CN106428481B - 基于四旋翼结构的水下探测及清洗用无人机及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于四旋翼结构的水下探测及清洗用无人机及其工作方法，本水下无人机，包括：带有四旋翼叶片的机身本体，该机身本体携带有清洗装置，通过所述清洗装置适于对水下场景进行清洗；本发明的水下无人机及其工作方法将空中无人机的四旋翼结构推广到水下无人机采用四旋翼的结构，同时搭载陀螺仪、加速度传感器。在水中运行拥有较高的稳定性；并且通过摄像头、超声波传感器、红外传感器可以准确探测水下情况，高效稳定地完成水下清洗工作，以及本水下无人机较于传统的水下机器人整体框架体积小，成本低，方便测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于四旋翼结构的水下探测及清洗用无人机及其工作方法。
背景技术
水库大坝是水利为国民经济和社会发展提供水安全保障的重要基础设施，海底电缆输电工程、水下输油管道建设是跨海域联网工程建设的重要组成部分。由于水下环境恶劣、腐蚀程度大，加之年代久远坝体裂缝加大、多处渗水、强度降低、大坝严重位移等问题严重的威胁着大坝的安全。
目前，大坝等水下构建物的清洗主要有两种方法：
第一种是传统的人为清洗。必须在无水的情况下人为地进行水下检测，费事费力，另一方面，人工清洗时对大坝进行敲击的力度难以把握，很容易损坏水下构建物。所以人为清洗成本非常高且效率低，安全性低，局限性大。
第二种是利用高压射水进行水下构建物的清洗，通过动力装置使高压柱塞泵产生高压水来冲洗物体表面，水的冲击力大于污垢与物体表面附着力，高压水就会将污垢剥离。但是此种方法存在的问题是，难以控制水压的大小，若水压过大，则很容易损伤墙体；若水流过小，则清洗效果不理想。
因此，如何设计一种简易、稳定、高效的水下探测及清洗装置是本领域的一大难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种简易、稳定、高效的水下无人机及其工作方法，以解决水下清洗的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水下无人机，包括：
带有四旋翼叶片的机身本体，该机身本体携带有清洗装置；
通过所述清洗装置适于对水下场景进行清洗。
进一步，所述机身本体内设有处理器模块和探测单元；其中所述探测单元包括与处理器模块相连的陀螺仪、加速度传感器、摄像头、超声波传感器和红外线传感器；以及所述处理器模块还与四旋翼驱动模块相连；所述处理器模块适于通过摄像头采集的视频数据识别水下场景附着的污染物；所述处理器模块还适于通过超声波传感器避免水下无人机与水下障碍物碰撞，以及通过红外线传感器避免与水下生物发生碰撞；所述处理器模块还适于通过陀螺仪和加速度传感器以及四旋翼驱动模块调节无人机的水下姿态，即使清洗装置朝向水下场景附着的污染物，以进行清洗。
进一步，所述机身本体为一半球形封头的圆柱形壳体，该圆柱形壳体吊装于四旋翼叶片的下方。
进一步，所述圆柱形壳体的外壁铺设有一导轨，该导轨从机身本体的中部开始沿圆柱形壳体的外壁向下延伸，且沿半球形封头的圆弧面铺设后，继续向上沿圆柱形壳体的外壁延伸，即位于圆柱形壳体的两侧外壁呈对称设置；当处理器模块识别水下场景附着的污染物的位置后，控制清洗装置在导轨上滑动，使与污染物的位置相对应。
进一步，当处理器模块适于识别出一坑洼区域，且坑洼区域附着污染物后；
所述四旋翼叶片适于控制机身本体伸入坑洼区域内，处理器模块控制清洗装置沿导轨且在坑洼区域表面来回洗刷，以及在对坑洼区域表面进行清洗的同时，所述四旋翼叶片适于带动机身本体匀速转动。
进一步，所述清洗装置包括：毛刷、驱动毛刷转动的转盘机构，该转盘机构由所述处理器模块控制；以及所述转盘机构通过一导轨电动滑动机构在导轨上滑动，且该导轨电动滑动机构由处理器模块控制。
