本发明专利技术公开了一种用于水下结构检修的机器人，包括陆上控制系统、主舱室、前端、后端、机械臂组件和推进器；主舱室分别与前端、后端相连，前端、后端上均设置推进器，机械臂组件对称设置在主舱室的两侧；主舱室内设置平衡压载、电机、处理器，平衡压载用于维持机器人稳定，平衡压载的两端对称设置电机、处理器；前端、后端上均设置高清摄像头一，前端上还设置声呐、探照灯，高清摄像头一、声呐均用于图像识别。本发明专利技术还公开了该机器人的设计方法。本发明专利技术能够适用于海底悬崖，海底高温水域等环境极为恶劣的地方，活动范围不受限，转向灵活，能够适应复杂水域；能够实时通讯功能且实时上传至陆上控制台，方便操纵人员观察和下达相应的控制指令。方便操纵人员观察和下达相应的控制指令。方便操纵人员观察和下达相应的控制指令。
【技术实现步骤摘要】
一种用于水下结构检修的机器人及其设计方法
[0001]本专利技术属于水下机器人领域，具体为一种用于水下结构检修的机器人及其设计方法。
技术介绍
[0002]海洋平台结构物是在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物，石油开发的重大基础性设施，具有非常重要的作用。但是因为海洋平台结构物所处的环境十分复杂，不但要承受海风、海浪、潮汐、地震等带来的多重风险，还要面临环境腐蚀、海生物附着、材料老化、构件缺陷、机械损伤等多种复杂情况，诸多不利因素累积起来，极有可能导致海洋平台结构抵抗力衰减。
[0003]现有的水下结构物检修大多是由专业潜水员完成，在实际操作中大都水况不明、环境复杂、压力、时间、温差等对潜水员的水下作业带来未知的生命安全威胁。
[0004]在部分地区和水域，普通潜水技术无法触及，加上不同的深度和地形，甚至有一些海底悬崖，海底高温水域等环境极为恶劣的地方，普通水下潜航器和潜水员几乎无法进入。这些特殊要求和环境，都让检测工作难度增大，也因此让专门用于检测的水下机器人应运而生，同时可以大大提高工作的效率。
[0005]申请号为2021105255859的中国专利公开了一种应用于桥墩检修的水下机器人及其检修方法，由于本身密封性等因素不能长时间用于水下作业，且活动范围单一，仅限于桥墩；需要人员观测桥墩周围水域情况，并作出判断；并且，机器人太过笨重，机器人的转向等方面不够灵活，不适应复杂水域。
[0006]总的来说，现有的水下机器人活动范围狭窄，转向不够灵活，无法适应复杂水域。
技术实现思路
[0007]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种用于水下结构检修的机器人，本专利技术的另一目的是一种用于水下结构检修的机器人的设计方法。
[0008]技术方案：本专利技术所述的一种用于水下结构检修的机器人，包括陆上控制系统、主舱室、前端、后端、机械臂组件和推进器；主舱室分别与前端、后端相连，前端、后端上均设置推进器，机械臂组件对称设置在主舱室的两侧；主舱室内设置平衡压载、电机、处理器，平衡压载用于维持机器人稳定，平衡压载的两端对称设置电机、处理器；前端、后端上均设置高清摄像头一，前端上还设置声呐、探照灯，高清摄像头一、声呐均用于图像识别。通过电机提供能源，可使机器人进行水下作业，并且为使陆上的控制台的控制器有稳定的电源。高清摄像头、探照灯、声呐可在ROV前进方向遇到情况第一时间将情况通过画面的形式转递给陆上控制台，从而让操纵人员快速做出反应。
[0009]进一步地，陆上控制系统包括陆上控制台和脐带缆，陆上控制台通过脐带缆与主舱室相连，实现实时通讯功能且实时上传至陆上控制台，方便操纵人员观察和下达相应的控制指令。
[0010]进一步地，推进器通过电动铰链与固定支架相连，使得螺旋桨转向更加灵活，相应的水下机器人(ROV)在进行水下作业时会进行多自由度运动。ROV共有推进器8个，呈左右对称式分布，每侧的两组对角分别安装四个推进器，呈矩形平均分布在机器人外侧，这种布置形式使得ROV下水时减小横摇及具有较好的稳性。
[0011]进一步地，主舱室包括内舱和外舱，内舱的两侧设置减震器。减震器包括固定架、套筒和弹簧，固定架的一端与内舱相连，另一端与套筒相连，套筒内装有弹簧并与外舱表面固定。减震器使ROV的水下作业更加顺利。
[0012]进一步地，机械臂组件包括小臂活动关节、大臂活动关节、机械抓手、伸缩杆件、液压杆件、机械大臂、机械小臂、滑轮组件、高清摄像头二和固定杆；伸缩杆件的一端与固定架相连，另一端通过液压杆件、滑轮组件与机械大臂相连，机械大臂通过大臂活动关节驱动机械小臂，机械小臂通过小臂活动关节驱动机械抓手，高清摄像头二通过固定杆放置于机械抓手的内侧，可以清晰看清结构物内部构造，使得结构物检修工作更加方便、精准、快捷。减震器、机械臂组件的设置，会使ROV在水下更能维持平衡，对于水下多变环境拥有一定的适应性。
[0013]进一步地，前端、后端上均设置保护罩，保护这些高精度硬件，避免损失。探照灯用于照亮勘察对象、扩大观察视野。
[0014]进一步地，主舱室的长、宽、高之比为0.5～1:0.2～0.5:0.3～0.6。
