核电站水下作业机器人的制作方法

本发明涉及一种核电领域，尤其涉及核电领域水下作业。

背景技术：

一般的作业机器人无法适应水下作用，尤其是核电领域水下工况复杂，作业机器人无法在复杂的水下环境中顺利作业的缺点，故，需要一种可解决上述问题的水下作业机器人。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种核电站水下作业机器人，作业机器人可在复杂环境下动作且机械手自由度较高，承载能力较好，能完成复杂动作。

为了实现上有目的，本发明公开了一种核电站水下作业机器人，包括机器人本体、多轴机械手、作业模块和驱动模块，所述机器人本体包括车身、安装于所述车身两侧的主履带、转动安装于所述车身前端的两前履带摆臂和安装于所述车身后端的两个后履带摆臂，所述前履带摆臂和后履带摆臂分别可相对于所述车身自由转动；所述多轴机械手包括至少两个水平旋转的自由度和至少三个俯仰旋转的自由度；所述驱动模块包括第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元，所述第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元分别带动所述主履带、前履带摆臂和后履带摆臂独立动作；所述作业模块安装于所述多轴机械手上。

与现有技术相比，本发明的机器人本体为六履带机器人，可在复杂环境下行走，越障能力强。再者，所述多轴机械手至少包括五个自由度，其中至少两个水平自由度，至少三个俯仰自由度，不但动作灵活，而且运动惯性小，承载能力较好，能完成复杂动作。

较佳地，所述多轴机械手包括底座、俯仰架、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第一转动电机、第二转动电机、第三转动电机、第四转动电机和第五转动电机，所述底座安装于所述车身上，所述俯仰架水平旋转地安装于所述底座上，所述第一关节的前端俯仰转动地安装于所述俯仰架上，所述第二关节的前端俯仰转动地安装于所述第一关节的后端，所述第三关节的前端俯仰转动地安装于所述第二关节的后端，所述第四关节的前端水平旋转地安装于所述第三关节的后端，所述第一转动电机安装于所述底座与所述俯仰架之间并带动所述俯仰架相对于所述底座水平旋转，所述第二转动电机安装于所述俯仰架和第一关节之间并带动所述第一关节相对于所述俯仰架俯仰转动，所述第三转动电机安装于所述第一关节和第二关节之间并带动所述第二关节相对于所述第一关节俯仰转动，所述第四转动电机安装于所述第二关节和第三关节之间并带动所述第三关节相对于所述第二关节俯仰转动，所述第五转动电机安装于所述第三关节和第四关节之间并带动所述第四关节相对于所述第三关节水平旋转。

具体地，所述作业模块包括电动砂轮模组，所述电动砂轮安装于所述第四关节上。

具体地，所述驱动模块包括砂轮驱动电机和变频器，所述砂轮驱动电机带动所述电动砂轮模组动作，所述变频器调节所述砂轮驱动电机转速。该方案使得砂轮驱动电机根据切割对象的不同，通过变频器对切割转速进行调节

具体地，所述作业模块还包括微景相机、所述微景相机安装于所述第三关节上。

较佳地，所述作业模块可更换地安装于所述多轴机械手上。3.作业模组可拆装地安装于多轴机械手上，可以根据不同作业需求更换不同作业模组，如电动砂轮模组、焊接头模组等。

较佳地，两个所述前履带摆臂分别转动安装于所述车身的左前端和右前端，且所述前履带摆臂包括设于前端的第一前链轮、设于后端的第一后链轮和配合安装于所述第一前链轮和后链轮上的前履带，所述第一前链轮的半径小于所述第一后链轮；两个后履带摆臂分别转动安装于所述机器人本体的左后端和右后端，且所述后履带摆臂包括设于前端的第二前链轮、设于后端的第二后链轮和配合安装于所述第二前链轮和第二后链轮上的后履带，所述第二前链轮的半径大于所述第二后链轮。其中，前履带摆臂和后履带摆臂悬空端小，连接于车身的一端大，更进一步便于机器人本体翻越障碍以及保持重心。

