开挖装置中的多节伸缩筒，当树脂板顶到待修复管道的管壁上方时，由位于多节伸缩筒上部的力传感器开始反馈压力信号，并继续将树脂板向上顶出；

S4、采用单目视觉定位算法和圆拟合算法获取管壁上方的待顶出差值，具体包括以下步骤：

S41、通过两自由度摄像头拍摄获取的管壁上方帧流，基于单目视觉定位算法获取每帧中管壁上方的三维坐标，建立管壁上方局部范围的三维曲面，具体表达式如下：

S_up＝[x,y,z](1)

其中，S_up表示三维曲面的坐标集；x、y、z表示单目视觉定位算法获得的各点在x、y、z方向上的坐标值矩阵，x方向为管壁轴向方向，z方向为竖直向上，y方向满足右手定则；

S42、基于圆拟合算法和获取的管壁上方局部范围的三维曲面坐标集，拟合得到管壁修复后应有的三维曲面坐标集，具体表达式如下：

S_n＝[x_n,y_n,z_n](2)

其中，S_n表示拟合得到的三维曲面的坐标集；x_n、y_n、z_n表示拟合得到的三维曲面上各点在x、y、z方向上的坐标值矩阵；

S43、计算修复后应有的三维曲面与管壁上方局部范围的三维曲面的最大高度差，并将其作为待顶出差值Λh，具体表达式如下：

Λh＝max(z_n-z)(3)

其中，z_n表示拟合得到的三维曲面上各点在z方向上的坐标值矩阵，z表示单目视觉定位算法获得的各点在z方向上的坐标值矩阵；

S5、若待顶出差值小于一定值h₀或压力超过一定值F₀，则制动多节伸缩筒并执行步骤S6，否则重复步骤S4；

S6、加热固化树脂板：启动位于顶板和树脂板的加热电阻丝，对树脂板进行加热，加热到直至树脂板固化，停止加热；

S7、分段支撑待修复管道的变形塌陷位置：将多节伸缩筒从工作状态恢复至初始状态，并将非开挖装置从待修复管道撤出，再次在顶板的上部安装树脂板，将非开挖装置送入步骤S6修复好的管段的后面待修复的位置处，重复步骤S2-S6，分段支撑待修复管道的变形塌陷位置，直至将整个连续变形塌陷的管段撑起；

S8、整圈修复巩固管段：在步骤S7的基础上，利用局部紫外光固化修复设备对步骤S7撑起的管段进行整圈修复。