CN116374113A - 贴壁行走机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了贴壁行走机器人系统，涉及机器人控制技术领域，包括人工控制单元和意外控制单元，所述人工控制单元通过操作人员在岸边进行远程控制，不用下到水里进行操作控制。本发明在工作时将机器人放置在需清理的船舶附近，此时水平推进单元转动，来控制机器人在朝着船舶的方向浮游过去，当移动到相对位置后启动垂直推进单元进行下潜，当下潜到清理位置后，往船舶一侧移动进行贴合挤压，当挤压贴合后通过履带行走单元带动机器人进行清理，且不仅移动清理时稳定，当遇到清理的区域空间较为狭窄时，还可以进行自动翻面，且翻面时更加的平稳，不会因为区域狭窄不能进行翻面，会存在很大的局限性。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，具体为贴壁行走机器人系统。
背景技术
水下机器人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，无人遥控潜水器主要有：有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种，其中有缆避控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种，而船舶在行驶的过程中，且船舶在行驶的过程中，会在船舶底端积累大量的污垢，且通过水下机器人进行清理，成了非常重要的一种清洗方式；
但是在清理过程中，由于船舶底端形状都是呈曲面的，且清理的过程中不可能一直成直线有规则的移动，当清理到局部区域时，空间较为狭窄需要翻面移动，且清理机器人进行翻面时，现有的水下机器人翻面不够平稳，且需要的空间较大，就会在翻面时就会存在很大的局限性，，。
发明内容
本发明的目的在于提供贴壁行走机器人系统，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：贴壁行走机器人系统，包括人工控制单元和意外控制单元，所述人工控制单元通过操作人员在岸边进行远程控制，不用下到水里进行操作控制；
有线控制单元，所述有线控制单元与人工控制单元电性连接，且有线控制单元通过线体接通外部电源，同时通过线体对各个控制端进行电性连接并进行控制；
机器人控制单元，所述机器人控制单元与有线控制单元电性连接，所述机器人控制单元对控制信号进行接收，并在接收后把控制信号分解成若干个单独执行信号，对执行端进行控制，且对控制信号发送出去；
水平推进单元，所述水平推进单元对机器人控制单元的控制信号进行接收，在接收后推动机器人进行水平移动，往需要清理的位置移动；
垂直推进单元，所述垂直推进单元对机器人控制单元的控制信号进行接收，控制机器人进行纵向移动，并控制机器人下潜的速度，当达到需要下潜的深度之后，且控制转速保持稳定，使的机器人到水里的深度后保持悬浮状态，并推动机器人往清理区域的外部接触挤压；
履带行走单元，所述履带行走单元对机器人控制单元的控制信息进行接收，当机器人与清理区域接触挤后，通过履带行走单元带动机器人在清理区域外部移动；
旋转清理单元，所述旋转清理单元与机器人控制单元电性连接，所述旋转清理单元对待清理的区域进行旋转清理；
收集反馈单元，所述收集反馈单元与水平推进单元、垂直推进单元、履带行走单元和旋转清理单元电性连接，并把工作过程中的数据采集起来，并把数据反馈到机器人控制单元。
优选的，所述机器人控制单元包括水况监测模块和调整模块，所述水况监测模块对清理水域的水况进行实时的监测，并把水域情况进行反馈，一旦水域的情况过于的复杂，比如出现暗流和漂浮有大量的漂浮物时，反馈到人工控制单元停止清理工作，并通过调整模块在发现水域异常后，对机器人移动的方向和速度进行调整，避免移动过快撞击到漂浮物。
优选的，所述机器人控制单元还包括数据存储模块，所述数据存储模块对机器人控制单元进行控制过程中产生的数据进行实时的储存，所述垂直推进单元在悬浮过程中采用悬浮算法计算悬浮的稳定性，且悬浮算法具体为：
P＝NTP/(NTP+NFP)
其中，P为潜入深度数值比，NTP为自重数值，NFP为承受深度的极限值；
R＝NTP/(NTP+NFN)
其中，R为水中浮力数值，NFN为水中推动力数值；
其中，P为潜入深度数值比，R为水中浮力数值。
