CN113636045A - 一种适用于池壁作业的水下机器人定位装置及方法 - Google Patents
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- B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
- B63C11/34—Diving chambers with mechanical link, e.g. cable, to a base
Abstract
本发明公开了一种适用于池壁作业的水下机器人定位装置及方法，包括岸基，所述岸基的顶端安装有绞车主体，且绞车主体的内部安装有脐带缆，所述脐带缆远离绞车主体的一端安装有机器人主体。本发明通过在绞车主体收放脐带缆的过程中，通过编码器的作用可以准确测量脐带缆的收放长度，从而在脐带缆绳长数据的基础上结合机器人主体上测量的深度值，可反推绞车主体与水下机器人主体的投影距离，同时结合机器人主体上的姿态传感器，便可定位出机器人主体在水下的坐标位置，从而通过对脐带缆长度物理属性的充分利用，以降低定位成本且同时获得较为经济的定位方法。
Description
技术领域
本发明涉及水下机器人应用技术领域，特别涉及一种适用于池壁作业的水下机器人定位装置及方法。
背景技术
在当今社会中，随着科技的进步，机器人行业得到了蓬勃的发展，水下机器人是其中的一种，也称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人，通过水下机器人的作用可代替人工在水下进行长时间作业；
当前水下机器人定位主要通过声学定位技术，如USBL超短基线定位，需要岸基设备与水下机器人本体声学设备配套使用，而且声学定位容易受到水环境影响，如反射和特殊障碍物等，同时水下声学定位的成本非常高，对于一些精度要求不高的应用场景，声学定位不具备成本优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于池壁作业的水下机器人定位装置及方法，以解决上述背景技术中提出的声学定位需要专用设备和定制软件配套，使用和维护成本高昂，且容易受水下环境影响使用效果的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于池壁作业的水下机器人定位装置及方法，包括岸基，所述岸基的顶端安装有绞车主体，且绞车主体的内部安装有脐带缆，所述脐带缆远离绞车主体的一端安装有机器人主体。
优选的，所述机器人主体的一端安装有深度传感器，且深度传感器靠近脐带缆一侧的机器人主体上安装有姿态传感器。
优选的，所述绞车主体安装在岸基的适合的位置处，且绞车主体与岸基之间为可拆卸连接。
优选的，所述绞车主体的底端安装有绞车基座，且绞车基座顶部的一端安装有电机，所述电机的一侧安装有减速器，且减速器远离电机的一侧安装有离合器。
优选的，所述离合器远离减速器一侧的外部安装有小链轮，所述离合器靠近小链轮的一侧安装有编码器，所述绞车主体内部远离电机的一侧安装有大链轮，且大链轮通过链条与小链轮相连接。
优选的，所述机器人主体的定位解算方法具体步骤如下：
步骤S1，机器人主体在池侧壁行走过程中，脐带缆始终保持恒张力状态，机器人主体始终吸附在壁面，以绞车主体中心为基点，该位置离水面高度为h0，当机器人主体沿水下某一深度为h的A面行走时，在该面的出发点的初始坐标(x0，y0，h)，其横坐标值为定值x0的，设脐带缆长度为L，此时机器人主体纵坐标y不断变化，则y值为：
步骤S2，当机器人主体运动到深度为h的B面行走时，其纵坐标值为定值y1的，此时机器人主体横坐标x不断变化，则x值为：
步骤S3，当x，y的大小值等于初始值x0，y0，且航向角与初始相同，则判定机器人主体刚好行走完一周，此时产生定位触发信号，通过将信号反馈给控制器，使机器人主体往深度方向再下降一定高度以便继续行走。
步骤S4，机器人主体在池底行走时，以绞车在池底面投影点O为中心，保持脐带缆长度不变，机器人主体绕投影点O从池底一端M呈圆弧线轨迹行走到另外一断N，当行走一结束池底同半径一段弧线后，触发信号反馈给控制器，增加脐带缆长度，使机器人主体沿池底部的下一个弧线M’N’方向行走，从而保持机器人主体在整个池壁面按规划在侧壁行走。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该新型水下机器人定位装置实现了利用物理原理降低定位成本，且可用于壁面路径规划的功能，通过利用脐带缆在收放过程中的长度变化数据作为触发信号实现机器人主体在水下的定位。在池侧壁行走时，首先定义好机器人主体在侧壁的工作起点，脐带缆长度随着机器人主体运动过程会发生变化，当行走一圈回到起点时，长度也会回到初始值并产生定位触发信号，通过将这些信号反馈给控制器，使机器人主体往深度方向再下降一定高度，从而保持机器人主体按规划在侧壁行走；在池底行走时，以绞车在池底面投影点为中心，保持脐带缆长度不变，绕投影点从池底一端呈圆弧线轨迹行走到另外一断，当行走一结束池底同半径一段弧线后，触发信号反馈给控制器，增加或缩短脐带缆长度，使机器人主体沿池底部的下一个弧线方向行走，从而保持机器人主体在整个池壁面按规划在侧壁行走。在绞车主体收放脐带缆的过程中，通过编码器的作用可以准确测量脐带缆的收放长度，以便在脐带缆绳长数据的基础上结合机器人主体上测量的深度值，可反推绞车主体与水下机器人主体的投影距离，同时结合机器人主体上的姿态传感器，便可定位出机器人主体在水下的坐标位置，从而通过对脐带缆长度物理属性的充分利用，以降低定位成本且同时获得较为经济的定位方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的岸基三维结构示意图；
