CN115009486A - 一种水下机器人的重心调节方法 - Google Patents

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刘羽菁
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    • Y02A40/81—Aquaculture, e.g. of fish

Abstract

本发明涉及水下机器人重力调节技术领域，提供一种水下机器人的重心调节方法，其包括如下的步骤：S1：计算清洗机器人的重心及浮心；S2：根据作业环境计算清洗机器人需要适应的作业角度θ的范围；S3：根据θ的范围以及清洗机器人推进器的最大提供动力，计算重心与浮心的最大距离H，用以保证清洗机器人稳定、适应不同作业角度；S4：设置供清洗机器人搭载的重力调节机构与浮力调节机构。本发明设计独特的重力调节机构，能够适应较窄宽度、较大倾斜角等复杂清洗工况，适用掏底或码头作业等多场景；重力调节机构采用曲线流道设计，管内壁形成独立空间，深水抗压，同时增加了浮力，配合安装于内部的滚珠，重力调节响应快，适用范围广，稳定性高。

Description

一种水下机器人的重心调节方法
技术领域
本发明涉及不同比重的液体分离技术领域，具体涉及一种水下机器人的重心调节方法。
背景技术
近年来，随着开发和利用海洋水平的长足发展，大型船舶日益增多，建设在海上的设施也越来越多。船舶及水上设施大部分位置常年处于海平面以下，海水具有强腐蚀性以及海水中浮游生物较多使得船体表面附着难以清除的贝类、海藻、以及导致船舶的船体底部等部位产生较多的锈皮和锈斑等。同样水下设施大部分为钢结构，海洋生物的分泌物会腐蚀加大结构的受力，削弱水下设施结构的载荷能力。因此，对于船舶及水下设施的结构清洗越来越重要，其维护的成本也越来越高。在此情况下，水下清洗机器人的作用显得尤为重要。
现有的作业级水下远程控制机器人在应对复杂的作业环境，例如需要悬停于较大倾斜度的作业对象上进行操作，为避免碰撞，需要不断调节自身的翻转角度等，因此需要对水下清洗机器人进行重力调节，现有重力调节机构结构复杂，易受外界环境的影响，控制难度大，应对不同环境的调节效果差。
发明内容
为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种水下机器人的重心调节方法，其包括如下的步骤：
S1：计算清洗机器人的重心及浮心；
S2：根据作业环境计算清洗机器人需要适应的作业角度θ的范围；
S3：根据θ的范围以及清洗机器人推进器的最大提供动力，计算重心与浮心的最大距离H，用以保证清洗机器人稳定、适应不同作业角度；
S4：根据重心与浮心的最大距离H重心下移距离，结合清洗机器人的本体重量，设置供清洗机器人搭载的重力调节机构与浮力调节机构，使清洗机器人的浮心上移、重心下移。
优选的方案中，所述S4中，重力调节机构包括封闭的、管内壁形成独立空间的流道管以及设置于流道管内的、可自由滚动的滚珠。
优选的方案中，所述滚珠选用铅粒、不锈钢珠、陶瓷珠中一种或若干种。
优选的方案中，所述流道管选用不锈钢防爆管。
优选的方案中，所述重力调节机构采用空间避让方式安装于清洗机器人内部的密封舱固定板处。
优选的方案中，所述重力调节机构安装于清洗机器人的支撑架上。
优选的方案中，所述重力调节机构安装于清洗机器人的浮力材上方。
本发明所达到的有益效果为：
第一、本发明设计独特的重力调节机构，能够适应较窄宽度、较大倾斜角等复杂清洗工况，适用掏底或码头作业等多场景；
第二、重力调节机构采用曲线流道设计，管内壁形成独立空间，深水抗压，同时增加了浮力，配合安装于内部的滚珠，重力调节响应快，适用范围广，稳定性高。
附图说明
图1是本发明的水下机器人的重心调节方法的流程图；
图2是本发明的重力调节机构的安装结构示意图。
图中：
1、流道管；2、支撑架；3、推进器。
具体实施方式
为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
对于清洗机器人的重力调节，核心原理是将其重心下移，根据经验，使重心距离浮心至少6cm才能保证清洗机器人的自稳性。但两者距离越大，姿态控制时所消耗的推进器3动力越大，因需要根据推进器3动力及要适应的角度，计算可实现姿态调整的最大重心浮心距离，以适应不同作业角度，同时还能达到稳定。参照图1、2，本发明提供一种水下机器人的重心调节方法，其按如下的步骤进行：
