[發(fā)明專利]用于水下檢測(cè)與抓取作業(yè)的碟形機(jī)器人系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110208800.2
• 申請(qǐng)日: 2021-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN112874725A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉富檣;馬祖興;湯浩;陳彥丹;趙斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): B63C7/20
• 分類號(hào): B63C7/20;B63C11/52
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11616
• 代理人: 李洪波

本發(fā)明公開了一種用于水下檢測(cè)與抓取作業(yè)的碟形機(jī)器人系統(tǒng)，包括水下機(jī)器人本體和通過纜線與水下機(jī)器人本體連接的模塊化抓手；所述水下機(jī)器人本體包括碟形外殼、分布于碟形外殼側(cè)部的推進(jìn)器、設(shè)置于碟形外殼底部的損傷檢測(cè)模塊和超聲波清洗模塊、設(shè)置于碟形外殼內(nèi)部的前視相機(jī)和傳感器；所述模塊化抓手包括流線型抓手機(jī)體、繞所述抓手機(jī)體設(shè)置的多個(gè)螺旋槳推進(jìn)器、設(shè)置于抓手機(jī)體下方的抓手和設(shè)置于抓手機(jī)體內(nèi)用于驅(qū)動(dòng)所述抓手動(dòng)作的抓手驅(qū)動(dòng)組件；本發(fā)明結(jié)合了流線型的機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)、金字塔型的損傷檢測(cè)模塊和模塊化抓手等技術(shù)，將顯著提高水下作業(yè)的質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)水下的高效檢測(cè)與抓取作業(yè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)陸湖泊或者近海水下區(qū)域建筑物損傷檢測(cè)與小型目標(biāo)抓取作業(yè)的多功能水下機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前應(yīng)用于水下作業(yè)的機(jī)器人主要有3種，拖纜式水下機(jī)器人(ROV)、自主式水下機(jī)器人(AUV)以及兩種模式共存的混合式水下機(jī)器人。拖纜式水下機(jī)器人具有作業(yè)深度大、工作時(shí)間長(zhǎng)、出現(xiàn)故障易回收等特點(diǎn)。自主式水下機(jī)器人無(wú)臍帶電纜，運(yùn)動(dòng)靈活、覆蓋面廣，但續(xù)航時(shí)間短，不適合長(zhǎng)時(shí)間水下作業(yè)。混合式水下機(jī)器人綜合了二者的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂。

水下機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)主要分為2種類型：框架型和流線型。框架型水下機(jī)器人外部形狀為框架，是ROV的主要構(gòu)型，推進(jìn)器、密封艙、照明設(shè)備、攝像頭等安裝在框架內(nèi)部。框架型ROV本體的主要優(yōu)勢(shì)是總體布置很便捷，能搭載較多傳感器、推進(jìn)器等外部設(shè)備，另外配備浮力模塊會(huì)使設(shè)備重心下降，具有較好的姿態(tài)穩(wěn)定性；缺點(diǎn)在于框架增加了水中的阻力，需要的推進(jìn)器功率較大，且機(jī)器人運(yùn)動(dòng)較緩慢。流線型水下機(jī)器人外部結(jié)構(gòu)符合流線型設(shè)計(jì)，密封艙、相機(jī)、照明燈等安放在流線型結(jié)構(gòu)內(nèi)部，其顯著的優(yōu)勢(shì)是行進(jìn)阻力低，能在水下高速移動(dòng)，抵抗來(lái)流干擾能力較強(qiáng)；其劣勢(shì)在于，定點(diǎn)和長(zhǎng)航時(shí)作業(yè)能力較差。

現(xiàn)有的帶機(jī)械臂水下作業(yè)機(jī)器人一般為框架型，因框架結(jié)構(gòu)能為機(jī)械臂提供有效的支撐空間，且能夠懸停作業(yè)。為實(shí)現(xiàn)水下的復(fù)雜任務(wù)，該類型的機(jī)械臂一般具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，機(jī)械臂的每個(gè)自由度依靠電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)或者液壓系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，故該類型的機(jī)械臂整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大。當(dāng)機(jī)械臂安裝在機(jī)器人本體上時(shí)，將導(dǎo)致機(jī)器人重心偏移，需要添加配重塊來(lái)調(diào)節(jié)水下機(jī)器人整體的重心和浮心，從而保證水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。該種機(jī)械臂增加了整機(jī)的重量，也增大了流體阻力。在機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過程中，與機(jī)器人本體產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，影響ROV對(duì)位置和姿態(tài)的控制。另外，機(jī)械臂水下作業(yè)時(shí)受流體阻力大，其操作的靈活性受限，難以達(dá)到較高作業(yè)精度。

另一方面，在面向水下多目標(biāo)作業(yè)任務(wù)中，通常采用數(shù)個(gè)水下機(jī)器人編隊(duì)去協(xié)同完成使命，在多個(gè)機(jī)械手的協(xié)作配合下完成任務(wù)(如水下大體積物體的打撈)。此過程中的必要部件是多個(gè)執(zhí)行器末端，而水下機(jī)器人本體主要提供支撐和固定作用。因此，若能夠?qū)⒍鄠€(gè)機(jī)器人本體縮減為一個(gè)本體，那么將帶來(lái)成本的降低和應(yīng)用方便性的提升。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種由水下機(jī)器人本體與多個(gè)機(jī)械手柔性連接構(gòu)成的水下機(jī)器人系統(tǒng)。該水下機(jī)器人主體為碟形結(jié)構(gòu)，機(jī)器人主體底面相較于頂面具有較小的曲率，在較高水流速度的應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，可提供額外的升力。機(jī)器人主體底面設(shè)計(jì)了金字塔形的損傷檢測(cè)模塊，可應(yīng)用于水下壩體和橋墩等建筑結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)；該金字塔形損傷檢測(cè)模塊利用平面鏡成像原理，先在平面鏡中呈現(xiàn)檢測(cè)目標(biāo)的圖像，再用相機(jī)采集平面鏡中的檢測(cè)目標(biāo)圖像。相機(jī)采集圖像的有效物距為平面鏡成像的物距和像距之和，在機(jī)器人底部金字塔形艙體結(jié)構(gòu)緊湊的約束下，為相機(jī)提供了有效的物距。金字塔底面邊緣設(shè)計(jì)了柔性隔膜，保證機(jī)器人在水下不同作業(yè)深度時(shí)，金字塔內(nèi)外的壓力平衡。