專利名稱：大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法和監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及巖土工程安全監(jiān)測技術領域，具體而言涉及一種大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法和監(jiān)測系統(tǒng)，適于對大壩內(nèi)部的垂直位移和水平位移變形進行監(jiān)測。
背景技術：
水庫大壩內(nèi)部變形是指壩體內(nèi)部的垂直沉降和水平位移，這種變形超過正常范圍時，直接影響大壩的安全性，甚至造成大壩毀損。根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》SL551-2012(以下簡稱《規(guī)范》)，在壩體內(nèi)部選擇變形監(jiān)測斷面，布置觀測儀器進行監(jiān)測。目前國內(nèi)外面板堆石壩內(nèi)部變形監(jiān)測通常采用“水管式”沉降計測量垂直變形，和采用“引張線式”位移計測量水平變形方法。這兩種方法是在大壩填筑到設計規(guī)定的監(jiān)測高程時，預先在大壩內(nèi)部從上游到下游設置一條垂直于壩軸線的監(jiān)測管道，在這條管路中同時安裝埋設“水管式”沉降計和“引張線式”測量計，具體工作原理和測量方法簡述如下。(I) “水管式”沉降測量方法(參見圖1a)
水管式沉降測量方法是基于“連通管”原理。其中:100為連通水管，101為刻度尺，102為測量管，103為沉降測頭，連通管的一端位于被測位置(隨壩體沉降)，另一端位于觀測房(基準端)，測量時將連通管內(nèi)充滿液體(水)直至被測端溢流，此時觀測房內(nèi)水管水位與被測點在同一水平位置，只要測量觀測房內(nèi)水管水位，即可換算出被測點位置高程。(2) “引張線式”水平位移測量方法(參見圖1b)
引張線式水平位移計是由受張拉的銦瓦合金鋼絲構成的機械式測量水平位移的裝置，銦瓦合金鋼絲是一種變形很小的材料，直徑2mm左右，鋼絲牽引系統(tǒng)的保護管直徑在200mm左右，管路越長、測點越、多鋼絲越多，保護管直徑增大。如圖1b所示，其中200為水平位移測點，201為伸縮管頭，202為保護管，203為平衡錘，204為卡尺，205為導向輪，206為銦瓦鋼絲。壩體水平位移測點(隨壩體水平位移)通過一個裝置與保護管內(nèi)鋼絲的一端連接，鋼絲另一端位于觀測房，觀測房一端作為基準點。測量時采用固定重量的砝碼給鋼絲施加恒定張力，測點的水平位移通過這根鋼絲傳遞到觀測房，使用游標卡尺或位移計測量鋼絲的位移，即可換算出測點位置的水平位移。一條測量管路可以布置多個測點，《規(guī)范》規(guī)定測量管路上每隔2(T40m布置一個測點，每一個測點包括了 “沉降”和“水平”兩個測頭。測量管路長度在20(T300m范圍之內(nèi)，測量精度基本可以滿足規(guī)范要求。然而目前使用的水管式沉降計和引張線位移計所采用的是一種“間接測量”方式，將將大壩內(nèi)部的變形通過一定方式(水管或引張線)傳遞到大壩外部的觀測房進行測量。對于壩高200m測量、管路長度超過300m時，由于管線太長使得儀器的靈敏度降低，誤差大大增加。(I)對于水管式沉降計，超過300m長的水管由于管壁阻力加大、水管中液體夾有氣體，使得液體流動滯后、加水后水位平衡困難、測量等待時間長，誤差增大。
(2)對于引張線位移計，線路太長，需選用粗直徑鋼絲，鋼絲自重增加、引導裝置增力口、位移傳遞阻力增大、誤差增大。不能無限制增加鋼絲張力，任何一條鋼絲斷裂、纏繞，可以影響到管路中其他引張線的測量工作。另外，一條管路中引張線鋼絲超過10根以后，這種機械結構十分復雜，現(xiàn)場安裝非常困難，觀測房測量裝置同樣很龐大、復雜。近來我國面板堆石壩建設水平有了很大提高，隨著西部水電開發(fā)進程的加快，開展了 300m高級面板堆石壩筑壩技術和大壩安全監(jiān)測技術研究。這種超高大壩的底部橫斷面長度超過800m，對于壩體內(nèi)部800m —條測量管路上需要布置幾十個測點，顯然無法沿用傳統(tǒng)的水管式沉降計和引張線位移計方法監(jiān)測壩體內(nèi)部變形。針對這種超長的測量范圍，國內(nèi)外目前尚無有效的監(jiān)測手段和方法，急需開發(fā)研制監(jiān)測壩體內(nèi)部變形的新型測量儀器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法和監(jiān)測系統(tǒng)，利用測量機器人直接進入埋設于大壩內(nèi)部的專用測量管道內(nèi)進行測量，保證監(jiān)測的準確性、及時性，克服間接測量帶來的誤差。本發(fā)明的上述目的通過獨立權利要求的技術特征實現(xiàn)，從屬權利要求以另選或有利的方式發(fā)展獨立權利要求的技術特征。為達成上述目的，本發(fā)明的第一方面提出一種大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法，包括以下步驟:
在大壩內(nèi)部埋設一垂直于大壩軸線的變形監(jiān)測管道，其隨著大壩同步變形；
機器人根據(jù)控制指令在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走，并利用其搭載的多種測量裝置來檢測大壩內(nèi)部變形，該機器人與外部監(jiān)控系統(tǒng)之間設有信息傳輸通道，機器人藉由該信息傳輸通道將采集的數(shù)據(jù)傳輸至外部監(jiān)控系統(tǒng)；
外部監(jiān)控系統(tǒng)利用監(jiān)控軟件對機器人采集的數(shù)據(jù)進行處理分析，得出大壩內(nèi)部變形的結果。進一步，所述機器人監(jiān)測方法更包含以下步驟:
在變形監(jiān)測管道內(nèi)設置一水平傾斜測量專用軌道，其外端與大壩基準點固定，作為垂直沉降位移的測量基準點；
在變形監(jiān)測管道的外部設置水平位移測點裝置，其隨大壩變形而水平移位并可被在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走的機器人感知到。進一步，所述機器人監(jiān)測方法更包含以下步驟:
