一种索驱动水下检测机器人.pdf

本发明涉及一种索驱动水下检测机器人，可用于水下结构的视觉检测，包括水上平台、卷扬机单元、水下移动平台、水下机械臂单元、相机、光源、电源、控制器单元和交互控制单元。卷扬机通过绳索与移动平台连接，绳索卷绕在卷扬机上；相机与光源分别套接在所述水下机械臂单元的一端；水下控制单元固定在水下移动平台上，水下机械臂单元、相机、光源、移动平台姿态传感器和控制器单元分别与水下控制器单元连接。本发明通过绳索驱动的方式，控制移动平台在水下作上升和水平移动动作，机械臂在小范围内调节相机；可避免采用螺旋桨使水体更加浑浊而成像检测的质量，从而可以提高最终的检测效果，提高水下成像检测的灵敏度。

1.  一种索驱动水下检测机器人，其特征在于：包括至少一个水上平台(1)、卷扬机单元(2)、水下移动平台(3)、水下机械臂单元(4)、相机(51)、光源(52)、电源(6)、控制器单元(7)和交互控制单元(8)；
所述水上平台(1)位于水面(9)以上，每个所述水上平台(1)上固定有至少一个所述卷扬机单元(2)，所述卷扬机单元(2)包括卷筒(21)、齿轮组(22)、卷扬机电机(23)、卷扬机位姿传感器(24)和卷扬机编码器(25)；
所述卷筒(21)连接在所述齿轮组(22)的一侧，所述卷扬机电机(23)连接在所述齿轮组(22)的另一侧，所述卷扬机位姿传感器(24)与所述水上平台(1)固定连接，所述卷扬机编码器(25)设置在所述卷扬机电机(23)或所述卷筒(21)上；
所述水下移动平台(3)与所述卷扬机单元(2)之间通过绳索连接；
所述水下移动平台(3)设有一个水下控制单元(30)和至少一组移动平台姿态传感器(31)；
所述水下机械臂单元(4)的一端设置在所述水下移动平台(3)上；所述相机(51)与所述光源(52)分别套接在所述水下机械臂单元(4)的另一端上；
所述水下控制单元(30)固定在所述水下移动平台(3)上，所述水下机械臂单元(4)、相机(51)、光源(52)、移动平台姿态传感器(31)和控制器单元(7)分别与所述水下控制单元(30)线路连接；
所述电源(6)连接有电源控制器(61)，所述电源控制器(61)分别与水下控制单元(30)和控制器单元(7)线路连接。

2.  根据权利要求1所述的一种索驱动水下检测机器人，其特征在于，所 述水上移动平台(1)采用船、车辆、固定建筑物或固定吊具中的一种或几种的组合。

3.  根据权利要求1所述的一种索驱动水下检测机器人，其特征在于，所述水下机械臂单元(4)包括机械臂驱动器(40)、机械臂电机(41)、机械臂编码器(42)和至少一个机械臂关节(43)；所述机械臂关节(43)的一端固定在所述水下移动平台(3)上，所述相机(51)与所述光源(52)分别套接在所述机械臂关节(43)的另一端，所述机械臂驱动器(40)和所述机械臂编码器(42)与所述水下控制单元(30)线路连接。

4.  根据权利要求1所述的一种索驱动水下检测机器人，其特征在于，所述水下移动平台(3)的整体密度大于工作环境水体的密度。

5.  根据权利要求1所述的一种索驱动水下检测机器人，其特征在于，所述卷扬机位姿传感器(24)为陀螺仪、加速度传感器、三轴倾角传感器、电子罗盘、激光测距传感器或超声传感器中的一种或几种的组合。

6.  根据权利要求1所述的一种索驱动水下检测机器人，其特征在于，所述水下移动平台位姿传感器(31)为陀螺仪、加速度传感器、三轴倾角传感器、电子罗盘、激光测距传感器或超声传感器中的一种或几种的组合。

7.  根据权利要求1所述的一种索驱动水下检测机器人，其特征在于，所述交互操作单元(8)包括分别与控制器单元(7)线路连接的远程监控模块(81)、手动控制模块(82)和显示器(83)。

8.  根据权利要求7所述的一种索驱动水下检测机器人，其特征在于，所述远程监控模块(81)采用台式计算机、笔记本电脑、工控机、平板电脑或智能手机中的一种或多种的组合。

9.  根据权利要求7所述的一种索驱动水下检测机器人，其特征在于，所述手动控制模块(83)采用移动式控制盒和至少一个按钮及指示灯的固定式控制操作面板。

10.  根据权利要求7所述的一种索驱动水下检测机器人，其特征在于，远程监控模块(81)、手动控制模块(83)和显示器(83)分别与控制器单元(7)采用GPRS、短信、3G网络、4G网络、无线局域网、有线英特网、蓝牙、电话线、232串行通信线、485串行通信线、CAN总线或USB中的一种或多种的组合连接。

