一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人的制作方法

1.本发明涉及一种渗漏点检测用超声机器人，属于水利工程设备技术领域。


背景技术：

2.水库大坝渗漏是水库大坝常见的病险之一，渗漏一般有：坝体渗漏,浸润线从坝坡逸出；下游坝面出现集中渗漏；坝体裂缝渗漏；坝后地面渗漏；坝基渗漏及防渗设施的非正常渗漏。接触部位渗漏、接触面渗漏是水库大坝比较普遍现象，由于清基不好而造成水库大坝接触部位的渗漏的水库大坝几乎占有95％以上。水库大坝长期的坡面渗水，将使坝面形成许多冲沟而破坏坝面的完整性，严重时有可能导致滑坡。而集中渗水的发展对土体的破坏非常快，应予足够的重视。水库大坝地基可分为岩基和土基两大类。岩基渗水通道主要有断层裂隙和喀斯特管道，其中填充物可被渗水冲蚀而扩大渗水通道造成危害。土基可分为单层结构、双层结构和多层结构等类型。坝基出现异常渗水的主要原因有：坝基缺少防渗和反滤排水设施,原有防渗或反滤设施设置不当或因施工质量差已部分失效，从而使坝基发生管涌和流土等渗透破坏；或水库通过坝基大量渗水。不同类型坝基的渗透破坏也不相同。由均质砂土组成的单层结构坝基，渗透破坏多表现为临近坝趾或坝趾下游地基表面大面积翻水带砂，然后逐渐扩大到地基中形成集中渗水通道。双层结构坝基的渗透破坏随水头变化而异，水头较低时，可能会在下游局部地方出现泉眼，渗出清水，当水头增大到一定程度时下游地面产生隆起；水头继续增大，坝基表土被渗水顶穿，引起大量冒水翻砂。多层结构坝基异常渗水的特征决定于地基表层弱透水层的渗透系数、位置及其是否连续，若相邻两层的渗透系数相差小于5至10倍，则渗透破坏表现类似单层结构地基，否则类似多层结构地基。
3.超声波检测能够及时发现坝体的渗漏点，目前，超声波检测坝体渗漏点主要是通过人工将超声检测设备投放至水下，对坝体进行定向检测，这种方法可控性较差，超声检测设备在水下难以保持稳定的位姿，致使检测面积有遗漏，难以达到全面检测的效果。


技术实现要素：

4.本发明为解决现有超声波检测坝体渗漏点的方法可控性较差，超声检测设备在水下难以保持稳定的位姿，致使检测面积有遗漏的问题，进而提出一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人。
5.本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括潜水器主体、可调节重心系统、底部水箱、摄像头、超声探头、透明防护罩和机械臂组件；透明防护罩设置在潜水器主体的前端，摄像头设置在透明防护罩内，所述可调节重心系统安装在潜水器主体内的中部，底部水箱安装在潜水器主体的底部，超声探头通过所述机械臂组件安装在潜水器主体前端的底部。
6.进一步的，所述可调节重心系统包括前立板、后立板、前后平移组件和两个配重组件；前立板固定安装在潜水器主体内的前端，且前立板的板面与潜水器主体的内底面垂直，
后立板固定安装在潜水器主体内的后端，且后立板的板面与潜水器主体的内底面垂直，所述前后平移组件安装在前立板与后立板之间，两个所述配重组件安装在所述前后平移组件上。
7.进一步的，所述前后平移组件包括丝杠电机、丝杠、螺母、轴承座、电机架和定位轴承；丝杠电机通过电机架固定安装在后立板的外侧面上，定位轴承的外圈固定嵌装在后立板上的通孔内，定位轴承的内圈同轴固定套装在丝杠电机的电机轴上，丝杠设置在前立板与后立板之间，且丝杠的轴线与前立板的板面垂直，丝杠的前端通过轴承座与前立板的内侧面转动连接，丝杠的后端与丝杠电机的电机轴同轴固定连接，螺母套装在丝杠上，两个所述配重组件上下对称设置在螺母的上方和下方，且每个所述配重组件与螺母固定连接。
8.进一步的，所述前后平移组件还包括两个导向杆；两个导向杆上下对称设置在丝杠的上方和下方，导向杆的前端与前立板的内侧面固定连接，导向杆的后端与后立板的内侧面固定连接，所述配重组件与导向杆滑动连接。
9.进一步的，所述配重组件包括配重框和多个铅棒，配重框与螺母固定连接，多个铅棒设置在配重框内，每个铅棒的两端分别与配重框的两个侧板可拆卸连接，配重框与导向杆滑动连接。