所述機器人可隨時利用編碼器記錄其在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走的距離。進一步，所述機器人在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走，并探測水平位移測點裝置；當檢測到一個水平位移測點裝置時，機器人同步記錄當前位置；以同樣方法依次檢測所有水平位移測點裝置并保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)同時發(fā)送給外部監(jiān)控系統(tǒng)以計算出各點的水平位移變形量；測量結束后機器人自動從變形監(jiān)測管道返回。進一步，所述機器人在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走，并檢測所述水平傾斜測量專用軌道的傾斜角度，機器人間隔一定距離記錄每一段軌道傾斜角度；以這種方法檢測各點數(shù)據(jù)并保存，數(shù)據(jù)同時發(fā)送給外部監(jiān)控系統(tǒng)以計算出各點的垂直位移變形量；測量結束后機器人自動從變形監(jiān)測管道返回。進一步，所述機器人還搭載有攝像裝置用以對變形監(jiān)測管道內(nèi)部進行全景檢查，并通過前述信息傳輸通道將拍攝的圖像傳輸至外部監(jiān)控系統(tǒng)。進一步，所述信息傳輸通道包括監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸通道和圖像傳輸通道，分別用于傳輸測量裝置采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)和攝像裝置采集的圖像數(shù)據(jù)。進一步，所述機器人還根據(jù)外部監(jiān)控系統(tǒng)的控制指令，利用搭載在機器人作業(yè)平臺上的清潔工作臂對監(jiān)測管道內(nèi)部進行清潔工作。進一步，所述機器人還根據(jù)所述外部控制系統(tǒng)的指令執(zhí)行下述操作中的一種或多種:
采用多任務同步工作方式，同步采集傾角、位置、速度、溫度數(shù)據(jù)；
利用編碼器記錄機器人行走距離；
同時監(jiān)測環(huán)境溫度變化，以消除由于溫度影響帶來的測量誤差；
同時修正由于管路垂直沉降和測向偏移帶來的壩體水平位移測量誤差；
利用機器人作業(yè)平臺上搭載的多種設備或工具，執(zhí)行預定的操作；
對于大壩內(nèi)部埋設的多條變形監(jiān)測管道，利用同一臺機器人完成所有管道的監(jiān)測工作。進一步，其特征在于，所述多種測量裝置至少包括傾角傳感器、水平位移測點探測儀以及位置記錄儀。根據(jù)本發(fā)明的改進，本發(fā)明的另一方面還提出一種大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測系統(tǒng)，包括:埋設于大壩內(nèi)部的并隨大壩內(nèi)部變形而變形的監(jiān)測管道、一行走于該監(jiān)測管道內(nèi)并用于監(jiān)測大壩內(nèi)部變形的測量機器人以及一外部監(jiān)控系統(tǒng)，測量機器人與外部監(jiān)控系統(tǒng)之間配置有信息傳輸通道，其中:
所述監(jiān)測管道包括:
一位于監(jiān)測管道內(nèi)部的水平傾斜測量專用軌道，其外端與大壩基準點固定，作為垂直沉降位移的測量基準點；
若干個設置于所述監(jiān)測管道外部的水平位移測點裝置，其隨大壩的水平變形而水平移動并可被在監(jiān)測管道內(nèi)行走的測量機器人探測到；
所述測量機器人搭載有多種測量裝置并受控制地在所述監(jiān)測管道內(nèi)行走和實時檢測大壩內(nèi)部變形情況。進一步，所述監(jiān)測管道由多節(jié)保護管和連接于各保護管之間的管接頭連接而成，以形成測量機器人的行走與檢測通道。進一步，所述機器人搭載有編碼器并可隨時利用該編碼器記錄機器人在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走的距離。進一步，所述水平位移測點裝置包括一作為被檢測體的恒磁鐵，所述測量機器人可探測到該恒磁鐵以判斷水平位移測點裝置的位置。進一步，所述測量機器人在所述監(jiān)測管道內(nèi)行走，并探測水平位移測點裝置；當檢測到一個水平位移測點裝置時，測量機器人同步記錄當前位置；以同樣方法依次檢測所有水平位移測點裝置并保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)同時發(fā)送給外部監(jiān)控系統(tǒng)以計算出各點的水平位移變形量；測量結束后測量機器人自動從監(jiān)測管道返回。進一步，所述測量機器人在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走，并檢測所述水平傾斜測量專用軌道的傾斜角度，測量機器人間隔一定距離記錄每一段軌道的傾斜角度；以這種方法檢測各點數(shù)據(jù)并保存，數(shù)據(jù)同時發(fā)送給外部監(jiān)控系統(tǒng)以計算出各點的垂直位移變形量；測量結束后測量機器人自動從監(jiān)測管道返回。進一步，所述信息傳輸通道包括數(shù)據(jù)信息傳輸通道和圖像信息傳輸通道，分別用于傳輸檢測數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)。進一步，所述測量機器人監(jiān)測系統(tǒng)還包括線纜裝置，該線纜裝置包括光纖線纜、數(shù)據(jù)傳輸光端機和無線通信裝置，所述光纖線纜連接至測量機器人以接收監(jiān)測數(shù)據(jù)和/或圖像數(shù)據(jù)，所述無線通信裝置通過無線鏈路將監(jiān)測數(shù)據(jù)和/或圖像數(shù)據(jù)傳輸至外部監(jiān)測系統(tǒng)。進一步，所述測量機器人還搭載有作業(yè)平臺，用以搭載多種作業(yè)設備和/或測量
>J-U裝直。由以上本發(fā)明的技術方案可知，本發(fā)明的機器人監(jiān)測方法和監(jiān)測系統(tǒng)采用了 一種直接測量的方式，通過在大壩內(nèi)部埋設布置專用監(jiān)測管道，為測量機器人提供一條行進通道，采用專門設計的變形測量機器人進入管道內(nèi)部進行測量以實現(xiàn)實時監(jiān)控，直接監(jiān)測壩體內(nèi)部的變形，尤其適合對超高超長大壩的內(nèi)部變形監(jiān)測，而且測量機器人攜帶高精度、高靈敏度的測量設備并可將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時回傳至外部的監(jiān)控系統(tǒng)，保證了監(jiān)測的及時性和準確性，克服了間接測量帶來的誤差。而且，測量機器人上還可攜帶攝像裝置，可完全再現(xiàn)管道內(nèi)的情況從而可直觀地觀測到大壩的變形程度。


