一种水下船体清洁的群体机器人系统技术方案

技术编号:15638180 阅读:362 留言:0更新日期:2017-06-15 13:57
本发明专利技术公开了一种水下船体清洁的群体机器人系统方法,该方法内容包括如下步骤:通过母船上控制台操控无人船到达预清理位置附近并释放侦察型机器人,侦察型机器人通过双目立体摄像头所获得水下船体表面的深度立体图像和详细位置数据传给无人船工作站;无人船工作站通过对侦察机器人传回的数据进行初步分析判断给出水下清理污垢分类和清理模式并将详细数据传到母船控制台上;母船操作人员可以通过数据回放功能,观察水下画面信息确认采用并联还是串联或者单独清理模式,通常是先由破坚机器人或者切割机器人对大面积附着物进行初步清理,然后清除机器人采取跟随策略完成剩下的局部的难以清除区域,最后由清理机器人进行最后的抛光处理工作。

【技术实现步骤摘要】
一种水下船体清洁的群体机器人系统
本专利技术涉及一种水下船体清洁的群体机器人系统。
技术介绍
船体在海上长期航行或者进行作业时,吃水线以下的船体外壳部分含有大量需要清理的由污渍、贝壳、藻类等附着物构成的垢层,大大增加了船舶阻力,不利于航行,意味着保持一定航速必然导致油耗的增加,为合理利用和节省燃油,保证船舶的正常航行和延长其使用寿命需要定期的对船舶水下船体附着物进行清洗。目前,船体的清洗主要通过人工潜水或船坞清洗来实现,因垢层致密且面积大,船体的水下清洗工作往往较为复杂,手工操作不能满足高效率和质量上的要求,同时由于潜水员水下作业时,能见度低,作业强度和难度较大,潜水员易疲劳,作业质量和效率难以保证。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服以上的不足,本专利技术的目的是提供一种通用性强、可扩展性强、具有图形化的用户界面、对动态过程进行模拟并提供记录和回放的多水下机器人集群控制系统。一种水下船体清洗的群体机器人,能够完成船体的水下清洗工作,减轻人员的工作量,降低成本,提高工作效率,并且可进行实时操控、克服盲区作业。本专利技术是通过以下技术方案实现的:一种水下船体清洁的群体机器人系统,包括侦察型机器人、清除型机器人、破坚型机器人、切割型机器人、清理型机器人、无人船工作站;所述水下船体清洁的群体机器人系统以无人船为载体,集成北斗导航系统、陀螺仪、ADCP、声纳系统等多种高精度传感设备,利用导航、通讯和自动控制等软件和设备,在母船上实时接收、处理和分析无人船系统所采集的数据并以自控和遥控方式对无人船和其他机器人进行操作和控制,同时具有为群体机器人无线充电和巡检功能;母船上的控制台装有图像显示器、全方位操纵杆、控制按钮,数据接收器,具有显示采集的实时图像和数据存储功能,从而实现精准控制群体机器人。一种水下船体清洁的群体机器人系统方法,该方法内容包括如下步骤:通过母船上控制台操控无人船到达预清理位置的附近位置;释放侦察型机器人进行水下船体全方位立体侦察,侦察型机器人通过双目立体摄像头所获得水下船体表面的深度立体图像、被清除物面积大小和详细位置数据传给无人船工作站;无人船工作站通过对侦察机器人传回的数据进行初步分析判断出水下清理分类,以及所需何种机器人进行清理,然后将立体图像、被清除物面积大小和详细位置数据传到母船控制台上显示器复现以及给出的判断信息;母船操作人员可以通过数据回放功能,观察水下画面信息进一步确认由哪种机器人出动清理,若操作人员确认无人船给出的判断信息,则无人船会对相应的机器人规划到达清理区域的最佳路径并发出控制指令;否则操作人员给出所选择的出动清理机器人类型,才能进行下一步的清理工作。对于需要整体清洗类型(表示清除整个水下船体所有油漆表面和附件)采用并联的连接方式进行清理。