较佳地，所述核电站水下作业机器人还包括控制系统，所述控制系统包括地面控制台、与所述地面控制台相连的超短基线收发模块和安装于所述车身上的超短基线终端，所述地面控制台通过线缆与所述驱动模块相连并控制所述驱动模块动作，所述超短基线收发模块与所述超短基线终端配合并依据所述超短基线终端应答的声学信号对所述机器人本体进行定位。

具体地，所述车身上还可拆卸地安装有多功能组件，所述地面控制台接收所述多功能组件输出的信号并控制所述多功能组件动作。

更具体地，所述核电站水下作业机器人还包括水声通讯机，所述水声通讯机包括水下组件和水上组件，所述水下组件安装于所述机身并与所述多功能组件相连，接收所述多功能组件输出的信号并将其通过水声信号发送出去，所述水上组件并接收所述水下组件输出的水声信号，所述地面控制台与所述水上组件相连并接收所述水声信号。这样可以减少因电缆断裂、水密、缠绕等引起的许多问题，并且可以降低成本。

具体地，所述多功能组件包括红外线摄像机、增强型摄像机、监视雷达、光学照相机、深度传感器、红外视觉及温度传感器、水下声纳探测器。

较佳地，所述第一驱动单元带动所述主履带以预设速度移动，所述第二驱动单元带动所述前履带相对于所述车身转动并带动所述前履带以预设速度移动，所述第三驱动单元带动所述后履带相对于所述车身转动并带动所述后履带以预设速度移动。

附图说明

图1是本发明所述核电站水下作业机器人的立体示意图。

图2是本发明所述核电站水下作业机器人中多轴机械手的立体示意图。

图3是本发明所述多轴机械手与作业模块的安装示意图。

图4a-4f是本发明所述核电站水下作业机器人在平底上移动的姿态示意图。

图5a-5d是本发明所述核电站水下作业机器人在斜坡上移动的姿态示意图。

图6a-6c是本发明所述核电站水下作业机器人跨越大缝隙的姿态示意图。

图7a-7c是本发明所述核电站水下作业机器人跨越小缝隙的姿态示意图。

图8a-8h是本发明所述核电站水下作业机器人翻越大障碍的姿态示意图。

图9是本发明所述核电站水下作业机器人的结构框图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

参考图1至图3，本发明公开了一种核电站水下作业机器人1，包括机器人本体100、多轴机械手200、作业模块300和驱动模块，所述机器人本体100包括车身10、安装于所述车身10两侧的主履带11、转动安装于所述车身10前端的两前履带摆臂20和安装于所述车身10后端的两个后履带摆臂30，所述前履带摆臂20和后履带摆臂30分别可相对于所述车身10自由转动。所述多轴机械手200包括至少两个水平旋转的自由度和至少三个俯仰旋转的自由度；所述驱动模块包括第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元，所述第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元分别带动所述主履带11、前履带摆臂20和后履带摆臂30独立动作；所述作业模块300安装于所述多轴机械手200上。

参考图1至图3，所述多轴机械手200包括底座51、俯仰架52、第一关节53、第二关节54、第三关节55、第四关节56、第一转动电机61、第二转动电机62、第三转动电机63、第四转动电机64和第五转动电机65，所述底座51安装于所述车身10上，所述俯仰架52水平旋转地安装于所述底座51上，所述第一关节53的前端俯仰转动地安装于所述俯仰架52上，所述第二关节54的前端俯仰转动地安装于所述第一关节53的后端，所述第三关节55的前端俯仰转动地安装于所述第二关节54的后端，所述第四关节56的前端水平旋转地安装于所述第三关节55的后端，所述第一转动电机61安装于所述底座51与所述俯仰架52之间并带动所述俯仰架52相对于所述底座51水平旋转，所述第二转动电机62安装于所述俯仰架52和第一关节53之间并带动所述第一关节53相对于所述俯仰架52俯仰转动，所述第三转动电机63安装于所述第一关节53和第二关节54之间并带动所述第二关节54相对于所述第一关节53俯仰转动，所述第四转动电机64安装于所述第二关节54和第三关节55之间并带动所述第三关节55相对于所述第二关节54俯仰转动，所述第五转动电机65安装于所述第三关节55和第四关节56之间并带动所述第四关节56相对于所述第三关节54水平旋转。

