【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种水下机器人，特别是涉及一种自主巡检的水下智能巡检机器人、巡检方法、远程控制方法，属于机器人。
技术介绍
1、水下管道作为一种能源和其他物质的运输通道遍布社会的各个角落，管道在使用过程中存在老化、腐蚀、堵塞等一系列问题，因此定期巡检、及时修复是保障水下管道设施安全的重要手段。人工巡检可靠性低，主要通过触、看等方法实现，依赖个人经验及判断，具有较大主观性，人工巡检方式获取数据可追溯性差，不能及时进行数据分析，水利行业巡检条件复杂，人工巡检存在较大的安全风险。
技术实现思路
1、为实现在水下管道巡检过程中，及时发现管道破损、老化、堵塞等一系列问题，本专利技术提供一种自主巡检的水下智能巡检机器人，此机器人能够通过机器视觉对大坝或水电站智能定期检修，并能够对周边垃圾清理，帮助解决水下人工巡检安全性低、传统检测方法效率低下等问题。
2、为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种自主巡检的水下智能巡检机器人、巡检方法、远程控制方法，包括机体，所述机体上安装有用于推动整个机体在水下移动的推进装置；所述机体上搭载有用于对水下情况进行图像采集的视觉采集模块；所述视觉采集模块通过通讯模块与控制模块的信号输入端相连；所述控制模块的信号输出端与推进装置相连；所述机体的下方安装有用于除去异物的清理装置。
3、所述机体采用框架结构，包括上底板，上底板的两侧对称固定有左侧板和右侧板；上底板、左侧板和右侧板之间安装有耐压舱，耐压舱的开口端通过密封法兰进行密封
4、所述机体的左右两侧对称设置有浮材，浮材上安装有能够拆卸的配重块以共同作用来调节在水中的浮力；
5、所述耐压舱的内部设置有散热装置和控制模块。
6、所述推进装置包括分别对应安装在机体左上、右上、左下和右下四个部位的左上水平推进器、右上水平推进器、左下水平推进器和右下水平推进器四个推进器，所述左上水平推进器和右上水平推进器之间呈45°夹角布置；左下水平推进器和右下水平推进器之间呈45°夹角布置；所述机体左、右两侧的中部垂直布置有左侧垂直推进器和右侧垂直推进器。
7、所述视觉采集模块包括安装在机体前端的支架，支架上安设有视觉相机和探照灯，探照灯提供光源使视觉相机精准拍摄画面。
8、所述清理装置包括固定在上底板底部的多个收取舱和移除机械手。
9、所述控制模块包括stm32单片机、pixhawk飞控电路板、dsm2接收机、nvidiajetson nano中央处理器和opencv模块；
10、所述nvidia jetson nano中央处理器作为核心处理器，并搭载linux操作系统，通过ros机器人操作系统来进行协调控制；
11、所述pixhawk飞控电路板用于对传感器的数据进行精确采集以及对姿态和位置进行解算，协调控制推进装置；
12、所述dsm2接收机与pixhawk飞控电路板实现远程控制；
13、所述通讯模块包括视觉相机，视觉相机通过信号线与nvidia jetson nano中央处理器相连并实时接收数据；
14、所述opencv模块对管道图像进行处理，获取管道中线作为巡检轨迹；
15、利用yolov5目标检测算法，实时采集水下场景、管道数据情况，读取中心线上的像素点，判断水下智能巡检机器人的位置信息；
16、通过串口通讯令stm32单片机输出相应的pwm波形控制推进器旋转做出航向变化；
17、由视觉采集模块收集数据后，通过通讯模块向nvidia jetson nano中央处理器发送信息，通过控制模块控制推进装置运行，实现水下智能巡检机器人自主巡检。
18、所述推进装置设计过程中，利用三维建模软件solidworks对水下智能巡检机器人的结构件进行重力与浮力计算，根据排水体积求得浮力，基于cfd数值求解软件fine/marine对水下智能巡检机器人的本体阻力性能进行计算；
19、采用k-ω湍流模型，k与ω的值与雷诺数有关；采用六面体非结构化网格对计算模型进行网格划分，计算域模型网格；
20、根据设计航速与阻力计算后，并考虑损耗因素，增加一定的推力裕度，采用相应推力的磁耦合水下推进器。
21、一种自主巡检的水下智能巡检机器人的巡检方法：
22、机体前端安设视觉相机和探照灯组成探测模块，视觉相机通过信号线连接至nvidia jetson nano中央处理器，视觉相机支持4mp、3mp高清分辨率，在水下工作环境能捕捉到更宽广的视野，更好的观察到管道周围环境，管道巡检需精准找到问题位置，视觉相机能更好的减少遗漏，拍摄精准度增高，有效辨别管道破损情况；水下环境较暗，配有探照灯能有效为视觉相机提供光源，使其精准拍摄画面，对水底进行探测和建图传输至nvidiajetson nano中央处理器，用于排除水的散射和混浊情况的干扰，有效减小环境因素对巡检工作的干扰；通过拍摄数据增强制作了水下场景的吸附物图像数据集，经过大量的训练和测试后，识别速度提升85%，其检测平均精度比原始模型高出2个百分点，大大提高了巡检效率；实时采集管道数据并传输到nvidia jetson