CN117724516A - 水下机器人的控制方法、系统及水下机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海上观察和作业检测技术领域，具体提供一种水下机器人的控制方法、系统及水下机器人，此控制方法在动力脐带缆管理系统对水下机器人进行释放和对接的过程中，所述水下机器人在深度方向产生下潜推力，使脐带缆在所述下潜推力的作用下保持抻直状态。本发明的有益效果是确保了水下机器人在释放和对接过程中脐带缆处于抻直状态，储缆器内部脐带缆排列整齐，降低了脐带缆发生缠绕的风险，保证正常的释放和对接，降低了操作难度。
Description
技术领域
本发明属于海上观察和作业检测技术领域，尤其是涉及一种水下机器人的控制方法、系统及水下机器人系统。
背景技术
深海作业风大浪急，深海检查和维护作业需要通过水面支持船、布放回收系统(Launch And Recovery System，LARS)、动力脐带缆管理系统(Tether Mnagement System，TMS)和遥控无人潜水器(Remote Operated Vehicle，ROV)完成。该过程主要包括：将TMS和ROV通过LARS布放到深海入水后进行TMS和ROV的动态释放操作，以及作业完毕回收前，将TMS和ROV在水中对接好后再一起回收到甲板上。
在现有技术中，TMS多为无动力TMS，释放和对接过程只需控制ROV即可，控制过程相对较为简单。与传统的TMS负浮力、重力大不同的是，动力TMS在海水中为微正浮力，并且动力TMS能和ROV一样实现灵活运动。当两个均可灵活运动的设备在海上进行动态释放和对接时，操作难度较大，脐带缆无法处于抻直状态，导致储缆器内部脐带缆排列不整齐，易发生缠绕风险，影响正常的释放和对接。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种水下机器人的控制方法、系统及水下机器人系统，有效解决了水下机器人在释放和对接过程中脐带缆无法抻直的技术问题，克服了现有技术的不足。
本发明采用的技术方案是：一种水下机器人的控制方法，动力脐带缆管理系统在对水下机器人进行释放和对接的过程中，控制所述水下机器人在深度方向产生下潜推力，使脐带缆在所述下潜推力的作用下保持抻直状态。
进一步，所述动力脐带缆管理系统控制所述水下机器人深度方向上的控制摇杆调节所述下潜推力，所述下潜推力随所述控制遥杆拨动幅度的增大而增大。
进一步，在所述释放过程中，
所述下潜推力为第一阈值时，所述脐带缆处于抻直状态；
若所述下潜推力大于所述第一阈值，则减小所述下潜推力；
若所述下潜推力小于所述第一阈值，则增大所述下潜推力。
进一步，所述下潜推力由拉力传感器检测，所述拉力传感器设置在所述动力脐带缆管理系统内。
进一步，在所述对接过程中，
所述脐带缆的回收拉力与所述下潜推力的合力为第二阈值时，所述脐带缆处于抻直状态；
若所述脐带缆的回收拉力与所述下潜推力的合力大于所述第二阈值时，则增大所述下潜推力；
若所述脐带缆的回收拉力与所述下潜推力的合力小于所述第二阈值时，则减小所述下潜推力。
进一步，所述脐带缆的回收拉力与所述下潜推力的合力由拉力传感器检测，所述拉力传感器设置在所述动力脐带缆管理系统内。
进一步，在进行所述释放过程之前，所述动力脐带缆管理系统控制所述脐带缆的锁止机构进行开锁。
进一步，在进行所述对接过程之后，所述动力脐带缆管理系统控制所述脐带缆的锁止机构进行关锁。
本发明还提供一种水下机器人的控制系统，包括动力脐带缆管理系统，所述动力脐带缆管理系统用于执行如上所述的控制方法。
