CN106976536A - 框架结构水下堤坝巡视机器人 - Google Patents
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Abstract
一种框架结构水下堤坝巡视机器人，其包括机器人主架、动力系统、视觉系统、声纳、机械手和控制装置，所述动力系统、视觉系统、声纳和机械手均安装在机器人主架上，所述控制装置位于机器人主架内，所述机器人通过声纳进行定位，所述机器人通过机械手实现抓取作业，所述动力系统包括水平螺旋桨推进器、垂直螺旋桨推进器、第一浮力模块和第二浮力模块，所述水平螺旋桨推进器设置在机器人主架的后端，所述垂直螺旋桨推进器设置在机器人主架的前端和中端，所述第一浮力模块设置在机器人主架的上端，所述第二浮力模块设置在机器人主架的下端。本发明提供的机器人体积小、运动空间大，在水下作业时能有效提高堤坝裂纹识别的精度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及水下监测设备技术领域，尤其涉及一种框架结构水下堤坝巡视机器人。
背景技术
随着科技的进步，水下机器人已广泛应用于海洋工程、海洋军事和水下工程的各个领域，水下机器人不仅具备工业机器人的所有特点，还具备良好的密封和抗腐蚀性能。随着水下机器人的应用，人类可以进行更多的水下资源开发，如海洋能源、陆地河流、湖泊资源的开发等，水下机器人可以通过装备各种机械手、水下工具等进行水下作业。
目前，水下机器人配备有先进的导航、定位、推进和控制等设备，因而可以准确的到达预定的位置，其可以到达潜水员无法到达的深度从而替代潜水员，进而避免水下的危险环境危及人的生命安全，操作人员只需要在水面进行操作即可。
目前公开的一些水下机器人体积和重量比较大，适用性较差，稳定性差，不便于对水下情况进行全方位的监测。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种体积小、稳定性好且转动灵活的框架结构水下堤坝巡视机器人。
本发明提供一种框架结构水下堤坝巡视机器人，所述机器人包括机器人主架、动力系统、视觉系统、声纳、机械手和控制装置，所述动力系统、视觉系统、声纳和机械手均安装在机器人主架上，所述控制装置位于机器人主架内，所述机器人通过声纳进行定位，所述机器人通过机械手实现抓取作业，所述动力系统包括水平螺旋桨推进器、垂直螺旋桨推进器、第一浮力模块和第二浮力模块，所述水平螺旋桨推进器设置在机器人主架的后端，所述垂直螺旋桨推进器设置在机器人主架的前端和中端，所述第一浮力模块设置在机器人主架的上端，所述第二浮力模块设置在机器人主架的下端。
进一步地，所述控制装置包括密封舱，所述密封舱的上端与第一浮力模块的下端连接，所述密封舱的下端与第二浮力模块的上端连接，从而将密封舱固定。
进一步地，所述密封舱包括声纳驱动器模块、视频处理模块、机械手控制模块和螺旋桨驱动模块，所述螺旋桨驱动模块与水平螺旋桨推进器、垂直螺旋桨推进器的线缆连接，所述螺旋桨驱动模块可以驱动水平螺旋桨推进器和垂直螺旋桨推进器进行转动，从而实现机器人的自由运动，所述视频处理模块与视觉系统的线缆连接，所述视频处理模块将视觉系统拍摄的信号进行智能分析，并及时将有裂纹的位置进行准确记录，而后将信号实时传输到母船上的控制箱，所述声纳驱动器模块与声纳的线缆连接，所述声纳驱动器模块可以驱动声纳发出信号，所述机械手控制模块与机械手的线缆连接，所述机械手控制模块可以控制机械手的抓取，从而所述机器人可以清除障碍物。
进一步地，所述密封舱还包括倾角传感器模块和信号传输模块，所述倾角传感器模块与信号传输模块连接，所述倾角传感器模块能够对机器人的平稳性进行实时监测，当机器人发生较大的偏移或者俯仰时，所述倾角传感器模块将偏移或俯仰信号实时传输到信号传输模块，所述信号传输模块将接收到的偏移或俯仰信号传输到母船上的控制箱。
