一种水下作业高冗余度的打捞机器人及其控制方法

本发明涉及船用装置领域，具体为一种水下作业高冗余度的打捞机器人及其控制方法。

背景技术：

1、目前在水下作业的场景中一般需要对水下的具体打捞物进行打捞动作，但目前采用这打捞动作的机器人主要是通过机械臂或者刚性抓斗的传统方式进行。

2、但由于被打捞物在水中的环境比远比地面上的复杂，可能在一些缝隙处或者是一些夹缝处，采用上述传统的打捞方式是难以满足水下打捞的环境需求的。

3、例如cn117262163a的专利公开了一种水下打捞机器人，其采用了刚性的结构实现水下的打捞作业，并通过卷扬机实现从船上到水下的作业。水下环境复杂，打捞作业对象珍贵且作业对象所处位置的不确定性，对打捞作业采用传统的刚性打捞挖斗难以完成多场景水下作业任务。采用的刚性结构虽然承载力好，但针对珍贵脆弱的古文物与自然资源探测无法进行有效的保护，并且刚性活动部件由于防水的要求，动态密封要求很高，这又提高了使用成本并降低了使用寿命。刚性结构活动易受限制，无法适应多场景的作业现场，尤其水压过大时难以克服水压的影响。

4、所以如何在水下环境中对打捞机器人进行有效的控制，达到控制精度高、反应速度快、可以适合水下各种环境，这是一个有待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种水下作业高冗余度的打捞机器人及其控制方法，现有的水下打捞机器人反应精度不够高、反应速度不够快、灵活度弱、不能够适应水下多场景作业环境，且采用刚性挖斗打捞，易对打捞物品造成损坏，不适用于珍贵物品打捞。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种水下作业高冗余度的打捞机器人，包括机体，机体安装有伸缩杆，伸缩杆底端连接有高冗余度打捞挖斗装置，高冗余度打捞挖斗装置包括高冗余度打捞挖斗，高冗余度打捞挖斗包括至少两段加热密封橡胶囊部和至少两段冷却密封橡胶囊部，加热密封橡胶囊部与冷却密封橡胶囊部交替排列，加热密封橡胶囊部和冷却密封橡胶囊部均包括四个密封橡胶囊室，密封橡胶囊室绕着高冗余度打捞挖斗中心轴线圆周分布固定，加热密封橡胶囊部与冷却密封橡胶囊部之间通过中间隔断片连接，密封橡胶囊室内填充高膨胀油，加热密封橡胶囊部的四个密封橡胶囊室的上端均固定安装有电加热环，电加热环中心为网格状，并且设置有伸出的传温杆，相应传温杆加热时高膨胀油体积变大，对应的密封橡胶囊室伸长，四个密封橡胶囊室加热程度可不同且可控，进而实现该节加热密封橡胶囊部的不同程度的弯曲或者不同长度的变化，冷却密封橡胶囊部中四个密封橡胶囊室周围固定安装有半导体制冷环，半导体制冷环外部固定连接冷却环，通过电控制半导体制冷环制冷，高膨胀油在低温下收缩，使相应的密封橡胶囊室实现快速缩短，配合加热密封橡胶囊部的变化，可实现细微角度的调整。

3、优选的，高冗余度打捞挖斗装置还设置有限位框架，限位框架顶部与伸缩杆底部连接。

4、优选的，限位框架是十字形四边等长的，限位框架的中心固定安装有中心固定块，限位框架内部水平方向设置有四根螺杆，四根螺杆一端与中心固定块固定连接，另一端连接驱动电机，螺杆上设置有螺母滑块，螺母滑块下方通过中间隔断片固定连接高冗余度打捞挖斗。

5、优选的，高冗余度打捞挖斗的底部设置有三轴陀螺仪，三轴陀螺仪底部连接有扇形柔性挖斗，扇形柔性挖斗终端设置有前端柔性头。

6、优选的，还包括机器人与船连接的船上卷扬机，机体长边面中心上方固定有摄像头，摄像头两侧固定安装有照明系统，机体短边两侧固定安装有履带。

7、为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：用于水下作业高冗余度的打捞机器人的控制方法，包括如下步骤：

8、步骤s1：采用照明系统与摄像头配合将打捞机器人定位于待打捞物品上方，伸缩杆控制底端的高冗余度打捞挖斗装置下降到一定高度；

9、步骤s2：使用高冗余度打捞挖斗装置前端固定的三轴陀螺仪检测每个高冗余度打捞挖斗的位姿，通过摄像头检测判断待打捞物品的边界线轮廓，控制驱动电机带动螺母滑块水平方向移动，进而带动高冗余度打捞挖斗移动，根据打捞对象的边界尺寸，调整每根高冗余度打捞挖斗处于物品边界线的上方；

10、步骤s3：通过电加热环输出热量给对应密封橡胶囊室，四个密封橡胶囊室可以有不同温度变化，实现每个密封橡胶囊室的不同程度伸长，以实现整节的长度变化或者不同空间角度的弯曲，通过半导体制冷环给对应密封橡胶囊室制冷，密封橡胶囊室内的高热膨胀油体积收缩，实现每个密封橡胶囊室的不同程度收缩，以实现整节的长度变化或者不同空间角度的细微弯曲；

