本發(fā)明涉及水下壩面修復領(lǐng)域，具體地說是一種水下壩面自主切換修復作業(yè)裝置及作業(yè)方法。

背景技術(shù)：

1、大壩是水電站的核心構(gòu)筑物，并且其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接關(guān)系到下游區(qū)域的安全和社會穩(wěn)定。然而隨著時間推移，大壩主體表面經(jīng)常出現(xiàn)小型混凝土坑和淺表非貫穿縫等缺陷，這些缺陷不僅影響工程外觀,而且會導致堤壩出現(xiàn)滲透、滑坡、潰口等問題，進而破壞大壩整體穩(wěn)定性，嚴重的可能危及壩體安全。

2、當前，水下壩面檢修技術(shù)通常需要較高的人力和設(shè)備成本，并且很多時候難以高效、全面地解決修復問題，特別是水下檢修主要依靠潛水員或常規(guī)型水下機器人完成，前者存在操作風險高、作業(yè)效率低等問題，后者則因為需要通過機械手抓取搭載作業(yè)工具，難以進行精準作業(yè)和及時更換。因此，針對復雜的水下工作環(huán)境，開發(fā)適用于水電站大壩淺表缺陷修復的裝備對于維護大壩的長期安全具有重要意義。

3、cn221608747u專利中公開了一種壩面水下修復裝置，其包括操作倉本體，并且操作倉本體兩側(cè)安裝有鉸接臂，該裝置使用時將操作倉本體放置在水下，然后蛙人或者操作人員穿著潛水設(shè)備在操作倉本體內(nèi)部對壩體進行相關(guān)作業(yè)，該裝置即采用人工修復方式，存在操作風險高、作業(yè)效率低等問題。

4、cn216734715u專利中公開了一種基于多聲學設(shè)備協(xié)同作業(yè)的壩面檢測水下機器人系統(tǒng)，但該系統(tǒng)僅是通過聲學定位配合水下機器人的任務(wù)調(diào)度和位置監(jiān)控，以達到高效的壩面檢測目的。而水下壩面修復作業(yè)時經(jīng)常需要根據(jù)作業(yè)情況更換多種作業(yè)工具，常規(guī)的水下機器人由于僅單一的利用機械手抓取作業(yè)工具實現(xiàn)動作，因此難以實現(xiàn)不同工序作業(yè)工具間的精準快速抓取與切換功能，同時作業(yè)范圍也有所限制。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種水下壩面自主切換修復作業(yè)裝置及作業(yè)方法，其可以自動實現(xiàn)水下壩面待修復區(qū)域的清洗、打磨、銑刨、拌合、澆注、檢測等工序，并且可以實現(xiàn)不同作業(yè)工具的自動精準切換，作業(yè)效率和自動化程度大大提高。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

3、一種水下壩面自主切換修復作業(yè)裝置，包括單元框架組件、工具抓取單元和澆注拌合整平單元，其中單元框架組件包括x向移動架，所述x向移動架內(nèi)部設(shè)有y向移動架，所述y向移動架包括y向框架和y向立柱，所述y向框架中設(shè)有z向升降架，并且所述澆注拌合整平單元設(shè)于所述z向升降架上，所述y向立柱上端設(shè)有y向移動梁，并且所述工具抓取單元上端安裝于所述y向移動梁上，所述x向移動架上設(shè)有多種通過所述工具抓取單元抓取的修復工具。

4、所述x向移動架下端設(shè)有x向驅(qū)動模塊，所述x向移動架底部設(shè)有底部中間梁和底部側(cè)梁、頂部設(shè)有頂部中間梁和頂部側(cè)梁，其中所述底部中間梁上設(shè)有y向驅(qū)動模塊，所述y向立柱下端設(shè)有連接板與所述y向驅(qū)動模塊相連，所述y向立柱上端與y向移動梁固連，并且所述y向移動梁一端與所述頂部中間梁滑動連接、另一端與對應(yīng)側(cè)的頂部側(cè)梁滑動連接，所述y向框架一側(cè)與所述y向立柱固連、另一側(cè)下端與對應(yīng)側(cè)的底部側(cè)梁滑動連接，所述y向框架內(nèi)設(shè)有z向驅(qū)動模塊與所述z向升降架相連。