[0015]上述用于水下结构检修的机器人的设计方法，包括以下步骤：
[0016]步骤一，将快速性衡准因子建立为快速性的目标函数f1(X)；
[0017]步骤二，根据水下机器人水平面和垂直面运动的性能指标，得到操纵性系统的目标函数f2(X)；
[0018]步骤三，获得总目标函数其中，ε1、ε2分别为水下机器人快速性、操纵性的权重，ε1、ε2的数值均大于0，且ε1·
ε2＝1；
[0019]步骤四，根据约束条件，运用遗传算法和混沌算法进行计算，得到主舱室的参数，其长、宽、高之比为0.5～1:0.2～0.5:0.3～0.6。
[0020]进一步地，步骤四中，约束条件包括：机器人的总重量与排水量之和相等，推进器螺旋桨有效推力等于机器人航行的阻力，电机供给推进器螺旋桨的转矩等于推进器螺旋桨所承受的水动力矩，纵倾角不得超过10
°
，正浮初稳性高要大于0.3米。
[0021]工作原理：机械大臂、机械小臂通过声呐识别目标，传到处理器，处理器进一步传输信息到机械臂组件，使得外舱室打开以便收缩于外舱的机械臂向外部展开和进行水下作业，而且由于机械抓手前端配有高清摄像头二，可以清晰看清结构物内部构造。
[0022]使用方法：当进入工作状态时，处理器智能识别检修物体形状及维修部位，确认之后通过驱动反馈信号传到电机，电机通过反馈信号传入机械臂组件的同时，外舱门立即打开，通过伸缩杆件将机械臂伸出外部，此时机械大臂带动机械小臂，且它们之间可以串联动作，将机械抓手送至需检修物体处，此时机械抓手开始抓取工作，并且小臂活动关节内侧置有高清摄像头，方便操纵人员下达指令。
[0023]有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：
[0024]1、能够适用于海底悬崖，海底高温水域等环境极为恶劣的地方，活动范围不受限，转向灵活，能够适应复杂水域；
[0025]2、能够实时通讯功能且实时上传至陆上控制台，方便操纵人员观察和下达相应的控制指令；
[0026]3、机械抓手前端配有高清摄像头二，可以清晰看清结构物内部构造，使得结构物检修工作更加方便、精准、快捷；
[0027]4、水下机器人前端的两侧布置两枚水下照明灯，以照亮勘察对象、扩大观察视野，高清摄像头、探照灯、声呐可在ROV前进方向遇到情况第一时间将情况通过画面的形式转递给陆上控制台，从而让操纵人员快速做出反应；
[0028]5、设置保护罩，能够保护高清摄像头等不受损坏；
[0029]6、推进器螺旋桨与固定架之间通过电动铰链进行连接，这样布置使得螺旋桨转向更加灵活，相应的ROV在进行水下作业时会进行多自由度运动。
附图说明
[0030]图1是本专利技术第本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于水下结构检修的机器人，其特征在于：包括陆上控制系统(1)、主舱室(2)、前端(3)、后端(4)、机械臂组件(5)和推进器(6)；所述主舱室(2)分别与前端(3)、后端(4)相连，所述前端(3)、后端(4)上均设置推进器(6)，所述机械臂组件(5)对称设置在主舱室(2)的两侧；所述主舱室(2)内设置平衡压载(7)、电机(8)、处理器(9)，所述平衡压载(7)用于维持机器人稳定，所述平衡压载(7)的两端对称设置电机(8)、处理器(9)；所述前端(2)、后端(3)上均设置高清摄像头一(10)，所述前端(3)上还设置声呐(11)、探照灯(12)，所述高清摄像头一(10)、声呐(11)均用于图像识别。2.根据权利要求1所述的一种用于水下结构检修的机器人，其特征在于：所述陆上控制系统(1)包括陆上控制台(101)和脐带缆(102)，所述陆上控制台(101)通过脐带缆(102)与主舱室(2)相连。3.根据权利要求1所述的一种用于水下结构检修的机器人，其特征在于：所述推进器(6)通过电动铰链(13)与固定支架(14)相连。4.根据权利要求3所述的一种用于水下结构检修的机器人，其特征在于：所述主舱室(2)包括内舱(201)和外舱(202)，所述内舱(201)的两侧设置减震器(15)。5.根据权利要求1所述的一种用于水下结构检修的机器人，其特征在于：所述减震器(15)包括固定架(1501)、套筒(1502)和弹簧(1503)，所述固定架(1501)的一端与内舱(201)相连，另一端与套筒(1502)相连，所述套筒(1502)内装有弹簧(1503)并与外舱(202)表面固定。6.根据权利要求5所述的一种用于水下结构检修的机器人，其特征在于：所述机械臂组件(5)包括小臂活动关节(501)、大臂活动关节(502)、机械抓手(503)、伸缩杆件(504)、液压杆件(505)、机械大...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪伟，陈淑玲，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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