一种河道清淤机器人及无人船制造技术

本发明专利技术公开了一种河道清淤机器人及无人船，利用无人船对河道环境进行信息采集，并通过声呐三维重建构建河底淤泥分布的三维场景图传输到机器人上，机器人自主规划并执行淤泥挖掘路径，整个淤泥挖掘过程不需要围堰排水，不管晴天雨天均可作业，不会造成周边环境二次污染，整个挖掘过程无需人工参与，自航能力强，自动化程度高，大大降低人力成本。本发明专利技术通过机器人和无人船的相互配合对河道清淤实现了自动高效作业。

A dredging robot and unmanned ship

【技术实现步骤摘要】
一种河道清淤机器人及无人船
本专利技术涉及河道清淤设备领域，特别涉及一种河道清淤机器人及无人船。
技术介绍
河道清淤一般指治理河道，属于水利工程。目前国内对航道、河道及各种沉淀池的清理主要采用人工节流清理、挖掘机清理或者绞吸式清理设备。国内目前所采用的河道清淤处理工序都存在一定的缺陷性。其一，大部分河道清淤工作都需要围堰排水，容易对两岸已建工程设施造成严重的损坏，造成周边环境二次污染，并且，施工也需对河道进行局部断流，不适合雨季施工，也不适合不宜断流的河道施工，不连续工作易造成清淤效率低，并且对河道通航具有一定的影响；其二，目前采用的淤泥挖掘船自航能力差，挖掘深度有限，对水流和波浪较为敏感，只能应用于比较狭窄、具有一定深度的河道，并且，对淤泥成分也有较高要求，比如，只能清理泥或细砂类土质，中砂或更大的颗粒则没有明显清理效果；其三，目前河道清淤所采用的排泥设备较多，运泥方式工序繁杂，部分设备需铺设排出泥浆管道，功率消耗大，工作噪音大，使用成本偏高。其四，现阶段所采用的淤泥挖掘设备大多需要人工操作，自动化程度底，人力成本高，普遍耗时费力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种河道清淤机器人及无人船，其具有人力成本低、自动化程度高以及环保高效的优点。本专利技术为解决其问题所采用的技术方案是：第一方面，本专利技术实施例提供了一种河道清淤机器人，包括机体以及设置在所述机体上的清淤模块、淤泥收集模块、避障模块、浮潜模块、驱动模块、充电对接模块和控制系统；所述清淤模块包括用于绞吸淤泥的绞吸头、用于驱动绞吸头的电机、连接绞吸头的外管道、内置于外管道的柔性软管和调节外管道倾斜角度的活动连杆；所述淤泥收集模块包括设置在机体上部的容置槽、用于收集淤泥的集装箱、用于感应集装箱重量的重力传感器、用于将淤泥从绞吸头经柔性软管吸入到集装箱的真空泵，所述集装箱可吸附在容置槽内；所述避障模块控制机器人进行避障；所述浮潜模块控制机器人上浮以及下潜；所述驱动模块驱动机器人移动以及转向；所述充电对接模块用于对接机器人进行充电；所述控制系统包括终端控制器以及受控于终端控制器的声呐三维重建单元、数据处理单元和路径规划单元，所述声呐三维重构单元将河底地形数据传输到数据处理单元，所述数据处理单元对数据分析处理传输给路径规划系统，所述路径规划单元规划淤泥挖掘航线并设置挖掘深度以及绞吸力度，机器人执行路径规划单元所制定淤泥挖掘航线来进行淤泥清理及运送；所述清淤模块、淤泥收集模块、避障模块、浮潜模块、驱动模块和充电对接模块受控于终端控制器。进一步地，所述清淤模块设置于机体的下方，所述绞吸头设有多片旋转刀片，多片旋转刀片环绕设置且汇聚于绞吸头前端，所述旋转刀片于切割方向的一侧设有切割齿。进一步地，所述容置槽底部设有用于吸附集装箱的电磁吸附底板，所述容置槽和集装箱之间贯通有连接柔性软管的淤泥进口以及带有过滤网的排水口。进一步地，所述避障模块包括用于探测障碍物的多波束合成孔径声呐，所述多波束合成孔径声呐设置于机体的前端，所述多波束合成孔径声呐通过对被探测目标三维成像并将探测结果传输到终端控制器进行判断。进一步地，所述浮潜模块设置在机体的两侧，所述浮潜模块包括用于调节机体浮潜程度的旋转桨片和用于控制旋转桨片转速的第一马达；所述驱动模块设置在机体的后端，所述驱动模块包括动力桨片、用于控制动力桨片转速的第二马达以及可摆动的尾翼；所述充电对接模块设置在机体的前部，所述充电对接模块包括对接充电口以及连接对接充电口的蓄电池。进一步地，所述机体还设置有用于存储机器人水下作业实时位置信息的数据仓库模块，所述位置信息包括处于同一三维坐标中的原点值和偏移值，所述原点值和偏移值之间的偏移距离由计步器来计算，机器人从数据仓库模块中调用位置信息以回到原地继续清理淤泥，所述数据仓库模块受控于终端控制器。