11、步骤s4：前端柔性头接触打捞物品底端时，通过驱动电机调整螺母滑块位置，使高冗余度打捞挖斗由周边向物品中心收缩，打捞物品被包裹在高冗余度打捞挖斗装置内部，此时操作船上卷扬机，将高冗余度的打捞机器人收回船上，取出打捞物。

12、本发明有益效果：由于设置了填充高热膨胀油的密封橡胶囊室，电控温度方式实现密封橡胶囊室的长度变化，控制精度高，水下作业打捞机器人反应精度高、速度快、灵活度高，能够适应水下多场景作业环境，且采用柔性挖斗打捞，解决了传统刚性打捞挖斗在水下作业的动态密封的问题，并且对打捞物品起到较好的保护作用，适用于珍贵物品打捞。并且在存在冲击力的时候可以实现缓冲提高作业的安全性，并保护了作业环境。

技术特征：

1.一种水下作业高冗余度的打捞机器人，包括机体（8），机体（8）安装有伸缩杆（12），其特征在于：伸缩杆（12）底端连接有高冗余度打捞挖斗装置（13），高冗余度打捞挖斗装置（13）包括高冗余度打捞挖斗（5），高冗余度打捞挖斗（5）包括至少两段加热密封橡胶囊部（52）和至少两段冷却密封橡胶囊部（53），加热密封橡胶囊部（52）与冷却密封橡胶囊部（53）交替排列，加热密封橡胶囊部（52）和冷却密封橡胶囊部（53）均包括四个密封橡胶囊室（57），密封橡胶囊室（57）绕着高冗余度打捞挖斗（5）中心轴线圆周分布固定，加热密封橡胶囊部（52）与冷却密封橡胶囊部（53）之间通过中间隔断片（51）连接，密封橡胶囊室（57）内填充高膨胀油，加热密封橡胶囊部（52）的四个密封橡胶囊室（57）的上端均固定安装有电加热环（521），电加热环（521）中心为网格状，并且设置有伸出的传温杆（522），相应传温杆（522）加热时高膨胀油体积变大，对应的密封橡胶囊室（57）伸长，四个密封橡胶囊室（57）加热程度可不同且可控，进而实现该节加热密封橡胶囊部（52）的不同程度的弯曲或者不同长度的变化，冷却密封橡胶囊部（53）中四个密封橡胶囊室（57）周围固定安装有半导体制冷环（531），半导体制冷环（531）外部固定连接冷却环（532），通过电控制半导体制冷环（531）制冷，高膨胀油在低温下收缩，使相应的密封橡胶囊室（57）实现快速缩短，配合加热密封橡胶囊部（52）的变化，可实现细微角度的调整。

2.根据权利要求1所述的一种水下作业高冗余度的打捞机器人，其特征在于：高冗余度打捞挖斗装置（13）还设置有限位框架（2），限位框架（2）顶部与伸缩杆（12）底部连接。

3.根据权利要求2所述的一种水下作业高冗余度的打捞机器人，其特征在于：限位框架（2）是十字形四边等长的，限位框架（2）的中心固定安装有中心固定块（6），限位框架（2）内部水平方向设置有四根螺杆（4），四根螺杆（4）一端与中心固定块（6）固定连接，另一端连接驱动电机（1），螺杆（4）上设置有螺母滑块（3），螺母滑块（3）下方通过中间隔断片（51）固定连接高冗余度打捞挖斗（5）。

4.根据权利要求3所述的一种水下作业高冗余度的打捞机器人，其特征在于：高冗余度打捞挖斗（5）的底部设置有三轴陀螺仪（55），三轴陀螺仪（55）底部连接有扇形柔性挖斗（54），扇形柔性挖斗（54）终端设置有前端柔性头（56）。

5.根据权利要求4所述的一种水下作业高冗余度的打捞机器人，其特征在于：还包括机器人与船连接的船上卷扬机（7），机体（8）长边面中心上方固定有摄像头（10），摄像头（10）两侧固定安装有照明系统（11），机体（8）短边两侧固定安装有履带（9）。

6.根据权利要求5所述的用于水下作业高冗余度的打捞机器人的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及船用装置领域，具体为一种水下作业高冗余度的打捞机器人及其控制方法。船用水下作业的打捞机器人包括机体、伸缩杆、高冗余度打捞挖斗装置、船上卷扬机，履带，摄像头，照明系统。高冗余度打捞挖斗装置通过螺杆实现高冗余度打捞挖斗大范围的距离调整。高冗余度打捞挖斗通过加热密封橡胶囊部和冷却密封橡胶囊部二者内部的密封橡胶囊室体积变化实现伸缩弯曲调整位姿，前端的三轴陀螺仪实现对终端的感知，实现高自由度。本发明的有益效果是采用柔性打捞挖斗解决了刚性结构动密封问题，本发明的打捞机器人精度较高，自由度高，可以适用多场景的水下作业，尤其适合贵重物品的打捞。

技术研发人员：陈宵燕,孙沂琳,陈前,赵阳,王庆旭
受保护的技术使用者：无锡学院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16