[发明专利]水环境移动机器人

说明书

一种水环境机器人系统，其包括控制工作站、水下机器人载具和水面机器人载具。水下机器人载具与水面机器人载具通信且水面机器人载具与控制工作站通信。因而，水面机器人载具可用作控制工作站和水下机器人载具之间的中继。水面机器人载具进一步能检测水下载具的位置且自动地调整水下载具的位置，以便维持两个载具之间的大致垂直对准。

技术领域

提供用于执行水下资产(包括谁家管道和结构)检查系统、方法和装置，其包括水下机器人和水面机器人。

背景技术

移动机器人可在工业基础设施检查过程中扮演不可或缺的角色，包括在水下和海洋环境中的基础设施。通常，为了检查水下基础设施(例如水下管道)，需要使用人类潜水器或远程操作载具。然而，使用潜水器会带来安全问题且很昂贵。远程操作的载具消除了与潜水器有关的许多安全问题，但是这些载具要求支援船只，以为人类操作者存放、启动和提供平台以控制载具。这种支援船只具有相对大的轮廓且要求用于安全操作的最小水深度。因而，因为支援船只的限制，难以检查位于浅水、靠近海岸区域和其他危险区域的基础设施。如此，使用移动机器人可以允许对工业企业的具体区域进行更高效的检查。

在可抵达性方面，浅水对大船提出很大挑战，大船需要栓系大的工作等级的ROV，不能在可能与海底撞击的区域进行航行。因此，小的充气船(橡胶船)用于接近这些区域，但是仅可用于部署小的观察等级的ROV。这些ROV足够用于视觉检查，但是不适用于获得UT和CP测量，因为水下洋流会使它们来回运动且防止它们获取管道的稳定读数。由于与潜水中的船只航行有关的后勤问题，对这些任务使用潜水器会非常慢且不足。潜水检查(0-10m深度)通常首先使用潜水器且通过潜水支援船和充气船来执行。该过程缓慢且对水下管道的平均检查速度为大约0.5Km/天。

尽管水下移动机器人提供检查能力，但是如果支援船与水下移动机器人相距较远，则机器人不能被有效地控制和/或数据不能被有效地从机器人接收，这是因为与长距离水下通信有关的困难和局限造成的。

本发明能解决常规检查载具和检查方案相关的这些和其他局限。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种水环境机器人系统，其包括控制工作站、水下机器人载具、和水面机器人载具。第一和第二通信模块分别与水下机器人载具和水面机器人载具关联，其中第一和第二通信模块提供载具之间在过水中的通信。第三和第四通信模块分别与水面机器人载具和控制工作站关联，其中第三和第四通信模块提供水面机器人载具和控制工作站之间在空气中的通信。控制工作站配置为使用控制信号控制水下机器人载具的操作，所述控制信号经由第三和第四通信模块在控制工作站和水面机器人载具之间通信且经由第一和第二通信模块通过水面机器人载具继发到水下机器人载具。水下机器人载具配置为使用数据信号传递通过水下机器人载具收集的数据，所述数据信号经由第一和第二通信模块在水下机器人载具和水面机器人载具之间通信且经由第三和第四通信模块通过水面机器人载具继发到控制工作站。

根据本发明的进一步方面，水环境机器人系统包括对准控制系统。对准控制系统包括与水下机器人载具关联的位置信号发射器和与水面机器人载具相关的位置信号检测器，其中位置信号发射器发出能被位置信号检测器检测的信号。对准控制系统还包括与水面机器人载具关联的对准控制处理器，其接收从位置信号检测器而来的信号数据且确定水下机器人载具和水面机器人载具的相对位置。根据本发明的进一步方面，水面机器人载具进一步包括水面推进系统，且其中对准控制处理器控制水面推进系统的操作，以便让水面机器人载具沿水面以保持水面机器人载具和水下机器人载具之间的大致垂直对准的方式运动。

根据本发明的进一步方面，从包括LED光、声、激光和它们的各种组合的组中选择位置信号发射器和位置信号检测器。根据本发明的另一方面，水环境机器人系统进一步包括在水面机器人载具和水下机器人载具之间的延伸的绳索和与水面机器人载具关联的对准控制系统。对准控制系统包括传感器和对准控制处理器，传感器提供与绳索上的力有关的绳索力信号数据，所述对准控制处理器接收绳索力信号数据且确定水下机器人载具和水面机器人载具的相对位置。