一种基于3D打印技术的地下管道修复机器人

技术领域

本发明涉及地下管道修复技术，具体涉及一种基于3D打印技术的地下管道修复机器人。

背景技术

目前我国城市地下排水管道发展已从建设时代逐渐进入维护管理时代，地下管道的缺陷多见渗漏、破裂、错位等现象，人工修复多采用开挖方法，破坏和施工影响较大，成本过高，传统开挖修复施工方式正被逐步淘汰。

非开挖修复技术将有助于延长城市地下管道设施的使用寿命，节约开挖成本，施工影响小，修复时间短，正逐步被市场认可和接受。常用地下管道非开挖修复按技术可分为土体注浆法、套环法、局部内衬、现场固化内衬、短管及管片内衬、牵引内衬等，这些非开挖修复手段时间长、效率低。

目前，3D打印技术得到快速发展。3D打印的快速成型技术，应用于地下管道非开挖快速修复，是目前发展的主要趋势。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本申请提供一种基于3D打印技术的地下管道修复机器人，实现对地下管道破损位置的快速、非开挖修复，提高了修复效率，降低修复成本，减少对交通压力的影响。

为了实现上述技术效果，本发明的具体技术方案如下：

一种基于3D打印技术的地下管道修复机器人，包括移动机器人平台、多自由度机器人手臂、高压水切割模块、视觉定位模块、3D打印送料模块，多自由度机器人手臂、高压水切割模块、视觉定位模块、3D打印送料模块均能集成在移动机器人平台上；移动机器人平台通过动力通讯线缆、高压水管、吸污管与地面的智能清洗系统连接；

多自由度机器人手臂末端能够拆装所述高压水切割模块或3D打印送料模块；

高压水切割模块用于对地下管道破损位置进行切割；

3D打印送料模块用于对地下管道破损位置经过切割后进行3D打印快速成型修复；

视觉定位模块用于对地下管道破损位置进行切割或修补时对多自由度机器人手臂的运动进行视觉引导。

进一步地，所述移动机器人平台呈筒体结构，其周身上沿径向方向向外延伸转动安装有前后两组转动臂，处于同一径向位置的前后两所述转动臂之间通过连接臂连接，每个所述转动臂的末端转动安装有滚动轮。

进一步地，所述移动机器人平台前端的顶部固定安装所述多自由度机器人手臂，所述多自由度机器人手臂的末端设有连接轴，所述高压水切割模块、3D打印送料模块上均设有匹配该连接轴的连接端口。

进一步地，所述高压水切割模块采用高压水切割头。

进一步地，所述3D打印送料模块采用3D打印切割头。

进一步地，还包括也集成在移动机器人平台上的真空吸污输入口，该真空吸污输入口与吸污管相连通。

进一步地，所述视觉定位模块采用单目相机或双目相机。

本发明的目的是解决现有修复方法中存在的缺陷，公开了一种基于3D打印技术的地下管道修复机器人，与传统方法不同的是：(1)本发明的基于3D打印技术的地下管道修复机器人的非开挖修复，分成两个阶段：第一阶段，利用本修复机器人对地下管道破损位置进行切割整理；第二阶段，利用本修复机器人对该位置进行3D打印快速成型修复。(2)本发明的非开挖修复，依托的是移动机器人平台和多自由度机器人手臂。(3)移动机器人平台与地面的智能清洗系统，通过吸污管、动力通讯线缆、高压水管进行连接。这样将切割时地下管道内的泥水混合物清洗干净。(4)切割和修复，都是通过本修复机器人上的视觉定位系统进行定位。

本发明是这样实现的：

通过智能清洗系统的地面部分中的下井辅助模块，将带有切割功能的本修复机器人通过窨井口进入地下管道。本修复机器人到达要修复的位置，通过多自由度机器人手臂，在视觉定位模块的引导下，高压水切割头对地下管道破损位置进行切割整理，当整理完毕。本修复机器人返回地面。

返回地面后，将多自由度机器人手臂末端的高压水切割模块快速拆下，在多自由度机器人手臂末端快速更换上3D打印送料模块。然后，再次通过智能清洗系统的地面部分中的下井辅助模块，将本修复机器人通过窨井口进入地下管道。本修复机器人到达刚才切割整理的位置。通过多自由度机器人手臂，在视觉定位模块的引导下，对地下管道破损位置进行3D打印快速修复。当修复完毕，本修复机器人返回地面。

