【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海底管道泄漏监测，具体涉及一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人及其多模态控制方法。
技术介绍
1、海底管道是海上油气田开发生产系统的主要组成部分，也是最安全、最快捷和经济可靠的海上油气运输方式，主要通过密闭的管道在海底连续地输送大量油气，因此，也被誉为海上油气工程的“生命线”。海底管道在输送油气时，管道在温度、压力和泊松效应作用下膨胀，在管壁处产生附加应力，且随管道长度的增加，管道附加应力不断累积。当累积应力大于管道的临界屈曲载荷时，管道的整体屈曲可能导致管道的结构失效，如断裂、疲劳或膨胀屈曲。同时，大多数海底管道都是由钢铁材料制成，管道长期处于海水中，管道所处环境往往呈酸性。因此，腐蚀也容易发生在管道内外，造成管道失效。当管道发生损坏和泄漏时，不仅会造成经济损失，而且还可能带来安全问题，危及人身安全和海洋环境。而依靠海洋移动平台对海底管道泄漏进行监测是实现管道损坏和泄漏的手段之一，其制造及维护成本高，设备投入大，难以对海底管道实现全面有效监测，往往不能及时发现泄漏点。因此，亟需一种用于海底管道泄漏监测的机器人，以促进海底管道泄漏监测的发展。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术的一个目的在于提出一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，解决对于海底管道发生损坏和泄漏缺乏有效的监测手段，易造成经济损失、安全问题和危及海洋环境。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，包括躯
4、探测控制单元包括视觉传感器、图像识别模块、通讯模块、高度计、声呐传感器、九轴姿态传感器及控制器，头部通过颈部设置在躯干的前方，视觉传感器设置在头部，图像识别模块、通讯模块、高度计、声呐传感器、九轴姿态传感器及控制器设在上腔室内部。
5、胸鳍板有两个，对称设置在躯干前部的左右两侧，胸鳍驱动装置有两个，两个胸鳍驱动装置设置在躯干的前部，且左右对称布置。
6、胸鳍驱动装置包括第一舵机、传动机构和角度调节组件，传动机构通过轴承支架设置在躯干内侧，第一舵机的输出端通过传动机构与同侧的胸鳍板端部相连，驱动胸鳍板前后摆动，胸鳍板前后摆动过程中，角度调节组件控制胸鳍板的角度姿态。
7、所述躯干的中后部为密封的下腔室，胸鳍驱动装置位于下腔室的前侧外部，重心调节机构包括配重块、直线导向机构和伺服电机，配重块滑动设在下腔室内，伺服电机通过直线导向机构驱动配重块前后移动。
8、所述尾鳍板有两个，对称布置在躯干后方的左右两侧，每个尾鳍板的前端均通过一个第二舵机与躯干后端转动相连，各第二舵机驱动对应的尾鳍板绕其执行端上下摆动。
9、进一步地，躯干包括腹板、上板及环形侧板，上板位于腹板的正上方，环形侧板的下端与腹板的外边缘固定相连，其上端与上板的外边缘固定相连。
10、环形侧板的内侧前部设有隔板，所述隔板与腹板、上板及环形侧板配合形成所述下腔室。
11、所述环形侧板的前部具有左右对称开设的两个条形孔，条形孔位于隔板的前侧。
12、进一步地，头部包括透光罩壳和骨架，骨架位于透光罩壳的内侧，其后端与颈部的前端相连，颈部后端与躯干的前端相连。
13、视觉传感器有两个，对称布置在透光罩壳内部的两侧，其安装在骨架上，所述视觉传感器的信号端通过与图像识别模块与所述控制器通讯相连。
14、进一步地，传动机构包括竖轴、横轴、曲柄、连杆和摇臂，竖轴转动穿设在轴承支架上，摇臂的一端与竖轴的下端固定相连。
15、第一舵机固定安装在竖轴的后侧，曲柄的一端与第一舵机的输出轴固定相连，另一端通过所述连杆与摇臂的另一端活动相连。
16、所述竖轴的上端固定连接有第一轴套，所述横轴穿设在第一轴套内并与其转动配合，横轴的一端穿出躯干与同侧胸鳍板的一端固定相连，曲柄绕第一舵机的输出轴转动，通过曲柄和连杆驱动竖轴转动，竖轴带动横轴及胸鳍板前后往复摆动。
17、进一步地，角度调节组件包括圆弧导轨、驱动臂、导向杆及球头，所述圆弧导轨为1/4圆弧状，位于两个轴承支架相互靠近的一侧，通过导轨架与轴承支架固定相连，圆弧导轨的两端表面均采用圆角结构。
18、驱动臂为l形结构，其竖直部分的中间位置与横轴另一端固定相连，球头安装于驱动臂水平部分的端部，横轴绕所述竖轴往复转动过程中，球头与圆弧导轨的上表面滑动配合。
19、导向杆通过导杆支架与第一轴套顶部固定相连，其位于横轴另一端的正上方，驱动臂竖直部分的上端开设有通孔，所述导向杆活动穿设有在通孔内，其两端均与导杆支架固定相连，导向杆与通孔内壁之间具有环形间隙。
20、进一步地，直线导向机构包括直线滑轨、导滑块和丝杠，直线滑轨纵向安装在躯干的内侧底部，配重块的底部通过导滑块与直线滑轨滑动配合。
21、丝杠穿设在配重块内侧并与其螺纹配合，丝杠的前端通过轴承座与躯干转动配合，后端与伺服电机的输出轴同轴固定相连，伺服电机的信号端连接控制器。
22、进一步地，躯干后端的左右两侧具有内凹的两个安装部，每个安装部后侧均固定有一个u形支架。
23、所述第二舵机采用双出轴舵机，第二舵机的外壳通过舵机支架与尾鳍板的前端螺栓固定相连，其两个输出轴端部均u形支架固定相连，第二舵机的信号端与控制器通讯相连，工作状态下，第二舵机驱动尾鳍板绕其输出轴上下往复摆动。
24、本专利技术的另一个目的在于提出一种仿海龟机器人的多模态控制方法。