圖1a為現(xiàn)有技術中水管式沉降儀示意圖。圖1b為現(xiàn)有技術中引張線水平位移計示意圖。圖2為本發(fā)明較優(yōu)實施例的機器人監(jiān)測系統(tǒng)的結構示意圖。圖3a、3b為變形監(jiān)測管道的結構示意圖。圖4a、4b為水平位移測點裝置的結構示意圖。圖5為垂直沉降測量原理示意圖。圖6a、6b為測量機器人監(jiān)測系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)傳輸線路示意圖。圖7a、7b為測量機器人主體結構示意圖。圖8為測量機器人內(nèi)部模塊連接示意圖。圖9為機器人監(jiān)測系統(tǒng)啟動監(jiān)測工作的總體流程示意圖。圖10為機器人監(jiān)測系統(tǒng)執(zhí)行水平位移監(jiān)測流程示意圖。圖11為機器人監(jiān)測系統(tǒng)執(zhí)行垂直位移監(jiān)測流程示意圖。圖12為機器人監(jiān)測系統(tǒng)同步執(zhí)行水平位移和垂直位移監(jiān)測的流程示意圖。圖13為線纜裝置的結構示意圖。圖14為機器人監(jiān)控系統(tǒng)軟件程序框圖。
具體實施例方式為了更了解本發(fā)明的技術內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。本發(fā)明的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法和監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測大壩內(nèi)部變形情況，尤其是對超高面板堆石壩的內(nèi)部變形監(jiān)測，例如對壩高300m、底部橫斷面900m長度的超高面板堆石壩內(nèi)部的垂直沉降和水平位移變形的監(jiān)測?？傮w來說，本發(fā)明通過在在大壩內(nèi)部設置專用監(jiān)測管道，為測量機器人提供一條行進與監(jiān)測通道，采用專門設計的變形測量機器人進入管道內(nèi)部，測量機器人根據(jù)預定的控制程序在管道內(nèi)部自動行進，利用搭載的各種測量和監(jiān)測裝置，自動檢測管路各點位置的垂直變形和水平變形，記錄采集的所有數(shù)據(jù)并傳送給外部監(jiān)控設備，外部監(jiān)控設備對采集數(shù)據(jù)進行分析處理，得出大壩內(nèi)部變形監(jiān)測結果。參考圖2-8所示，根據(jù)本發(fā)明的較優(yōu)實施例，本發(fā)明的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法包括以下步驟:在大壩內(nèi)部埋設變形監(jiān)測管道1，其垂直于大壩軸線并隨著大壩的變形而同步變形；機器人2根據(jù)控制指令在變形監(jiān)測管道I內(nèi)行走，并利用其搭載的多種測量裝置來檢測大壩內(nèi)部變形，該機器人2與外部監(jiān)控系統(tǒng)20 (見圖6b)之間設有信息傳輸通道，機器人藉由該信息傳輸通道將采集的數(shù)據(jù)傳輸至外部監(jiān)控系統(tǒng)20 ;外部監(jiān)控系統(tǒng)20利用監(jiān)控軟件對機器人采集的數(shù)據(jù)進行處理分析，得出大壩內(nèi)部變形的結果。信息傳輸通道包括監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸通道和圖像傳輸通道，分別用于傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)。變形監(jiān)測管道I提供測量機器人2的行走軌道并作為測量軌道。在優(yōu)選的實施例中，如圖2及圖3a、3b，在變形監(jiān)測管道I內(nèi)部可設置水平傾斜測量專用軌道5，其外端與大壩基準點8固定以作為垂直沉降位移的測量基準點，測量機器人2利用其搭載的測量儀器檢測多位置點的傾斜角，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至外部監(jiān)控計算機3，外部監(jiān)控計算機3利用傾斜角計算垂直變形。在優(yōu)選的實施例中，如圖2及圖4a、4b，在變形監(jiān)測管道I的外部設置若干個水平位移測點裝置7，其隨大壩水平變形并可被在變形監(jiān)測管道I內(nèi)行走的機器人2感知到。測量機器人2上還可搭載有編碼器(未示出)，利用該編碼器，測量機器人2可隨時進行精確定位，并獲得其在變形監(jiān)測管道I內(nèi)的行走距離。本實施例中，測量機器人2檢測大壩內(nèi)部水平變形時，在變形監(jiān)測管道I內(nèi)行走，并利用其搭載的測量裝置探測水平位移測點裝置7 ;當檢測到一個水平位移測點裝置7時，機器人同步記錄當前位置；以同樣方法依次檢測所有水平位移測點裝置并保存數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)同時發(fā)送給外部監(jiān)控系統(tǒng)以計算出各點的水平位移變形量，測量結束后測量機器人2自動從變形監(jiān)測管道I返回。機器人2檢測大壩內(nèi)部垂直變形時，在變形監(jiān)測管道I內(nèi)行走，并檢測水平傾斜測量專用軌道5的傾斜角度，機器人間隔一定距離記錄每一段軌道傾斜角度；以這種方法檢測各點數(shù)據(jù)并保存，數(shù)據(jù)同時發(fā)送給外部監(jiān)控系統(tǒng)20以計算出各點的垂直位移變形量；測量結束后機器人2自動從變形監(jiān)測管道I返回。參考圖2所示的機器人監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖，其利用機器人進入大壩內(nèi)部的監(jiān)測管道對大壩內(nèi)部變形進行實時、精確地檢測，并通過信息傳輸通道將檢測結果傳輸至外部監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)包括設置于大壩內(nèi)部的一垂直于大壩軸線的變形監(jiān)測管道1、一行走于該變形監(jiān)測管道I內(nèi)并用于監(jiān)測大壩變形的測量機器人2以及一外部監(jiān)控系統(tǒng)20，該外部監(jiān)控系統(tǒng)20包括一外部監(jiān)控設備3，本實施例中外部監(jiān)控設備3為一監(jiān)控計算機，放置于一個監(jiān)測室30內(nèi)。在測量機器人2與外部監(jiān)控系統(tǒng)20之間建立有數(shù)據(jù)信息傳輸通道，以保證外部監(jiān)控系統(tǒng)20實時掌握測量機器人2運行狀態(tài)，并對其發(fā)送控制指令和接收其回傳的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，確保監(jiān)測任務順利完成。下面分別對這些構成并結合圖1 圖8進行介紹和說明:
一、變形監(jiān)測管道
