專利名稱：模態(tài)切換水下機(jī)器人及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的海洋工程技術(shù)領(lǐng)域水下機(jī)器人及其控制方法，特別是一種可浮游的模態(tài)切換水下機(jī)器人及其控制方法。
背景技術(shù)：
水下機(jī)器人應(yīng)用廣泛，特別是可以代替潛水員完成對(duì)堤壩、船體等水下結(jié)構(gòu)物高強(qiáng)度、大負(fù)荷的監(jiān)察與清污作業(yè)。水下機(jī)器人的模態(tài)(航態(tài))主要有浮游、吸附、爬行，水下爬壁機(jī)器人需具備吸附、爬行這兩種模態(tài)。現(xiàn)有水下爬壁機(jī)器人的吸附方式主要有負(fù)壓吸附、磁力吸附、推力吸附:在凹凸不平的壁面作業(yè)時(shí)，負(fù)壓吸附的吸附能力會(huì)降低；磁力吸附只適用于導(dǎo)磁壁面；推力吸附是利用螺旋槳的推力將水下機(jī)器人壓吸在壁面上，推力始終垂直指向壁面，適用于各種類型的壁面。爬行方式主要有履帶式移動(dòng)、足式移動(dòng)、輪式移動(dòng):履帶式移動(dòng)速度較慢，不容易轉(zhuǎn)向，常與磁吸附方式相結(jié)合；足式運(yùn)動(dòng)方式重心不穩(wěn)定，流體阻力大；輪式移動(dòng)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定且運(yùn)動(dòng)速度較快?，F(xiàn)階段取得專利的水下爬壁機(jī)器人有:1、一種復(fù)合吸附船體清刷機(jī)器人CN102424100A是一種將磁力吸附和推力吸附結(jié)合在一起的船體清刷機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)船體水下、水上部分的清洗。但是該機(jī)器人無(wú)法執(zhí)行浮游作業(yè)，工作時(shí)必須沿船側(cè)進(jìn)入作業(yè)區(qū)域，活動(dòng)范圍有限。2、水下清潔機(jī)器人CN101139007A是一種利用高速排水螺旋槳產(chǎn)生負(fù)壓進(jìn)行壁面吸附的水下清潔機(jī)器人，可被遙控或自主控制進(jìn)行水下泳池壁面的清潔作業(yè)。但是該機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)眾多，機(jī)構(gòu)復(fù)雜；依靠排水螺旋槳的浮游靈活性差，不能進(jìn)行浮游作業(yè)；功能單一，僅用于泳池壁的清潔。3、UNDERWATER CRAWLER VEHICLE HAVING SEARCH ANDIDENTIFICATION CAPABILITIES AND METHODS OF USE (US2007/0276552AL)是一種可進(jìn)行浮游和爬壁的水下監(jiān)測(cè)機(jī)器人:它在浮游機(jī)器人上加裝一四輪小車，使用小車上的渦流發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生負(fù)壓吸附。該機(jī)器人 相比浮游機(jī)器人增加了五個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，這就使得供電系統(tǒng)額定功率增加，能耗變大；控制系統(tǒng)控制對(duì)象增多，復(fù)雜度增加；整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性降低。該機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)眾多，每個(gè)電機(jī)只能執(zhí)行一種任務(wù)，這就使使得電機(jī)利用率不高，浪費(fèi)了資源；機(jī)器人的重量、體積、制造成本和加工難度均增加。該機(jī)器人浮游運(yùn)動(dòng)與小車運(yùn)動(dòng)控制相互獨(dú)立且控制原理不同:這就使得其控制系統(tǒng)比浮游機(jī)器人復(fù)雜的多。另外，上述三種機(jī)器人在執(zhí)行爬壁任務(wù)時(shí)，其吸附裝置均無(wú)法自適應(yīng)配載吸附力。綜上所述，水下爬壁機(jī)器人尚存在以下缺點(diǎn):1、無(wú)法執(zhí)行浮游任務(wù)，活動(dòng)范圍有限；2、電機(jī)多但利用率低、動(dòng)力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)復(fù)雜；3、無(wú)法自適應(yīng)配載吸附力，影響靈活性同時(shí)造成資源浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種高效節(jié)能、結(jié)構(gòu)緊湊、控制簡(jiǎn)單、吸附力自適應(yīng)的模態(tài)切換水下機(jī)器人及其控制方法。