基於輔助機器人帶纜捆綁樁柱的水下作業機器人定位系統的製作方法

2023-10-17 15:08:34 1

本發明涉及水下作業機器人定位技術領域，尤其涉及一種基於輔助機器人帶纜捆綁樁柱的水下作業機器人定位系統，是一種具有雙機器人協同作業能力的水下智慧機器人定位系統。

背景技術：

面對海洋活動和海洋作業需求，水下機器人的應用日益獲得重視，如已經廣為使用水下機器人的海洋油氣採礦業。不可忽視，作業的水下機器人常以零浮力狀態處於水環境中，以多個矢量布置螺旋槳的推力使其克服海流力、波浪力、作業反作用力而動態定位於水下。相較位於地面作業設備的定位，水下機器人的動力定位的位置精度差得多，並容易在外載荷的變化下破壞平衡而大幅偏離動態定位位置，使得精確作業難度大幅提高、或作業效率大幅下降。事實是現有的水下機器人由於成本高、定位作業經濟效益差、投資回收期長束縛了其大規模商業化應用。

海洋油氣平臺是水下機器人應用最多行業，其常常具有樁柱形結構，作業時水下機器人除了上述動力定位形式，還有通過真空吸盤或磁吸盤固定於樁柱的方式定位。真空吸盤或磁吸盤固定於樁柱的定位方式限於附著力，定位可靠性不高，影響了精確作業並降低作業效率及安全性。目前水下機器人水中定位研究主要集中在動力定位形式。本技術方案通過基於輔助水下機器人帶纜捆綁另一水下機器人於樁柱的定位方式，大幅提高定位可靠性，從而提高了作業精確性、作業效率及作業安全性。本技術採用雙機器人在水環境中協同作業，技術難度高但技術發展前景廣，因而具有較大的推廣空間。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種具有雙機器人協同作業能力的水下智慧機器人系統，其採用一臺水下機器人帶纜捆綁另一臺水下機器人於樁柱的定位技術方式，實現水下機器人三維姿態定位。該技術將有效解決現有水下機器人動力定位、真空吸盤或磁吸盤形式存在的定位可靠性不高、難以精確作業並作業效率及安全性低等技術難題。

本發明的技術方案如下：

基於輔助機器人帶纜捆綁樁柱的水下作業機器人定位系統，包括水面控制臺、可吸附在樁柱上的水下作業機器人，所述水下作業機器人一側設置有放置柔性綁帶的纜盒，另一側設置有用於拉緊所述柔性綁帶的絞纜機構，還包括帶纜水下機器人，所述帶纜水下機器人前端設置有用於夾持柔性綁帶的機械手，所述水面控制臺與水下作業機器人及帶纜水下機器人信號連接，用於控制水下作業機器人及帶纜水下機器人動作。

進一步地，所述柔性綁帶的自由端及絞纜機構上設置有相匹配的快速連接裝置。

進一步地，所述的水下作業機器人包括用於吸附樁柱的吸附裝置、矢量布置的若干螺旋槳、液壓六自由度關節機械手、照明燈、CCD攝像頭及水下定位系統。

進一步地，所述的螺旋槳的數量為六個。

進一步地，所述的帶纜水下機器人包括矢量布置的若干螺旋槳、電動兩自由度關節機械手、照明燈、CCD攝像頭及水下輔助定位系統。

進一步地，所述的螺旋槳的數量為四個。

進一步地，所述的柔性綁帶為尼龍綁帶。

進一步地，所述的水下輔助定位系統為短基線水聲定位系統。

進一步地，所述的吸附裝置為真空吸盤或磁吸盤。

進一步地，所述的水面控制臺包括工控機、機械手作業控制面板，所述機械手作業控制面板用於控制機械手動作；所述工控機用於控制機器人移動和定位。

相比現有技術，本發明的有益效果是：本技術方案通過基於輔助水下機器人帶纜捆綁另一水下機器人於樁柱的定位方式，大幅提高定位可靠性，從而提高了作業精確性、作業效率及作業安全性，很好地解決解決了水下機器人作業難題，特別適合於樁柱條件下作業的實際情況。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1是本發明實施例的結構示意圖。