如圖3a、3b所示，變形監(jiān)測管道I提供測量機器人2的行走軌道并作為測量軌道，其優(yōu)選為一次性埋設在大壩內(nèi)部并不可以更換部件。本實施例中，根據(jù)大壩內(nèi)部的長度，變形監(jiān)測管道I可由多節(jié)保護管4a和連接于各保護管4a之間的管接頭4b連接而成，以形成測量機器人2的行走與監(jiān)測通道，并保護設置于管道內(nèi)部的各設備。變形監(jiān)測管道I設置有位于其內(nèi)部的水平傾斜測量專用軌道5 (以下簡稱專用軌道5)和若干個位于變形監(jiān)測管道I外部的水平位移測點裝置7。變形監(jiān)測管道I具有密封、伸縮功能，保護管的直徑不宜過大，以免對壩體產(chǎn)生影響。保護管4a采用防銹處理的高強度鍍鋅鋼管，直徑350mm左右，壁厚8 12mm，每一節(jié)保護管長度3m。管接頭4b采用與保護管4a相同的材料，其內(nèi)徑與保護管4a相匹配，每一節(jié)管接頭4b的長度大約600mm左右。管接頭4b用于連接保護管4a,其兩端有防水密封圈4c,防止大壩內(nèi)部泥沙和水漿進入通道，同時管接頭4b起一種伸縮作用，使得監(jiān)測通道隨大壩同步變形。專用軌道5根據(jù)大壩的長度設計為一條連續(xù)的平整軌道，例如采用高強度不銹鋼耐磨材料短軌接合而成，表面經(jīng)過光潔平整處理，每一節(jié)短軌長度3m、寬度40mm，兩端有安裝連接契口。專用軌道5的外端與大壩基準點8固定，作為垂直沉降位移的測量基準點。測量機器人2攜帶的測量設備連續(xù)地測量該專用軌道5內(nèi)各點位置的水平傾角變化，用以計算大壩垂直沉降量(即垂直位移量)。如圖2及圖4a、4b，水平位移測點裝置7套在變形監(jiān)測管道I的外部，包括伸縮管7a和錨固板7b，伸縮管7a材料為防銹處理的高強度鍍鋅鋼管，內(nèi)徑與保護管4a匹配，長度為700mm左右，兩端配有防水密封圈；錨固板7b材料為防銹處理的高強度鍍鋅鋼板，厚度8mm左右。大壩發(fā)生水平位移時，將帶動錨固板7b使得水平位移測點裝置一同移動，因此該水平位移測點裝置7的位移代表了大壩內(nèi)部的水平變形。水平位移測點裝置7鑲嵌有恒磁鐵7c作為被檢測體，可通過測量機器人攜帶的磁場探測儀讀出測點位置信息，探測水平位移測點裝置7的位置。因此，水平位移測點裝置7是一個埋設在壩體內(nèi)部的“位置傳感器”，隨大壩的水平變形而沿保護管4a水平移動，同時可被變形監(jiān)測管道I內(nèi)部行走的測量機器人2探測到。當然，水平位移測點裝置7的設計并不限于此磁場檢測方式，任何接觸或非接觸式的探測方式都是本領域技術人員容易聯(lián)想到的，例如光感應、光電探測方式等。在布設變形監(jiān)測管道I時，應當安裝《規(guī)范》要求，整條管路在大壩內(nèi)部是密封的，每一節(jié)管道之間必須是密封連接。因為取消了銦瓦鋼絲的安裝工作，因此監(jiān)測管道可以分段埋設，減少了施工干擾，提高工作效率。
二、測量機器人
參考圖6a、6b，圖7a、7b及圖8，測量機器人2包括控制單元9和連接至控制單元9的行走驅(qū)動單元10、工作單元11、信息傳輸單元12以及供電單元13。下面分別進行介紹:
(I)控制單元9，用于控制測量機器人2執(zhí)行具體的操作。該控制單元9集成有單片機模塊、存儲模塊、設備接口模塊、時鐘模塊、通信模塊和單片機程序。單片機模塊是控制單元的核心部件，采用高度集成的高速、低功耗單片機和相關集成電路組建，包括命令處理功能、看門狗功能、數(shù)據(jù)采集控制、通信傳輸?shù)裙δ堋纹瑱C模塊通過設備接口模塊與行走驅(qū)動單元10、工作單元11、信息傳輸單元12連接，主要執(zhí)行的控制工作有:自動行走、測量、攝像任務和其他輔助工作，接收上位機命令、參數(shù)設置、上傳數(shù)據(jù)和信息、保存數(shù)據(jù)等?？刂茊卧?的存儲模塊包括非易失性存儲器，例如SD存儲卡等，可以由其他設備直接讀取數(shù)據(jù)內(nèi)容。(2)行走驅(qū)動單元10，用于驅(qū)動測量機器人2在變形監(jiān)測管道I內(nèi)行走。行走驅(qū)動單元包括驅(qū)動模塊和行走控制模塊，驅(qū)動模塊包括直流電機、變速器、機械驅(qū)動結構和四輪驅(qū)動模塊。行走控制模塊可根據(jù)方向控制、速度控制、牽引控制、姿態(tài)控制執(zhí)行對測量機器人2的行走驅(qū)動控制。其具有以下功能:
驅(qū)動功能:采用進口高性能直流電機和無級變速器，當負載過大時電機自動停止工作；四輪驅(qū)動，可以支持85、130等多種規(guī)格輪胎適應不同直徑管道。搭載牽引功能:搭載重量15kg，搭載多種測量儀器和探測儀器；牽引力1000N，牽引線纜行進。自動行走控制功能:包括速度控制、方向控制、姿態(tài)控制、啟動停止控制，最大行進速度 25m/min。防水性能:全密封不銹鋼防水外殼，防水等級IP65。(3)工作單元11，用于執(zhí)行大壩內(nèi)部變形測量和監(jiān)測操作，包括用于執(zhí)行大壩內(nèi)部變形測量的測量模塊Ila和用于提供攝像和照明功能的攝像模塊lib。在另外一些實施例中，作為功能擴展，工作單元11還可以包括作業(yè)平臺11c，作為預置拓展接口，可用于靈活地搭載多種檢測儀器和/或作業(yè)工具，例如測距儀、振動儀等，或者搭載清潔工作臂用以進行管道清潔。參考圖8-9，測量模塊Ila包括以下各種測量設備:
水平測點探測儀Ila-1:非接觸式磁場探測儀，探測距離l-200mm ；
傾斜測量儀lla-2:量程±50°、分辨率I” ；
編碼器I la-3:分辨率0.5mm；
溫度測量儀(未不出):量程-20 +60°(1|、分辨率0.1 °C ；
測量機器人2在變形監(jiān)測管道I內(nèi)行走，可利用其搭載的水平測點探測儀Ila-1探測水平位移測點裝置7 ;當檢測到一個水平位移測點裝置7時，機器人同步記錄當前位置；以同樣方法依次檢測所有水平位移測點裝置并保存數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)同時發(fā)送給外部監(jiān)控系統(tǒng)20以計算出各點的水平位移變形量，測量結束后測量機器人2自動從變形監(jiān)測管道I返回。測量機器人2在變形監(jiān)測管道I內(nèi)行走，可利用傾斜測量儀lla-2檢測水平傾斜測量專用軌道5的傾斜角度，測量機器人間隔一定距離記錄每一段軌道傾斜角度；以這種方法檢測各點數(shù)據(jù)并保存，數(shù)據(jù)同時發(fā)送給外部監(jiān)控系統(tǒng)20以計算出各點的垂直位移變形量；測量結束后測量機器人2自動從變形監(jiān)測管道I返回。參考圖5所示的垂直位移測量原理圖，可預先設定測量步距L，測量機器人2攜帶傾斜測量儀lla-2沿水平傾斜測量專用軌道5的延伸方向前進，每次行進步距長度L達到“測點i ”時，測量出傾斜角度Θ i。對于“測點1”，垂直位移ΛHl= (Sin Θ 1)L ；
“測點i”，垂直位移ΛHi= (Sin Θ i)L ；
