具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

用于修复排水管道变形塌陷的非开挖装置，如图1和图2所示，包括树脂板1、顶板2、力传感器3、多节伸缩筒4、电机5、电机支架6、外齿回转支承体7、调姿底座组件8、加热电阻丝9、主动齿轮10、主动齿轮轴11、联轴器12、主安装板13、两自由度摄像头14和紧固螺钉15。力传感器3用来测量工作的正压力，当正压力大于所设定的值后说明变形塌陷的管道已经恢复原状，反馈信号制动多节伸缩筒4，避免多节伸缩筒4过量伸出损坏排水管道管壁；多节伸缩筒4作为支撑顶板2的动力源，可以为多级液压缸或者电机驱动的多级螺纹驱动筒；树脂板1作为修复管道的材料，当树脂板1固化后能与管道内壁粘贴，和顶板2分离留在管道中，用来支撑管道，主安装板13是修复装置的关键部件，用来对各个主要部件起到支撑作用。

如图1所示，树脂板1和顶板2的第一端连接，顶板2的第二端和力传感器3的第一端连接，力传感器3的第二端和多节伸缩筒4的第一端连接，多节伸缩筒4的第二端和外齿回转支承体7外圈的第一端连接，加热电阻丝9均匀分布在树脂板1和顶板2之间。

具体而言，如图4所示，主动齿轮10包括圆柱齿轮101和圆台102，圆柱齿轮101的一侧设有圆台102，圆台102的两侧对称开有相同的螺纹孔，主动齿轮轴11穿过主动齿轮10并通过紧固螺钉15固定配合，主动齿轮轴11的一侧设有轴肩以卡住圆柱齿轮101，从而限制主动齿轮10的位置。

如图2所示，电机5的外壳和电机支架6的第一端固定连接，电机5的输出轴通过联轴器12和主动齿轮轴11的第一端连接，主动齿轮轴11的第二端通过紧固螺钉15和主动齿轮10的圆台102固定连接，主动齿轮10的圆柱齿轮101和外齿回转支承体7外圈的第二端啮合，外齿回转支承体7的内圈和电机支架6分别与主安装板13上部的第一端和第二端固定连接，两自由度摄像头14和主安装板13上部的第三端固定连接，调姿底座组件8对称分布在主安装板13下部的两侧。

电机5驱动主动齿轮轴11带动主动齿轮10转动，主动齿轮10可带动外齿回转支承体7上方的多节伸缩筒4和顶板2等转动，这样可以在修复装置进入管道时将顶板2正向旋转90°以避开与管壁的干涉，待修复装置落到管道时，再将顶板2反向旋转90°至作业状态。

如图3所示，调姿底座组件8，包括限位销81、卡板82、滑槽83、支座84和橡胶块85，限位销81用来固定支座84在滑槽83中的位置，卡板82用来防止限位销81滑出凹槽，支座84的两个端部分别安装在两个滑槽83中，使其可以在滑槽83中自由滑动，支座84还可以是具有自主动力的行走小车等；树脂板1作为修复管道的材料，对其加热或者使用紫外光线照射会使其固化，树脂板1固化后能与管道内壁粘贴，和顶板2分离留在管道中，用来支撑管道；橡胶块85自身具有良好的弹性和耐磨性，作业过程中的正压力使橡胶块85与管壁的接触由线接触变为面接触，增大接触面积，以免破坏原管道的下壁。

滑槽83和支座84的两侧分别设有凹槽，滑槽83上有多个不同的凹槽，凹槽上方标注有不同管径对应的位置，针对不同管径的管道调整支座84至对应的凹槽，增大两个支座84的横向距离，避免修复装置发生侧翻，增加装置在作业过程的稳定性。

限位销81位于凹槽内，卡板82和支座84中具有凹槽的一侧固定连接，滑槽83的第一端和主安装板13的下部固定连接，支座84的第一端通过限位销81和滑槽83的第二端固定连接，支座84的第二端和橡胶块85固定连接。