进一步地，所述控制装置还包括入线防水接头和出线防水接头，所述入线防水接头设置在密封舱的一端，所述出线防水接头设置在密封舱的另一端，所述动力系统、视觉系统、声纳和机械手的线缆由入线防水接头进入，所述螺旋桨驱动模块、机械手控制模块、视频处理模块、声纳驱动器模块、倾角传感器模块和信号传输模块的线缆在密封舱内整合成一条控制线，由所述出线防水接头引出与母船上放置的控制箱连接。
进一步地，所述水平螺旋桨推进器和垂直螺旋桨推进器均通过连接板安装在机器人主架上，所述机器人主架上分布有调节螺孔，安装螺栓穿过所述水平螺旋桨推进器和垂直螺旋桨推进器上的连接板与调节螺孔螺纹配合。
进一步地，所述动力系统还包括驱动电机，所述驱动电机通过第一支架安装在机器人主架上，所述第一支架通过螺栓固定连接在机器人主架上，所述驱动电机可带动水平螺旋桨推进器的叶片旋转从而产生推力。
进一步地，所述视觉系统包括摄像头和照明灯，所述摄像头通过第二支架安装在机器人主架上，所述第二支架通过螺栓固定连接在机器人主架上，所述摄像头用于拍摄水下环境，所述照明灯的数量为四个，所述照明灯分别固定安装在机器人主架的前端、后端、左端和右端，所述照明灯用以照亮水下环境。进一步地，所述声纳通过第三支架安装在机器人主架上，所述机械手通过第四支架安装在机器人主架上，所述第三支架、第四支架均通过螺栓固定连接在机器人主架上。
进一步地，所述第一浮力模块和第二浮力模块均采用空心玻璃微珠材料制成，所述空心玻璃微珠材料的密度小于海水的密度。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的框架结构水下堤坝巡视机器人，体积小、运动空间大，其通过螺旋桨驱动器模块驱动水平螺旋桨推进器和垂直螺旋桨推进器转动从而控制机器人的运动，机器人运动灵活；视频处理模块能够实现对堤坝的裂纹智能识别和判断，有效提高了裂纹识别的精度和效率；倾角传感器模块能够实时监测机器人的平稳性，机器人上设置的机械手可以有效清除障碍物，从而有效保证机器人水下运动的稳定性。
附图说明
图1是本发明框架结构水下堤坝巡视机器人的一示意图。
图2是本发明框架结构水下堤坝巡视机器人的控制装置的一示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种框架结构水下堤坝巡视机器人，包括机器人主架1、动力系统2、视觉系统3、声纳4、机械手5和控制装置6，动力系统2、视觉系统3、声纳4和机械手5均安装在机器人主架1上，机器人主架1为机器人的骨架和支撑部件，动力系统2包括水平螺旋桨推进器21、驱动电机22、垂直螺旋桨推进器23、第一浮力模块24和第二浮力模块25，水平螺旋桨推进器21的数量为两个，分别设置在机器人主架1的后端的左右两侧，两个水平螺旋桨推进器21用于驱动机器人的前进、后退和旋转，设置两个水平螺旋桨推进器21能够保持机器人的平衡，水平螺旋桨推进器21的推进方向为水平方向，驱动电机22通过第一支架11安装在机器人主架1上，第一支架11通过螺栓固定连接在机器人主架1上，驱动电机22可带动水平螺旋桨推进器21的叶片旋转从而产生推力；垂直螺旋桨推进器23的数量为四个，分别设置在机器人主架1的前端和中端，四个垂直螺旋桨推进器23用于驱动机器人的上浮和下潜，垂直螺旋桨推进器23的推进方向为垂直方向，设置四个垂直螺旋桨推进器23能够保证机器人在上浮和下潜过程的稳定性，水平螺旋桨推进器21和垂直螺旋桨推进器23均通过连接板15安装在机器人主架1上，机器人主架1上分布有调节螺孔16，安装螺栓穿过水平螺旋桨推进器21和垂直螺旋桨推进器23上的连接板15与调节螺孔16螺纹配合，第一浮力模块24设置在机器人主架1的上端，第二浮力模块25设置在机器人主架1的下端，第一浮力模块24和第二浮力模块25均采用空心玻璃微珠材料制成，空心玻璃微珠材料的密度小于海水的密度，第一浮力模块24和第二浮力模块25可以减小机器人的能耗并进一步保证机器人水下运动的安全性。