這種機(jī)器人根據(jù)不同的任務(wù)需要在浮游模態(tài)與爬壁(吸附、爬行)模態(tài)之間自由切換，且兩者運(yùn)動(dòng)控制的原理相同。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:模態(tài)切換水下機(jī)器人，包括水面控制系統(tǒng)和水下控制系統(tǒng)，其中水下控制系統(tǒng)包括水下傳感設(shè)備、水下控制器和水下機(jī)器人，所述水下機(jī)器人包括載體模塊、切換模塊、小車模塊和視頻采集模塊，載體模塊搭載于小車模塊上，視頻采集模塊搭載于載體模塊上，切換模塊安裝在小車模塊與載體模塊之間；水下控制器將視頻采集模塊采集的視頻信息和水下傳感設(shè)備所測(cè)的傳感信息由臍帶纜上傳至水面控制系統(tǒng)同時(shí)接收水面控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下機(jī)器人浮游運(yùn)動(dòng)與爬壁清污的操控。所述的切換模塊包括切換板、吸附推進(jìn)器、縱向電機(jī)、彈簧和導(dǎo)軌；載體模塊與小車模塊均裝有電子鎖和壓力傳感器，當(dāng)模態(tài)切換開(kāi)始時(shí)，對(duì)應(yīng)模塊的電子鎖解鎖，切換板沿導(dǎo)軌垂向運(yùn)動(dòng)，水下控制器根據(jù)壓力傳感器反饋的信息判定切換板與另一模塊即載體模塊或小車模塊接觸后用對(duì)應(yīng)的電子鎖將接觸的模塊鎖死，模態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)束，進(jìn)入浮游模態(tài)或爬行模態(tài)，縱向電機(jī)與接觸的模塊的驅(qū)動(dòng)裝置齒合；切換板向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸附推進(jìn)器提供動(dòng)力，彈簧用于減震；切換板向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧提供恢復(fù)力。所述的載體模塊包括載體、垂向推進(jìn)器、縱向螺旋槳；浮游模態(tài)時(shí)，縱向電機(jī)與縱向螺旋槳齒合，驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的進(jìn)退、轉(zhuǎn)艏運(yùn)動(dòng)；垂向推進(jìn)器為直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管螺旋槳，實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的升沉、縱搖運(yùn)動(dòng)。所述小車模塊由車體、傳動(dòng)箱、車輪和清污滾輪組成；爬壁模態(tài)時(shí)，縱向電機(jī)與傳動(dòng)箱齒合驅(qū)使車輪和清污滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和清污工作。模態(tài)切換水下機(jī)器人的控制方法如下:采用水下控制器將視頻采集模塊采集的視頻信息和水下傳感設(shè)備所測(cè)的傳感信息由臍帶纜上傳至水面控制系統(tǒng)同時(shí)接收水面控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下機(jī)器人浮游運(yùn)動(dòng)與爬壁清污的操控。所述水下機(jī)器人爬壁清污的控制方法如下:I)、剛下水時(shí)水下機(jī)器人處于浮游模態(tài)，水面操控人員根據(jù)操作界面的數(shù)據(jù)通過(guò)水面控制系統(tǒng)控制垂向推進(jìn)器和縱向電機(jī)，調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，使小車模塊貼近作業(yè)壁面；2)、采用水下控制器關(guān)閉縱向電機(jī)，進(jìn)行浮游到爬壁的模態(tài)切換，模態(tài)切換完成后水下機(jī)器人被壓吸在目標(biāo)壁面上；3)、采用水下控制器關(guān)閉垂向推進(jìn)器，采用控制縱向電機(jī)和吸附推進(jìn)器進(jìn)行爬壁清污同步作業(yè)，吸附力進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，將水下傳感設(shè)備所測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄在水面控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中用于工程人員的后續(xù)研究；4)、爬壁清污作業(yè)結(jié)束后采用水下控制器關(guān)閉吸附推進(jìn)器和縱向電機(jī)，當(dāng)水下機(jī)器人姿態(tài)穩(wěn)定后，采用水下控制器控制進(jìn)行爬壁到浮游的模態(tài)切換，模態(tài)切換完成后水下機(jī)器人進(jìn)行浮游作業(yè)。