圖2是本發明實施例的原理示意圖。

圖中：1.水下作業機器人、2.螺旋槳、3.絞纜機構、4. 液壓六自由度關節機械手、5.尼龍綁帶、6. 帶纜水下機器人、7.樁柱、8. 電動2自由度關節機械手、9-纜盒。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明的目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發明的實施方式並不因此限定於以下實施例。

如圖1和圖2所示，基於輔助機器人帶纜捆綁樁柱的水下作業機器人定位系統，包括水面控制臺、可吸附在樁柱7上的水下作業機器人1，所述水下作業機器人1一側設置有放置尼龍綁帶5的纜盒9，另一側設置有用於拉緊所述尼龍綁帶5的絞纜機構3，還包括帶纜水下機器人6，所述帶纜水下機器人6前端設置有用於夾持柔性綁帶的機械手，所述水面控制臺與水下作業機器人1及帶纜水下機器人6信號連接，用於控制水下作業機器人1及帶纜水下機器人6動作。

所述尼龍綁帶5的自由端及絞纜機構3上設置有相匹配的快速連接裝置，如在尼龍綁帶5的自由端設置纜鉤，在絞纜機構3上設置拉環等。

所述的水下作業機器人1包括用於吸附樁柱7的真空吸盤、矢量布置的六個螺旋槳2、液壓六自由度關節機械手4、照明燈、CCD攝像頭及短基線水聲定位系統。矢量布置的六個螺旋槳2可以方便靈活的實現水下作業機器人1各個方向的移動。

所述的帶纜水下機器人6包括矢量布置的四個螺旋槳2、電動兩自由度關節機械手8、照明燈、CCD攝像頭及短基線水聲定位系統。矢量布置的四個螺旋槳2可以方便靈活的實現帶纜水下機器人6各個方向的移動，電動兩自由度關節機械手8可準確實現對尼龍綁帶5的抓取和釋放。

所述的短基線水聲定位系統，具有技術成熟、定位精度高，尺寸小、使用方便的特點，可快速準確的獲取水下機器人的位置，為系統定位提供必要的技術參數。照明燈和CCD攝像頭通過視覺反饋提供位置信息輔助引導，進一步提高機器人的移動位置精度。

所述的水面控制臺包括工控機、機械手作業控制面板，所述機械手作業控制面板用於控制機械手動作；所述工控機用於控制機器人移動和定位。

如圖所示的機器人系統由2臺水下機器人組成：水下作業機器人1和帶纜水下機器人6，2臺機器人協作方式可以根據不同的定位，依託對象約束設計要求進行設計。

工作時，當水下作業機器人1移動至預定工作區域後，水下作業機器人1通過其真空吸盤吸附在樁柱7上，同時，帶纜水下機器人6在所述水面控制臺的控制下，移動至水下作業機器人1的纜盒9處，接著其前端的電動兩自由度關節機械手8抓住尼龍綁帶5自由端的纜鉤，並在其矢量布置的4個螺旋槳2的驅動下攜帶尼龍綁帶5從水下作業機器人1 的纜盒9處繞樁柱7移動至其另一側，最後將尼龍綁帶5自由端的纜鉤固定在絞纜機構3的拉環上，絞纜機構3進行絞纜拉緊尼龍綁帶5，使得水下作業機器人1貼面附著於樁柱7上。此時，水下作業機器人1的液壓六自由度關節機械手4就可在所述機械手作業控制面板的控制進行相應的水下作業了。

本實施例的水下作業機器人1通過真空吸盤及尼龍綁帶5附著在樁柱7上，以克服液壓機械手動作的反作用力，解決了類似設備水下作業時真空或磁吸附失效的問題，水下作業機器人1附著方式增加纜捆綁功能作為定位能力補充或備份，提高了定位可靠性和穩定性，從而提高了作業精確性、作業效率及作業安全性，有效地克服了機器人「動力定位」形式能耗高、因機器人位置抖動機械手對準目標困難而導致作業效率低的問題。本實施例採用雙機器人在水環境中協同作業，技術發展前景廣，因而具有較大的推廣空間。

本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護範圍之內。