视觉系统3包括摄像头31和照明灯32，照明灯32的数量为四个，四个照明灯32分别固定安装在机器人主架1的前端、后端、左端和右端，照明灯32用以照亮水下环境，摄像头31通过第二支架12安装在机器人主架1上，第二支架12通过螺栓固定连接在机器人主架1上，摄像头31用于拍摄水下的环境，摄像头31可以实现135°广角的拍摄。
声纳4通过第三支架13安装在机器人主架1上，机器人通过声纳4进行定位，机械手5通过第四支架14安装在机器人主架1上，机器人通过机械手5实现抓取作业，第三支架13、第四支架14均通过螺栓固定连接在机器人主架1上。
机器人主架1内还设有一个控制装置6，控制装置6包括密封舱61、入线防水接头62和出线防水接头63，密封舱61的上端与第一浮力模块24的下端连接，密封舱61的下端与第二浮力模块25的上端连接，从而将密封舱61固定，密封舱61内包括声纳驱动器模块611、信号传输模块612、视频处理模块613、机械手控制模块614、倾角传感器模块615和螺旋桨驱动模块616，入线防水接头62设置在密封舱61的一端，出线防水接头63设置在密封舱61的另一端，动力系统2、视觉系统3、声纳4和机械手5的线缆由入线防水接头62进入，其中，水平螺旋桨推进器21、垂直螺旋桨推进器23的线缆与螺旋桨驱动模块616连接，螺旋桨驱动模块616可以驱动水平螺旋桨21和垂直螺旋桨23进行转动，从而实现机器人的自由运动，视觉系统3的线缆与视频处理模块613连接，视频处理模块613将摄像头31拍摄的信号进行智能分析，并及时将有裂纹的位置进行准确记录，而后将信号实时传输到母船上的控制箱，声纳4的线缆与声纳驱动器模块611连接，声纳驱动器模块611可以驱动声纳4发出信号从而实现对机器人进行定位，机械手控制模块614与机械手5的线缆连接，机械手控制模块614可以控制机械手5的抓取，从而机器人可以清除障碍物，倾角传感器模块615与信号传输模块612连接，倾角传感器模块615能够对机器人的平稳性进行实时监测，当机器人发生较大的偏移或者俯仰时，倾角传感器模块615将偏移或俯仰信号实时传输到信号传输模块612，信号传输模块612将接收到的偏移或俯仰信号传输到母船上的控制箱，螺旋桨驱动模块616、机械手控制模块614、视频处理模块613、声纳驱动器模块611、倾角传感器模块615和信号传输模块612的线缆在密封舱61内整合成一条控制线，由出线防水接头63引出与母船上放置的控制箱连接。
一实施例中，机器人的工作过程为：螺旋桨驱动器模块616驱动两个水平螺旋桨推进器21以相同转速同向转动，则机器人实现沿直线前进或后退；而螺旋桨驱动器模块616驱动两个水平螺旋桨推进器21以相同转速按不同方向转动时，机器人可实现原地转动；螺旋桨驱动器模块616驱动两个水平螺旋桨推进器21以差速按照不同方向转动时，机器人可实现转弯；螺旋桨驱动器模块616驱动四个垂直螺旋桨推进器23转动，机器人可实现沉浮运动；当机器人到达水下指定位置时，摄像头31拍摄水下环境，而后传输到视频处理模块613，视频处理模块613将水下环境传输到母船上的控制箱，方便研究人员实时监测水下环境。
本发明提供的框架结构水下堤坝巡视机器人，体积小、运动空间大，其通过螺旋桨驱动器模块616驱动水平螺旋桨推进器21和垂直螺旋桨推进器23转动从而控制机器人的运动，机器人运动灵活；视频处理模块613能够实现对堤坝的裂纹智能识别和判断，有效提高了裂纹识别的精度和效率；倾角传感器模块615能够实时监测机器人的平稳性，机器人上设置的机械手5可以有效清除障碍物，从而有效保证机器人水下运动的稳定性。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种框架结构水下堤坝巡视机器人，其特征在于：所述机器人包括机器人主架、动力系统、视觉系统、声纳、机械手和控制装置，所述动力系统、视觉系统、声纳和机械手均安装在机器人主架上，所述控制装置位于机器人主架内，所述机器人通过声纳进行定位，所述机器人通过机械手实现抓取作业，所述动力系统包括水平螺旋桨推进器、垂直螺旋桨推进器、第一浮力模块和第二浮力模块，所述水平螺旋桨推进器设置在机器人主架的后端，所述垂直螺旋桨推进器设置在机器人主架的前端和中端，所述第一浮力模块设置在机器人主架的上端，所述第二浮力模块设置在机器人主架的下端。