5、所述y向框架遠離所述y向立柱一側(cè)下端設(shè)有第一y向滑軌與設(shè)于x向移動架對應(yīng)側(cè)底部側(cè)梁上的第一y向滑塊配合，所述y向移動梁兩端均設(shè)有第二y向滑塊，并且其中一端的第二y向滑塊與設(shè)于所述頂部中間梁上的第二y向滑軌配合，另一端的第二y向滑塊與設(shè)于對應(yīng)側(cè)頂部側(cè)梁上的第二y向滑軌配合。

6、所述工具抓取單元包括抓取安裝座、移動底座、夾爪驅(qū)動缸、抓取夾爪和多個直線驅(qū)動缸，其中所述抓取安裝座與所述y向移動梁固連，各個直線驅(qū)動缸均上端與所述抓取安裝座鉸接、下端與所述移動底座鉸接，夾爪驅(qū)動缸設(shè)于所述移動底座上，抓取夾爪設(shè)于所述移動底座下側(cè)并通過所述夾爪驅(qū)動缸驅(qū)動張合動作。

7、所述澆注拌合整平單元包括澆注筒、擠壓拌合組件和擠出組件，其中所述澆注筒設(shè)于所述z向升降架上，所述澆注筒下側(cè)設(shè)有整平刮板，所述澆注筒內(nèi)部設(shè)有柔性拌料薄膜，并且物料設(shè)于所述柔性拌料薄膜中，所述擠壓拌合組件包括多個擠壓拌合缸，所述擠出組件包括擠出驅(qū)動缸和擠出活塞板，其中擠出活塞板設(shè)于澆注筒內(nèi)部且設(shè)于所述柔性拌料薄膜上側(cè)，所述擠出活塞板通過所述擠出驅(qū)動缸驅(qū)動升降，各個擠壓拌合缸均設(shè)于所述擠出活塞板上側(cè)且下側(cè)動作端均設(shè)有拌合活塞帽頭，所述擠出活塞板上設(shè)有供拌合活塞帽頭穿過的通孔，所述y向框架一側(cè)設(shè)有可轉(zhuǎn)動的刀具，所述澆注筒下端設(shè)有輸出口，并且所述輸出口對應(yīng)的柔性拌料薄膜位置形成供所述刀具割破的刀具割破部。

8、所述柔性拌料薄膜內(nèi)的物料包括混合液和薄膜球，其中所述柔性拌料薄膜內(nèi)壁上設(shè)有掛點，各個薄膜球通過細繩綁扎在對應(yīng)的掛點上。

9、所述x向移動架上的修復工具包括缺陷銑刨工具和清理打磨工具，并且缺陷銑刨工具設(shè)于所述x向移動架一側(cè)，清理打磨工具設(shè)于所述x向移動架另一側(cè)，所述y向框架上設(shè)有水下沖洗工具。