對于“測點i ”的垂直沉降=Λ Hl + Δ Η2 +...+ Λ Hi。如此，通過測量每個測點的傾斜角，同時記錄測點編號，可計算出垂直位移量。攝像模塊Ilb包括配置于測量機器人2的前端和后端的2臺攝像機(llb-1、I lb-2)以及攝像照明燈，可根據(jù)控制信號打開攝像照明，分別對變形監(jiān)測管道I內(nèi)部的前后方向情況進行攝像錄像，并將圖像實時傳送到外部監(jiān)控系統(tǒng)20。(4)信息傳輸單元12，用于測量機器人2與外部監(jiān)控系統(tǒng)20之間交互數(shù)據(jù)信息。為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群托?，測量機器人2與外部監(jiān)控系統(tǒng)20之間包括兩個獨立的數(shù)據(jù)傳輸通道，即數(shù)據(jù)傳輸通道和圖像傳輸通道，保證數(shù)據(jù)信息傳輸迅速、可靠。外部監(jiān)控系統(tǒng)20通過數(shù)據(jù)傳輸通道傳輸發(fā)送至測量機器人2的各種命令、參數(shù)，測量機器人2通過該數(shù)據(jù)傳輸通道發(fā)送給外部監(jiān)控系統(tǒng)20的各項數(shù)據(jù)和信息。測量機器人2通過圖像傳輸通道向外部監(jiān)控系統(tǒng)20傳輸攝像影像數(shù)據(jù)，外部監(jiān)控系統(tǒng)20通過該圖像傳輸通道向攝像模塊Ilb發(fā)送攝像指令數(shù)據(jù)。(5)供電單元13，用于提供測量機器人2的供電和電源管理。在本實施例中，供電單元13包括蓄電池和電源管理模塊。蓄電池采用內(nèi)置或可拆卸的方式安裝在測量機器人內(nèi)，例如采用大容量鋰電池供電,充電一次可以滿足測量機器人2滿負荷工作8小時以上。電源管理模塊根據(jù)機器人各個功能單元工作電壓、電流進行合理分配，并且對測量機器人的各個功能單元的工作電流、電壓、溫度進行監(jiān)控，對發(fā)生過流、過壓情況進行報警并自動保護，并且對蓄電池充放電電流、電壓、溫度進行自動監(jiān)控和管理，對欠壓、過流、過溫度等情況進行報警和保護，延長電池工作壽命，保證設備正常工作。三、線纜裝置
如圖6a、6b，圖7a、7b所示，本實施例中，在測量機器人2上設置了線纜接口 14，用于連接一光纖線纜15，將測量機器人2測得的數(shù)據(jù)信息傳輸至一線纜裝置16。參考圖6a-6b、圖8和圖13所示，線纜裝置16包括光纖線纜15、線纜收放裝置、無線通信裝置和電源裝置，其中光纖線纜15包括數(shù)據(jù)通信和圖像傳輸雙通道的光纖，其護套層采用重量輕、抗拉、防水、耐磨材料制作，以使得光纖線纜可承受一定牽引拉力。線纜收放裝置包括線纜卷筒16a和未全部示出的控制系統(tǒng)、電機、線纜車架、線纜自動收放排線裝置、可充電蓄電池。無線通信裝置包括數(shù)據(jù)傳輸光端機和無線通訊模塊，其中數(shù)據(jù)傳輸光端機為一個光纖通訊光端機并安裝在可旋轉(zhuǎn)的線纜卷筒16a內(nèi)部，并且其一端通過光纖線纜15連接至測量機器人2，另一端連接至無線通訊模塊，采用無線通信方式與監(jiān)控計算機3聯(lián)系，大大提高通信可靠性。該無線通訊模塊優(yōu)選為一藍牙通信模塊。線纜裝置16可采用大容量可充電蓄電池作為電源裝置，充電一次可以連續(xù)使用8小時以上，為電機和控制系統(tǒng)，以及通信裝置提供電源供應。在一些實施例中，電機和控制系統(tǒng)的電源還可以是外置電源，以由交流電源直接提供，為電機、電機控制系統(tǒng)供電。而通信裝置的電源裝置采用蓄電池電源并安裝在線纜卷筒16a內(nèi)部，為通信裝置提供工作電源。該線纜裝置16接受外部監(jiān)控計算機3的命令，向監(jiān)控計算機3發(fā)送線纜裝置信息，測量機器人2行進時線纜收放裝置自動控制線纜隨機器人前進或后退，線纜的速度始終與機器人保持一致同步。線纜裝置16具有自動收放線、手動收放線、自動排線功能。其中，自動收放線:根據(jù)線纜張力變化自動收放線；手動收放線:用人工方式進行收線或放線；自動排線:無論自動或手動收放線，避免線纜纏繞，按層順序自動排線。線纜裝置16收放線工作過程如下:
線纜裝置16根據(jù)機器人的狀態(tài)信息，如前進、后退、停止、速度等數(shù)據(jù)，以及線纜張弛位置狀態(tài)，自動控制線纜收放和收放的快慢。線纜裝置收放線位置參考圖14所示:
I)線纜裝置16與監(jiān)控計算機3通信工作:
接受監(jiān)控計算機命令，控制線纜收放工作，同時向監(jiān)控計算機3發(fā)送線纜裝置狀態(tài)信
肩、O2)測量機器人2前進時，線纜裝置16執(zhí)行放線工作:
線纜位置A表示放線速度慢，應當適當加大放線速度；
線纜位置B表示放線速度適中；
線纜位置C表示放線速度快，應當適當減小放線速度；
3)機器人后退時，線纜裝置執(zhí)行收線工作:
線纜位置A表示收線速度快，應當適當減小收線速度；
線纜位置B表示收線速度適中；
線纜位置C表示收線速度慢，應當適當加大收線速度；
4)記錄收、放線速度和長度。如圖6a、6b所示，測量機器人2內(nèi)設置有數(shù)據(jù)傳輸光端機和圖像傳輸光端機，并通過光纖線纜15傳輸數(shù)據(jù)信息和圖像信息至線纜裝置16，并通過線纜裝置16的無線通信裝置傳輸至外部監(jiān)控系統(tǒng)20。外部監(jiān)控系統(tǒng)20包括有所述監(jiān)控計算機3、無線傳輸模塊以及無線視頻接收模塊和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，線纜裝置16內(nèi)設置的無線通信裝置，例如藍牙通信模塊和無線視頻傳輸模塊，分別連接至線纜裝置16的數(shù)據(jù)傳輸光端機和圖像傳輸光端機，通過無線鏈路實現(xiàn)與外部監(jiān)控系統(tǒng)20的數(shù)據(jù)信息和圖像數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)交互。四、外部監(jiān)控系統(tǒng)
外部監(jiān)控系統(tǒng)20包括有所述監(jiān)控計算機3、無線傳輸模塊以及無線視頻接收模塊和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，外部監(jiān)控系統(tǒng)20用于通過線纜裝置16接收測量機器人2測量的數(shù)據(jù)信息，并以此對大壩內(nèi)部變形進行監(jiān)控。本實施例中，外部監(jiān)控系統(tǒng)20的無線傳輸模塊為一藍牙通信模塊，可通過外置或內(nèi)置的方式連接至監(jiān)控計算機3，通過無線鏈路與線纜裝置16的無線通信裝置連接，實現(xiàn)命令和數(shù)據(jù)的交互通訊。本實施例中，監(jiān)控計算機3采用工業(yè)控制計算機，操縱控制測量機器人2在監(jiān)測管道I內(nèi)運行，完成大壩內(nèi)部水平和垂直變形監(jiān)測工作。監(jiān)控計算機3內(nèi)安裝機器人監(jiān)控軟件，采用采用高級語言編寫的可視化、人機交互的計算機程序，操作人員在監(jiān)控計算機3上運行測量機器人監(jiān)控軟件，執(zhí)行各項任務。監(jiān)控計算機3內(nèi)運行的機器人監(jiān)控軟件包括系統(tǒng)管理程序、運行控制程序、數(shù)據(jù)處理程序和報表圖形程序，參見圖14所示，其中:
