一种船底智能水下清洗机器人的制作方法

本实用新型属于机器人控制
技术领域：
，尤其涉及一种船底智能水下清洗机器人。
背景技术：
：目前水下机器已广泛用于管道检查、船体检修、科研教学、水下娱乐、水下考古、渔业、海底缆线检查等多民用与军用领域。随着人们对海洋的探索范围越来越广，对海洋开发的需求越来越强，船底智能水下清洗机器人成为全世界研究的对象。船底智能水下清洗机器人是将人工智能、自动控制、模式识别、信息融合与理解、系统集成等技术应用于传统的载体上,在无人驾驶的情况下完成复杂海洋环境中预定任务的机器人。目前，随着计算机技术在船底智能水下清洗机器人中的广泛应用，人们将采用更新型技术，更加形象化的控制船底智能水下清洗机器人。现有技术中，水下机器人用于水下探测和识别的设备仅限于合成孔径声纳、前视声纳和三维成像声纳等水声设备。没有结合智能控制技术是提高水下机器人的自主性，造成在复杂的海洋环境中不能完成各种任务。合成孔径声纳是利用小尺寸基阵沿空间匀速直线运动来虚拟大孔径基阵,在运动轨迹的顺序位置发射并接收回波信号,根据空间位置和相位关系对不同位置的回波信号进行相干叠加处理,从而形成等效的大孔径,获得沿运动方向(方位向)的高分辨力.非常适合尺度不大的水下机器人，可用于侦察、探测、高分辨率成像,大面积地形地貌测里等，为水下机器人提供一种性能很好的探测手段。前视声纳的图像采集和处理系统，在水下计算机网络管理下自主采集和识别目标图像信息，实现对目标的跟踪和对水下机器人的引导。水下声波所采用的波束越窄，频率越高，则形成的图像越清晰。通过声纳显控实时准确的显示水下目标的距离方位等信息，以图像的形式及时高效的将水下情况展现在屏幕上，能够清晰准确的了解水下目标及环境，以作出准确的判断和应对，完成探测或导航。三维成像声纳用于水下目标的识别的三维成像声纳，是-一个全数字化、可编程、具有灵活性和易修改的模块化系统。可以获得水下目标的形状信息，为水下目标识别提供了有利的工具。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有技术中，水下机器人用于水下探测和识别的设备仅限于合成孔径声纳、前视声纳和三维成像声纳等水声设备，没有结合智能控制技术是提高水下机器人的自主性，造成在复杂的海洋环境中不能完成各种任务。(2)在机械方面最主要的就是渗水问题，电子仓为有端盖的封密装置，但是由于封密技术不成熟，仓内多少会渗入一点水进去。解决上述技术问题的难度和意义：由于水下机器人运行的环境复杂，水声信号的噪声大，而波束不稳定或各种水声传感器普遍存在精度较差、跳变频繁的缺点，因此水下机器人运动控制系统中，滤波技术显得极为重要。为了改良仓体的密封性，本实用新型将电子仓口加一层橡胶圈，密封时与密封盖内槽紧紧贴住。为了效果，我们将封密盖内槽加长，并在内槽外围加上几层橡胶圈，密封时内槽外围的橡胶圈紧紧贴住电子仓内壁。以达到良好的防水效果。技术实现要素：针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种船底智能水下清洗机器人。本实用新型是这样实现的，一种船底智能水下清洗机器人控制系统，所述船底智能水下清洗机器人控制系统包括：车载系统，用于实时进行水下机器人的运动控制；PC图像终端，与车载系统信号连接，用于接到车载系统指令后直接控制水下机器人的运行，并将控制指令反馈传递给车载系统，并对采集得到的数据进行保存、展示以及回播。进一步，所述车载系统具体包括：水下目标探测与识别系统，水下机器人的底盘履带的机电系统，ROV机载主控系统。从控制系统，用于对水下目标的探测与识别，图像的传送，操作水下机器人的运动状态，可使水下机器人贴付于海底、船底，进行无轨运动。