【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下探索作业设备，尤其涉及一种水下探索与作业协作机器人及控制方法。
技术介绍
1、水下机器人技术近年来得到了广泛应用，特别是在深海探测、沉船打捞、水下管道维修、海底资源探测以及水电站等水下设施的维护中发挥了重要作用。现有的水下机器人系统普遍采用机械臂或固定装置来完成任务，但这些系统在应对复杂环境时存在一定的局限性，主要体现在以下几个方面：
2、1、作业能力不足：现有机械臂系统在执行高负载或深远作业任务时，由于力矩不足、作业半径受限，难以完成一些高要求的任务，如深海救援或复杂的水下结构检测；
3、2、空间适应性差：现有系统往往无法有效适应复杂、狭小、曲面等不规则空间，限制了其在沉船残骸、海底管道或水电站水下设施中的作业能力；
4、3、工具集成不充分：现有系统末端工具集成有限，无法快速适应多任务操作，导致在实际作业中需要频繁更换工具，影响效率；
5、4、稳定性受限：在强水流或深水环境下，现有机器人系统的稳定性较差，尤其是在执行高精度任务时，容易受到水流扰动或深水高压的影响。
6、因此，亟需一种水下探索与作业协作机器人及控制方法，能够有效提升水下作业能力、作业效率以及作业稳定性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种水下探索与作业协作机器人及控制方法，旨在解决传统的水下探索机器人水下作业能力低、效率低以及作业稳定性差的技术问题。
2、为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种水下探索与作业协作
3、水下机器人本体，包括移动底座以及设置在所述移动底座上的多轴机械臂；
4、电动伸缩杆，设置在所述多轴机械臂的执行端；
5、若干个作业模块，通过快拆工装可拆卸设置在所述电动伸缩杆的末端，用于执行水下作业任务；
6、吸附装置，可滑动设置在所述电动伸缩杆上，用于吸附在待作业处并为所述作业模块提供稳定支撑；
7、图像获取模块，至少包括两个水下工业摄像头，其中一个水下工业摄像头用于获取水下作业环境以便规划作业路径，另外一个水下工业摄像头用于水下探索和作业情况进行实时监测并上传云端建立数字化档案；
8、控制器，用于控制所述多轴机械臂和所述电动伸缩杆协同动作，以便可使所述作业模块高效执行作业任务。
9、作为上述方案进一步的改进，所述吸附装置包括吸附座、与所述吸附座铰接的万向节，以及设置在所述万向节末端的连接件；
10、所述吸附座为磁吸式或负压式，根据作业环境中材料的差异灵活选择。
11、作为上述方案进一步的改进，所述作业模块至少包括一个作业单元，所述作业单元为照明灯具或抓手或撬杠。
12、作为上述方案进一步的改进，所述作业模块包括但限于抓手、撬杠、扳手等作业工具。
13、作为上述方案进一步的改进，所述吸附装置通过可滑动机构可滑动设置在所述电动伸缩杆上；
14、所述可滑动机构为安装设置在所述电动伸缩杆壳体上的丝杠模组，所述连接件与所述丝杠模组的丝杠螺母连接。
15、作为上述方案进一步的改进，当水下结构表面存在杂物或不规则形状时，吸附装置通过可滑动机构跨越障碍找到适宜的吸附点完成吸附；
16、所述吸附位置由以下公式确定：
17、
18、其中：
19、p吸附为吸附装置目标位置；
20、p基点为滑轨基点位置；
21、d轨为滑轨运动距离；
22、为滑轨方向单位向量。
23、作为上述方案进一步的改进，所述吸附装置关于吸附点的选择基于力矩平衡原理进行选择，具体的，力矩平衡方程如下式所示：
24、τ总＝τ臂+τ伸缩杆-τ负载
25、其中：
26、τ总：系统的总输出力矩；
27、τ臂＝f臂·l臂·cosθ臂，为协作机器人臂的力矩；
28、τ伸缩杆＝f杆·l杆·cosθ杆，为电动伸缩杆的力矩；
29、τ负载＝w负载·l负载，为目标负载的力矩；
30、f臂、f杆：分别为机械臂和电动伸缩杆提供的作用力；
31、l臂、l杆、l负载：分别为机械臂、电动伸缩杆和负载的力臂长度；
32、θ臂、θ杆：分别为机械臂和电动伸缩杆的倾角；
33、w负载为负载的总重量。
34、作为上述方案进一步的改进，所述水下探索与作业协作机器人还包括激光测距仪和激光雷达，所述激光测距仪和两摄像头配合，用于自动建立环境地图模型并规划出合理的作业路径；
35、所述激光雷达和两摄像头配合，用于避障并自动调整运动轨迹。
36、作为上述方案进一步的改进，当所述吸附装置采用负压吸附万向节时，所述吸附装置所提供的支撑力通过下式计算获得：
37、
38、其中：
39、f吸附：吸附装置提供的支撑力；
40、p内、p外：分别为吸附装置内外部的压力；
41、a吸附：吸附装置的有效接触面积。
42、作为上述方案进一步的改进，所述电动伸缩杆上设有位移传感器和角度传感器，用于反馈实时伸缩状态；
43、所述伸缩杆基于作业环境以及作业工件动态调整其伸缩长度l和倾斜角度θ杆；
44、所述电动伸缩杆的实时伸缩长度l基于下式进行调整：
45、