本發(fā)明有益效果:1、本發(fā)明“一機(jī)多用”提高了電機(jī)利用率；采用模塊化設(shè)計(jì)，便于拆卸和拓展功能，最大限度的降低自身重量、體積、制造成本、加工難度、供電系統(tǒng)能耗等；該機(jī)器人具備浮游、吸附、爬行、清污、水下監(jiān)察多種功能，實(shí)用性強(qiáng)，適用范圍廣。2、本發(fā)明浮游運(yùn)動(dòng)與爬壁運(yùn)動(dòng)控制原理相同:兩個(gè)縱向電機(jī)23同速實(shí)現(xiàn)進(jìn)退；差速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向?？刂葡到y(tǒng) 簡(jiǎn)單，控制對(duì)象不多，只需在一般浮游機(jī)器人的控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上略加改動(dòng)即可，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性高。3、本發(fā)明機(jī)器人爬壁作業(yè)時(shí)，吸附力由一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，自動(dòng)化程度高，節(jié)約了能源，提高了操縱性。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明機(jī)器人的四個(gè)模塊爆炸示意
圖4為本發(fā)明機(jī)器人浮游模態(tài)俯視示意圖；圖5為本發(fā)明機(jī)器人A-A剖視圖；圖6為本發(fā)明機(jī)器人B-B剖視圖；圖中標(biāo)注部件名稱:1、載體模塊；2、切換模塊；3、小車模塊；4、視頻采集模塊；11、載體；12、垂向推進(jìn)器；13、縱向螺旋槳；21、切換板；22、吸附推進(jìn)器；23、縱向電機(jī)；24、彈簧；25、軌道；31、車體；32、傳動(dòng)箱；33、車輪；34、清污滾輪；41、水下高清攝像機(jī)；42、水下LED照明燈。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述。本發(fā)明是一種模態(tài)切換水下機(jī)器人，如圖1所示，機(jī)器人系統(tǒng)分水上、水下兩大部分，兩者通過(guò)臍帶纜連接實(shí)現(xiàn)水面與水下信號(hào)、能源的傳輸。水上部分的水面控制系統(tǒng)向水下部分傳輸控制信號(hào)和能源，接收水下視頻和各傳感的電信號(hào)并將其實(shí)時(shí)顯示到操作界面上，保證操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控水下機(jī)器人的工作狀態(tài)。水下部分的水下控制系統(tǒng)包括水下控制器、水下傳感設(shè)備和水下機(jī)器人。水下控制器可以將視頻采集模塊4采集的視頻信息和水下傳感設(shè)備所測(cè)的傳感信息由臍帶纜上傳至水面控制系統(tǒng)同時(shí)接收其發(fā)出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下機(jī)器人浮游運(yùn)動(dòng)與爬壁清污的操控。五個(gè)直流無(wú)刷電機(jī)組成的動(dòng)力推進(jìn)單元能夠?qū)崿F(xiàn)水下機(jī)器人升沉、進(jìn)退、轉(zhuǎn)艏、縱搖四個(gè)自由度的浮游運(yùn)動(dòng)與爬壁清污作業(yè)，動(dòng)力配置為:兩個(gè)垂向推進(jìn)器12實(shí)現(xiàn)升沉或縱搖運(yùn)動(dòng)、一個(gè)吸附推進(jìn)器22實(shí)現(xiàn)壁面吸附、兩個(gè)縱向電機(jī)23在不同模態(tài)下具有不同功能:浮游時(shí)，縱向電機(jī)23驅(qū)動(dòng)縱向螺旋槳13實(shí)現(xiàn)進(jìn)退、轉(zhuǎn)艏運(yùn)動(dòng)；爬壁時(shí)，縱向電機(jī)23同時(shí)驅(qū)動(dòng)車輪13和清污滾輪34實(shí)現(xiàn)爬壁清污同步作業(yè)。機(jī)器人模態(tài)切換的動(dòng)力來(lái)自吸附推進(jìn)器22，壓力傳感器用于判定模態(tài)切換完成，電子鎖是完成后的鎖定裝置。如圖2所示為機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖，為方便描述機(jī)器人各部件的空間位置，現(xiàn)規(guī)定清污滾輪34所在位置為機(jī)器人的尾部，視頻采集模塊4所在位置為機(jī)器人的首部，尾部指向首部為縱向；從尾部向首部看，左手邊為左側(cè)，右手邊為右側(cè)，左側(cè)指向右側(cè)為橫向；垂向、縱向、橫向滿足右手定則，且定義垂向?yàn)樯隙酥赶蛳露?。通過(guò)結(jié)構(gòu)首尾中央的縱向剖面為縱剖面，它把結(jié)構(gòu)分為左右對(duì)稱的兩部分；通過(guò)結(jié)構(gòu)重心的橫向剖面為橫剖面。文中把以縱剖面為對(duì)稱面的布置稱為左右對(duì)稱，以橫剖面為對(duì)稱面的布置稱為首尾對(duì)稱。圖4為本發(fā)明機(jī)器人浮游模態(tài)俯視示意圖。
