CN115071920A

CN115071920A - 一种满足海底管道寻检的水下机器人

Info

Publication number: CN115071920A
Application number: CN202210686012.9A
Authority: CN
Inventors: 钱明星; 庆晨; 朱继红
Original assignee: Changshu Institute of Technology
Current assignee: Changshu Institute of Technology
Priority date: 2022-06-16
Filing date: 2022-06-16
Publication date: 2022-09-20

Abstract

本发明公开了一种满足海底管道寻检的水下机器人，包括机器人主体，所述机器人主体包括视觉系统、防水舱体、抓取机构和推进器，视觉系统采用主、副摄像头结构，主摄像头负责巡线，副摄像头负责识别异物并给机器人提供抓取坐标，所述防水舱体用来连接抓取机构的舵机以及视觉系统的调节臂，所述防水舱体的外侧铝型材上安装压力传感器，用来测量当前深度，本发明采用主副摄像头进行巡线和识别异物，提高工作的效率。视觉摄像头与调节臂连接，可以任意调节摄像头的角度来改变机器人的视野。所述工作机械爪安置在最前端用来去除管道上面的垃圾，本发明通过在舱体底部设置温湿度传感器及相应的报警电路。实时监测舱体内部的渗水情况。

Description

一种满足海底管道寻检的水下机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种满足海底管道寻检的水下机器人。

背景技术

近年来，中国海洋油气事业发展迅速，海底输油管道在能源开发中担负重要任务。但是，海底输油管道所处的海洋环境异常复杂，存在着诸多不稳定因素。中国海域海底输油管道的是否安全关乎中国海洋油气开发和安全生产，人们应对此高度重视。因此有必要对海底输油管道的运行状况进行定期检查，了解掌握海底输油管道安全状态，这是海上油气生产的重要保障措施。不仅保障了国家资源开发，而且保护海底输油管道运营商资产的完整性。针对目前海底输油管道自主巡管检测、检测管道难以实现的问题。基于此，本发明设计了一种满足海底管道寻检的水下机器人，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种满足海底管道寻检的水下机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种满足海底管道寻检的水下机器人，包括机器人主体，所述机器人主体包括视觉系统、防水舱体、抓取机构和推进器，视觉系统采用主、副摄像头结构，主摄像头负责巡线，副摄像头负责识别异物并给机器人提供抓取坐标，所述防水舱体用来连接抓取机构的舵机以及视觉系统的调节臂，所述防水舱体的外侧铝型材上安装压力传感器，用来测量当前深度；

所述防水舱体内部放有主控板以及电调控制板，主控板上装有姿态传感器，可以根据外接情况随时调节自身姿态，将主控板上定时器PWM线与电调控制板相连接以控制推进器转速，所述推进器安装在防水舱体上，所述抓取机构采用螺杆螺母与舵机连接。

优选的，所述推进器前后左右对齐且前后的推进器与防水舱体呈°安装，中间的推进器平放，以达到上升下潜。

优选的，所述主控板型号采用STM32F103ZET6，姿态传感器型号采用 MPU6050。

优选的，所述防水舱体开有一个通孔用来固定放置压力传感器，使其与外部环境充分接触，从而向主控板反馈当前深度。

优选的，所述防水舱体采用6061铝合金作为舱体，且内部设有DTH11 温湿度传感器监测电路，监测舱体内渗水情况。

优选的，所述视觉系统的调节臂可驱动视觉系统，使其可以随意调整视野。

优选的，所述防水舱体与其上部顶盖之间设置多层密封O型圈，且通过螺母旋紧，使得防水舱体内部实现防水。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用主副摄像头进行巡线和识别异物，这在很大程度上提高了工作的效率。

(2)本发明采用6061铝合金作为舱体，极大的提到了潜水器的耐压性能。

(3)本发明的视觉摄像头与调节臂连接，可以任意调节摄像头的角度来改变机器人的视野。所述工作机械爪安置在最前端用来去除管道上面的垃圾。

(4)本发明通过在舱体底部设置温湿度传感器及相应的报警电路。实时监测舱体内部的渗水情况，如若内部进水，能够及时报警。达到了保护内部器件的效果。

(5)本发明采用姿态传感器对自身姿态进行调节，从而减小外在环境对他的干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明提出的海底管道巡检机器人的立体结构示意图。

图2为本发明提出的海底管道巡检机器人的另一视角结构示意图。

图3为本发明提出的海底管道巡检机器人的仰视结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-机器人主体，2-视觉系统，201-调节臂，3-防水舱体，301-螺母，302- 铝型材，303-压力传感器，4-抓取机构，401-舵机，402-螺杆螺母，5-推进器。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种满足海底管道寻检的水下机器人，包括机器人主体1，所述防水舱体3采用6061铝合金作为舱体，让舱体有着更强大的耐压能力，可以下潜到更深的水域。

所述防水舱体3与其上部顶盖之间设置多层密封O型圈，且通过螺母301 旋紧，使得防水舱体3内部实现防水，且内部设有DTH11温湿度传感器监测电路，监测舱体内渗水情况。利用多层密封O型圈受螺母301对顶盖和舱体之间的压迫变形来实现密封，防水抗压性能极佳，能对水下机器人的核心元件在水下进行密封保护，采用可拆卸结构，在保证耐压的条件下提高管道巡检机器人的二次可开发性。

所述机器人主体1包括视觉系统2、防水舱体3、抓取机构4和推进器5，视觉系统2采用主、副摄像头结构，主摄像头负责巡线，副摄像头负责识别异物并给机器人提供抓取坐标，采用主副摄像头工作，从而提高了工作的效率，降低了系统的负担。(详细代码见附录代码说明)