图2为本发明的绞车主体三维结构示意图；
图3为本发明的侧壁行走原理示意图；
图4为本发明的底部行走原理示意图。
图中的附图标记说明：1、机器人主体；2、深度传感器；3、姿态传感器；4、岸基；5、绞车主体；6、脐带缆；7、绞车基座；8、电机；9、减速器；10、离合器；11、小链轮；12、编码器；13、链条；14、大链轮。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供的一种实施例：一种适用于池壁作业的水下机器人定位装置及方法，包括岸基4，岸基4的顶端安装有绞车主体5；
绞车主体5的底端安装有绞车基座7，且绞车基座7顶部的一端安装有电机8，电机8的一侧安装有减速器9，且减速器9远离电机8的一侧安装有离合器10，离合器10远离减速器9一侧的外部安装有小链轮11，离合器10靠近小链轮11的一侧安装有编码器12，绞车主体5内部远离电机8的一侧安装有大链轮14，且大链轮14通过链条13与小链轮11相连接；
具体的，如图2所示，使用时，绞车主体5收放脐带缆6的过程中，通过编码器12的作用可以准确测量脐带缆6的收放长度，从而可利用脐带缆6在收放过程中的长度变化数据作为触发信号实现机器人主体1的水下定位；
所述绞车主体5安装在岸基4的适合位置处，且绞车主体5与岸基4之间为可拆卸连接；
具体的，如图1所示，使用时，通过绞车主体5安装在岸基4适合的位置处，且绞车主体5与岸基4之间为可拆卸连接，可提高绞车主体5安装或拆卸时的便捷性；
且绞车主体5的内部安装有脐带缆6，脐带缆6远离绞车主体5的一端安装有机器人主体1；
机器人主体1的一端安装有深度传感器2，该深度传感器2的型号可为M10，且深度传感器2靠近脐带缆6一侧的机器人主体1上安装有姿态传感器3，该姿态传感器3的型号可为CY-25；
具体的，如图1所示，使用时，通过在脐带缆6绳长数据的基础上结合机器人主体1上测量的深度值，可反推绞车主体5与水下机器人主体1的投影距离，同时结合机器人主体1上的姿态传感器3和深度传感器2，便可定位出机器人主体1在水下的坐标位置；
所述机器人主体1的定位解算方法具体步骤如下：
步骤S1，机器人主体1在池侧壁行走过程中，脐带缆6始终保持恒张力状态，机器人主体1始终吸附在壁面，以绞车主体5中心为基点，该位置离水面高度为h0，当机器人主体1沿水下某一深度为h的A面行走时，在该面的出发点的初始坐标(x0，y0，h)，其横坐标值为定值x0的，设脐带缆6长度为L，此时机器人主体1纵坐标y不断变化，则y值为：
步骤S2，当机器人主体1运动到深度为h的B面行走时，其纵坐标值为定值y1的，此时机器人主体1横坐标x不断变化，则x值为：
步骤S3，当x，y的大小值等于初始值x0，y0，且航向角与初始相同，则判定机器人主体1刚好行走完一周，此时产生定位触发信号，通过将信号反馈给控制器，使机器人主体1往深度方向再下降一定高度以便继续行走。
步骤S4，机器人主体1在池底行走时，以绞车在池底面投影点O为中心，保持脐带缆6长度不变，机器人主体1绕投影点O从池底一端M呈圆弧线轨迹行走到另外一断N，当行走一结束池底同半径一段弧线后，触发信号反馈给控制器，增加脐带缆6长度，使机器人主体1沿池底部的下一个弧线M’N’方向行走，从而保持机器人主体1在整个池壁面按规划在侧壁行走。
工作原理：本发明在使用时，当机器人主体1在水下壁面行走时，电机8通过减速器9降低其运转速度，使得减速后的小链轮11通过链条13带动绞车主体5上的大链轮14旋转，从而带动脐带缆6进行收放，利用脐带缆6在收放过程中的长度变化数据作为触发信号实现机器人主体1在水下的定位，首先定义好机器人主体1工作起点，脐带缆6长度随着机器人主体1运动过程会发生变化，当行走一圈回到起点时，长度也会回到初始值并产生定位触发信号，通过将这些信号反馈给控制器，使机器人主体1往深度方向再下降一定高度，从而保持机器人主体1按规划行走，在绞车主体5收放脐带缆6的过程中，通过编码器12的作用可以准确测量脐带缆6的收放长度，从而可利用脐带缆6在收放过程中的长度变化数据作为触发信号实现机器人主体1的水下定位，具体步骤如下：
如图3所示，机器人主体1在池侧壁行走过程中，脐带缆6始终保持恒张力状态，机器人主体1始终吸附在壁面，以绞车主体5中心为基点，该位置离水面高度为h0，当机器人主体1沿水下某一深度为h的A面行走时，在该面的出发点的初始坐标(x0，y0，h)，其横坐标值为定值x0的，设脐带缆6长度为L，此时机器人主体1纵坐标y不断变化，则y值为：
当机器人主体1运动到深度为h的B面行走时，其纵坐标值为定值y1的，此时机器人主体1横坐标x不断变化，则x值为：