10.进一步的，所述机械臂组件包括主机械臂、延伸机械臂、水平旋转电机、第一关节电机、第二关节电机、底座和关节外壳；底座固定安装在潜水器主体前端的底部，水平旋转电机固定安装在底座内，水平旋转电机的电机轴与关节外壳固定连接，第一关节电机固定安装在关节外壳内，第一关节电机的电机轴与主机械臂的末端固定连接，第二关节电机固定安装在主机械臂的前端内，第二关节电机的电机轴与延伸机械臂的末端固定连接，超声探头固定安装在延伸机械臂的前端内，第一关节电机的电机轴的轴线与第二关节电机的电机轴的轴线平行。
11.进一步的，本发明还包括两个副水箱；两个副水箱并排固定安装在潜水器主体的底部，副水箱是圆柱形罐体，副水箱的轴线与潜水器主体沿长度方向的中心线平行，副水箱内设有水泵，所述水泵的进水口与副水箱的进水口连接，所述水泵的出水口与副水箱的出水口连接。
12.进一步的，透明防护罩由内层透明罩和外层透明罩组成，内层透明玻璃罩固定安装在潜水器主体的前端，外层透明罩套装在内层透明玻璃罩上，内层透明罩和外层透明罩均是透明石英制作的。
13.进一步的，本发明还包括电控水泵；电控水泵固定安装在底部水箱内，电控水泵的进水口与底部水箱的进水口连接，且底部水箱的进水口位于底部水箱的底部，电控水泵的出水口与底部水箱的出水口连接，且底部水箱的出水口位于底部水箱的底部。
14.进一步的，本发明还包括辅助动力电机；辅助动力电机固定安装在潜水器主体底面的中部，辅助动力电机的电机轴上固定套装有螺旋桨。
15.本发明的有益效果是：
16.1、本发明采用操控性较好的远距离遥控潜水器作为载体，将超声检测设备投放至水下，潜水器主体能够在水下保持稳定姿态，使超声检测设备能够在水下稳定工作；
17.2、本发明的超声探头安装在机械臂组件上，机械臂组件能够进行旋转、折叠、延伸等动作，使超声探头能够精准朝向水库大坝任意位置，保证超声探头不会出现检测面积不
全的现象，避免遗漏监测点；
18.3、本发明的潜水器主体内设有可调节重心系统，可调节重心系统的配重组件能够在前后平移组件的带动下在潜水器主体内前后移动，以此调节潜水器主体在水中的姿态；
19.4、本发明可操控性好，超声检测设备在水下姿态稳定，检测覆盖面广，没有遗漏点，检测精度高。
附图说明
20.图1是本发明的主剖视图；
21.图2是本发明的俯视图；
22.图3是底部水箱的结构示意图。
具体实施方式
23.具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人包括潜水器主体1、可调节重心系统、底部水箱2、摄像头3、超声探头4、透明防护罩5和机械臂组件；透明防护罩5设置在潜水器主体1的前端，摄像头3设置在透明防护罩5内，所述可调节重心系统安装在潜水器主体1内的中部，底部水箱2安装在潜水器主体1的底部，超声探头4通过所述机械臂组件安装在潜水器主体1前端的底部。
24.具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人的所述可调节重心系统包括前立板6、后立板7、前后平移组件和两个配重组件；前立板6固定安装在潜水器主体1内的前端，且前立板6的板面与潜水器主体1的内底面垂直，后立板7固定安装在潜水器主体1内的后端，且后立板7的板面与潜水器主体1的内底面垂直，所述前后平移组件安装在前立板6与后立板7之间，两个所述配重组件安装在所述前后平移组件上。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
25.具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人的所述前后平移组件包括丝杠电机8、丝杠9、螺母10、轴承座11、电机架12和定位轴承13；丝杠电机8通过电机架12固定安装在后立板7的外侧面上，定位轴承13的外圈固定嵌装在后立板7上的通孔内，定位轴承13的内圈同轴固定套装在丝杠电机8的电机轴上，丝杠9设置在前立板6与后立板7之间，且丝杠9的轴线与前立板6的板面垂直，丝杠9的前端通过轴承座11与前立板6的内侧面转动连接，丝杠9的后端与丝杠电机8的电机轴同轴固定连接，螺母10套装在丝杠9上，两个所述配重组件上下对称设置在螺母10的上方和下方，且每个所述配重组件与螺母10固定连接。