nano中央处理器内，利用opencv模块判断位置、位姿后生成巡线轨迹，并输出给控制系统实现电机转速反馈闭环控制，机体的左上、右上、左下、右下四侧分别安装水平推进器，呈45°夹角布置，并在框架左右两侧的中部布置垂直推进器；若巡线轨迹位于机体右侧，左上水平推进器及左下水平推进器实现闭环控制等速旋转，实现水平向右移动，调整机体达到目标轨迹上，差速控制左上水平推进器及左下水平推进器，实现水下智能巡检机器人稳定向右改变偏转方位；若巡线轨迹位于机体左侧，右上水平推进器及右下水平推进器实现闭环控制等速旋转，实现水平向左移动，调整机体达到目标轨迹上，差速控制右上水平推进器及右下水平推进器，实现水下智能巡检机器人稳定向左改变偏转方位；若机体需要前进，则左上水平推进器、右上水平推进器、左下水平推进器、右下水平推进器闭环控制等速旋转，实现水下智能巡检机器人的匀速前进；若水下智能巡检机器人位处管道上方，利用左侧垂直推进器、右侧垂直推进器实现闭环控制等速旋转，控制水下智能巡检机器人的垂直位置，进而达到巡检目标位置；达到巡检目标位置后，利用移除机械手将管道上的吸附物移除管道；移除机械手位于机器人前下方，紧贴视觉相机视野，由驱动装置、两个移除架，两个收取舱构成，移除架一端有齿轮，两个移除架上的齿轮互相啮合，通过舵机的驱动进行张合运动，同时移除架还将作为收取舱的轨道，收取舱沿着移除架进行运动；两个移除架非工作状态下是处于张开紧贴在机体的底部，当水中机器人检测到吸附物时，两个移除架在舵机的驱动下开始合拢并环抱管道，同时收取舱在电机的驱动下向移除架底部移动，确定吸附的位置后，收取舱沿着移除架向上移动，同时会带走管道上的吸附物，移除回收完毕后，移除机械手重新回本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自主巡检的水下智能巡检机器人，其特征在于，包括机体，所述机体上安装有用于推动整个机体在水下移动的推进装置；所述机体上搭载有用于对水下情况进行图像采集的视觉采集模块；所述视觉采集模块通过通讯模块与控制模块的信号输入端相连；所述控制模块的信号输出端与推进装置相连；所述机体的下方安装有用于除去异物的清理装置。
2.根据权利要求1所述一种自主巡检的水下智能巡检机器人，其特征在于：所述机体采用框架结构，包括上底板（3），上底板（3）的两侧对称固定有左侧板（5）和右侧板（4）；上底板（3）、左侧板（5）和右侧板（4）之间安装有耐压舱（7），耐压舱（7）的开口端通过密封法兰（6）进行密封；所述左侧板（5）和右侧板（4）的上部内侧壁上对称设置有下底板（2）。
3.根据权利要求2所述一种自主巡检的水下智能巡检机器人，其特征在于：所述机体的左右两侧对称设置有浮材（14），浮材（14）上安装有能够拆卸的配重块（21）以共同作用来调节在水中的浮力；
4.根据权利要求2所述一种自主巡检的水下智能巡检机器人，其特征在于：所述推进装置包括分别对应安装在机体左上、右上
5.根据权利要求2所述一种自主巡检的水下智能巡检机器人，其特征在于：所述视觉采集模块包括安装在机体前端的支架，支架上安设有视觉相机（19）和探照灯（20），探照灯（20）提供光源使视觉相机（19）精准拍摄画面。
6.根据权利要求2所述一种自主巡检的水下智能巡检机器人，其特征在于：所述清理装置包括固定在上底板（3）底部的多个收取舱（17）和移除机械手（18）。
7.根据权利要求6所述一种自主巡检的水下智能巡检机器人，其特征在于：所述控制模块包括STM32单片机、Pixhawk飞控电路板、DSM2接收机、NVIDIA Jetson Nano中央处理器和openCv模块；
8.根据权利要求4所述一种自主巡检的水下智能巡检机器人，其特征在于：所述推进装置设计过程中，利用三维建模软件SolidWorks对水下智能巡检机器人的结构件进行重力与浮力计算，根据排水体积求得浮力，基于CFD数值求解软件Fine/Marine对水下智能巡检机器人的本体阻力性能进行计算；
9.权利要求1-8任意一项所述一种自主巡检的水下智能巡检机器人的巡检方法，其特征在于：
10.权利要求1-8任意一项所述一种自主巡检的水下智能巡检机器人的远程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种自主巡检的水下智能巡检机器人，其特征在于，包括机体，所述机体上安装有用于推动整个机体在水下移动的推进装置；所述机体上搭载有用于对水下情况进行图像采集的视觉采集模块；所述视觉采集模块通过通讯模块与控制模块的信号输入端相连；所述控制模块的信号输出端与推进装置相连；所述机体的下方安装有用于除去异物的清理装置。
2.根据权利要求1所述一种自主巡检的水下智能巡检机器人，其特征在于：所述机体采用框架结构，包括上底板（3），上底板（3）的两侧对称固定有左侧板（5）和右侧板（4）；上底板（3）、左侧板（5）和右侧板（4）之间安装有耐压舱（7），耐压舱（7）的开口端通过密封法兰（6）进行密封；所述左侧板（5）和右侧板（4）的上部内侧壁上对称设置有下底板（2）。
3.根据权利要求2所述一种自主巡检的水下智能巡检机器人，其特征在于：所述机体的左右两侧对称设置有浮材（14），浮材（14）上安装有能够拆卸的配重块（21）以共同作用来调节在水中的浮力；
4.根据权利要求2所述一种自主巡检的水下智能巡检机器人，其特征在于：所述推进装置包括分别对应安装在机体左上、右上、左下和右下四个部位的左上水平推进器（8）、右上水平推进器（9）、左下水平推进器（10）和右下水平推进器（11）四个推进器，所述左上水平推进器（8）和右上水平推进器（9）之间呈45°夹角布置；左下水平推进器（10）和右下水平推进器（11）之...
【专利技术属性】
技术研发人员：金俊，谢典，牛顺超，廖朝阳，冯缘，方俊楠，尚哲，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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