进一步，PC图像终端包括PC机和控制台形成的上位机对下位机；下位机在接到指令后直接控制水下机器人的运行；通过鼠标、体感设备给控制台发布指令，同时控制台将此指令传递给车载系统；上位机在接到指令后可通过电脑显示器对采集得到的数据进行保存、展示以及回播。本实用新型的另一目的在于提供一种搭载所述船底智能水下清洗机器人控制系统的船底智能水下清洗机器人，所述船底智能水下清洗机器人设置有：电子仓；电子仓最前方有一个和仓口密封的透明半圆罩；所述玻璃罩内部安装摄像头，所述摄像头通过连接树莓派将图像投放到电脑显示器上；飞控通过所述树莓派将机体的平衡状态传达给电脑显示器；所述飞控分为数据储存，外部通讯、驱动程序、平衡控制、信息接收和传递五大部分。所述飞控连接水下机器人机体的八个推进器，对所述八个推进器进行通道编排，再通过所述树莓派将信号传达给电脑；电子仓后部的密封盖上安装防水开关；网线穿过所述密封盖，一端连接树莓派，另一端连接电脑；所述电池仓安装有控制清洁刷旋转，履带运动的电调，和为所有电器提供电流的电源。进一步，所述清洁刷以细钢丝为材料的环形刷头，所述刷子背面安装法兰并固定于防水电机轴上；刷面平行并高于地面1cm，连接电机固定于机体上层框架前方两侧。进一步，所述高压水枪为鱼叉型的两个喷头，固定于机体下层框架正前方；通过电池仓内的水泵进行压强交换，喷出高流速的水，与清洁刷一起完成去除工作；所述电池仓前半仓中有控制所述清洁刷、高压水枪、履带的电调；后半仓中将所述水泵横放在仓体的中线位置，在相应位置开孔，通过水管将水引进所述水泵；所述履带轮由四个承重轮，一个主动轮拼装而成；拼成四个，安装在底盘相应位置。本实用新型的另一目的在于提供一种搭载所述船底智能水下清洗机器人的海洋输油管道检查机器人。本实用新型的另一目的在于提供一种搭载所述船底智能水下清洗机器人的跨江或跨河管道检查机器人。综上所述，本实用新型的优点及积极效果为：因控制系统在一个控制周期内要完成与航姿仪、上位控制机、驱动板的USB串口通信。由于水下机器人运行的环境复杂，必须通过实验来确定合适的控制周期和通信波率。本实验分别以100ms,200ms为控制周期，来测得各系统的不同数据如图所示通信周期与波特率经测试，但控制周期缩短为100ms时，控制系统更能稳定运行。除了对机器人航行测试，还有对机器人的回收任务测试，本实验分别以0kn、1kn的流速，和不同的初始艏向角度，测得水下机器人的回收成功率。模拟流速/kn初始艏向角度/()实验次数成功次数成功率％0301010100％0601010100％09010990％1301010100％16010880％1对9010990％对接及回收实验记录由于水下机器人具有良好的水平运动能力，即使初始艏向角度变差角度较大，但对接的成功率可达90％。本实用新型是多学科交叉运用与设计的产物,涉及到自动控制、机械设计与加工、传感器、水下通讯、图像处理等知识的配合使用。本实用新型的智能控制技术是提高水下机器人的自主性，在复杂的海洋环境中完成各种任务。智能控制技术的体系结构是人工智能技术，各种控制技术在内的集成.与声呐系统配合完成机器人运作的是本专利的履带底盘。它涉及到基础模块的选取、模块之间的关系、数据(信息)与控制流、通讯接口协议,全局性信息资源的管理及总体调度机构。本实用新型可通过推进器使机体进行90度倾斜，使其贴附在船底，再和履带配合使其在船底表面进行移动；启动清洁刷和高压水枪对船底进行各方位清理。附图说明图1是本实用新型实施例提供的船底智能水下清洗机器人原理示意图。图2是本实用新型实施例提供的船底智能水下清洗机器人外部示意图。图3是本实用新型实施例提供的飞控连接示意图。图4是本实用新型实施例提供的推进器连接示意图。图中：1-1、推进器；1-2、透明半圆罩；1-3、摄像头；1-4、树莓派；1-5、飞控；1-6、控制清洁刷。