本發(fā)明涉及一種地質(zhì)探測機(jī)器人，具體涉及一種地質(zhì)探測機(jī)器人拓展裝置。

背景技術(shù)：

各種堤壩因地質(zhì)條件、施工方法、水頭差作用下的長時間滲透等因素影響，會存在滲透變形、內(nèi)部裂縫、蜂窩、塌陷等隱患?，F(xiàn)階段隱患探測的機(jī)器人多采用人工遙控和程序?qū)ぢ?。其中人工遙控的方式效率低且操作繁瑣，增加了檢測人員負(fù)擔(dān)，而程序?qū)ぢ返姆绞揭蚵肪€事先設(shè)定而可能錯過最嚴(yán)重的隱患位置。

此外，因堤防等水工建筑物內(nèi)部傷點的分布具有隨機(jī)性，而現(xiàn)有的機(jī)器人探測分辨率一般是事先固定的，往往無法采用最合適的分辨率來對傷點進(jìn)行探測，在對建筑內(nèi)部進(jìn)行檢測時會產(chǎn)生較大的偏差，觀測精度受到影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種相控尋路地質(zhì)探測機(jī)器人拓展裝置及其探測方法，實現(xiàn)傷點自動追蹤并且能夠針對傷點在建筑物內(nèi)部的不同分布自適應(yīng)地調(diào)整觀測分辨率，提高探測效率和精度。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種相控尋路地質(zhì)探測機(jī)器人拓展裝置，包括安裝在機(jī)器人上的地質(zhì)探測雷達(dá)、移相器、電力位移模塊、信號控制模塊、數(shù)據(jù)處理器以及向各方向伸出的工作臂，每個所述工作臂的末端皆設(shè)有偶極子天線陣列，所述偶極子天線陣列通過信號饋線順次連接移相器、功率分配器和電力位移模塊，所述電力位移模塊連接信號控制模塊進(jìn)行雙向傳輸，所述信號控制模塊與地質(zhì)探測雷達(dá)連接雙向傳輸?shù)耐瑫r，還與機(jī)器人的數(shù)據(jù)處理器相連并雙向傳輸。

進(jìn)一步，所述工作臂包括同一水平面內(nèi)的四個，相鄰兩個工作臂相互垂直。

進(jìn)一步，所述偶極子天線陣列是由半波長偶極子金屬貼片構(gòu)成的陣列且表面磨砂，固連于絕緣的工作臂端頭。

進(jìn)一步，所述地質(zhì)探測雷達(dá)、移相器、電力位移模塊、信號控制模塊和數(shù)據(jù)處理器置于屏蔽背噪的金屬罩中。

進(jìn)一步，所述地質(zhì)探測雷達(dá)連接有與其相適配的穩(wěn)壓變頻器及壓縮脈沖波發(fā)射儀。

一種相控尋路地質(zhì)探測機(jī)器人拓展裝置的探測方法，偶極子天線陣列通過發(fā)出的波束識別傷點，向移相器反饋電磁信號，并由移相器產(chǎn)生含有傷點位置信息的電相位信號，電力位移模塊將電相位信號編譯為力位移信號并傳輸至信號控制模塊，信號控制模塊驅(qū)動數(shù)據(jù)處理器控制機(jī)器人移動靠近傷點，達(dá)到最接近傷點位置后，信號控制模塊將傷點的位置信息反饋給數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行記錄，并排除對該傷點位置的繼續(xù)掃描；在最接近傷點位置時，信號控制模塊向地質(zhì)探測雷達(dá)發(fā)射工作狀態(tài)指示對傷點進(jìn)行測深，同時接收地質(zhì)探測雷達(dá)反饋的分辨率調(diào)整信號，達(dá)到最佳分辨率后，信號控制模塊將位置信息反饋給電力位移模塊使其移除已測的位置信息。

進(jìn)一步，所述偶極子天線陣列接收波束的方向函數(shù)滿足：

其中，θ表示天線陣列在遠(yuǎn)場輻射中的方向變量，d為陣列內(nèi)各單元之間的間距，i表示相控尋路的天線陣列中第i個天線單元，n表示線陣中共有n個輻射單元，ai表示第i個天線單元為幅度加權(quán)系數(shù)，i為第i個天線單元的激勵電流，λ表示該陣列的工作波長，為相鄰單元之間的饋電相位差，亦稱陣內(nèi)相移值，為相變量，由陣列移相器調(diào)節(jié)；令由歐拉公式化簡得到：