S1：计算清洗机器人的重心及浮心；
S2：根据作业环境计算清洗机器人需要适应的作业角度θ的范围；
S3：根据θ的范围以及清洗机器人推进器3的最大提供动力，计算重心与浮心的最大距离H，用以保证清洗机器人稳定、适应不同作业角度；
S4：根据重心与浮心的最大距离H重心下移距离，结合清洗机器人的本体重量，设置供清洗机器人搭载的重力调节机构与浮力调节机构，使清洗机器人的浮心上移、重心下移，其中，重力调节机构可以选为封闭的、管内壁形成独立空间的流道管1以及设置于流道管1内的、可自由滚动的滚珠。且滚珠选用铅粒、不锈钢珠、陶瓷珠中一种或若干种。且流道管1优选采用不锈钢防爆管。
重力调节机构可采用以下几种案安装方案：
1：采用空间避让方式安装于清洗机器人内部的密封舱固定板处。
2：重力调节机构安装于清洗机器人内部的流道格挡板4上。
3：重力调节机构安装于清洗机器人的浮力材上方。
下面结合实施例介绍本发明的一种水下机器人的重心调节方法。
实施例1：
本实施例中，采用的水下清洗机器人进行分析，本机器人尺寸长：宽：高约为3：2：，重心浮心在机器人几何中心上。
按照清洗侧的宽度，机器人的宽度，以及三角函数关系，计算极端情况的偏转角，根据具体实施清洗机器人采用的推进器个数、推力、力臂计算力矩。本实施例的清洗机器人采用的垂直推进器3有2个，每个推进器3的推力为F1。
垂直推进器3力臂为L1、L2，2个推进器3力矩＝L1·F1，产生的力矩分别进行抗流和翻转。
根据重心浮心分布在几何中心上进行调整位置，在重心和浮心产生距离可以产生力矩和扭转力。
清洗机器人在岸壁侧空间偏转角在90度以下。得出重力块安装点为下方，保证稳态和满足偏转角度。保证最小的重力块到达稳定的效果。
浮心调整重心调整相对关系：配相应的重力块重心下移，相应的配等重的浮力块，浮心上移。配置方案可从表1中选取。
Figure BDA0003746433780000041
表1重力调节机构方案
实施例2：
本实施例中，流道管1选材316不锈钢，在环形管内滑动。计算配重钢柱体积和数量：316不锈钢的密度为ρ1。钢珠体积为v1，钢珠数量为n。
管材直径：r；
管材长度:重力调节4个调节管长度L；
管子体积：v；
管子提供浮力：F＝pgv；
需要增加浮力材浮力:F1＝F-F2；
增加浮力材体积：浮力材密度ρ，浮力材固定方式内部填充。
钢珠直径：r1。
流动钢柱管形状：根据四个管子配合使用，需要满足调节角度范围，产生一定的滞留性，对姿态稳定性更有利。
以上的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水下机器人的重心调节方法，其特征在于，其包括如下的步骤：
S1：计算清洗机器人的重心及浮心；
S2：根据作业环境计算清洗机器人需要适应的作业角度θ的范围；
S3：根据θ的范围以及清洗机器人推进器(3)的最大提供动力，计算重心与浮心的最大距离H，用以保证清洗机器人稳定、适应不同作业角度；
S4：根据重心与浮心的最大距离H重心下移距离，结合清洗机器人的本体重量，设置供清洗机器人搭载的重力调节机构与浮力调节机构，使清洗机器人的浮心上移、重心下移。
2.根据权利要求1所述的一种水下机器人的重心调节方法，其特征在于：所述S4中，重力调节机构包括封闭的、管内壁形成独立空间的流道管(1)以及设置于流道管(1)内的、可自由滚动的滚珠。
3.根据权利要求2所述的一种水下机器人的重心调节方法，其特征在于：所述滚珠选用铅粒、不锈钢珠、陶瓷珠中一种或若干种。
4.根据权利要求2所述的一种水下机器人的重心调节方法，其特征在于：所述流道管(1)选用不锈钢防爆管。
5.根据权利要求2所述的一种水下机器人的重心调节方法，其特征在于：所述重力调节机构采用空间避让方式安装于清洗机器人内部的密封舱固定板处。
6.根据权利要求2所述的一种水下机器人的重心调节方法，其特征在于：所述重力调节机构安装于清洗机器人的支撑架(2)上。
7.根据权利要求2所述的一种水下机器人的重心调节方法，其特征在于：所述重力调节机构安装于清洗机器人的浮力材上方。
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