所述防水舱体3内部放有主控板以及电调控制板，所述防水舱体3用来连接抓取机构4的舵机401以及视觉系统2的调节臂201，所述视觉系统2的调节臂201可驱动视觉系统2，使其可以随意调整视野。

抓取机构4为舵机401驱动的机械爪，通过核心板发送周期为50HZ的 PWM信号使得机械爪完成指定任务。

所述防水舱体3的外侧铝型材302上安装压力传感器303，所述防水舱体 3开有一个通孔用来固定放置压力传感器303，使其与外部环境充分接触，从而向主控板反馈当前深度。压力传感器303可以精准的测量当前机器人所处的海底水深并采用I2C协议传输给主控板；

所述防水舱体3内部放有主控板以及电调控制板，主控板上装有姿态传感器，可以根据外接情况随时调节自身姿态，所述主控板型号采用 STM32F103ZET6，姿态传感器型号采用MPU6050，将主控板上定时器PWM 线与电调控制板相连接以控制推进器5转速，所述推进器5安装在防水舱体3 上，所述抓取机构4采用螺杆螺母402与舵机401连接。

其中，所述推进器5前后左右对齐且前后的推进器5与防水舱体3呈30°安装，中间的推进器5平放，以达到上升下潜。

本发明采用了PID算法进行对PWM占空比的计算，从而使机器人运动更加稳定以便机器人平稳的移动(详细代码见附录代码说明)。

本发明利用温压补偿公式对当前数值进行补偿，使得数值更加精确(详细代码见附录代码说明)。

附录关键代码说明

主摄像头巡线：

THRESHOLD＝(35,89,-14,7,-1,53)#Grayscale threshold for dark things...

import sensor,image,time

from pyb import LED

import struct

from pyb import UART

#LED(1).on()

#LED(2).on()

#LED(3).on()

sensor.reset()

sensor.set_vflip(False)

sensor.set_hmirror(False)

sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)

sensor.set_framesize(sensor.QQQVGA)#80x60(4,800pixels)-O(N^2)max＝ 2,3040,000.

#sensor.set_windowing([0,20,80,40])

sensor.skip_frames(time＝200)#WARNING:If you use QQVGA it may takeseconds

clock＝time.clock()#to process a frame sometimes.

uart＝UART(1,115200)#串口3，波特率115200

uart.init(115200,bits＝8,parity＝None,stop＝1)#8位数据位，无校验位，1位停止

while(True):

clock.tick()

img＝sensor.snapshot().binary([THRESHOLD])

line＝img.get_regression([(100,100,0,0)],robust＝True)

if(line):

rho_err＝abs(line.rho())-img.width()/2

if line.theta()>90:

theta_err＝line.theta()-180

else:

theta_err＝line.theta()

img.draw_line(line.line(),color＝127)

theta_err＝int(theta_err)

rho_err＝int(rho_err)

if(rho_err<-10):

r＝0

elif(rho_err>10):

r＝2

else:

r＝1

data＝bytearray([0x2C,0x12,theta_err,r,0x5B])

uart.write(data)

print(theta_err,r,rho_err)

else:

pass

副摄像头识别：

PID代码：

压传代码：

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种满足海底管道寻检的水下机器人，包括机器人主体(1)，其特征在于，所述机器人主体(1)包括视觉系统(2)、防水舱体(3)、抓取机构(4)和推进器(5)，视觉系统(2)采用主、副摄像头结构，主摄像头负责巡线，副摄像头负责识别异物并给机器人提供抓取坐标，所述防水舱体(3)用来连接抓取机构(4)的舵机(401)以及视觉系统(2)的调节臂(201)，所述防水舱体(3)的外侧铝型材(302)上安装压力传感器(303)，用来测量当前深度；

所述防水舱体(3)内部放有主控板以及电调控制板，主控板上装有姿态传感器，可以根据外接情况随时调节自身姿态，将主控板上定时器PWM线与电调控制板相连接以控制推进器(5)转速，所述推进器(5)安装在防水舱体(3)上，所述抓取机构(4)采用螺杆螺母(402)与舵机(401)连接。

2.根据权利要求1所述的一种满足海底管道寻检的水下机器人，其特征在于：所述推进器(5)前后左右对齐且前后的推进器(5)与防水舱体(3)呈30°安装，中间的推进器(5)平放，以达到上升下潜。

3.根据权利要求1所述的一种满足海底管道寻检的水下机器人，其特征在于：所述主控板型号采用STM32F103ZET6，姿态传感器型号采用MPU6050。

4.根据权利要求1所述的一种满足海底管道寻检的水下机器人，其特征在于：所述防水舱体(3)开有一个通孔用来固定放置压力传感器(303)，使其与外部环境充分接触，从而向主控板反馈当前深度。

5.根据权利要求1所述的一种满足海底管道寻检的水下机器人，其特征在于：所述防水舱体(3)采用6061铝合金作为舱体，且内部设有DTH11温湿度传感器监测电路，监测舱体内渗水情况。

6.根据权利要求1所述的一种满足海底管道寻检的水下机器人，其特征在于：所述视觉系统(2)的调节臂(201)可驱动视觉系统(2)，使其可以随意调整视野。

7.根据权利要求1所述的一种满足海底管道寻检的水下机器人，其特征在于：所述防水舱体(3)与其上部顶盖之间设置多层密封O型圈，且通过螺母(301)旋紧，使得防水舱体(3)内部实现防水。