对于局部清洗(指对船体某一部分进行清洗,如船体的前1/3或2/3、附件)可以采用串联连接方式或者单独方式进行清理,不同类型机器人需要通过协议模式协作完成清理工作;对于大型复杂的杂质污垢,例如像贝壳之类坚硬的污垢先由破坚机器人作业,对于船体的复杂部位,母船通过无人船向破坚机器人发出到达指定清理区域指令进行清理工作,前端钻头部分可以根据环境需要进行-90°~+90°旋转;而对于面积较大的杂质污垢区域(例如藻类堆积之类),母船通过无人船向切割机器人发出到达指定清理区域指令进行清理工作,而清除机器人通过队友模式获取其他机器人的状态及位置信息,采取跟随策略完成剩下的局部的难以清除区域,最后由清理机器人通过队友模式获取其他机器人运动停止状态后进行最后的抛光处理。所述群体机器人系统由无人船系统和母船控制系统两部分混合控制系统组成,其技术特点:(1)无舵自动走航及其精准控制系统设计(2)基于无线局域网的远距离通讯与实时多模控制;(3)双浮筒式的浮力供给和姿态稳定技术;所述船体上还设有全方位避障设备,包括数字雷达、激光雷达和前视声纳,全方位避障设备用于多重扫描保障无人船全方位安全避障。所述混合系统控制无人船与水下机器人协同作业,形成水面上下立体化操作系统;无人船能搭载水下机器人快速自动导航到指定水域,并通过数字雷达、激光雷达和前视声纳完成全方位自动避障;水下机器人通过通讯线缆与无人船通讯互动,在接受无人船的控制指令后完成操作任务,同时返回水下机器人状态和监测数据。船载可编程控制器具备数据存储、录波回放功能,能记录系统作业过程各项数据,通过船载通讯设备与母船测控中心形成联动。通过船载图传电台完成系统实地作业的大数据远距离传输。水下机器人能在暂停作业时自动挂靠到无人船上,由无人船快速运载到下一个作业区域或返航。所述无人船可为水下机器人提供停靠平台,并通过柴油发动机内置发电机给船载电池组供电,并通过无线充电给水下机器人充电;混合系统可以监视整个系统电量状况,并分析使用趋势,判断电量不足或整个任务完成后,无人船携带水下机器人自动返航。所述无人船控制模块采用分层分布协作控制结构,包括作为主线程的全场信息处理智能体,在所述主线程下设置有协作层、规划层、动作层和执行层;所述主线程通过多个线程控制各所述水下机器人,各所述机器人的控制模块和与其对应的所述协作控制子模块构成一个线程;所述协作层包括各线程中的通信子模块和协作子模块,所述规划层包括各所述线程中的规划推理子模块,所述动作层包括各所述线程中的动作子模块,所述执行层包括各所述水下机器人的控制模块。所述无人船路径规划是基于生物激励的神经网络用于清刷机器人的工作环境建模,动态神经元激励场景代表动态变化环境,动态神经元激励场景中的波峰代表目标,波谷代表障碍物。对应到遍历路径规划中,波峰代表未遍历区域,波谷代表障碍物,介于两者之间的部分代表遍历过的区域。设清刷机器人工作空间为二维结构化空间,障碍物的大小和位置在机器人清刷过程中都不发生变化,并把机器人工作空间划分为大小相同的栅。并用栅格数组表示环境。栅格对角线与机器人的清刷直径相等,这样当机器人通过栅格中心点时,就可以完成该栅格的清刷工作,即当机器人通过离散的中心点就可视为完成该区域的清刷工作。如果机器人走过环境中的所有点,即视为机器人完成了工作空间的全区域覆盖。所述侦察型机器人采用水下全封闭250瓦高效卤素灯照明设备,同时采用水下全封闭的高分辨率的双目摄像头,从而建立双目立体视觉自主导航定位系统,具有照明,视觉识别和标定,可定位和里程计算等功能,从而对水下清理位置进行精准识别定位。所述双目视觉识别系统采用神经网络识别算法,对被清除物面积进行识别,根据被清除物的大小而采取相应机器人进行清理工作。所述破坚机器人可对坚硬物质进行清除,且钻头可进行-90°~+90°度旋转控制。所述切割机器人可对面积较大区域的杂物进行清除方便其他机器人的进一步清除工作,六自由度切割机器人机械结构主要由自旋转卡盘、割炬升降机构、割炬轴向摆动机构和旋转机构、割炬径向移动机构、切割系统等组成。割炬可以实现升降、左右摆动以及360度旋转。机器人各轴采用伺服电机控制的闭环系统,控制精度高。所述切割片厚度为2~3.5mm的薄钢片,其外缘嵌有细微金刚石磨料。所述清理机器人两侧设置圆形刷盘,可进行最后部分简单的污渍清除,抛光处理工作。所述群体机器人是自适应电磁吸引方式吸附在船体上,通过增加电磁铁的个数来增加磁性吸本文档来自技高网...
一种水下船体清洁的群体机器人系统

