[發(fā)明專利]一種用于管道探傷的水下機器人

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;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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下機器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于管道探傷的水下機器人。該水下機器人是一種小尺度、智能化、能夠在水下自動航行的水下航行器，它能夠發(fā)現(xiàn)、跟蹤管道，還能夠探測管道是否受損傷。

背景技術(shù)

機器人技術(shù)是一種新興的智能制造技術(shù)，在國內(nèi)外受到廣泛應(yīng)用。大疆無人機和云洲智能無人船的興起就說明了這一點。自主水下機器人是一種能夠在水面以下幾米甚至上千米、上萬米深度進行自主航行的機器人，具有自動航行、自主導(dǎo)航、自主執(zhí)行水下任務(wù)的能力。與無人機、無人車和無人船相比，它所處的任務(wù)環(huán)境更加復(fù)雜，所使用的傳感器和推進系統(tǒng)也有不同。具體表現(xiàn)在：1)高頻無線電波在水下十幾米以下深度無法使用，將會導(dǎo)致操作人員與水下機器人難以保持良好的通信聯(lián)系；而采用水聲通信機，不僅成本高，且通信速率和容量都無法與無線電波相比；2)電子元部件等任何非水密電子部件、機械部件、推進部件均須做水密、耐壓保護，否則將發(fā)生滲水、漏水導(dǎo)致不能正常水下航行。

目前，現(xiàn)有技術(shù)對海底油氣管道的自動檢測能力不足，缺少能夠完成海底管道探傷任務(wù)的水下機器人。本專利是一種專門面向海底管道探傷的小型自主水下機器人，無人無纜，具有很高的可靠性、便捷的可操作性以及很強的實用性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于管道探傷的水下機器人。該水下機器人專門面向面向海底管道探傷，為企業(yè)、科研院所和高校用戶提供可靠、安全和實用的海底管道無人自動檢測裝置。

為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：

提供一種用于管道探傷的水下機器人，包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)和探測系統(tǒng)；

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、電機驅(qū)動模塊、傳感器模塊、通訊模塊、應(yīng)急模塊，實現(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、紅外傳感器、照相機、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(數(shù)字信號處理器)、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)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、紅外傳感器和照相機相連。

本發(fā)明中，所述推進器有三個，且相互之間的連線構(gòu)成等邊三角形。

本發(fā)明中，所述電池采用NICJOY耐杰12V鋰電池；所述推進器配置12V、75W有刷直流電機和雙葉螺旋槳；所述自動駕駛模塊采用STM32F103ZET6單片機，且連接了128M的SD存儲卡；所述磁力計采用HMC5883三維磁力傳感器，且由無磁性材料制成的密封艙封閉；所述DSP采用TMS320F28335型號的產(chǎn)品；所述FPGA采用EP4CE10E22C8N型號的產(chǎn)品。

本發(fā)明中，所述水下機器人的外形是下述形狀中的任意一種：魚雷形、立扁形、平扁形、蝶形、雙體結(jié)構(gòu)或三體結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明中，所述水下機器人長度小于200cm，在空氣中的重量小于200kg。

本發(fā)明中，所述自動駕駛系統(tǒng)還包括與通訊模塊相連的接口，用于與水下互聯(lián)網(wǎng)、云計算系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)或水下物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備與系統(tǒng)實現(xiàn)對接。

本發(fā)明中，所述自動駕駛模塊中包括機動控制器；機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_zWsinθ

上述公式中：

τ_M是垂直面的縱傾力矩，是控制輸出量；