本发明还提供一种水下机器人系统，包括水下机器人和如上所述的控制系统，所述水下机器人与所述控制系统电连接。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，确保了水下机器人在释放和对接过程中脐带缆处于抻直状态，储缆器内部脐带缆排列整齐，降低了脐带缆发生缠绕的风险，保证正常的释放和对接，降低了操作难度。
附图说明
图1是本发明实施例一种水下机器人的释放和对接控制方法的释放示意图。
图2是本发明实施例一种水下机器人的释放和对接控制方法的对接示意图。
图3是本发明实施例一种水下机器人的释放和对接控制方法的释放流程图。
图4是本发明实施例一种水下机器人的释放和对接控制方法的对接流程图。
图中：
1、脐带缆管理系统 2、水下机器人 3、脐带缆
4、布放回收系统 5、A形架 6、绞车
7、止荡器
具体实施方式
本发明实施例提供了一种水下机器人的控制方法、系统及水下机器人系统，下面结合附图对本发明的实施例做出说明。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。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“设置”、“连接”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
深海检查和维护作业通常需要通过水面支持船、LARS(布放回收系统)、动力TMS(脐带缆管理系统1)和ROV(水下机器人系统)共同完成，由经验丰富的水下机器人领航员进行操作，如图1-2所示。在布放作业前，动力TMS和ROV对接在一起，LARS将动力TMS和ROV布放入水后，动力TMS对ROV进行动态释放操作，释放后，动力TMS和ROV分别进行各自的作业任务。作业完毕回收前，动力TMS与ROV对接在一起，然后通过LARS将动力TMS和ROV回收到甲板上。
本发明实施例提供一种水下机器人的控制方法，在动力TMS对ROV进行释放和对接的过程中，ROV在深度方向产生下潜推力，使脐带缆3在下潜推力的作用下保持抻直状态，保证储缆器内部脐带缆3排列整齐，避免发生缠绕风险，保证正常的释放和对接，降低了操作难度。
在释放过程中，为了实现ROV从动力TMS上释放，需要ROV提供拖拽动力才能保证从动力TMS中把脐带缆3拽出，并且拽出后还需要提供拉力才能保证脐带缆3不会随水流产生较大的弯曲，所以需要ROV时刻提供拉直脐带缆3的动力。ROV在深度方向产生的下潜推力即可提供这种动力。
在对接过程中，动力TMS提供回收拉力，同时需要ROV提供一个小的反向动力以保证两者之间的缆线一直是拉直状态。ROV在深度方向产生的下潜推力即可提供这种反向动力。
具体的，下潜推力由ROV深度方向上的控制摇杆控制调节，控制摇杆可由计算机程序控制或者领航员手动拨动。下潜推力的大小与控制摇杆的拨动幅度有关，拨动幅度越大，下潜推力越大，通过拨动控制摇杆来调节下潜推力的大小。
实施例一：一种水下机器人的释放和对接控制方法，包括如下步骤：
动力TMS和ROV释放过程，如图3所示，包括：
S1:LARS布放动力TMS和ROV入水；
LARS设置在水面支撑船甲板上的A形架5上。A形架5上设有绞车6和缆绳以及止荡器7，均为现有技术，在此不做赘述，如图1所示。
S2:开锁；
使用LARS将动力TMS和ROV放入水中后，此时，动力TMS和ROV处于连接锁定状态。为了实现ROV的释放，动力TMS上的锁止机构需要进行开锁，使连接ROV的脐带缆3能够伸长。
S3:动力TMS释放脐带缆3；
开锁后，动力TMS释放脐带缆3，使脐带缆3变长，ROV得到释放远离动力TMS。
S4:控制ROV产生下潜推力；
动力TMS释放脐带缆3的同时，为了使脐带缆3保持抻直状态，控制ROV深度方向上的控制摇杆，进而对ROV产生垂直向下的下潜推力，该下潜推力控制ROV下潜远离动力TMS。