25、一种仿海龟机器人的多模态控制方法，用于上述的海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，仿海龟机器人的多模态控制方法，包括如下步骤：
26、步骤1、设置仿海龟机器人跟踪海底管道的路线的坐标点为((x'1,y'1,z'1),(x'2,y'2,z'2),…,(x'n,y'n,z'n))，其中，(x'n,y'n,z'n)为仿海龟机器人第n个时间点的跟踪路径点坐标；
27、步骤2、根据高度计和声纳传感器得到仿海龟机器人的当前实际位置坐标，并将仿海龟机器人的当前实际位置坐标与此时的跟踪路径点坐标进行差值计算；
28、步骤3、建立仿海龟机器人的状态-动作值表，根据步骤2计算得到的差值在状态-动作值表中获得动作输出；
29、步骤4、根据步骤3得到的动作输出，控制仿海龟机器人在海底实现多模态运动，对海底管道线路进行跟踪。
30、进一步地，状态-动作值表的获得过程包括如下步骤：
31、步骤3.1、定义仿海龟机器人当前实际位置坐标为ηk＝(xk,yk,zk)，其中，xk、yk和zk分别为仿海龟机器人第k个时间点在x轴、y轴、z轴的当前实际位置坐标；
32、步骤3.2、仿海龟机器人在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，其特征在于，包括躯干、头部、顶盖、胸鳍板、尾鳍板、胸鳍驱动装置、重心调节机构及探测控制单元，所述躯干为椭圆台状的壳体结构，顶盖为设在躯干上方的半球壳，其内侧形成密封的上腔室；
2.根据权利要求1所述的一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，其特征在于，躯干包括腹板、上板及环形侧板，上板位于腹板的正上方，环形侧板的下端与腹板的外边缘固定相连，其上端与上板的外边缘固定相连；
3.根据权利要求1所述的一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，其特征在于，头部包括透光罩壳和骨架，骨架位于透光罩壳的内侧，其后端与颈部的前端相连，颈部后端与躯干的前端相连；
4.根据权利要求1所述的一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，其特征在于，传动机构包括竖轴、横轴、曲柄、连杆和摇臂，竖轴转动穿设在轴承支架上，摇臂的一端与竖轴的下端固定相连；
5.根据权利要求4所述的一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，其特征在于，角度调节组件包括圆弧导轨、驱动臂、导向杆及球头，所述圆弧导轨为1/4圆弧状，位于两个轴承支架相互靠近的一侧，
6.根据权利要求1所述的一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，其特征在于，直线导向机构包括直线滑轨、导滑块和丝杠，直线滑轨纵向安装在躯干的内侧底部，配重块的底部通过导滑块与直线滑轨滑动配合；
7.根据权利要求1所述的一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，其特征在于，躯干后端的左右两侧具有内凹的两个安装部，每个安装部后侧均固定有U形支架；
8.一种仿海龟机器人的多模态控制方法，其特征在于，用于如权利要求1至7任意一项所述的海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人；
9.根据权利要求8所述的一种仿海龟机器人的多模态控制方法，其特征在于，状态-动作值表的获得过程包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种仿海龟机器人的多模态控制方法，其特征在于，步骤3.5中奖励函数的计算公式为：rn+1＝re+rn+ro；
...【技术特征摘要】
1.一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，其特征在于，包括躯干、头部、顶盖、胸鳍板、尾鳍板、胸鳍驱动装置、重心调节机构及探测控制单元，所述躯干为椭圆台状的壳体结构，顶盖为设在躯干上方的半球壳，其内侧形成密封的上腔室；
2.根据权利要求1所述的一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，其特征在于，躯干包括腹板、上板及环形侧板，上板位于腹板的正上方，环形侧板的下端与腹板的外边缘固定相连，其上端与上板的外边缘固定相连；
3.根据权利要求1所述的一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，其特征在于，头部包括透光罩壳和骨架，骨架位于透光罩壳的内侧，其后端与颈部的前端相连，颈部后端与躯干的前端相连；
4.根据权利要求1所述的一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，其特征在于，传动机构包括竖轴、横轴、曲柄、连杆和摇臂，竖轴转动穿设在轴承支架上，摇臂的一端与竖轴的下端固定相连；
5.根据权利要求4所述的一种海底管道泄漏监测用的仿海龟机器人，其特征在于，角度调节组件包括圆弧导轨、...
【专利技术属性】
技术研发人员：田群宏，李佳林，封勇，薛茹升，张书荣，吴英豪，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学青岛船舶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。