当x，y的大小值等于初始值x0，y0，且航向角与初始相同，则判定机器人主体1刚好行走完一周，此时产生定位触发信号，通过将信号反馈给控制器，使机器人主体1往深度方向再下降一定高度以便继续行走。
如图4所示，机器人主体1在池底行走时，以绞车在池底面投影点O为中心，保持脐带缆6长度不变，机器人主体1绕投影点O从池底一端M呈圆弧线轨迹行走到另外一断N，当行走一结束池底同半径一段弧线后，触发信号反馈给控制器，增加脐带缆6长度，使机器人主体1沿池底部的下一个弧线M’N’方向行走，从而保持机器人主体1在整个池壁面按规划在侧壁行走。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”“池壁”“作业”应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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；“池壁”一般指半封闭载水空间湿表面，可以是水槽内壁，可以是水舱内壁，也可以是水池壁面等。机器人在壁面的“作业”一般指检测、清洁、修复等。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种适用于池壁作业的水下机器人定位装置，包括岸基(4)，其特征在于：所述岸基(4)的顶端安装有绞车主体(5)，且绞车主体(5)的内部安装有脐带缆(6)，所述脐带缆(6)远离绞车主体(5)的一端安装有机器人主体(1)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于池壁作业的水下机器人定位装置，其特征在于：所述机器人主体(1)的一端安装有深度传感器(2)，且深度传感器(2)靠近脐带缆(6)一侧的机器人主体(1)上安装有姿态传感器(3)。
3.根据权利要求1所述的一种适用于池壁作业的水下机器人定位装置，其特征在于：所述绞车主体(5)安装在岸基(4)的适合位置处，且绞车主体(5)与岸基(4)之间为可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述的一种适用于池壁作业的水下机器人定位装置，其特征在于：所述绞车主体(5)的底端安装有绞车基座(7)，且绞车基座(7)顶部的一端安装有电机(8)，所述电机(8)的一侧安装有减速器(9)，且减速器(9)远离电机(8)的一侧安装有离合器(10)。
5.根据权利要求4所述的一种适用于池壁作业的水下机器人定位装置，其特征在于：所述离合器(10)远离减速器(9)一侧的外部安装有小链轮(11)，所述离合器(10)靠近小链轮(11)的一侧安装有编码器(12)，所述绞车主体(5)内部远离电机(8)的一侧安装有大链轮(14)，且大链轮(14)通过链条(13)与小链轮(11)相连接。
6.根据权利要求1所述的一种适用于池壁作业的水下机器人定位装置的定位方法，其特征在于：
所述机器人主体(1)的定位解算方法具体步骤如下：
步骤S1，机器人主体(1)在池侧壁行走过程中，脐带缆(6)始终保持恒张力状态，机器人主体(1)始终吸附在壁面，以绞车主体(5)中心为基点，该位置离水面高度为h0，当机器人主体(1)沿水下某一深度为h的A面行走时，在该面的出发点的初始坐标(x0，y0，h)，其横坐标值为定值x0的，设脐带缆(6)长度为L，此时机器人主体(1)纵坐标y不断变化，则y值为：
步骤S2，当机器人主体(1)运动到深度为h的B面行走时，其纵坐标值为定值y1的，此时机器人主体(1)横坐标x不断变化，则x值为：
步骤S3，当x，y的大小值等于初始值x0，y0，且航向角与初始相同，则判定机器人主体(1)刚好行走完一周，此时产生定位触发信号，通过将信号反馈给控制器，使机器人主体(1)往深度方向再下降一定高度以便继续行走。
步骤S4，机器人主体(1)在池底行走时，以绞车在池底面投影点O为中心，保持脐带缆(6)长度不变，机器人主体(1)绕投影点O从池底一端M呈圆弧线轨迹行走到另外一断N，当行走一结束池底同半径一段弧线后，触发信号反馈给控制器，增加脐带缆(6)长度，使机器人主体(1)沿池底部的下一个弧线M’N’方向行走，从而保持机器人主体(1)在整个池壁面按规划在侧壁行走。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116599993A (zh) * | 2023-05-25 | 2023-08-15 | 青岛森科特智能仪器有限公司 | 一种基于物联网控制的可移动水下观测系统及其工作方法 |
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2021
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| CN116599993B (zh) * | 2023-05-25 | 2024-01-26 | 青岛森科特智能仪器有限公司 | 一种基于物联网控制的可移动水下观测系统的工作方法 |
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