又一方面，本发明还提供了一种水下无人机的工作方法，
本水下无人机的工作方法包括如下步骤：
步骤S1，识别水下场景上附着的污染物；
步骤S2，调整姿态对污染物进行清洗。
进一步，若识别出一坑洼区域，且坑洼区域附着污染物后；四旋翼叶片适于控制机身本体伸入坑洼区域内，处理器模块控制清洗装置沿导轨且在坑洼区域表面来回洗刷，以及在对坑洼区域表面进行清洗的同时，所述四旋翼叶片适于带动机身本体匀速转动，以在坑洼区域内形成螺旋的清洗轨迹。
本发明的有益效果是，本发明的水下无人机及其工作方法将空中无人机的四旋翼结构推广到水下无人机采用四旋翼的结构，同时搭载陀螺仪、加速度传感器，以使其在水中运行拥有较高的稳定性；并且通过摄像头进行水下污染物识别，以及通过超声波传感器、红外传感器可以躲避水下复杂环境发生的碰撞，进而高效稳定地完成水下清洗工作，以及本水下无人机较于传统的水下机器人整体框架体积小，成本低，方便测试。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的水下无人机的结构示意图；
图2是本发明的水下无人机的控制原理框图。
图中：四旋翼叶片1、机身本体2、清洗装置3、导轨4、毛刷301、转盘机构302、导轨电动滑动机构303。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示，本实施例1提供了一种水下无人机，包括：带有四旋翼叶片1的机身本体2，该机身本体2携带有清洗装置3，通过所述清洗装置3适于对水下场景进行清洗。
所述机身本体2内设有处理器模块和探测单元；其中所述探测单元包括与处理器模块相连的陀螺仪、加速度传感器、摄像头、超声波传感器和红外线传感器；以及所述处理器模块还与四旋翼驱动模块相连。
所述处理器模块适于通过摄像头采集的视频数据识别水下场景附着的污染物；也可以通过无线手段将视频数据发送至上位机进行识别，或者人工识别。
所述处理器模块还适于通过超声波传感器避免水下无人机与水下障碍物碰撞，以及通过红外线传感器避免与水下生物发生碰撞；具体的，当水环境恶劣影响摄像头识别场景时，通过超声波传感器能够控制水下无人机与障碍物的距离。在清洗时，也可以保证清洗刷头与污垢控制在一个距离内，保证清洗的效果。通过红外线传感器检测水下生物，并通过陀螺仪和加速度传感器以及四旋翼驱动模块进行合理躲避。
所述处理器模块还适于通过陀螺仪和加速度传感器以及四旋翼驱动模块调节无人机的水下姿态，并提高水下无人机工作稳定性，并使清洗装置3朝向水下场景附着的污染物，以进行清洗。
其中，处理器模块例如但不限于采用MSP430F149，以及陀螺仪、加速度传感器例如但不限于采用JY9019轴加速度计陀螺仪MPU6050，四旋翼驱动模块适于驱动旋翼转动，属于现有技术。
所述机身本体2为一半球形封头的圆柱形壳体，该圆柱形壳体吊装于四旋翼叶片1的下方。
所述圆柱形壳体的外壁铺设有一导轨4，该导轨4从机身本体2的中部开始沿圆柱形壳体的外壁向下延伸，且沿半球形封头的圆弧面铺设后，继续向上沿圆柱形壳体的外壁延伸，即位于圆柱形壳体的两侧外壁呈对称设置；当处理器模块识别水下场景附着的污染物的位置后，控制清洗装置3在导轨4上滑动，使与污染物的位置相对应。
当处理器模块适于识别出一坑洼区域，且坑洼区域附着污染物后；所述四旋翼叶片1适于控制机身本体2伸入坑洼区域内，处理器模块控制清洗装置3沿导轨4且在坑洼区域表面来回洗刷，其运动轨迹如图1中箭头F1所示，以及在对坑洼区域表面进行清洗的同时，所述四旋翼叶片1适于带动机身本体2匀速转动，其运动轨迹如图1中箭头F2所示。
作为清洗装置3一种可选的实施方式，所述清洗装置3包括：毛刷301、驱动毛刷301转动的转盘机构302，该转盘机构302由所述处理器模块控制；以及所述转盘机构302通过一导轨电动滑动机构303在导轨4上滑动，且该导轨电动滑动机构303由处理器模块控制。