进一步，为了保证本装置早使用过程受力的稳定性，顶板2、力传感器3、多节伸缩筒4和外齿回转支承体7的轴线在同一条直线上；电机5、电机支架6、主动齿轮10、主动齿轮轴11和联轴器12的轴线在同一条直线上。

在本发明的一个优选实施例中，如图2所示，调姿底座组件8的数量为二，调姿底座组件8关于主安装板13的竖直对称面对称分布，两自由度摄像头14的轴线位于主安装板13的竖直对称面上，两自由度摄像头14两自由度包括调整摄像头的俯仰角和其自转，以便于获得良好的视角，两自由度摄像头14采集到的影像资料可以传输到示教器上供操作人员观察。具体而言，在调姿底座组件8中，限位销81、卡板82和滑槽83的数量为二，支座84的数量为一，限位销81、卡板82和滑槽83分别关于支座84的中心面对称分布在支座84的两侧。

另一方面，用于修复排水管道变形塌陷的非开挖装置的修复方法包括，如图5所示：

S1、进行非开挖变形修复准备工作：根据待修复管道的直径，调整调姿底座组件8中的支座84至滑槽83对应的位置，将处于收缩状态的非开挖装置放入待修复管道，并送入待修复管道发生变形塌陷的位置。

S2、调节两自由度摄像头14视野范围：通过控制系统调节两自由度摄像头14转动至管壁正上方，监控待修复管壁上方的视野。

S3、启动多节伸缩筒将树脂板顶到管壁上方：通过电机带动主动齿轮10，进而带动外齿回转支承体7启动非开挖装置中的多节伸缩筒4，当树脂板1顶到待修复管道的管壁上方时，由位于多节伸缩筒4上部的力传感器3开始反馈压力信号，并继续将树脂板1向上顶出。

S4、采用单目视觉定位算法和圆拟合算法获取管壁上方的待顶出差值，具体包括以下步骤：

S41、通过两自由度摄像头14拍摄获取的管壁上方帧流，基于单目视觉定位算法获取每帧中管壁上方的三维坐标，建立管壁上方局部范围的三维曲面，具体表达式如下：

S_up＝[x,y,z] (1)

其中，S_up表示三维曲面的坐标集；x、y、z表示单目视觉定位算法获得的各点在x、y、z方向上的坐标值矩阵，x方向为管壁轴向方向，z方向为竖直向上，y方向满足右手定则。

S42、基于圆拟合算法和获取的管壁上方局部范围的三维曲面坐标集，拟合得到管壁修复后应有的三维曲面坐标集，具体表达式如下：

S_n＝[x_n,y_n,z_n] (2)

其中，S_n表示拟合得到的三维曲面的坐标集；x_n、y_n、z_n表示拟合得到的三维曲面上各点在x、y、z方向上的坐标值矩阵。

S43、计算修复后应有的三维曲面与管壁上方局部范围的三维曲面的最大高度差，并将其作为待顶出差值Λh，具体表达式如下：

Λh＝max(z_n-z) (3)

其中，z_n表示拟合得到的三维曲面上各点在z方向上的坐标值矩阵，z表示单目视觉定位算法获得的各点在z方向上的坐标值矩阵。

S5、若待顶出差值小于一定值h₀或压力超过一定值F₀，则制动多节伸缩筒4并执行步骤S6，否则重复步骤S4。

S6、加热固化树脂板1：启动位于顶板2和树脂板1的加热电阻丝9，对树脂板1进行加热，加热十分钟后直至树脂板1固化，停止加热，对管道起到暂时性的支撑作用。

S7、分段支撑待修复管道的变形塌陷位置：将多节伸缩筒4从工作状态恢复至初始状态，并将非开挖装置从待修复管道撤出，再次在顶板2的上部安装树脂板1，将非开挖装置送入步骤S6修复好的管段的后面待修复的位置处，重复步骤S2-S6，分段支撑待修复管道的变形塌陷位置，直至将整个连续变形塌陷的管段撑起。