一种索驱动水下检测机器人
技术领域
本发明涉及一种水下检测机器人，特别涉及一种采用绳索驱动的水下视觉检测机器人。
背景技术
水下工程、水下检测机器人、水下电视等水下检测装备已广泛应用于水下检测与作业，目前常用的水下检测机器人大多采用螺旋桨推进器驱动，特别是在海洋装备中，大量使用螺旋桨推进器驱动水下机器人进行升降和移动，但是，在水质较差的江、河、湖泊中，螺旋桨推进式的水下机器人存在明显的不足，螺旋桨推进器在运转的过程中，由于大量搅动了水体中的泥沙，容易增加水体的浑浊度，导致成像检测的质量降低。另一方面，水下电视采用单一的绳索垂吊，水下摄像系统只能在小范围内调整角度和位置，无法实现在水下三维空间范围内快速移动视觉扫查检测。
我国的内河流域水体含有大量的泥沙、微生物等杂质，严重影响水下成像检测的质量，而大量的水下结构，例如河堤、大坝、闸口等，长期浸泡在水中，承受较大的水压，因此，急需要一种能够在水质较差的水体中能够实现大范围扫查，获得高清晰度图像的水下检测机器人。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可用于水质较差的环境中获得更好画面清晰度的检测机器人。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种索驱动水下检测机器 人，包括至少一个水上平台、卷扬机单元、水下移动平台、水下机械臂单元、相机、光源、电源、控制器单元和交互控制单元；所述水上平台位于水面以上，每个所述水上平台上固定有至少一个所述卷扬机单元，所述卷扬机单元包括卷筒、齿轮组、卷扬机电机、卷扬机位姿传感器和卷扬机编码器；所述卷筒连接在所述齿轮组的一侧，所述卷扬机电机连接在所述齿轮组的另一侧；所述卷扬机位姿传感器与所述水上平台固定连接，所述卷扬机编码器设置在所述卷扬机电机或所述卷筒上；所述水下移动平台与所述卷扬机单元之间通过绳索连接；所述水下移动平台设有一个水下控制单元和至少一组移动平台姿态传感器；所述水下机械臂单元的一端设置在所述水下移动平台上；所述相机与所述光源分别套接在所述水下机械臂单元的另一端上；所述水下控制单元固定在所述水下移动平台上，所述水下机械臂单元、相机、光源、移动平台姿态传感器和控制器单元分别与所述水下控制单元线路连接；所述电源连接有电源控制器，所述电源控制器分别与水下控制单元和控制器单元线路连接。
优选地，所述水上移动平台采用船、车辆、固定建筑物或固定吊具中的一种或几种的组合。
优选地，所述水下机械臂单元包括机械臂驱动器、机械臂电机、机械臂编码器和至少一个机械臂关节；所述机械臂关节的一端固定在所述水下移动平台上，所述相机与所述光源分别套接在所述机械臂关节的另一端，所述机械臂驱动器和所述机械臂编码器与所述水下控制单元线路连接。
优选地，所述水下移动平台的整体密度大于工作环境水体的密度。
优选地，所述卷扬机位姿传感器为陀螺仪、加速度传感器、三轴倾角传感器、电子罗盘、激光测距传感器或超声传感器中的一种或几种的组合。
优选地，所述水下移动平台位姿传感器为陀螺仪、加速度传感器、三轴倾角传感器、电子罗盘、激光测距传感器或超声传感器中一种或几种的组合。
优选地，所述交互操作单元包括分别与控制器单元线路连接的远程监控模块、手动控制模块和显示器。
优选地，所述远程监控模块采用台式计算机、笔记本电脑、工控机、平板电脑或智能手机中的一种或多种的组合。优选地，手动控制模块采用移动式控制盒和至少一个按钮及指示灯的固定式控制操作面板。优选地，远程监控模块、手动控制模块和显示器分别与控制器单元采用GPRS、短信、3G网络、4G网络、无线局域网、有线英特网、蓝牙、电话线、232串行通信线、485串行通信线、CAN总线或USB中的一种或多种的组合连接。
基于上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过采用索驱动的方式，控制移动平台在水下作上升和水平移动动作，机械臂在小范围内调节相机，实现对水下检测机器人的移动控制，然后再通过水下移动平台上的机械臂调整相机和光源的位姿，获得清晰的图像，实现对水下结构的视觉检测；可避免采用螺旋桨使水体更加浑浊而成像检测的质量，从而可以提高最终的检测效果，提高水下成像检测的灵敏度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的控制系统结构示意图；
