[发明专利]用于水下检测与抓取作业的碟形机器人系统

说明书

本发明公开了一种用于水下检测与抓取作业的碟形机器人系统，包括水下机器人本体和通过缆线与水下机器人本体连接的模块化抓手；所述水下机器人本体包括碟形外壳、分布于碟形外壳侧部的推进器、设置于碟形外壳底部的损伤检测模块和超声波清洗模块、设置于碟形外壳内部的前视相机和传感器；所述模块化抓手包括流线型抓手机体、绕所述抓手机体设置的多个螺旋桨推进器、设置于抓手机体下方的抓手和设置于抓手机体内用于驱动所述抓手动作的抓手驱动组件；本发明结合了流线型的机器人本体结构、金字塔型的损伤检测模块和模块化抓手等技术，将显著提高水下作业的质量和效率，实现水下的高效检测与抓取作业。

技术领域

本发明涉及一种用于内陆湖泊或者近海水下区域建筑物损伤检测与小型目标抓取作业的多功能水下机器人系统。

背景技术

目前应用于水下作业的机器人主要有3种，拖缆式水下机器人(ROV)、自主式水下机器人(AUV)以及两种模式共存的混合式水下机器人。拖缆式水下机器人具有作业深度大、工作时间长、出现故障易回收等特点。自主式水下机器人无脐带电缆，运动灵活、覆盖面广，但续航时间短，不适合长时间水下作业。混合式水下机器人综合了二者的优点，但结构复杂、成本高昂。

水下机器人的本体结构主要分为2种类型：框架型和流线型。框架型水下机器人外部形状为框架，是ROV的主要构型，推进器、密封舱、照明设备、摄像头等安装在框架内部。框架型ROV本体的主要优势是总体布置很便捷，能搭载较多传感器、推进器等外部设备，另外配备浮力模块会使设备重心下降，具有较好的姿态稳定性；缺点在于框架增加了水中的阻力，需要的推进器功率较大，且机器人运动较缓慢。流线型水下机器人外部结构符合流线型设计，密封舱、相机、照明灯等安放在流线型结构内部，其显著的优势是行进阻力低，能在水下高速移动，抵抗来流干扰能力较强；其劣势在于，定点和长航时作业能力较差。

现有的带机械臂水下作业机器人一般为框架型，因框架结构能为机械臂提供有效的支撑空间，且能够悬停作业。为实现水下的复杂任务，该类型的机械臂一般具有多个运动自由度，机械臂的每个自由度依靠电机直接驱动或者液压系统进行驱动，故该类型的机械臂整体结构复杂，体积较大。当机械臂安装在机器人本体上时，将导致机器人重心偏移，需要添加配重块来调节水下机器人整体的重心和浮心，从而保证水下机器人运动的平稳性。该种机械臂增加了整机的重量，也增大了流体阻力。在机械臂运动过程中，与机器人本体产生相对运动，影响ROV对位置和姿态的控制。另外，机械臂水下作业时受流体阻力大，其操作的灵活性受限，难以达到较高作业精度。

另一方面，在面向水下多目标作业任务中，通常采用数个水下机器人编队去协同完成使命，在多个机械手的协作配合下完成任务(如水下大体积物体的打捞)。此过程中的必要部件是多个执行器末端，而水下机器人本体主要提供支撑和固定作用。因此，若能够将多个机器人本体缩减为一个本体，那么将带来成本的降低和应用方便性的提升。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种由水下机器人本体与多个机械手柔性连接构成的水下机器人系统。该水下机器人主体为碟形结构，机器人主体底面相较于顶面具有较小的曲率，在较高水流速度的应用场景时，可提供额外的升力。机器人主体底面设计了金字塔形的损伤检测模块，可应用于水下坝体和桥墩等建筑结构的损伤检测；该金字塔形损伤检测模块利用平面镜成像原理，先在平面镜中呈现检测目标的图像，再用相机采集平面镜中的检测目标图像。相机采集图像的有效物距为平面镜成像的物距和像距之和，在机器人底部金字塔形舱体结构紧凑的约束下，为相机提供了有效的物距。金字塔底面边缘设计了柔性隔膜，保证机器人在水下不同作业深度时，金字塔内外的压力平衡。