其中，作为导轨电动滑动机构303的一种可选的实施方式，该导轨电动滑动机构303包括：位于导轨4内的从动轮组，以及位于机身本体2内的主动轮组，以及该主动轮组由一直流电机带动转动，且该直流电机由处理器模块控制；优选的，所述主动轮组的行进导轨4位于机身本体2的内壁，所述主动轮组中至少设有一个锁止齿轮，且行进轨道设有与该锁止齿轮配合的锁止齿，当直流电机停转后，锁止齿轮与锁止齿配合，对导轨电动滑动机构303、清洗装置3的位置进行锁定。
实施例2
在实施例1基础上，本实施例2还提供了一种水下无人机的工作方法。
所述水下无人机的工作方法包括如下步骤：
步骤S1，识别水下场景上附着的污染物；以及
步骤S2，调整姿态对污染物进行清洗。
所述水下无人机为如实施例1所述。
若识别出一坑洼区域，且坑洼区域附着污染物后；四旋翼叶片1适于控制机身本体2伸入坑洼区域内，处理器模块控制清洗装置3沿导轨4且在坑洼区域表面来回洗刷，以及在对坑洼区域表面进行清洗的同时，所述四旋翼叶片1适于带动机身本体2匀速转动，以在坑洼区域内形成螺旋的清洗轨迹，提高对坑洼区域的清洁效果。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种水下无人机，其特征在于，包括：
带有四旋翼叶片的机身本体，该机身本体携带有清洗装置；
通过所述清洗装置适于对水下场景进行清洗；
所述机身本体内设有处理器模块和探测单元；其中
所述探测单元包括与处理器模块相连的陀螺仪、加速度传感器、摄像头、超声波传感器和红外线传感器；以及
所述处理器模块还与四旋翼驱动模块相连；
所述处理器模块适于通过摄像头采集的视频数据识别水下场景附着的污染物；
所述处理器模块还适于通过超声波传感器避免水下无人机与水下障碍物碰撞，以及通过红外线传感器避免与水下生物发生碰撞；
所述处理器模块还适于通过陀螺仪和加速度传感器以及四旋翼驱动模块调节无人机的水下姿态，即
使清洗装置朝向水下场景附着的污染物，以进行清洗；
所述机身本体为一半球形封头的圆柱形壳体，该圆柱形壳体吊装于四旋翼叶片的下方；
所述圆柱形壳体的外壁铺设有一导轨，该导轨从机身本体的中部开始沿圆柱形壳体的外壁向下延伸，且沿半球形封头的圆弧面铺设后，继续向上沿圆柱形壳体的外壁延伸，即位于圆柱形壳体的两侧外壁呈对称设置；
当处理器模块识别水下场景附着的污染物的位置后，控制清洗装置在导轨上滑动，使与污染物的位置相对应。
2.根据权利要求1所述的水下无人机，其特征在于，当处理器模块适于识别出一坑洼区域，且坑洼区域附着污染物后；
所述四旋翼叶片适于控制机身本体伸入坑洼区域内，处理器模块控制清洗装置沿导轨且在坑洼区域表面来回洗刷，以及
在对坑洼区域表面进行清洗的同时，所述四旋翼叶片适于带动机身本体匀速转动。
3.根据权利要求2所述的水下无人机，其特征在于，
所述清洗装置包括：毛刷、驱动毛刷转动的转盘机构，该转盘机构由所述处理器模块控制；以及
所述转盘机构通过一导轨电动滑动机构在导轨上滑动，且该导轨电动滑动机构由处理器模块控制。
4.一种水下无人机的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，识别水下场景上附着的污染物；
步骤S2，调整姿态对污染物进行清洗。
所述水下无人机为如权利要求1所述的水下无人机。
5.根据权利要求4所述的水下无人机的工作方法，其特征在于，
若识别出一坑洼区域，且坑洼区域附着污染物后；
四旋翼叶片适于控制机身本体伸入坑洼区域内，处理器模块控制清洗装置沿导轨且在坑洼区域表面来回洗刷，以及
在对坑洼区域表面进行清洗的同时，所述四旋翼叶片适于带动机身本体匀速转动，以在坑洼区域内形成螺旋的清洗轨迹。
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