46、所述电动伸缩杆的实时倾斜角度θ杆基于下式进行调整：
47、
48、其中xt，yt，zt分别为系统基点的三坐标值，xb，yb，zb分别为目标点位置的三坐标值。
49、作为上述方案进一步的改进，所述水下机器人本体还配备有远程控制接口，允许远程操作和控制机器人系统进行探索和作业。
50、第二方面，本专利技术还提供一种上述水下探索与作业协作机器人的控制方法，其步骤包括：
51、s1、进入水下作业环境后，利用摄像头、雷达以及激光测距仪扫描环境，根据扫描环境获得待探索和作业环境信息，自动建立环境地图模型并获得合理的作业路径；
52、s2、水下机器人本体移动至所述作业路径的初始位置，控制机械臂移动带动电动伸缩杆靠近待作业处，设置在所述电动伸缩杆末端的水下工业摄像头获取当前作业处的作业目标；
53、s3、基于当前作业目标计算出吸附装置的吸附位置，并将所述吸附装置移动到所述吸附位置，以及计算电动伸缩杆的动态伸出长度l和动态倾斜角度θ杆；
54、s4、吸附装置吸附在获得的吸附位置处，电动伸缩杆伸出，并基于当前作业目标，和机械臂协同将作业模块移动至作业目标处进行作业，并将作业情况无线传输至云端或外部接收设备；
55、s5、当完成当前作业目标的作业后，所述电动伸缩杆带动所述作业模块回缩，解除所述吸附装置的吸附固定；
56、再移动到下一作业目标进行作业，设置在所述电动伸缩杆末端的水本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，所述吸附装置包括吸附座、与所述吸附座铰接的万向节，以及设置在所述万向节末端的连接件；
3.根据权利要求1或2所述的一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，所述作业模块至少包括一个作业单元，所述作业单元为照明灯具或抓手或撬杠。
4.根据权利要求2所述的一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，所述吸附装置通过可滑动机构可滑动设置在所述电动伸缩杆上；
5.根据权利要求1或2所述的一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，当水下结构表面存在杂物或不规则形状时，吸附装置通过可滑动机构跨越障碍找到适宜的吸附点完成吸附；
6.根据权利要求5所述的一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，所述吸附装置关于吸附点的选择基于力矩平衡原理进行选择，具体的，力矩平衡方程如下式所示：
7.根据权利要求1或2所述的一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，所述水下探索与作业协作机器人还包括激光测距仪和激光雷达，所述
8.根据权利要求1或2所述的一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，所述电动伸缩杆上设有位移传感器和角度传感器，用于反馈实时伸缩状态；
9.根据权利要求1或2所述的一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，所述水下机器人本体还配备有远程控制接口，允许远程操作和控制机器人系统进行探索和作业。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的一种水下探索与作业协作机器人的控制方法，其特征在于，其步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，所述吸附装置包括吸附座、与所述吸附座铰接的万向节，以及设置在所述万向节末端的连接件；
3.根据权利要求1或2所述的一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，所述作业模块至少包括一个作业单元，所述作业单元为照明灯具或抓手或撬杠。
4.根据权利要求2所述的一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，所述吸附装置通过可滑动机构可滑动设置在所述电动伸缩杆上；
5.根据权利要求1或2所述的一种水下探索与作业协作机器人，其特征在于，当水下结构表面存在杂物或不规则形状时，吸附装置通过可滑动机构跨越障碍找到适宜的吸附点完成吸附；
6.根据权利要求5所述的一种水下探索与作业协作机器人，...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙杰懿，万克洋，张军，莫剑，胡臻，彭玥菀，张振，张佳，田海平，张亦可，张弘强，谢捷敏，王辉斌，黄波，毕智伟，王斌，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司，
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。