优选的，所述意外控制单元与机器人控制单元电性连接，所述意外控制单元在机器人控制单元的控制线路发生故障时，直接通过意外控制单元继续控制工作，且进行工作时垂直推进单元安装在机器人的四周。
优选的，所述意外控制单元包括故障触发模块和无线控制模块，所述故障触发模块对常用的线路进行监测，且常用的线路发生故障时就会触发无线控制模块，通过无线控制模块让工作人员在岸边继续的进行操作控制，避免线路发生问题，不能继续进行控制工作。
优选的，所述旋转清理单元包括监测投影模块和声呐采集模块，所述监测投影模块可以实时的对清理部位以及清理过程中的状态进行监测，并把监测到的画面反馈到操作端，并通过声呐采集模块对进行清理过程中的声音进行实时的传输，如果发现异响就对停止工作进行排查，避免发生意外情况导致损坏的情况发生。
优选的，所述收集反馈单元包括实时分析模块和实时反馈模块，所述实时分析模块对水平推进单元、垂直推进单元、履带行走单元和旋转清理单元工作时实时产生的数据进行接收，且对实时产生的数据进行分析，并通过实时反馈模块把实时分析的数据反馈到机器人控制单元，则根据传输的数据进行实时的观察判断。
优选的，所述垂直推进单元使机器人在水中悬浮之后，通过垂直推进单元完成机器人翻转的动作，此时机器人的状态可以看成是悬浮加翻转，则垂直推进单元需要完成的动作也是悬浮和翻转，且垂直推进单元在每个调节周期内先完成悬浮的控制，然后在完成翻转的控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在工作时将机器人放置在需清理的船舶附近，此时水平推进单元转动，来控制机器人在朝着船舶的方向浮游过去，当移动到相对位置后启动垂直推进单元进行下潜，当下潜到清理位置后，往船舶一侧移动进行贴合挤压，当挤压贴合后通过履带行走单元带动机器人进行清理，且不仅移动清理时稳定，当遇到清理的区域空间较为狭窄时，还可以进行自动翻面，且翻面时更加的平稳，不会因为区域狭窄不能进行翻面，会存在很大的局限性。
附图说明
图1为本发明实施例提供整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的机器人控制单元内部模块框图；
图3为本发明实施例提供的意外控制单元内部模块框图；
图4为本发明实施例提供的旋转清理单元内部模块框图；
图5为本发明实施例提供的收集反馈单元内部模块框图。
图中：1、人工控制单元；2、有线控制单元；3、意外控制单元；301、故障触发模块；302、无线控制模块；4、机器人控制单元；401、水况监测模块；402、调整模块；403、数据存储模块；5、旋转清理单元；501、监测投影模块；502、声呐采集模块；6、履带行走单元；7、垂直推进单元；8、水平推进单元；9、收集反馈单元；901、实时分析模块；902、实时反馈模块。
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做出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1-5，本发明提供一种技术方案：贴壁行走机器人系统，包括人工控制单元1和意外控制单元3，人工控制单元1通过操作人员在岸边进行远程控制，不用下到水里进行操作控制；
有线控制单元2，有线控制单元2与人工控制单元1电性连接，且有线控制单元2通过线体接通外部电源，同时通过线体对各个控制端进行电性连接并进行控制；
机器人控制单元4，机器人控制单元4与有线控制单元2电性连接，机器人控制单元4对控制信号进行接收，并在接收后把控制信号分解成若干个单独执行信号，对执行端进行控制，且对控制信号发送出去；
水平推进单元8，水平推进单元8对机器人控制单元4的控制信号进行接收，在接收后推动机器人进行水平移动，往需要清理的位置移动；
垂直推进单元7，垂直推进单元7对机器人控制单元4的控制信号进行接收，控制机器人进行纵向移动，并控制机器人下潜的速度，当达到需要下潜的深度之后，且控制转速保持稳定，使的机器人到水里的深度后保持悬浮状态，并推动机器人往清理区域的外部接触挤压；
履带行走单元6，履带行走单元6对机器人控制单元4的控制信息进行接收，当机器人与清理区域接触挤后，通过履带行走单元6带动机器人在清理区域外部移动；
旋转清理单元5，旋转清理单元5与机器人控制单元4电性连接，旋转清理单元5对待清理的区域进行旋转清理；
收集反馈单元9，收集反馈单元9与水平推进单元8、垂直推进单元7、履带行走单元6和旋转清理单元5电性连接，并把工作过程中的数据采集起来，并把数据反馈到机器人控制单元4。