【技术保护点】
一种水下船体清洁的群体机器人系统,该运行时包括如下流程:通过母船上控制台操控无人船到达预清理位置的附近位置;释放侦察型机器人进行水下船体全方位立体侦察,侦察型机器人通过双目立体摄像头所获得水下船体表面的深度立体图像、被清除物面积大小和详细位置数据传给无人船工作站;无人船工作站通过对侦察机器人传回的数据进行初步分析判断出水下清理分类,以及所需何种机器人进行清理,然后将立体图像、被清除物面积大小和详细位置数据传到母船控制台上显示器复现以及给出的判断信息;母船操作人员可以通过数据回放功能,观察水下画面信息进一步确认由哪种机器人出动清理,若操作人员确认无人船给出的判断信息,则无人船会对相应的机器人规划到达清理区域的最佳路径并发出控制指令;否则操作人员给出所选择的出动清理机器人类型,才能进行下一步的清理工作;对于需要整体清洗类型采用并联的连接方式进行清理;对于局部清洗可以采用串联连接方式或者单独方式进行清理;而对于面积较大复杂的杂质污垢区域,先由破坚机器人或者切割机器人进行清理工作,然后清除机器人通过队友模式获取其他机器人的状态及位置信息,采取跟随策略完成剩下的局部的难以清除区域,最后由清理机器人通过队友模式获取其他机器人运动停止状态后进行最后的抛光处理工作。...

【技术特征摘要】
1.一种水下船体清洁的群体机器人系统,该运行时包括如下流程:通过母船上控制台操控无人船到达预清理位置的附近位置;释放侦察型机器人进行水下船体全方位立体侦察,侦察型机器人通过双目立体摄像头所获得水下船体表面的深度立体图像、被清除物面积大小和详细位置数据传给无人船工作站;无人船工作站通过对侦察机器人传回的数据进行初步分析判断出水下清理分类,以及所需何种机器人进行清理,然后将立体图像、被清除物面积大小和详细位置数据传到母船控制台上显示器复现以及给出的判断信息;母船操作人员可以通过数据回放功能,观察水下画面信息进一步确认由哪种机器人出动清理,若操作人员确认无人船给出的判断信息,则无人船会对相应的机器人规划到达清理区域的最佳路径并发出控制指令;否则操作人员给出所选择的出动清理机器人类型,才能进行下一步的清理工作;对于需要整体清洗类型采用并联的连接方式进行清理;对于局部清洗可以采用串联连接方式或者单独方式进行清理;而对于面积较大复杂的杂质污垢区域,先由破坚机器人或者切割机器人进行清理工作,然后清除机器人通过队友模式获取其他机器人的状态及位置信息,采取跟随策略完成剩下的局部的难以清除区域,最后由清理机器人通过队友模式获取其他机器人运动停止状态后进行最后的抛光处理工作。2.一种水下船体清洁的群体机器人系统,由无人船系统和母船控制系统两部分组成混合控制系统,无人船系统包括侦察型机器人、清除型机器人、破坚型机器人、切割型机器人、清理型机器人、无人船工作站;所述水下船体清洁的群体机器人系统以无人船为载体,集成北斗导航系统、陀螺仪、ADCP、声纳系统,利用导航、通讯和母船控制系统,在母船上实时接收、处理和分析无人船系统所采集的数据并以自控和遥控方式对无人船和其他机器人进行操作和控制,无人船工作站具有为群体机器人无线充电和巡检功能;母船上的控制台装有图像显示器、全方位操纵杆、控制按钮,数据接收器,具有显示采集的实时图像和数据存储功能,从而实现精准控制群体机器人。3.根据权利要求2所述水下船体清洁的群体机器人系统,其特征在于:所述无人船上还设有全方位避障设备,包括数字雷达、激光雷达和前视声纳。4.根据权利要求2所述水下船体清洁的群体机器人系统,其特征在于:所述的混合控制系统包括无人船控制模块,无人船控制模块采用分层分布协作控制结构,包括作为主线程的全场信息处理智能体,在所述主线程下设置有协作层、规划层、动作层和执行层。5.根据权利要求1或2所述水下船体清洁的群体机器人系统,其特征在于:无人...

【专利技术属性】
技术研发人员:王皓林海燕宋梦华
申请(专利权)人:天津海运职业学院
类型:发明
国别省市:天津,12

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