26.丝杠电机8带动丝杠9转动，丝杠9驱动螺母10沿丝杠9直线往复移动，螺母10带动两个配重组件前后移动；采用丝杠螺母的形式带动配重组件移动，使配重组件移动更加平稳，避免移动过程中震动过大，影响整个潜水器主体的平衡。
27.其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
28.具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人的所述前后平移组件还包括两个导向杆16；两个导向杆16上下对称设置在丝杠9的上方和下方，导向杆16的前端与前立板6的内侧面固定连接，导向杆16的后端与后立板7的内侧面固定连接，所述配重组件与导向杆16滑动连接。其它组成及连
接关系与具体实施方式三相同。
29.具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人的所述配重组件包括配重框14和多个铅棒15，配重框14与螺母10固定连接，多个铅棒15设置在配重框14内，每个铅棒15的两端分别与配重框14的两个侧板可拆卸连接，配重框15与导向杆16滑动连接。
30.如此设置，可以根据实际需要随时调整铅棒15的数量。
31.其它组成及连接关系与具体实施方式三或四相同。
32.具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人的所述机械臂组件包括主机械臂17、延伸机械臂18、水平旋转电机19、第一关节电机20、第二关节电机22、底座23和关节外壳24；底座23固定安装在潜水器主体1前端的底部，水平旋转电机19固定安装在底座23内，水平旋转电机19的电机轴与关节外壳24固定连接，第一关节电机20固定安装在关节外壳24内，第一关节电机20的电机轴与主机械臂17的末端固定连接，第二关节电机22固定安装在主机械臂17的前端内，第二关节电机22的电机轴与延伸机械臂18的末端固定连接，超声探头4固定安装在延伸机械臂18的前端内，第一关节电机20的电机轴的轴线与第二关节电机22的电机轴的轴线平行。
33.水平旋转电机19带动主机械臂17在水平方向进行360度旋转，第一关节电机20带动主机械臂17前后摆动，第二关节电机22带动延伸机械臂18前后摆动；初始状态时，主机械臂17向后摆动处于水平状态，延伸机械臂18向前摆动处于水平状态，此时，主机械臂17和延伸机械臂18处于折叠状态；当需要使超声探头4向外延伸一段距离时，主机械臂17向前摆动将延伸机械臂18向前伸出，达到超声探头4向前延伸的目的。
34.其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
35.具体实施方式七：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人还包括两个副水箱25；两个副水箱25并排固定安装在潜水器主体1的底部，副水箱25是圆柱形罐体，副水箱25的轴线与潜水器主体1沿长度方向的中心线平行，副水箱25内设有水泵，所述水泵的进水口与副水箱25的进水口连接，所述水泵的出水口与副水箱25的出水口连接。
36.副水箱25用于辅助潜水器主体1在水下保持稳定状态，当两个副水箱25内充满水后，两个副水箱25和底部水箱2形成三条平衡的重心条，使潜水器主体1的底部保持三个重力点的稳定状态。
37.其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
38.具体实施方式八：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人的透明防护罩5由内层透明罩501和外层透明罩502组成，内层透明玻璃罩501固定安装在潜水器主体1的前端，外层透明罩502套装在内层透明玻璃罩501上，内层透明罩501和外层透明罩502均是透明石英制作的。
39.内层透明罩501和外层透明罩502的配合使用，可确保潜水器主体1在水下时不会产生雾气，保证摄像头3在水下摄像的清晰度。
40.其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
41.具体实施方式九：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人还包括电控水泵26；电控水泵26固定安装在底部水箱2内，电