S8、整圈修复巩固管段：因非开挖装置的树脂板1不是完整的一圈，只能暂时支撑，在步骤S7的基础上，利用局部紫外光固化修复设备对步骤S7撑起的管段进行整圈修复，增强修复可靠性，即完成非开挖修复。

以下结合实施例对本发明一种用于修复排水管道变形塌陷的非开挖装置及其修复方法做进一步描述：

在修复过程中操作人员需要观察管道中的实时情况才可以顺利进行，由于排水管道的空间狭小加上光线较弱，无法直接观察。需通过两自由度摄像头14获得良好的视角，两自由度摄像头14采集到的影像资料传输到示教器上供操作人员观察，以便操作人员可以在实际使用本发明装进行修复时实时调整，本发明装置结合修复方法的具体实施步骤如下：

S1、根据待修复管道直径，在修复装置上更换对应的顶板2，并将对应的树脂板1粘贴在顶板2上方，同时调整调姿底座组件8中的支座84至滑槽83对应的位置并用限位销81和卡板82锁紧。

将非开挖装置与AGV小车一起从检查井口放入待修复管道中，根据两自由度摄像头14传输的管道实时画面，由AGV小车运送非开挖装置至待修复管道发生变形塌陷的位置。

S2、通过控制系统调节两自由度摄像头14转动至管壁正上方，监控待修复管壁上方的视野。

S3、根据变形塌陷情况微调非开挖装置的位姿使其位于最佳受力姿态后放下非开挖装置，启动电机5驱动外齿回转支承体7转动90°使得顶板2处于作业状态，启动多节伸缩筒4，树脂板1支撑变形塌陷管道恢复至原样后，位于多节伸缩筒4上部的力传感器3反馈信号制动多节伸缩筒4并保持支撑姿态。

S4、根据两自由度摄像头14，利用单目视觉定位算法和圆拟合算法获取管壁上方的待顶出差值。

S5、重复步骤S4，直到待顶出差值小于一定值h₀或压力超过一定值F₀，则制动多节伸缩筒4并执行步骤S6。

S6、启动位于顶板2和树脂板1的加热电阻丝9，对树脂板1进行加热，加热十分钟后直至树脂板1固化，停止加热，对管道起到暂时性的支撑作用。

S7、收回多节伸缩筒4至初始状态并启动电机5驱动外齿回转支承体7反向转动90°使顶板2沿着管道轴向避免与管道内壁发生碰撞；控制AGV小车将非开挖装置托运出管道，在顶板2上粘贴同样规格的树脂板1后再次控制AGV小车将非开挖装置送到上述步骤撑起的管段后方150mm变形塌陷的位置并重复上述操作步骤修复此管段；在完成修复后接着控制AGV小车将非开挖装置托运出管道后在顶板2上粘贴树脂板1再次重复上述操作步骤分段间隔修复，直至整个连续变形塌陷的管段撑起，将非开挖装置与AGV小车分离。

S8、为了增强修复可靠性需要进行整圈修复，在AGV小车前安装对应管径的局部紫外光固化修复设备并在紫外光固化修复设备外圈粘贴玻璃纤维树脂段，将设备与小车从检查井口一起放入待修复管道中，同样根据两自由度摄像头14传输的管道实时画面，由AGV小车运送局部紫外光固化修复设备至以上步骤修复的变形塌陷位置。

打开紫外光固化修复设备的气阀进行充气，一分钟后启动紫外光灯进行照射，七分钟后关闭紫外光灯和气阀；控制AGV小车将紫外光固化修复设备托运出管道，即完成全部修复工作。

综上，本发明装置的安全性高，无需工人下井操作即可完成修复；施工周期短，过程简单便捷，无需开挖路面，对地面交通和居民零影响；通用性强，适用多种不同规格的管道；成本低，只对有缺陷的管段进行修复，不破坏其他完好的管道；采用单目视觉定位算法和圆拟合算法，可实时获取变形管道的修复情况，保证修复的质量和可靠性；利用力传感器实时反馈顶出压力，保证修复装置的安全可靠，同时记录结果可反向优化装置并改善修复效果。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。