S5:观察动力TMS拉力传感器数据，调节下潜推力；
在ROV的下潜运动过程中，若动力TMS的放缆速度和ROV的下潜速度不匹配，会导致脐带缆3弯曲，在动力TMS内部堆积，发生缠绕风险。下潜推力沿脐带缆3的方向能提供一个拉力，使脐带缆3从动力TMS中拽出，同时保证脐带缆3处于抻直状态。在动力TMS中的拉力传感器可检测下潜推力提供的拉力，当拉力传感器检测到的拉力为第一阈值时，脐带缆3处于抻直状态。当拉力传感器检测到的拉力大于第一阈值时，即下潜推力过大，此时减小控制摇杆的拨动幅度，减小下潜推力。当拉力传感器检测到的拉力小于第一阈值时，即下潜推力过小，此时增大控制摇杆的拨动幅度，增大下潜推力。通过调节控制摇杆的幅度，调节下潜推力的大小来适配动力TMS的放缆速度。当停止拨动摇杆后，ROV将自动保持在当前深度上。
需要说明的是，上述第一阈值可以为经多次试验或实际操作过程后得出的经验值。
在动力TMS和ROV的释放过程中，调节下潜推力的大小来控制ROV完成和动力TMS的释放过程，有效解决了深度位置上动力TMS和ROV释放过程中容易出现的下潜速度和放缆速度不匹配的问题，从而提高动力TMS放缆速度和ROV下潜速度的匹配度，使脐带缆3处于抻直状态，避免了脐带缆3弯曲，在动力TMS内部堆积而产生缠绕的风险。
动力TMS和ROV对接过程，如图4所示，包括：
S1:ROV靠近动力TMS下方；
动力TMS和ROV对接过程是从ROV在动力TMS斜下方一定距离开始的。控制ROV处于动力TMS的斜下方。如图2所示。
S2:动力TMS回收脐带缆3；
对接时，动力TMS产生回收拉力对脐带缆3进行回收，使ROV靠近动力TMS。
S3:控制ROV产生下潜推力；
动力TMS产生回收拉力对脐带缆3进行回收时，为了使脐带缆3保持抻直状态，控制ROV深度方向上的控制摇杆，对ROV产生下潜推力，在回收拉力和下潜推力的作用下，使ROV靠近动力TMS实现对接。
S4:观察动力TMS拉力传感器数据，调节下潜推力；
在ROV的对接过程中，若动力TMS的收缆速度和ROV的上升速度不匹配，即ROV的上升速度大于动力TMS的收缆速度，缆线无法处于抻直状态，导致储缆器内部缆线排列不整齐，影响排缆和对接。
下潜推力沿脐带缆3的方向提供一个与回收拉力反向的反向动力，该反向动力阻止ROV过于靠近动力TMS。回收拉力大于该反向动力，在回收拉力和该反向动力的合力作用下，ROV从斜下方一边抗流一边保证脐带缆3抻直的状态下，慢慢靠近动力TMS的正下方。在动力TMS中的拉力传感器可检测回收拉力和反向动力的合力，当拉力传感器检测到的合力为第二阈值时，脐带缆3处于抻直状态。当拉力传感器检测到的合力大于第二阈值时，即下潜推力过小，此时增大控制摇杆的拨动幅度，增大下潜推力。当拉力传感器检测到的拉力小于第二阈值时，即下潜推力过大，此时减小控制摇杆的拨动幅度，减小下潜推力。通过调节控制摇杆的幅度，调节下潜推力的大小来适配动力TMS的收缆速度。当停止拨动摇杆后，ROV将自动保持在当前深度上。
需要说明的是，上述第二阈值可以为经多次试验或实际操作过程后得出的经验值。
S5:关锁；
经过上述对接过程后，ROV处于动力TMS的正下方，当脐带缆3全部进入动力TMS内部时，动力TMS和ROV对接过程完毕，关闭锁止机构，动力TMS和ROV对接过程结束。
在动力TMS和ROV的对接过程中，调节下潜推力的大小来控制ROV完成和动力TMS的对接过程，有效解决了深度位置上动力TMS和ROV对接过程中容易出现的ROV上升速度和动力TMS收缆速度不匹配的问题，提高动力TMS收缆速度和ROV上升速度的匹配度，使脐带缆3处于抻直状态，减少了对接过程对缆线产生的扭曲损伤，降低了动力TMS和ROV对接过程的操作难度。