控水泵26的进水口与底部水箱2的进水口连接，且底部水箱2的进水口位于底部水箱2的底部，电控水泵26的出水口与底部水箱2的出水口连接，且底部水箱2的出水口位于底部水箱2的底部。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
42.具体实施方式十：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人还包括辅助动力电机17；辅助动力电机17固定安装在潜水器主体1底面的中部，辅助动力电机17的电机轴上固定套装有螺旋桨。
43.辅助动力电机17增加潜水器主体1上升和下降的动力，使潜水器主体1在水中能够进行快速升降。
44.其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
45.工作原理
46.使用时，将潜水器主体1投放进水库的水中，并将超声探头4与计算机连接，操控潜水器主体1下潜至所需深度，通过摄像头3观察水下状况，通过机械臂组件调整超声探头4在水下的朝向，超声探头4向指定方向的坝体发射超声波并接收超声波的反射波，然后将探测的超声波信号反馈给计算机进行分析，判断坝体是否出现渗漏点。
47.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人，其特征在于：所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人包括潜水器主体(1)、可调节重心系统、底部水箱(2)、摄像头(3)、超声探头(4)、透明防护罩(5)和机械臂组件；透明防护罩(5)设置在潜水器主体(1)的前端，摄像头(3)设置在透明防护罩(5)内，所述可调节重心系统安装在潜水器主体(1)内的中部，底部水箱(2)安装在潜水器主体(1)的底部，超声探头(4)通过所述机械臂组件安装在潜水器主体(1)前端的底部。2.根据权利要求1所述的一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人，其特征在于：所述可调节重心系统包括前立板(6)、后立板(7)、前后平移组件和两个配重组件；前立板(6)固定安装在潜水器主体(1)内的前端，且前立板(6)的板面与潜水器主体(1)的内底面垂直，后立板(7)固定安装在潜水器主体(1)内的后端，且后立板(7)的板面与潜水器主体(1)的内底面垂直，所述前后平移组件安装在前立板(6)与后立板(7)之间，两个所述配重组件安装在所述前后平移组件上。3.根据权利要求1所述的一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人，其特征在于：所述前后平移组件包括丝杠电机(8)、丝杠(9)、螺母(10)、轴承座(11)、电机架(12)和定位轴承(13)；丝杠电机(8)通过电机架(12)固定安装在后立板(7)的外侧面上，定位轴承(13)的外圈固定嵌装在后立板(7)上的通孔内，定位轴承(13)的内圈同轴固定套装在丝杠电机(8)的电机轴上，丝杠(9)设置在前立板(6)与后立板(7)之间，且丝杠(9)的轴线与前立板(6)的板面垂直，丝杠(9)的前端通过轴承座(11)与前立板(6)的内侧面转动连接，丝杠(9)的后端与丝杠电机(8)的电机轴同轴固定连接，螺母(10)套装在丝杠(9)上，两个所述配重组件上下对称设置在螺母(10)的上方和下方，且每个所述配重组件与螺母(10)固定连接。4.根据权利要求3所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人，其特征在于：所述前后平移组件还包括两个导向杆(16)；两个导向杆(16)上下对称设置在丝杠(9)的上方和下方，导向杆(16)的前端与前立板(6)的内侧面固定连接，导向杆(16)的后端与后立板(7)的内侧面固定连接，所述配重组件与导向杆(16)滑动连接。5.