基于3D打印技术的地下管道修复机器人采用机器人技术、智能视觉技术、3D打印快速成型技术，实现对地下管道破损位置的快速、非开挖修复，提高了修复效率，降低修复成本，减少对交通压力的影响。

附图说明

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

图1为本发明的整体框架示意图；

图2为本发明的一整体结构示意图；

图3为本发明与智能清洗系统协同工作时的分布示意图；

图4为本发明中的多自由度机器人手臂示意图；

图5为本发明中的高压水切割模块示意图；

图6为本发明中的3D打印送料模块示意图；

图7为本发明中的视觉定位模块示意图；

其中，1、移动机器人平台；11、转动臂；12、连接臂；13、滚动轮；14、拉环；2、多自由度机器人手臂；21、连接轴；3、高压水切割模块；4、视觉定位模块；5、3D打印送料模块；6、智能清洗系统；7、窨井口；8、地下管道；9、连接端口；10、真空吸污输入口。

具体实施方式

为使本实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实施方式中的附图，对本实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上端”、“下端”、“尾端”、“左右”、“上下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

参考图1至图7，本发明为基于3D打印技术的地下管道修复机器人，其包括移动机器人平台1、多自由度机器人手臂2、高压水切割模块3、视觉定位模块4、3D打印送料模块5。所述移动机器人平台1呈筒体结构，其周身上沿径向方向向外延伸转动安装有前后两组转动臂11，处于同一径向位置的前后两所述转动臂11之间通过连接臂12连接，每个所述转动臂11的末端转动安装有滚动轮13，所述移动机器人平台1前端的顶部固定安装所述多自由度机器人手臂2，所述多自由度机器人手臂2的末端设有连接轴21，所述高压水切割模块3、3D打印送料模块5上均设有匹配该连接轴21的连接端口9，这样多自由度机器人手臂2末端能够快速拆装所述高压水切割模块3或3D打印送料模块5；所述移动机器人平台1中部的顶部安装所述视觉定位模块4。该移动机器人平台采用转动臂加滚动轮结构，通过连接臂与转动臂的连接位置的不同，可以适应不同管径的地下管道。移动机器人平台1前端还设有拉环14。该移动机器人平台的中心与地下管道的中心一致。移动机器人平台1与地面的智能清洗系统6，通过吸污管、动力通讯线缆、高压水管连接。其中动力通讯线缆给移动机器人平台供电，并实现地面的智能清洗系统6与移动机器人平台1通讯，实现协同工作，吸污管通过与移动机器人平台后端的真空吸污输入口10相连通能将地下管道切割时的泥水混合物清洗干净。高压水管主要用于对地下管道破损位置的切割整理提供高压水。

多自由度机器人手臂2集成在移动机器人平台1上，具有4个及4个以上的自由度。多自由度机器人手臂2能到达地下管道内部任何表面。在多自由度机器人手臂2末端，可以快速安装高压水切割头和3D打印切割头且实现快速更换。高压水切割头用于地下管道内部破损位置的切割整理；3D打印切割头用于地下管道非开挖快速成型修复。

视觉定位模块4，是由单目相机或双目相机组成。视觉定位模块4能引导多自由度机器人手臂2到达地下管道内壁的任何位置。

参考图3，基于3D打印技术的地下管道修复机器人工作流程如下：

1、在本修复机器人上，安装高压水切割模块3；

2、利用地面部分中的下井辅助模块，将本修复机器人通过窨井口7，进入地下管道8；

3、本修复机器人到达指定修复位置；

4、在视觉定位模块4的引导下，利用高压水切割头，对地下管道破损位置进行切割整理。地面的智能清洗系统6通过吸污管，清洗干净地下管道；

5、切割整理完毕，本修复机器人返回地面；

6、在本修复机器人上，拆卸高压水切割模块3，安装3D打印送料模块5；

7、利用地面部分中的下井辅助模块，再次将本修复机器人通过窨井口7，进入地下管道8；

8、本修复机器人再次到达指定修复位置；

9、在视觉定位模块4的引导下，对地下管道破损位置进行3D打印快速成型修复；

10、修复完毕，本修复机器人返回地面。

本基于3D打印技术的地下管道修复机器人，应用智能机器人技术、智能传感器技术、实时控制技术，智能吸附技术，智能视觉技术，实现了地下管道非开挖快速成型修复，极大提高了修复效率、降低修复成本、减少对交通压力的影响。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。