10、所述工具抓取單元上端設(shè)有水下雙目相機和三維激光掃描裝置。

11、一種根據(jù)所述的水下壩面自主切換修復作業(yè)裝置的作業(yè)方法，包括如下步驟：

12、步驟一：單元框架組件坐底吸附在缺陷壩體表面；

13、步驟二：水下沖洗工具移動對準待修復的作業(yè)區(qū)域，并對待修復的作業(yè)區(qū)域進行首次沖洗；

14、步驟三：工具抓取單元啟動抓取清理打磨工具，然后利用清理打磨工具對待修復的作業(yè)區(qū)域進行清理打磨作業(yè)；

15、步驟四：完成清理打磨后，水下沖洗工具重新移動至作業(yè)區(qū)域并再次對作業(yè)區(qū)域進行沖洗；

16、步驟五：水下雙目相機和三維激光掃描裝置對作業(yè)區(qū)域進行掃描并對缺陷特征進行建模，從而自動生成修形和澆注路徑規(guī)劃；

17、步驟六：工具抓取單元啟動抓取缺陷銑刨工具，然后利用缺陷銑刨工具對作業(yè)區(qū)域內(nèi)的破損部位邊界和修補界面進行修正；

18、步驟七：完成修形后，水下沖洗工具重新移動至作業(yè)區(qū)域并對作業(yè)區(qū)域進行沖洗；

19、步驟八：水下雙目相機和三維激光掃描裝置對作業(yè)區(qū)域進行掃描并對缺陷特征進行建模以確定后續(xù)澆注工序和用量方案；

20、步驟九：澆注拌合整平單元啟動進行水下拌合和澆注整平作業(yè)。

21、步驟九具體為：

22、步驟9.1：所述澆注拌合整平單元中的擠壓拌合缸啟動對柔性拌料薄膜進行往復擠壓以實現(xiàn)柔性拌料薄膜內(nèi)部物料的擠壓拌合；

23、步驟9.2：完成擠壓拌合后，所述澆注拌合整平單元中的刀具通過刀具驅(qū)動電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動至澆注筒下方輸出口處，并割破所述柔性拌料薄膜下端的刀具割破部；

24、步驟9.3：所述澆注拌合整平單元中的擠出驅(qū)動缸啟動驅(qū)動擠出活塞板向下移動擠壓柔性拌料薄膜，以使物料由刀具割破部的割破口和澆注筒下端的輸出口輸出至作業(yè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)澆筑；

25、步驟9.4：完成澆筑后，所述x向移動架、y向移動架和z向升降架動作驅(qū)動所述澆注筒下端的整平刮板與作業(yè)區(qū)域澆注物料表面貼合并往復移動實現(xiàn)刮平整理作業(yè)；

26、步驟9.5：水下雙目相機和三維激光掃描裝置對作業(yè)區(qū)域進行掃描檢測并判斷修復情況。

27、本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為：

28、1、本發(fā)明可以自動實現(xiàn)水下壩面待修復區(qū)域的清洗、打磨、銑刨、澆注、檢測等工序，并且可以實現(xiàn)不同作業(yè)工具的自動精準切換，作業(yè)效率和自動化程度大大提高。

29、2、本發(fā)明的單元框架組件包括依次套裝的x向移動架、y向移動架和z向升降架，其首先可以滿足z向升降架上的澆注拌合整平單元完成x、y、z三個方向的高精度大范圍移動澆注需要，其次可以滿足設(shè)于y向移動梁上的工具抓取單元大范圍移動抓取作業(yè)工具需要，再次可以滿足y向框架上的水下沖洗工具的清洗作業(yè)需要，最后可以滿足設(shè)于工具抓取單元上端的水下雙目相機和三維激光掃描裝置的掃描建模自動控制需要，同時本發(fā)明的單元框架組件又可以將各個單元模塊集成于一體，可以保證整體結(jié)構(gòu)緊湊，方便水下釋放和回收。

30、3、本發(fā)明的澆注拌合整平單元利用柔性拌料薄膜承裝澆注物料，并且澆注前可以通過由多個擠壓拌合缸形成的擠壓拌合組件對柔性拌料薄膜內(nèi)的物料進行充分擠壓攪拌，然后再利用刀具將柔性拌料薄膜割破并通過擠出組件中的擠出活塞板移動實現(xiàn)自動澆注出料，并且澆注后還可以利用澆注筒下端的整平刮板進一步刮平，從而在實現(xiàn)自動澆注作業(yè)的同時也能夠保證澆注質(zhì)量。