图3是本发明的水下控制系统结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1.水上平台；2.卷扬机单元；21.卷筒；22.齿轮组；23.卷扬机电机；24.卷扬机位姿传感器；25.卷扬机编码器；3.水下移动平台；30.水下控制单元；31.移动平台姿态传感器；4.水下机械臂单元；40.机械臂驱动器；41.机械臂电机；42.机械臂编码器；43.机械臂关节；51.相机；52.光源；6.电 源；61.电源控制器；7.控制器单元；8.交互控制单元；81.远程监控模块；82.手动控制模块；83.显示器；9.水面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1、图2和图3所示，一种索驱动水下检测机器人，包括至少一个水上平台1、卷扬机单元2、水下移动平台3、水下机械臂单元4、相机51、光源52、电源6、控制器单元7和交互控制单元8；所述水上平台1位于水面9以上，每个所述水上平台1上固定有至少一个所述卷扬机单元2，所述卷扬机单元2包括卷筒21、齿轮组22、卷扬机电机23、卷扬机位姿传感器24和卷扬机编码器25；所述卷筒21连接在所述齿轮组22的一侧，所述卷扬机电机23连接在所述齿轮组22的另一侧；所述卷扬机位姿传感器24与所述水上平台1固定连接，所述卷扬机编码器25设置在所述卷扬机电机23或所述卷筒21上；所述水下移动平台3与所述卷扬机单元2之间通过绳索连接；所述水下移动平台3设有一个水下控制单元30和至少一组移动平台姿态传感器31；所述水下机械臂单元4的一端设置在所述水下移动平台3上；所述相机51与所述光源52分别套接在所述水下机械臂单元4的另一端上；所述水下控制单元30固定在所述水下移动平台3上，所述水下机械臂单元4、相机51、光源52、移动平台姿态传感器31和控制器单元7分别与所述水下控制单元30线路连接；所述电源6连接有电源控制器61，所述电源控制器61分别与水下控制单元30和控制器单元7线路连接。
优选：所述的水上移动平台1采用船、车辆、固定建筑物或固定吊具中的一种或几种的组合。
优选：所述的水下机械臂单元4包括机械臂驱动器40、机械臂电机41、 机械臂编码器42和至少一个机械臂关节43；所述机械臂关节43的一端固定在所述水下移动平台3上，所述相机51与所述光源52分别套接在所述机械臂关节43的另一端，所述机械臂驱动器40和所述机械臂编码器42与所述水下控制单元30线路连接。
优选：所述的水下移动平台3的整体密度大于工作环境水体的密度。
优选：所述的卷扬机位姿传感器24为陀螺仪、加速度传感器、三轴倾角传感器、电子罗盘、激光测距传感器或超声传感器中的一种或几种的组合。
优选：所述的水下移动平台位姿传感器31为陀螺仪、加速度传感器、三轴倾角传感器、电子罗盘、激光测距传感器或超声传感器中的一种或几种的组合。
优选：所述的交互操作单元8包括分别与控制器单元7线路连接的远程监控模块81、手动控制模块82和显示器83。
优选：所述远程监控模块81采用台式计算机、笔记本电脑、工控机、平板电脑或智能手机中的一种或多种的组合。
优选：所述手动控制模块83采用移动式控制盒和至少一个按钮及指示灯的固定式控制操作面板。
优选：远程监控模块81、手动控制模块83和显示器83分别与控制器单元7采用GPRS、短信、3G网络、4G网络、无线局域网、有线英特网、蓝牙、电话线、232串行通信线、485串行通信线、CAN总线或USB中的一种或多种的组合连接。
所述索驱动水下检测机器人的工作原理和操作过程如下：
将水上平台1在水面9以上固定或移动，通过3个卷扬机单元2，带动三根绳索，三根绳索与水下移动平台3连接，控制水下移动平台3在水下作上升、下降以及水平移动。
控制器单元7通过卷扬机位姿传感器24传来的信号可以获得卷扬机的 水平位置和倾角状态，与此同时水下移动平台位姿传感器31将水下移动平台3的位姿信号传送给水下控制单元30，再由水下控制单元30将水下移动平台3的位姿信号传送给控制器单元7，控制器单元7将卷扬机位姿信号和水下移动平台3的位姿信号传递给交互操作单元8，操作员通过交互操作单元8将控制信号传递给控制器单元7，然后控制器单元7将控制命令分别发送给卷扬机单元2和水下控制单元30，从而实现采用绳索驱动的方式，实现对水下检测机器人的移动控制。
水下机械臂单元4可以将光源52和相机51实现一定范围的转动，从而拍摄到更多的图像。进而将拍摄到的图像或信号输到控制器单元7，控制器单元7将图像或信号传递给交互控制平台8，最终由交互控制平台8显示和记录图像或其他信号。该装置避免了采用螺旋桨驱动水下移动平台造成水质更加浑浊，适用于在水质较差的水体中进行水下视觉检测作业。从而可以提高最终的检测效果，提高水下成像检测的灵敏度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。