机器人控制单元4包括水况监测模块401和调整模块402，水况监测模块401对清理水域的水况进行实时的监测，并把水域情况进行反馈，一旦水域的情况过于的复杂，比如出现暗流和漂浮有大量的漂浮物时，反馈到人工控制单元1停止清理工作，并通过调整模块402在发现水域异常后，对机器人移动的方向和速度进行调整，避免移动过快撞击到漂浮物；
机器人控制单元4还包括数据存储模块403，数据存储模块403对机器人控制单元4进行控制过程中产生的数据进行实时的储存，垂直推进单元7在悬浮过程中采用悬浮算法计算悬浮的稳定性，且悬浮算法具体为：
P＝NTP/(NTP+NFP)
其中，P为潜入深度数值比，NTP为自重数值，NFP为承受深度的极限值；
R＝NTP/(NTP+NFN)
其中，R为水中浮力数值，NFN为水中推动力数值；
其中，P为潜入深度数值比，R为水中浮力数值；
意外控制单元3与机器人控制单元4电性连接，意外控制单元3在机器人控制单元4的控制线路发生故障时，直接通过意外控制单元3继续控制工作，且进行工作时垂直推进单元7安装在机器人的四周；
意外控制单元3包括故障触发模块301和无线控制模块302，故障触发模块301对常用的线路进行监测，且常用的线路发生故障时就会触发无线控制模块302，通过无线控制模块302让工作人员在岸边继续的进行操作控制，避免线路发生问题，不能继续进行控制工作；
旋转清理单元5包括监测投影模块501和声呐采集模块502，监测投影模块501可以实时的对清理部位以及清理过程中的状态进行监测，并把监测到的画面反馈到操作端，并通过声呐采集模块502对进行清理过程中的声音进行实时的传输，如果发现异响就对停止工作进行排查，避免发生意外情况导致损坏的情况发生；
收集反馈单元9包括实时分析模块901和实时反馈模块902，实时分析模块901对水平推进单元8、垂直推进单元7、履带行走单元6和旋转清理单元5工作时实时产生的数据进行接收，且对实时产生的数据进行分析，并通过实时反馈模块902把实时分析的数据反馈到机器人控制单元4，则根据传输的数据进行实时的观察判断；
垂直推进单元7使机器人在水中悬浮之后，通过垂直推进单元7完成机器人翻转的动作，此时机器人的状态可以看成是悬浮加翻转，则垂直推进单元7需要完成的动作也是悬浮和翻转，且垂直推进单元7在每个调节周期内先完成悬浮的控制，然后在完成翻转的控制，那么在一个调节周期内机器人四角处的垂直推进单元7就能让机器人完成悬浮和翻转的动作，翻转的控制为以泵为水平线的话，那么泵两侧的垂直推进器的旋转方向相反，则产生的推力就是相反，由于是轴对称的力量，这两个反力形成了一个让机器人旋转的力矩，机器人在旋转力矩的作用下开始翻转，当翻转角度达到预定角度之后，这时候机器人四角处的垂直推进单元7改变工作方式，变成悬浮+贴壁运动，贴壁运动时需要机器人四角处的垂直推进单元7的转速一致，这时候产生的推力一致，转动力矩为0，机器人保持现有的状态，然后在水下水平移。
工作原理：本发明人工控制单元1通过操作人员在岸边进行远程控制，不用下到水里进行操作控制，且通过有线控制单元2通过线体接通外部电源，同时通过线体对各个控制端进行电性连接并进行控制，且机器人控制单元4与有线控制单元2电性连接，机器人控制单元4对控制信号进行接收，并在接收后把控制信号发送出去进行控制，并对清理水域的水况进行实时的监测，并把水域情况进行反馈，一旦水域的情况过于的复杂，比如出现暗流和漂浮有大量的漂浮物时，反馈到人工控制单元1停止清理工作，在发现水域异常后，对机器人移动的方向和速度进行调整，避免移动过快撞击到漂浮物，且水平推进单元8对机器人控制单元4的控制信号进行接收，在接收后推动机器人进行水平移动，往需要清理的位置移动，且垂直推进单元7对机器人控制单元4的控制信号进行接收，控制机器人进行纵向移动，并控制机器人下潜的速度，当达到需要下潜的深度之后，且控制转速保持稳定，使的机器人到水里的深度后保持悬浮状态，并推动机器人往清理区域的外部接触挤压，且履带行走单元6对机器人控制单元4的控制信息进行接收，当机器人与清理区域接触挤后，通过履带行走单元6带动机器人在清理区域外部移动，且旋转清理单元5与机器人控制单元4电性连接，旋转清理单元5对待清理的区域进行旋转清理。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.贴壁行走机器人系统，其特征在于：包括人工控制单元(1)和意外控制单元(3)，所述人工控制单元(1)通过操作人员在岸边进行远程控制，不用下到水里进行操作控制；