根据权利要求3或4所述的一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人，其特征在于：所述配重组件包括配重框(14)和多个铅棒(15)，配重框(14)与螺母(10)固定连接，多个铅棒(15)设置在配重框(14)内，每个铅棒(15)的两端分别与配重框(14)的两个侧板可拆卸连接，配重框(15)与导向杆(16)滑动连接。6.根据权利要求1所述的一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人，其特征在于：所述机械臂组件包括主机械臂(17)、延伸机械臂(18)、水平旋转电机(19)、第一关节电机(20)、第二关节电机(22)、底座(23)和关节外壳(24)；底座(23)固定安装在潜水器主体(1)前端的底部，水平旋转电机(19)固定安装在底座(23)内，水平旋转电机(19)的电机轴与关节外壳(24)固定连接，第一关节电机(20)固定安装在关节外壳(24)内，第一关节电机(20)的电机轴与主机械臂(17)的末端固定连接，第二关节电机(22)固定安装在主机械臂(17)的前端内，第二关节电机(22)的电机轴与延伸机械臂(18)的末端固定连接，超声探头(4)固定安装在延伸机械臂(18)的前端内，第一关节电机(20)的电机轴的轴线与第二关节电机(22)的电机轴的轴线平行。7.根据权利要求1所述的一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人，其特征在于：所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人还包括两个副水箱(25)；两个副水箱(25)并
排固定安装在潜水器主体(1)的底部，副水箱(25)是圆柱形罐体，副水箱(25)的轴线与潜水器主体(1)沿长度方向的中心线平行，副水箱(25)内设有水泵，所述水泵的进水口与副水箱(25)的进水口连接，所述水泵的出水口与副水箱(25)的出水口连接。8.根据权利要求1所述的一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人，其特征在于：透明防护罩(5)由内层透明罩(501)和外层透明罩(502)组成，内层透明玻璃罩(501)固定安装在潜水器主体(1)的前端，外层透明罩(502)套装在内层透明玻璃罩(501)上，内层透明罩(501)和外层透明罩(502)均是透明石英制作的。9.根据权利要求1所述的一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人，其特征在于：所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人还包括电控水泵(26)；电控水泵(26)固定安装在底部水箱(2)内，电控水泵(26)的进水口与底部水箱(2)的进水口连接，且底部水箱(2)的进水口位于底部水箱(2)的底部，电控水泵(26)的出水口与底部水箱(2)的出水口连接，且底部水箱(2)的出水口位于底部水箱(2)的底部。10.根据权利要求1所述的一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人，其特征在于：所述一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人还包括辅助动力电机(17)；辅助动力电机(17)固定安装在潜水器主体(1)底面的中部，辅助动力电机(17)的电机轴上固定套装有螺旋桨。

技术总结
一种水库大坝水下渗漏点检测用超声机器人，它涉及一种渗漏点检测用超声机器人。本发明为了解决现有超声波检测坝体渗漏点的方法可控性较差，超声检测设备在水下难以保持稳定的位姿，致使检测面积有遗漏的问题。本发明包括潜水器主体、可调节重心系统、底部水箱、摄像头、超声探头、透明防护罩和机械臂组件；透明防护罩设置在潜水器主体的前端，摄像头设置在透明防护罩内，所述可调节重心系统安装在潜水器主体内的中部，底部水箱安装在潜水器主体的底部，超声探头通过所述机械臂组件安装在潜水器主体前端的底部。本发明属于水利工程设备技术领域。领域。领域。


技术研发人员：刘强 薛阳 程武伟 占晓明 刘西军 张圣
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.01.04
技术公布日：2023/5/4