I)系統(tǒng)管理程序:
系統(tǒng)管理程序包括項目管理、系統(tǒng)安全管理和運行操作日志等內(nèi)容。2)運行控制程序:
運行控制程序包括系統(tǒng)設置、系統(tǒng)自檢、操作控制等內(nèi)容。3)數(shù)據(jù)處理程序:
數(shù)據(jù)處理程序包括數(shù)據(jù)整理、計算分析、數(shù)據(jù)庫管理等工作。4)報表圖形程序
報表圖形程序包括報表處理和圖形化處理等內(nèi)容。外部監(jiān)控系統(tǒng)20的視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于控制測量機器人上搭載的攝像裝置，并根據(jù)測量機器人傳輸回來的圖像/視頻信息，對大壩內(nèi)部變形情況進行檢查。五、系統(tǒng)信息傳輸
參考圖6a、6b及圖8所述，根據(jù)系統(tǒng)信息傳輸要求，如前所述，本實施例中采用光纖通信與無線通信結合的方案:
(I)測量機器人2與線纜裝置16之間信息傳輸:
采用光纖傳輸方式，包括數(shù)據(jù)傳輸通道和圖像傳輸通道。測量機器人2:
數(shù)據(jù)傳輸光端機，一端連接機器人數(shù)據(jù)通信模塊，另一端連接數(shù)據(jù)傳輸光纖線纜15 ； 圖像傳輸光端機，一端連接機器人圖像傳輸模塊，另一端連接圖像傳輸光纖線纜15。線纜裝置16:
數(shù)據(jù)傳輸光端機，一端連接藍牙通信模塊，另一端連接數(shù)據(jù)傳輸光纖線纜15 ；
圖像傳輸光端機，一端連接無線視頻傳輸模塊，另一端連接圖像傳輸光纖線纜15。(2)線纜裝置16與外部監(jiān)控系統(tǒng)20之間信息傳輸:
線纜裝置與外部監(jiān)控系統(tǒng)20之間的信息傳輸采用無線傳輸方式，包括數(shù)據(jù)傳輸和圖像傳輸通道兩部分:
數(shù)據(jù)傳輸通道，外部控制系統(tǒng)20的藍牙通信模塊與監(jiān)控計算機3連接；
圖像傳輸通道，外部控制系統(tǒng)20無線視頻傳輸模塊與視頻監(jiān)控系統(tǒng)連接。優(yōu)選地，通信用的光纖線纜15采用單模光纖。
下面參考圖8并結合圖9-12所示的流程圖，詳細說明本發(fā)明的測量機器人監(jiān)測系統(tǒng)對大壩內(nèi)部變形進行檢測的方法。如圖9所示，測量機器人執(zhí)行監(jiān)測準備，進行開機檢查，包括連接線纜、連接監(jiān)控裝置通信、開啟電源、啟動監(jiān)控程序、預熱、系統(tǒng)狀態(tài)檢查、電池容量檢查、通信連接測試、電機驅(qū)動測試、參數(shù)設置、工作模式設置等工作，其中:
參數(shù)設置工作:
水平位移測量參數(shù)設置包括:工作距離、測點數(shù)、測點編號、測點初始位置；
垂直位移測量參數(shù)設置包括:工作步距、測點數(shù)、測點編號、傾斜范圍、初始值；
驅(qū)動參數(shù)設置包括:啟動電流、工作電流、速度、牽引力、報警；
工作姿態(tài)參數(shù)設置包括:最大加速度、垂直傾角、報警；
通信參數(shù)設置包括:波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位、校驗方式； 時鐘參數(shù)設置包括:年、月、日、時、分、秒。工作模式設置:
水平位移測量工作模式:獨立測量大壩內(nèi)部水平位移；
垂直位移測量工作模式:獨立測量大壩內(nèi)部垂直位移；
水平位移垂直位移同步測量工作模式:同時測量大壩內(nèi)部水平位移和垂直位移。參考圖10所示，測量機器人2完成準備工作以后，可以進行水平位移測量工作。其具體工作步驟如下:
步驟①機器人放置于監(jiān)測管道起始位置，啟動水平位移測量工作模式；
步驟②機器人前進，進行測量工作；
步驟③檢查是否有監(jiān)控命令，若有命令則進行命令處理步驟④；否則直接進入步驟
⑤；
步驟④監(jiān)控命令包括狀態(tài)檢查、取數(shù)據(jù)、攝像、停止行進、停止工作、機器人返回等，命令執(zhí)行完畢向監(jiān)控返回信息，若繼續(xù)工作則進入下一工作步驟；
步驟⑤距離測量，每隔5米測量I次溫度，校正行進距離，保存測量數(shù)據(jù)，調(diào)整機器人行進姿態(tài)、行進動力；并進入下一工作步驟；
步驟⑥若探測到水平位移測點則進入下一工作步驟，否則轉(zhuǎn)入步驟⑨；
步驟⑦記錄測點位置、測點編號和時間，并進入下一工作步驟；
步驟⑧檢查是否為最后I個測點，若是則轉(zhuǎn)入步驟⑩，否則進入下一工作步驟；
步驟⑨向監(jiān)控機發(fā)送狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)入步驟②；
步驟⑩機器人返回，結束工作。參考圖11所示，測量機器人2完成準備工作以后，可以進行垂直位移測量工作。其具體工作步驟如下:
步驟①機器人放置于監(jiān)測管道起始位置，啟動垂直位移測量工作模式；
步驟②機器人前進，進行測量工作；
步驟③檢查是否有監(jiān)控命令，若有命令則進行命令處理步驟④；否則直接進入步驟
⑤；
步驟④監(jiān)控命令包括狀態(tài)檢查、取數(shù)據(jù)、攝像、停止行進、停止工作、機器人返回等，命令執(zhí)行完畢向監(jiān)控返回信息，若繼續(xù)工作則進入下一工作步驟；
步驟⑤距離測量，每隔5米測量I次溫度，校正行進距離，保存測量數(shù)據(jù)，調(diào)整機器人行進姿態(tài)、行進動力；并進入下一工作步驟；
步驟⑥若到達傾斜測量步距則進入下一工作步驟，否則轉(zhuǎn)入步驟⑨；
步驟⑦記錄測點位置、測點編號、傾斜角和時間，并進入下一工作步驟；
步驟⑧檢查是否為最后I個測點，若是則轉(zhuǎn)入步驟⑩，否則進入下一工作步驟；
步驟⑨向監(jiān)控機發(fā)送狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)入步驟②；
步驟⑩機器人返回，結束工作。參考圖12所示，測量機器人2完成準備工作以后，可啟動水平位移垂直位移同步測量工作模式，可以同時進行水平和垂直位移測量工作，其具體工作步驟如下:
步驟①機器人放置于監(jiān)測管道起始位置，啟動垂直位移測量工作模式；步驟②機器人前進，進行測量工作； 步驟③檢查是否有監(jiān)控命令，若有命令則進行命令處理步驟④；否則直接進入步驟