有线控制单元(2)，所述有线控制单元(2)与人工控制单元(1)电性连接，且有线控制单元(2)通过线体接通外部电源，同时通过线体对各个控制端进行电性连接并进行控制；
机器人控制单元(4)，所述机器人控制单元(4)与有线控制单元(2)电性连接，所述机器人控制单元(4)对控制信号进行接收，并在接收后把控制信号分解成若干个单独执行信号，对执行端进行控制，且对控制信号发送出去；
水平推进单元(8)，所述水平推进单元(8)对机器人控制单元(4)的控制信号进行接收，在接收后推动机器人进行水平移动，往需要清理的位置移动；
垂直推进单元(7)，所述垂直推进单元(7)对机器人控制单元(4)的控制信号进行接收，控制机器人进行纵向移动，并控制机器人下潜的速度，当达到需要下潜的深度之后，且控制转速保持稳定，使的机器人到水里的深度后保持悬浮状态，并推动机器人往清理区域的外部接触挤压；
履带行走单元(6)，所述履带行走单元(6)对机器人控制单元(4)的控制信息进行接收，当机器人与清理区域接触挤后，通过履带行走单元(6)带动机器人在清理区域外部移动；
旋转清理单元(5)，所述旋转清理单元(5)与机器人控制单元(4)电性连接，所述旋转清理单元(5)对待清理的区域进行旋转清理；
收集反馈单元(9)，所述收集反馈单元(9)与水平推进单元(8)、垂直推进单元(7)、履带行走单元(6)和旋转清理单元(5)电性连接，并把工作过程中的数据采集起来，并把数据反馈到机器人控制单元(4)。
2.根据权利要求1所述的贴壁行走机器人系统，其特征在于：所述机器人控制单元(4)包括水况监测模块(401)和调整模块(402)，所述水况监测模块(401)对清理水域的水况进行实时的监测，并把水域情况进行反馈，一旦水域的情况过于的复杂，比如出现暗流和漂浮有大量的漂浮物时，反馈到人工控制单元(1)停止清理工作，并通过调整模块(402)在发现水域异常后，对机器人移动的方向和速度进行调整，避免移动过快撞击到漂浮物。
3.根据权利要求1所述的贴壁行走机器人系统，其特征在于：所述机器人控制单元(4)还包括数据存储模块(403)，所述数据存储模块(403)对机器人控制单元(4)进行控制过程中产生的数据进行实时的储存，所述垂直推进单元(7)在悬浮过程中采用悬浮算法计算悬浮的稳定性。
4.根据权利要求1所述的贴壁行走机器人系统，其特征在于：所述意外控制单元(3)与机器人控制单元(4)电性连接，所述意外控制单元(3)在机器人控制单元(4)的控制线路发生故障时，直接通过意外控制单元(3)继续控制工作，且进行工作时垂直推进单元(7)安装在机器人的四周。
5.根据权利要求4所述的贴壁行走机器人系统，其特征在于：所述意外控制单元(3)包括故障触发模块(301)和无线控制模块(302)，所述故障触发模块(301)对常用的线路进行监测，且常用的线路发生故障时就会触发无线控制模块(302)，通过无线控制模块(302)让工作人员在岸边继续的进行操作控制，避免线路发生问题，不能继续进行控制工作。
6.根据权利要求1所述的贴壁行走机器人系统，其特征在于：所述旋转清理单元(5)包括监测投影模块(501)和声呐采集模块(502)，所述监测投影模块(501)可以实时的对清理部位以及清理过程中的状态进行监测，并把监测到的画面反馈到操作端，并通过声呐采集模块(502)对进行清理过程中的声音进行实时的传输，如果发现异响就对停止工作进行排查，避免发生意外情况导致损坏的情况发生。
7.根据权利要求1所述的贴壁行走机器人系统，其特征在于：所述收集反馈单元(9)包括实时分析模块(901)和实时反馈模块(902)，所述实时分析模块(901)对水平推进单元(8)、垂直推进单元(7)、履带行走单元(6)和旋转清理单元(5)工作时实时产生的数据进行接收，且对实时产生的数据进行分析，并通过实时反馈模块(902)把实时分析的数据反馈到机器人控制单元(4)，则根据传输的数据进行实时的观察判断。
8.根据权利要求1所述的贴壁行走机器人系统，其特征在于：所述垂直推进单元(7)使机器人在水中悬浮之后，通过垂直推进单元(7)完成机器人翻转的动作，此时机器人的状态可以看成是悬浮加翻转，则垂直推进单元(7)需要完成的动作也是悬浮和翻转，且垂直推进单元(7)在每个调节周期内先完成悬浮的控制，然后在完成翻转的控制。
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