具体地，所述作业模块300包括电动砂轮模组81，所述电动砂轮模组81安装于所述第四关节56上。

具体地，参考图1至图3，所述驱动模块包括砂轮驱动电机和变频器，所述砂轮驱动电机带动所述电动砂轮模组81动作，所述变频器调节所述砂轮驱动电机转速。该方案使得砂轮驱动电机根据切割对象的不同，通过变频器对切割转速进行调节。其中，所述作业模块还包括微景相机83，所述微景相机83安装于所述第三关节55上。

较佳者，参考图1至图3，所述作业模块300可更换地安装于所述多轴机械手200上。该方案使得作业模组300可拆装地安装于多轴机械手200上，可以根据不同作业需求更换不同作业模组300，如电动砂轮模组81、焊接头模组等。

较佳者，两个所述前履带摆臂20分别转动安装于所述车身10的左前端和右前端，且所述前履带摆臂20包括设于前端的第一前链轮21、设于后端的第一后链轮22和配合安装于所述第一前链轮21和第一后链轮22上的前履带23，所述第一前链轮21的半径小于所述第一后链轮22；两个后履带摆臂30分别转动安装于所述车身10的左后端和右后端，且所述后履带摆臂30包括设于前端的第二前链轮31、设于后端的第二后链轮32和配合安装于所述第二前链轮31和第二后链轮32上的后履带33，所述第二前链轮31的半径大于所述第二后链轮32。其中，前履带摆臂20和后履带摆臂30悬空端小，连接于车身10的一端大，更进一步便于机器人本体100翻越障碍以及保持重心。

较佳者，参考图9，所述核电站水下作业机器人还包括控制系统400，所述控制系统400包括地面控制台71、与所述地面控制台71相连的超短基线收发模块72和安装于所述车身10上的超短基线终端73，所述地面控制台71通过线缆与所述驱动模块相连并控制所述驱动模块动作，所述超短基线收发模块72与所述超短基线终端73配合并依据所述超短基线终端73应答的声学信号对所述机器人本体100进行定位。

具体地，参考图1至图3以及图9，所述车身10上还可拆卸地安装有多功能组件75，所述地面控制台71接收所述多功能组件输出的信号并控制所述多功能组件动作。其中，所述核电站水下作业机器人1还包括水声通讯机74，所述水声通讯机74包括水下组件741和水上组件742，所述水下组件741安装于所述机身10并与所述多功能组件75相连，接收所述多功能组件75输出的信号并将其通过水声信号发送出去，所述水上组件742并接收所述水下组件741输出的水声信号，所述地面控制台71与所述水上组件742相连并接收所述水声信号。这样可以减少因电缆断裂、水密、缠绕等引起的许多问题，并且可以降低成本。

具体地，参考图1至图3，所述多功能组件75包括红外线摄像机、增强型摄像机、监视雷达、光学照相机43、深度传感器42、红外视觉及温度传感器41、水下声纳探测器45和/或led照明44。本实施例中，所述深度传感器为td303水位记录仪，所述水下声纳探测器45为df900-2250型微型多波束图像声纳系统。

较佳地，所述第一驱动单元带动所述主履带11以预设速度移动，所述第二驱动单元带动所述前履带23相对于所述车身10转动并带动所述前履带23以预设速度移动，所述第三驱动单元带动所述后履带33相对于所述车身10转动并带动所述后履带33以预设速度移动。

其中，图4a-4f是本发明所述核电站水下作业机器人1在平底上移动的姿态示意图。图5a-5d是本发明所述核电站水下作业机器人1在斜坡上移动的姿态示意图。图6a-6c是本发明所述核电站水下作业机器人1跨越大缝隙的姿态示意图。图7a-7c是本发明所述核电站水下作业机器人1跨越小缝隙的姿态示意图。图8a-8h是本发明所述核电站水下作业机器人1翻越大障碍的姿态示意图。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。