⑤；
步驟④監(jiān)控命令包括狀態(tài)檢查、取數(shù)據(jù)、攝像、停止行進、停止工作、機器人返回等，命令執(zhí)行完畢向監(jiān)控返回信息，若繼續(xù)工作則進入下一工作步驟；
步驟⑤距離測量，每隔5米測量I次溫度，保存測量數(shù)據(jù)，同時作以下判斷:
若探測到水平位移測點則進入工作步驟⑥，否則轉(zhuǎn)入步驟⑨；
若到達傾斜測量步距則進入工作步驟⑦，否則轉(zhuǎn)入步驟⑨；
步驟⑥記錄測點位置、測點編號，并進入工作步驟⑧；
步驟⑦記錄測點位置、測點編號、傾斜角和時間，并進入工作步驟⑧；
步驟⑧檢查是否為最后I個測點，若是則轉(zhuǎn)入步驟⑩，否則進入下一工作步驟；
步驟⑨向監(jiān)控機發(fā)送狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)入步驟②；
步驟⑩機器人返回，結束工作。在另外的示例中，測量機器人2還根據(jù)所述外部控制系統(tǒng)的指令執(zhí)行下述操作中的一種或多種:
采用多任務同步工作方式，同步采集傾角、位置、速度、溫度數(shù)據(jù)；
利用編碼器記錄測量機器人2的行走距離；
同時監(jiān)測環(huán)境溫度變化，以消除由于溫度影響帶來的測量誤差；
同時修正由于管路垂直沉降和測向偏移帶來的壩體水平位移測量誤差；
利用機器人作業(yè)平臺上搭載的多種設備和/或工具，執(zhí)行預定的操作；
對于大壩內(nèi)部埋設的多條變形監(jiān)測管道，利用同一臺機器人完成所有管道的監(jiān)測工作。綜上所述，本發(fā)明的機器人監(jiān)測方法和監(jiān)測系統(tǒng)采用了一種直接測量的方式，通過在大壩內(nèi)部埋設布置專用監(jiān)測管道，為測量機器人提供一條行進通道，采用專門設計的變形測量機器人進入管道內(nèi)部進行測量以實現(xiàn)實時監(jiān)控，直接監(jiān)測壩體內(nèi)部的變形，尤其適合對超高超長大壩的內(nèi)部變形監(jiān)測，而且測量機器人攜帶高精度、高靈敏度的測量設備并可將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時回傳至外部的監(jiān)控系統(tǒng)，保證了監(jiān)測的及時性和準確性，克服了間接測量帶來的誤差。而且，測量機器人上還可攜帶攝像裝置，完全再現(xiàn)測量管道的情況從而可直觀地觀測到大壩的變形程度。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟: 在大壩內(nèi)部埋設一垂直于大壩軸線的變形監(jiān)測管道，該變形監(jiān)測管道隨著大壩同步變形； 機器人根據(jù)控制指令在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走，并利用其搭載的多種測量裝置來檢測大壩內(nèi)部變形，該機器人與外部監(jiān)控系統(tǒng)之間設有信息傳輸通道，機器人藉由該信息傳輸通道將采集的數(shù)據(jù)傳輸至外部監(jiān)控系統(tǒng)； 外部監(jiān)控系統(tǒng)利用監(jiān)控軟件對機器人采集的數(shù)據(jù)進行處理分析，得出大壩內(nèi)部變形的結果。
2.根據(jù)權利要求1所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法，其特征在于， 所述機器人監(jiān)測方法更包含以下步驟: 在變形監(jiān)測管道內(nèi)設置一水平傾斜測量專用軌道，其外端與大壩基準點固定，作為垂直沉降位移的測量基準點； 在變形監(jiān)測管道的外部設置水平位移測點裝置，其隨大壩變形而水平移位并可被在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走的機器人感知到。
3.根據(jù)權利要求2所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法，其特征在于， 所述機器人監(jiān)測方法更包含以下步驟: 所述機器人可隨時利用編碼器記錄其在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走的距離。
4.根據(jù)權利要求2所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法，其特征在于，所述機器人在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走，并探測水平位移測點裝置；當檢測到一個水平位移測點裝置時，機器人同步記錄當前位置；以同樣方法依次檢測所有水平位移測點裝置并保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)同時發(fā)送給外部監(jiān)控系統(tǒng)以計算出各點的水平位移變形量；測量結束后機器人自動從變形監(jiān)測管道返回。
5.根據(jù)權利要求2所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法，其特征在于，所述機器人在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走，并檢測所述水平傾斜測量專用軌道的傾斜角度，機器人間隔一定距離記錄每一段軌道傾斜角度；以這種方法檢測各點數(shù)據(jù)并保存，數(shù)據(jù)同時發(fā)送給外部監(jiān)控系統(tǒng)以計算出各點的垂直位移變形量；測量結束后機器人自動從變形監(jiān)測管道返回。
6.根據(jù)權利要求1所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法，其特征在于，所述機器人還搭載有攝像裝置用以對變形監(jiān)測管道內(nèi)部進行全景檢查，并通過前述信息傳輸通道將拍攝的圖像傳輸至外部監(jiān)控系統(tǒng)。
7.根據(jù)權利要求6所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法，其特征在于，所述信息傳輸通道包括監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸通道和圖像傳輸通道，分別用于傳輸測量裝置采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)和攝像裝置采集的圖像數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權利要求1所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法，其特征在于，所述機器人還根據(jù)外部監(jiān)控系統(tǒng)的控制指令，利用搭載在機器人作業(yè)平臺上的清潔工作臂對監(jiān)測管道內(nèi)部進行清潔工作。