當(dāng)時，|f(θ)|有最大值，|f(θ)|＝1，此時波束指向θb的表達(dá)式為：

由上述可知，通過改變陣列內(nèi)相鄰單元之間的陣內(nèi)相移值即可改變天線陣列波束最大值指向；

故移相器改變反饋到電力位移模塊，通過信號控制模塊控制數(shù)據(jù)處理器調(diào)整機(jī)器人的前進(jìn)方向，使得陣列所得信號總是處于天線陣列的最大波束處，即總是朝向傷點位置位移，實現(xiàn)自動尋路功能。

進(jìn)一步，所述地質(zhì)探測雷達(dá)由穩(wěn)壓變頻器及壓縮脈沖波發(fā)射儀控制發(fā)射頻段呈對數(shù)周期分布的脈沖波，得到初始分辨率下復(fù)數(shù)周期系列的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)信號控制模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合，得到回歸方程并獲取最佳分辨率，由信號控制模塊控制地質(zhì)探測雷達(dá)調(diào)節(jié)分辨率。

有益效果：本發(fā)明通過采用偶極子天線陣列，運(yùn)用相控陣技術(shù)，將電流相位差轉(zhuǎn)化為機(jī)器人方位偏差，可以使機(jī)器人如同具有“發(fā)聲-回聲-追蹤”一般的工作方式，擺脫逐點排查的程序線路，避免以往技術(shù)中因單向度的探索模式而導(dǎo)致效率底下，從而優(yōu)化了機(jī)器人的工作方式，能夠智能化地追蹤傷點位置。

本發(fā)明在機(jī)器人到達(dá)最優(yōu)探測位置時，雷達(dá)產(chǎn)生復(fù)數(shù)頻率周期的脈沖波系列，從而收集不同系列的電磁波信號衰減數(shù)據(jù)，經(jīng)過信號控制模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器進(jìn)行最小二乘法擬合曲線，導(dǎo)出最佳分辨率回歸方程的參數(shù)解，使雷達(dá)調(diào)整至最優(yōu)的觀測分辨率，與以往觀測裝置相比，本發(fā)明使地質(zhì)探測機(jī)器人具有更靈活的適應(yīng)性，能夠在不同的堤防、壩面亦或是管道內(nèi)表面順利作業(yè)，提高了探測精確度。

綜上所述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有智能化和自動化，探測精確度和靈敏度高等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為偶極子天線陣列的局部示意圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施例。

實施例：一種相控尋路地質(zhì)探測機(jī)器人拓展裝置，如圖1所示，包括安裝在機(jī)器人1上的工作臂6-1、6-2、6-3、6-4以及地質(zhì)探測雷達(dá)13、移相器8、電力位移模塊10、信號控制模塊11和數(shù)據(jù)處理器12。本實施例地質(zhì)探測雷達(dá)13選用lpaa深度精測雷達(dá)，還設(shè)有與之連接配合使用的穩(wěn)壓變頻器及壓縮脈沖波發(fā)射儀。

工作臂6-1、6-2、6-3、6-4共有四個，在同一水平面內(nèi)相鄰兩個互相垂直，向四周各方向伸出。每個工作臂6-1、6-2、6-3、6-4的末端皆設(shè)有偶極子天線陣列7-1、7-2、7-3、7-4，如圖2所示，每個天線陣列7-1、7-2、7-3、7-4是由5×5個半波長偶極子金屬貼片構(gòu)成。

偶極子天線陣列7-1、7-2、7-3、7-4通過信號饋線順次連接移相器8和電力位移模塊10，電力位移模塊10連接信號控制模塊11雙向傳輸，信號控制模塊11與地質(zhì)探測雷達(dá)13連接雙向傳輸?shù)耐瑫r，還與機(jī)器人1的數(shù)據(jù)處理器12相連并雙向傳輸。地質(zhì)探測雷達(dá)13、移相器8、電力位移模塊10、信號控制模塊11和數(shù)據(jù)處理器12安裝在屏蔽背噪的金屬圓筒中。

上述裝置的裝配過程如下：

第一步，組裝機(jī)器人1基礎(chǔ)動力部分，用于機(jī)器人1行走的萬向輪2-1、2-2、2-3、2-4分別與機(jī)械聯(lián)動軸承3-1、3-2固連，并進(jìn)行連接檢查，確保在電源電量充足的狀態(tài)下，該部分能夠自由移動。