具体实施方式为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本实用新型是多学科交叉运用与设计的产物,涉及到自动控制、机械设计与加工、传感器、水下通讯、图像处理等知识的配合使用。如图1，本实用新型实施例提供的船底智能水下清洗机器人控制系统，包括：车载系统，用于实时进行水下机器人的运动控制；PC图像终端，与车载系统信号连接，用于接到车载系统指令后直接控制水下机器人的运行，并将控制指令反馈传递给车载系统，并对采集得到的数据进行保存、展示以及回播。PC图像终端包括PC机和控制台形成的上位机对下位机；下位机在接到指令后直接控制水下机器人的运行；通过鼠标、体感设备给控制台发布指令，同时控制台将此指令传递给车载系统；上位机从集成的电脑显示器对采集得到的数据进行保存、展示以及回播。本实用新型实施例提供的船底智能水下清洗机器人控制方法包括：自动控制、传感器、水下通讯、图像处理配合使用。下面结合具体分析对本实用新型的应用作进一步描述。如图2-图4，本实用新型实施例提供的水下机器人，所述水下机器人框架为八边体，由八个推进器1-1进行水中移动。所述电子仓最前方有一个和仓口密封的透明半圆罩1-2，所述玻璃罩内部安装摄像头1-3，所述摄像头通过连接树莓派1-4将图像投放到电脑屏幕上，飞控1-5也通过所述树莓派将机体的平衡状态传达给电脑。所述飞控连接机体的八个推进器，对所述八个推进器进行通道编排，再通过所述树莓派将信号传达给电脑。电子仓后部的密封盖上安装防水开关。网线穿过所述密封盖，一端连接树莓派，另一端连接电脑。所述电池仓安装有控制清洁刷1-6旋转，履带运动的电调，和为所有电器提供电流的电源。对所述清洁刷，履带的电机进行防水处理。作为本实用新型的优选实施例，所述清洁刷以细钢丝为材料的环形刷头，所述刷子背面安装法兰并固定于防水电机轴上。刷面平行并高于地面1cm，连接电机固定于机体上层框架前方两侧作为本实用新型的优选实施例，所述高压水枪为鱼叉型的两个喷头，固定于机体下层框架正前方。通过电池仓内的水泵进行压强交换，喷出高流速的水。与清洁刷一起完成去除工作。作为本实用新型的优选实施例，所述电池仓前半仓中有控制所述清洁刷、高压水枪、履带的电调。后半仓中将所述水泵横放在仓体的中线位置，在相应位置开孔，通过水管将水引进所述水泵。作为本实用新型的优选实施例，所述履带轮由四个承重轮，一个主动轮拼装而成。拼成四个，安装在底盘相应位置。工作原理：如图1，本实用新型的机器人执行水底巡查(如管道巡视)时，能够更加平稳、高效地运行,且相比浮游机器人更易进行水下定位,不易受水中暗流干扰。本水下机器人采用连杆和多通相互链接的方式构成机器人主体框架六自由度的运动系统效率高、控制灵活稳定,配合水下推进器可以在水下水面自由运动。上浮方式采用推进器反转设计,大大增加了稳定性,高效实用。控制系统设计方案采用ROV车载主控系统。ROV车载主控系统基于arm9核心的SamsungS3C2440A作为主处理器芯片，嵌入LINUX操作系统,具有超强运算能力，能够实时进行运动控制算法。主控制板板载64MSDRAM；在此基础上，以此结构框架为基础,开发水下巡视功能,如海洋输油管道检查；跨江、跨河管道检查等一系列应用。此系统还包括PC机和控制台形成的上位机对下位机发布指令，下位机在接到指令后直接控制小车的运行，通过鼠标、体感设备等给控制台发布指令，同时控制台将此指令传递给车载系统。可以从电脑显示器对采集得到的数据进行保存、展示以及回播等。电机各个参数值为：。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。当前第1页1 2 3