2.如权利要求1所述的框架结构水下堤坝巡视机器人，其特征在于：所述控制装置包括密封舱，所述密封舱的上端与第一浮力模块的下端连接，所述密封舱的下端与第二浮力模块的上端连接，从而将密封舱固定。
3.如权利要求2所述的框架结构水下堤坝巡视机器人，其特征在于：所述密封舱包括声纳驱动器模块、视频处理模块、机械手控制模块和螺旋桨驱动模块，所述螺旋桨驱动模块与水平螺旋桨推进器、垂直螺旋桨推进器的线缆连接，所述螺旋桨驱动模块可以驱动水平螺旋桨推进器和垂直螺旋桨推进器进行转动，从而实现机器人的自由运动，所述视频处理模块与视觉系统的线缆连接，所述视频处理模块将视觉系统拍摄的信号进行智能分析，并及时将有裂纹的位置进行准确记录，而后将信号实时传输到母船上的控制箱，所述声纳驱动器模块与声纳的线缆连接，所述声纳驱动器模块可以驱动声纳发出信号，所述机械手控制模块与机械手的线缆连接，所述机械手控制模块可以控制机械手的抓取，从而所述机器人可以清除障碍物。
4.如权利要求3所述的框架结构水下堤坝巡视机器人，其特征在于：所述密封舱还包括倾角传感器模块和信号传输模块，所述倾角传感器模块与信号传输模块连接，所述倾角传感器模块能够对机器人的平稳性进行实时监测，当机器人发生较大的偏移或者俯仰时，所述倾角传感器模块将偏移或俯仰信号实时传输到信号传输模块，所述信号传输模块将接收到的偏移或俯仰信号传输到母船上的控制箱。
5.如权利要求4所述的框架结构水下堤坝巡视机器人，其特征在于：所述控制装置还包括入线防水接头和出线防水接头，所述入线防水接头设置在密封舱的一端，所述出线防水接头设置在密封舱的另一端，所述动力系统、视觉系统、声纳和机械手的线缆由入线防水接头进入，所述螺旋桨驱动模块、机械手控制模块、视频处理模块、声纳驱动器模块、倾角传感器模块和信号传输模块的线缆在密封舱内整合成一条控制线，由所述出线防水接头引出与母船上放置的控制箱连接。
6.如权利要求1所述的框架结构水下堤坝巡视机器人，其特征在于：所述水平螺旋桨推进器和垂直螺旋桨推进器均通过连接板安装在机器人主架上，所述机器人主架上分布有调节螺孔，安装螺栓穿过所述水平螺旋桨推进器和垂直螺旋桨推进器上的连接板与调节螺孔螺纹配合。
7.如权利要求1所述的框架结构水下堤坝巡视机器人，其特征在于：所述动力系统还包括驱动电机，所述驱动电机通过第一支架安装在机器人主架上，所述第一支架通过螺栓固定连接在机器人主架上，所述驱动电机可带动水平螺旋桨推进器的叶片旋转从而产生推力。
8.如权利要求1所述的框架结构水下堤坝巡视机器人，其特征在于：所述视觉系统包括摄像头和照明灯，所述摄像头通过第二支架安装在机器人主架上，所述第二支架通过螺栓固定连接在机器人主架上，所述摄像头用于拍摄水下环境，所述照明灯的数量为四个，所述照明灯分别固定安装在机器人主架的前端、后端、左端和右端，所述照明灯用以照亮水下环境。
9.如权利要求1所述的框架结构水下堤坝巡视机器人，其特征在于：所述声纳通过第三支架安装在机器人主架上，所述机械手通过第四支架安装在机器人主架上，所述第三支架、第四支架均通过螺栓固定连接在机器人主架上。
10.如权利要求1所述的框架结构水下堤坝巡视机器人，其特征在于：所述第一浮力模块和第二浮力模块均采用空心玻璃微珠材料制成，所述空心玻璃微珠材料的密度小于海水的密度。
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