第二步，將偶極子天線陣列7-1、7-2、7-3、7-4進(jìn)行表面磨砂處理，采用502膠水將天線陣列7-1、7-2、7-3、7-4分別對應(yīng)固定在絕緣處理后的工作臂6-1、6-2、6-3、6-4端頭表面，并將雙芯信號饋線悉數(shù)對應(yīng)焊接到天線陣列7-1、7-2、7-3、7-4上，連接完好進(jìn)行檢查，將引出的信號饋線進(jìn)行整理。組裝完成后，將定位工作臂6-1、6-2、6-3、6-4的一端固定到機(jī)器人1中部的工作臺5上。

第三步，在工作臺5上，將地質(zhì)探測雷達(dá)13、移相器8、電力位移模塊10、信號控制模塊11、數(shù)據(jù)處理器12和偶極子天線陣列7-1、7-2、7-3、7-4用信號饋線進(jìn)行連接，其中，地質(zhì)探測雷達(dá)13通過其集成電路9與信號控制模塊11相連。

本實施例機(jī)器人拓展裝置具體工作過程如下：

①啟動階段，啟動裝置并放置于目標(biāo)建筑物表面某位置，選取標(biāo)志物，記入數(shù)據(jù)處理器12建立參考系，并將該位置設(shè)為初始點位置。

②工作階段，分為尋路階段和測深階段：

(a)當(dāng)工作處于所述尋路階段時，工作臂6-1、6-2、6-3、6-4上的偶極子天線陣列7-1、7-2、7-3、7-4開始工作，對空間進(jìn)行一維掃描，經(jīng)過移相器8調(diào)節(jié)，改變天線陣列7-1、7-2、7-3、7-4內(nèi)相鄰單元之間的陣內(nèi)相移值從而改變天線波束最大值指向；移相器8反饋到電力位移模塊10，將電相位信號編譯為信號控制模塊11可以識別的力位移信號，由信號控制模塊11傳達(dá)至機(jī)器人1的數(shù)據(jù)處理器12，負(fù)責(zé)調(diào)整機(jī)器人1前進(jìn)方向，使得傷點所反饋的電磁信號總是處于尋路用相控陣列7-1、7-2、7-3、7-4天線的最大波束處，即探測機(jī)器人1將總是朝向“最近”傷點位置位移，綜合空間位置與傷點破壞程度的信號衰減反應(yīng)在電磁空間中最近點，直至信號反饋達(dá)到峰值(電力位移模塊10反饋達(dá)到最小值，機(jī)器人1到達(dá)傷點附近)，記錄該傷點空間位置并由信號控制模塊11指示數(shù)據(jù)處理器12排除對該傷點空間位置的繼續(xù)掃描，使得在下一次機(jī)器處于該階段時不再“陷于”該點，進(jìn)入下一階段；

(b)當(dāng)工作處于測深階段時，此時機(jī)器人1啟動地質(zhì)探測雷達(dá)13，通過穩(wěn)壓變頻器及壓縮脈沖波發(fā)射儀控制發(fā)射頻段呈對數(shù)周期分布的脈沖波，對傷點進(jìn)行大約7-10個周期的頻率審查，得到初始分辨率下復(fù)數(shù)周期系列的的反饋信號，并傳導(dǎo)到信號控制模塊11中進(jìn)行頻譜分析，進(jìn)行最小二乘法擬合，得到回歸方程并獲取最佳分辨率，數(shù)據(jù)處理器12同時通過所連接的信號控制模塊11向地質(zhì)探測雷達(dá)13反饋出相應(yīng)傷點的最佳分辨率，lpaa雷達(dá)13調(diào)整并測量，最終將結(jié)果記載到機(jī)器人1的數(shù)據(jù)處理器12，信號控制模塊11指示電力位移模塊10移除該節(jié)點位置，并指示掛起地質(zhì)探測雷達(dá)13，啟動工作臂6-1、6-2、6-3、6-4繼續(xù)進(jìn)行相控尋路。

重復(fù)上述兩階段，尋找下一傷點。

③分析階段，讀取數(shù)據(jù)處理器12的內(nèi)存，將工作階段所采集的位置信息、深度數(shù)據(jù)和傷點衰減系數(shù)進(jìn)行整合，導(dǎo)出至電子計算機(jī)終端，由計算機(jī)軟件的圖像處理器編譯探測數(shù)據(jù)，完成探測工作。