如圖3所示，機(jī)器人結(jié)構(gòu)由上至下分三層四個(gè)模塊:上層為載體模塊I和視頻采集模塊4，中層為切換模塊2，下層為小車模塊3。如圖3、圖4所示，左右對(duì)稱固接在載體模塊I首部的視頻采集模4包括一個(gè)水下高清攝像機(jī)41和兩個(gè)水下LED照明燈42。如圖3所示，載體模塊I包括載體11、垂向推進(jìn)器12、縱向螺旋槳13。載體11正中大圓孔為導(dǎo)流通道，大圓孔四周左右、首尾對(duì)稱的四個(gè)小圓孔為導(dǎo)軌25的安裝通道；載體11裝有浮體、耐壓水密電子艙，浮體為機(jī)器人提供主要浮力使總浮力略大于重力，耐壓水密電子艙殼體上裝有深度傳感器，內(nèi)部裝有慣性導(dǎo)航裝置和水下控制器，水下電纜通過(guò)殼體上的水密接插件將水下控制器與外部設(shè)備連接。如圖4所示，兩個(gè)垂向推進(jìn)器12首尾對(duì)稱安裝在載體11上，可為機(jī)器人升沉或縱搖運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。如圖4、圖5所示，兩個(gè)縱向螺旋槳13左右對(duì)稱安裝在載體11上，浮游模態(tài)時(shí)，縱向電機(jī)23與縱向螺旋槳13齒合，驅(qū)使其旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的進(jìn)退、轉(zhuǎn)艏運(yùn)動(dòng)。如圖3所示，切換模塊2包括切換板21、吸附推進(jìn)器22、縱向電機(jī)23、彈簧24、導(dǎo)軌25。切換板21正中圓筒為導(dǎo)流管，吸附 推進(jìn)器22安裝在導(dǎo)流管內(nèi)，可為機(jī)器人提供升沉力、模態(tài)切換的驅(qū)動(dòng)力以及爬壁時(shí)的吸附力。切換板21可沿著導(dǎo)流管周圍左右、首尾對(duì)稱的四個(gè)導(dǎo)軌25垂向運(yùn)動(dòng)。左右對(duì)稱安裝在切換板21上的兩個(gè)縱向電機(jī)23通過(guò)齒輪給其他動(dòng)力部件傳動(dòng)。固接在切換板21下方的彈簧24套在導(dǎo)軌25上。如圖3所示，小車模塊3包括車體31、傳動(dòng)箱32、車輪33、清污滾輪34。車體31正中大圓孔為導(dǎo)流通道，其四周對(duì)稱的四個(gè)小圓孔為導(dǎo)軌25的預(yù)留通道。兩個(gè)傳動(dòng)箱32左右對(duì)稱固接在小車模塊3的尾部，每個(gè)傳動(dòng)箱32通過(guò)輸出軸驅(qū)動(dòng)一個(gè)車輪33和一個(gè)清污滾輪34。如圖4、圖5所示，爬壁模態(tài)時(shí)，縱向電機(jī)23與傳動(dòng)箱32齒合驅(qū)使車輪33和清污滾輪34轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬行和清污工作。如圖6所示，本發(fā)明四個(gè)模塊具體連接方式如下:載體模塊I的載體11與小車模塊3的車體31用螺栓連接；切換模塊2的彈簧24與小車模塊3的車體31固接；導(dǎo)軌25用螺栓連接在載體11上，由上至下依次穿過(guò)載體11、切換板21、彈簧24、車體31 ;切換板21可沿運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌14在載體11和車體31之間上下運(yùn)動(dòng)。如圖3、圖5所示，本發(fā)明的模態(tài)切換原理如下:載體模塊I與小車模塊3均裝有電子鎖和壓力傳感器，浮游模態(tài)時(shí)，切換板21與載體11接觸并被對(duì)應(yīng)電子鎖鎖死，縱向電機(jī)23與縱向螺旋槳13齒合。爬壁模態(tài)時(shí)，切換板21與車體31接觸并被對(duì)應(yīng)電子鎖鎖死，縱向電機(jī)23與傳動(dòng)箱32齒合，機(jī)器人根據(jù)小車模塊3上的壓力傳感器所測(cè)數(shù)據(jù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)吸附推進(jìn)器22的推力。當(dāng)模態(tài)切換開(kāi)始時(shí)，對(duì)應(yīng)模塊的電子鎖解鎖，切換板21沿導(dǎo)軌25垂向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)壓力傳感器反饋的信息判定切換板21與另一模塊接觸后用對(duì)應(yīng)的電子鎖將其鎖死，模態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)束，進(jìn)入浮游模態(tài)或爬行模態(tài)，縱向電機(jī)23與對(duì)應(yīng)模塊的驅(qū)動(dòng)裝置齒合。