9.根據(jù)權利要求1所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法，其特征在于，所述機器人還根據(jù)所述外部控制系統(tǒng)的指令執(zhí)行下述操作中的一種或多種: 采用多任務同步工作方式，同步采集傾角、位置、速度、溫度數(shù)據(jù)； 利用編碼器記錄機器人行走距離；同時監(jiān)測環(huán)境溫度變化，以消除由于溫度影響帶來的測量誤差； 同時修正由于管路垂直沉降和測向偏移帶來的壩體水平位移測量誤差； 利用機器人作業(yè)平臺上搭載的多種設備或工具，執(zhí)行預定的操作； 對于大壩內(nèi)部埋設的多條變形監(jiān)測管道，利用同一臺機器人完成所有管道的監(jiān)測工作。
10.根據(jù)權利要求1-9中任意一項所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法，其特征在于，所述多種測量裝置至少包括傾角傳感器、水平位移測點探測儀以及位置記錄儀。
11.一種大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括:埋設于大壩內(nèi)部的并隨大壩內(nèi)部變形而變形的監(jiān)測管道、一行走于該監(jiān)測管道內(nèi)并用于監(jiān)測大壩內(nèi)部變形的測量機器人以及一外部監(jiān)控系統(tǒng)，測量機器人與外部監(jiān)控系統(tǒng)之間配置有信息傳輸通道，其中: 所述監(jiān)測管道包括: 一位于監(jiān)測管道內(nèi)部的水平傾斜測量專用軌道，其外端與大壩基準點固定，作為垂直沉降位移的測量基準點； 若干個設置于所述監(jiān)測管道外部的水平位移測點裝置，其隨大壩的水平變形而水平移動并可被在監(jiān)測管道內(nèi)行走的測量機器人探測到； 所述測量機器人搭載有多 種測量裝置并受控制地在所述監(jiān)測管道內(nèi)行走和實時檢測大壩內(nèi)部變形情況。
12.根據(jù)權利要求11所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測管道由多節(jié)保護管和連接于各保護管之間的管接頭連接而成，以形成測量機器人的行走與檢測通道。
13.根據(jù)權利要求11所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述機器人搭載有編碼器并可隨時利用該編碼器記錄機器人在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走的距離。
14.根據(jù)權利要求11所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述水平位移測點裝置包括一作為被檢測體的恒磁鐵，所述測量機器人可探測到該恒磁鐵以判斷水平位移測點裝置的位置。
15.根據(jù)權利要求11所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述測量機器人在所述監(jiān)測管道內(nèi)行走，并探測水平位移測點裝置；當檢測到一個水平位移測點裝置時，測量機器人同步記錄當前位置；以同樣方法依次檢測所有水平位移測點裝置并保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)同時發(fā)送給外部監(jiān)控系統(tǒng)以計算出各點的水平位移變形量；測量結束后測量機器人自動從監(jiān)測管道返回。
16.根據(jù)權利要求11所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述測量機器人在變形監(jiān)測管道內(nèi)行走，并檢測所述水平傾斜測量專用軌道的傾斜角度，測量機器人間隔一定距離記錄每一段軌道的傾斜角度；以這種方法檢測各點數(shù)據(jù)并保存，數(shù)據(jù)同時發(fā)送給外部監(jiān)控系統(tǒng)以計算出各點的垂直位移變形量；測量結束后測量機器人自動從監(jiān)測管道返回。
17.根據(jù)權利要求11所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述信息傳輸通道包括數(shù)據(jù)信息傳輸通道和圖像信息傳輸通道，分別用于傳輸檢測數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權利要求17所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述測量機器人監(jiān)測系統(tǒng)還包括線纜裝置，該線纜裝置包括光纖線纜、數(shù)據(jù)傳輸光端機和無線通信裝置，所述光纖線纜連接至測量機器人以接收監(jiān)測數(shù)據(jù)和/或圖像數(shù)據(jù)，所述無線通信裝置通過無線鏈路將監(jiān)測數(shù)據(jù)和/或圖像數(shù)據(jù)傳輸至外部監(jiān)測系統(tǒng)。
19.根據(jù)權利要求11所述的大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述測量機器人還搭載有作業(yè)平臺 ，用以搭載多種作業(yè)設備和/或測量裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種大壩內(nèi)部變形的機器人監(jiān)測方法和監(jiān)測系統(tǒng)，該方法通過在大壩內(nèi)部鋪設一條專用測量管道并利用機器人攜帶測量設備在管道內(nèi)行走同時完成對大壩內(nèi)部變形的監(jiān)測；本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)提供一種直接測量方式，利用測量機器人直接進入埋設于大壩內(nèi)部的專用測量管道內(nèi)進行測量，并將測量數(shù)據(jù)實時地傳輸至外部的監(jiān)控系統(tǒng)，可保證監(jiān)測的準確性、實時性，克服間接測量帶來的誤差。
文檔編號G01B21/02GK103196416SQ20131008406
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月17日 優(yōu)先權日2013年3月17日
發(fā)明者孫汝建, 何寧, 王國利, 汪璋淳, 何斌, 錢亞俊, 李登華, 周彥章, 吳毅, 仲深意 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院