一种水下机器人的控制系统，包括动力脐带缆管理系统，动力脐带缆管理系统用于执行如上所述的控制方法，包括如下步骤：
动力TMS和ROV释放过程，包括：
S1:LARS布放动力TMS和ROV入水；
S2:开锁；
S3:动力TMS释放脐带缆3；
S4:控制ROV产生下潜推力；
S5:观察动力TMS拉力传感器数据，调节下潜推力；
动力TMS和ROV对接过程，包括：
S1:ROV靠近动力TMS下方；
S2:动力TMS回收脐带缆3；
S3:控制ROV产生下潜推力；
S4:观察动力TMS拉力传感器数据，调节下潜推力；
S5:关锁；
一种水下机器人系统，包括水下机器人和如上所述的控制系统，水下机器人与控制系统电连接。
本发明具有的优点和积极效果是：
在动力TMS和ROV的释放过程中，通过调节控制摇杆的拨动幅度，调节下潜推力的大小，提高动力TMS放缆速度和ROV下潜速度的匹配度，使脐带缆处于抻直状态，避免了脐带缆弯曲，在动力TMS内部堆积而产生缠绕的风险。
在动力TMS和ROV的对接过程中，通过调节控制摇杆的拨动幅度，调节下潜推力的大小，提高动力TMS收缆速度和ROV上升速度的匹配度，使脐带缆处于抻直状态，对接过程不会产生缆线扭曲损伤，降低了动力TMS和ROV对接过程的操作难度，更有利于排缆和对接。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.水下机器人的控制方法，其特征在于：动力脐带缆管理系统在对水下机器人进行释放和对接的过程中，控制所述水下机器人在深度方向产生下潜推力，使脐带缆在所述下潜推力的作用下保持抻直状态。
2.根据权利要求1所述的水下机器人的控制方法，其特征在于：所述动力脐带缆管理系统控制所述水下机器人深度方向上的控制摇杆调节所述下潜推力，所述下潜推力随所述控制遥杆拨动幅度的增大而增大。
3.根据权利要求1或2所述的水下机器人的控制方法，其特征在于：在所述释放过程中，
所述下潜推力为第一阈值时，所述脐带缆处于抻直状态；
若所述下潜推力大于所述第一阈值，则减小所述下潜推力；
若所述下潜推力小于所述第一阈值，则增大所述下潜推力。
4.根据权利要求3所述的水下机器人的控制方法，其特征在于：所述下潜推力由拉力传感器检测，所述拉力传感器设置在所述动力脐带缆管理系统内。
5.根据权利要求1或2所述的水下机器人的控制方法，其特征在于：在所述对接过程中，
所述脐带缆的回收拉力与所述下潜推力的合力为第二阈值时，所述脐带缆处于抻直状态；
若所述脐带缆的回收拉力与所述下潜推力的合力大于所述第二阈值时，则增大所述下潜推力；
若所述脐带缆的回收拉力与所述下潜推力的合力小于所述第二阈值时，则减小所述下潜推力。
6.根据权利要求5所述的水下机器人的控制方法，其特征在于：所述脐带缆的回收拉力与所述下潜推力的合力由拉力传感器检测，所述拉力传感器设置在所述动力脐带缆管理系统内。
7.根据权利要求1-2、4和6任一所述的水下机器人的控制方法，其特征在于：在进行所述释放过程之前，所述动力脐带缆管理系统控制所述脐带缆的锁止机构进行开锁。
8.根据权利要求7所述的水下机器人的控制方法，其特征在于：在进行所述对接过程之后，所述动力脐带缆管理系统控制所述脐带缆的锁止机构进行关锁。
9.水下机器人的控制系统，包括动力脐带缆管理系统，其特征在于：所述动力脐带缆管理系统用于执行如权利要求1-8任一所述的控制方法。
10.水下机器人系统，其特征在于，包括：
水下机器人；
如权利要求9所述的控制系统，所述水下机器人与所述控制系统电连接。
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