彈簧24在切換板21運(yùn)動(dòng)時(shí)一直處于壓縮狀態(tài)。切換板21向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸附推進(jìn)器22提供動(dòng)力，彈簧24起到減震效果；切換板21向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧24提供恢復(fù)力。基于模態(tài)切換裝置的水下機(jī)器人爬壁清污作業(yè)過(guò)程如下:1、剛下水時(shí)機(jī)器人處于浮游模態(tài)，水面操控人員根據(jù)操作界面的數(shù)據(jù)控制垂向推進(jìn)器12和縱向電機(jī)23，調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，使小車模塊3貼近作業(yè)壁面。2、關(guān)閉縱向電機(jī)23，進(jìn)行浮游到爬壁的模態(tài)切換，模態(tài)切換完成后機(jī)器人被壓吸在目標(biāo)壁面上。3、關(guān)閉垂向推進(jìn)器12，控制縱向電機(jī)23和吸附推進(jìn)器22進(jìn)行爬壁清污同步作業(yè)，吸附力進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，各種傳感器所測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被記錄在水面控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中用于工程人員的后續(xù)研究。4、爬壁清污作業(yè)結(jié)束后關(guān)閉吸附推進(jìn)器22和縱向電機(jī)23，慣性導(dǎo)航裝置所測(cè)數(shù)據(jù)表明機(jī)器人姿態(tài)穩(wěn)定后，進(jìn)行爬壁到浮游的模態(tài)切換，模態(tài)切換完成后水下機(jī)器人可進(jìn)行浮游作 業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種模態(tài)切換水下機(jī)器人，其特征在于包括水面控制系統(tǒng)和水下控制系統(tǒng)，其中水下控制系統(tǒng)包括水下傳感設(shè)備、水下控制器和水下機(jī)器人，所述水下機(jī)器人包括載體模塊(I)、切換模塊(2 )、小車模塊(3 )和視頻采集模塊(4)，載體模塊(I)搭載于小車模塊(3 )上，視頻采集模塊(4)搭載于載體模塊(I)上，切換模塊(2)安裝在小車模塊(3)與載體模塊(I)之間；水下控制器將視頻采集模塊(4)采集的視頻信息和水下傳感設(shè)備所測(cè)的傳感信息由臍帶纜上傳至水面控制系統(tǒng)同時(shí)接收水面控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下機(jī)器人浮游運(yùn)動(dòng)與爬壁清污的操控。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模態(tài)切換水下機(jī)器人，其特征在于所述的切換模塊(2)包括切換板(21)、吸附推進(jìn)器(22)、縱向電機(jī)(23)、彈簧(24)和導(dǎo)軌(25);載體模塊(I)與小車模塊(3)均裝有電子鎖和壓力傳感器，當(dāng)模態(tài)切換開(kāi)始時(shí)，對(duì)應(yīng)模塊的電子鎖解鎖，切換板(21)沿導(dǎo)軌(25)垂向運(yùn)動(dòng)，水下控制器根據(jù)壓力傳感器反饋的信息判定切換板(21)與另一模塊即載體模塊(I)或小車模塊(3)接觸后用對(duì)應(yīng)的電子鎖將接觸的模塊鎖死，模態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)束，進(jìn)入浮游模態(tài)或爬行模態(tài)，縱向電機(jī)(23)與接觸的模塊的驅(qū)動(dòng)裝置齒合；切換板(21)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸附推進(jìn)器(22)提供動(dòng)力，彈簧(24)用于減震；切換板(21)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧(24)提供恢復(fù)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模態(tài)切換水下機(jī)器人，其特征在于所述的載體模塊(I)包括載體(11)、垂向推進(jìn)器(12 )、縱向螺旋槳(13 );浮游模態(tài)時(shí)，縱向電機(jī)(23 )與縱向螺旋(13)槳齒合，驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的進(jìn)退、轉(zhuǎn)艏運(yùn)動(dòng)；垂向推進(jìn)器(12)為直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管螺旋槳，實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的升沉、縱搖運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模態(tài)切換水下機(jī)器人，其特征在于所述小車模塊(3)由車體(31)、傳動(dòng)箱(32)、車輪(33)和清污滾輪(34)組成；爬壁模態(tài)時(shí)，縱向電機(jī)(23)與傳動(dòng)箱(32 )齒合驅(qū)使車輪(33 )和清污滾輪(34 )轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和清污工作。
5.一種基于權(quán)利要求I所述模態(tài)切換水下機(jī)器人的控制方法，其特征在于所述方法如下采用水下控制器將視頻采集模塊(4)采集的視頻信息和水下傳感設(shè)備所測(cè)的傳感信息由臍帶纜上傳至水面控制系統(tǒng)同時(shí)接收水面控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下機(jī)器人浮游運(yùn)動(dòng)與爬壁清污的操控。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述模態(tài)切換水下機(jī)器人的控制方法，其特征在于所述水下機(jī)器人爬壁清污的控制方法如下 1)、剛下水時(shí)水下機(jī)器人處于浮游模態(tài)，水面操控人員根據(jù)操作界面的數(shù)據(jù)通過(guò)水面控制系統(tǒng)控制垂向推進(jìn)器(12)和縱向電機(jī)(23)，調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，使小車模塊(3)貼近作業(yè)壁面； 2)、采用水下控制器關(guān)閉縱向電機(jī)(23)，進(jìn)行浮游到爬壁的模態(tài)切換，模態(tài)切換完成后水下機(jī)器人被壓吸在目標(biāo)壁面上； 3)、采用水下控制器關(guān)閉垂向推進(jìn)器(12)，采用控制縱向電機(jī)(23)和吸附推進(jìn)器(22)進(jìn)行爬壁清污同步作業(yè)，吸附力進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，將水下傳感設(shè)備所測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄在水面控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中用于工程人員的后續(xù)研究； 4)、爬壁清污作業(yè)結(jié)束后采用水下控制器關(guān)閉吸附推進(jìn)器(22)和縱向電機(jī)(23)，當(dāng)水下機(jī)器人姿態(tài)穩(wěn)定后，采用水下控制器控制進(jìn)行爬壁到浮游的模態(tài)切換，模態(tài)切換完成后水下機(jī)器人進(jìn)行浮游作業(yè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模態(tài)切換水下機(jī)器人及其控制方法，所述機(jī)器人包括水面控制系統(tǒng)和水下控制系統(tǒng)，其中水下控制系統(tǒng)包括水下傳感設(shè)備、水下控制器和水下機(jī)器人，所述水下機(jī)器人包括載體模塊、切換模塊、小車模塊和視頻采集模塊。所述方法采用水下控制器將視頻采集模塊采集的視頻信息和水下傳感設(shè)備所測(cè)的傳感信息由臍帶纜上傳至水面控制系統(tǒng)同時(shí)接收水面控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下機(jī)器人浮游運(yùn)動(dòng)與爬壁清污的操控。本發(fā)明最大限度的降低自身重量、體積、制造成本、加工難度、供電系統(tǒng)能耗等；該機(jī)器人具備浮游、吸附、爬行、清污、水下監(jiān)察多種功能，實(shí)用性強(qiáng)，適用范圍廣。
文檔編號(hào)B62D57/00GK103253312SQ201310214569
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月31日
發(fā)明者王志東, 竇京, 凌宏杰, 劉家歡, 陳劍文, 呂紅玲 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)