[發(fā)明專利]一種用于管道探傷的水下機(jī)器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610147794.3
• 申請日: 2016-03-15
• 公開（公告）號: CN105629994B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 冀大雄;朱世強(qiáng);宋偉;陳正
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01D21/02;G01N21/88;G01V3/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司33212
• 代理人: 周世駿

1.一種用于管道探傷的水下機(jī)器人，包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)和探測系統(tǒng)；其特征在于，

所述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括載體框架、浮力材料、耐壓外殼、推進(jìn)器和電池；浮力材料填充于載體框架內(nèi)，耐壓外殼包裹在載體框架外側(cè)，載體框架的末端設(shè)推進(jìn)器，電池設(shè)于載體框架的內(nèi)部空腔；

所述自動駕駛系統(tǒng)設(shè)于載體框架內(nèi)部，包括自動駕駛模塊、自主導(dǎo)航模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、傳感器模塊、通訊模塊、應(yīng)急模塊和通信電子線路；各模塊和電路的連接關(guān)系是：自動駕駛模塊通過通信電子線路分別連接自主導(dǎo)航模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、傳感器模塊、通訊模塊、應(yīng)急模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和供電；其中，自動駕駛模塊設(shè)有電磁繼電器，用于控制自主導(dǎo)航模塊、傳感器模塊、通訊模塊和應(yīng)急模塊的供電電源通斷；

所述探測系統(tǒng)設(shè)于載體框架上，包括攝像機(jī)、紅外傳感器、照相機(jī)、角速率陀螺儀、加速度計、聲學(xué)多普勒計程儀、姿態(tài)傳感器、DSP、FPGA以及至少兩個磁力計，各設(shè)備分別通過信號線連接至自動駕駛模塊；且DSP分別與兩個磁力計相連，F(xiàn)PGA分別與攝像機(jī)、紅外傳感器和照相機(jī)相連；

所述自動駕駛模塊中包括機(jī)動控制器；機(jī)動控制器的垂直面的縱傾力矩控制輸出量通過下述公式計算獲得：

τ_M＝K_pθ2(θ-θ_d)+K_dθ2q+BG_zW sinθ

上述公式中：

τ_M是垂直面的縱傾力矩，是控制輸出量；

θ是水下機(jī)器人的當(dāng)前縱傾角，θ_d是水下機(jī)器人當(dāng)前的目標(biāo)縱傾角，兩者均為水下機(jī)器人的狀態(tài)量，能通過水下機(jī)器人的姿態(tài)傳感器測量和計算得到；

(θ-θ_d)是水下機(jī)器人的縱傾角誤差，q是水下機(jī)器人的垂直角速率，兩者為控制輸入量；

K_pθ2是水下機(jī)器人的縱傾角誤差系數(shù)，K_dθ2是水下機(jī)器人的垂直角速率系數(shù)，BG_zW sinθ是水下機(jī)器人的重力/浮力垂直靜力矩，三者能通過試驗(yàn)測定獲得，是已知參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于，所述自動駕駛模塊中包括升降控制器；升降控制器的控制輸出量通過下述公式計算獲得：

F=Kp(D-Dd)+KdΔDΔt+KI∫(D-θd)dt]]>

其中，F(xiàn)是垂直面的升降力，是控制輸出量；

D是水下機(jī)器人的當(dāng)前深度，D_d是水下機(jī)器人當(dāng)前的目標(biāo)深度，兩者是水下機(jī)器人的狀態(tài)量，能通過水下機(jī)器人的深度傳感器測量和計算得到；

(D-D_d)是水下機(jī)器人的深度誤差，是水下機(jī)器人的升降速率，兩者是控制輸入量；

K_p是水下機(jī)器人的深度誤差系數(shù)，K_d是水下機(jī)器人的垂直角速率系數(shù)，K_I是水下機(jī)器人的深度誤差積分系數(shù)，∫(D-θ_d)dt是深度誤差積分，均能通過試驗(yàn)測定獲得，是已知參數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于，所述推進(jìn)器有三個，且相互之間的連線構(gòu)成等邊三角形。