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种无人船，包括船体以及可与船体对接的本专利技术第一方面所述的机器人，所述船体设有用于探测河底地形的探测模块，所述探测模块将采集到的河底地形数据传输给机器人。进一步地，所述探测模块采用可提供水底声呐成像的侧扫声呐，侧扫声呐根据声呐成像以判断出淤泥清理区域的淤泥厚度以及硬度，所述侧扫声呐设置在船体底部的两侧，所述侧扫声呐以横扫河面方式进行声呐探测。进一步地，所述船体上设有用于放置多个集装箱的放置槽和用于在放置槽和容置槽之间搬运集装箱的搬运模块，所述搬运模块包括可在船体三维空间内移动的三轴机械臂以及设置在三轴机械臂提取端的电磁吸附装置，所述三轴机械臂通过电磁吸附装置对集装箱进行提取。进一步地，所述船体的两侧设有用于匹配所述机器人进行充电的充电槽位，所述船体的后侧设有用于对接所述机器人进行集装箱轮换或充电的对接充电槽位，所述对接充电槽位与三轴机械臂之间具有可轮换集装箱的搬运空间。本专利技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：本专利技术提供的一种河道清淤机器人及无人船，利用无人船对河道环境进行信息采集，并通过声呐三维重建构建河底淤泥分布的三维场景图传输到机器人上，机器人自主规划并执行淤泥挖掘路径，整个淤泥挖掘过程不需要围堰排水，不管晴天雨天均可作业，不会造成周边环境二次污染，整个挖掘过程无需人工参与，自航能力强，自动化程度高，大大降低人力成本。本专利技术通过机器人和无人船的相互配合对河道清淤实现了自动高效作业。附图说明图1是本专利技术一个实施例所提供的机器人整体结构示意图；图2是本专利技术一个实施例所提供的清淤模块结构示意图；图3是本专利技术一个实施例所提供的集装箱结构示意图；图4是本专利技术一个实施例所提供的无人船结构示意图；图5是本专利技术一个实施例所提供的机器人与无人船对接状态示意图；图6是本专利技术一个实施例所提供的机器人与无人船交接集装箱状态示意图；图7是本专利技术一个实施例所提供的机器人整体系统原理框图；图8是本专利技术一个实施例所提供的机器人控制系统原理框图；图中标号：1000-机体；1100-清淤模块；1200-淤泥收集模块；1300-避障模块；1400-浮潜模块；1500-驱动模块；1600-充电对接模块；1700-控制系统；1101-绞吸头；1102-外管道；1103-柔性软管；1104-活动连杆；1105-旋转刀片；1106-切割齿；1201-容置槽；1202-集装箱；1203-电磁吸附底板；1204-淤泥进口；1205-过滤网；1206-排水口；1701-终端控制器；1702-声呐三维重建单元；1703-数据处理单元；1704-路径规划单元；1401-旋转桨片；1501-动力桨片；1502-尾翼；1601-对接充电口；1800-数据仓库模块；2000-船体；2100-侧扫声呐；2200-放置槽；2300-三轴机械臂；2400-电磁吸附装置；2500-充电槽位；2600-对接充电槽位。具体实施方式本部分将详本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种河道清淤机器人，其特征在于：包括机体以及设置在所述机体上的清淤模块、淤泥收集模块、避障模块、浮潜模块、驱动模块、充电对接模块和控制系统；/n所述清淤模块包括用于绞吸淤泥的绞吸头、用于驱动绞吸头的电机、连接绞吸头的外管道、内置于外管道的柔性软管和调节外管道倾斜角度的活动连杆；/n所述淤泥收集模块包括设置在机体上部的容置槽、用于收集淤泥的集装箱、用于感应集装箱重量的重力传感器、用于将淤泥从绞吸头经柔性软管吸入到集装箱的真空泵，所述集装箱可吸附在容置槽内；/n所述避障模块控制机器人进行避障；/n所述浮潜模块控制机器人上浮以及下潜；/n所述驱动模块驱动机器人移动以及转向；/n所述充电对接模块用于对接机器人进行充电；/n所述控制系统包括终端控制器以及受控于终端控制器的声呐三维重建单元、数据处理单元和路径规划单元，所述声呐三维重构单元将河底地形数据传输到数据处理单元，所述数据处理单元对数据分析处理传输给路径规划系统，所述路径规划单元规划淤泥挖掘航线并设置挖掘深度以及绞吸力度，机器人执行路径规划单元所制定淤泥挖掘航线来进行淤泥清理及运送；所述清淤模块、淤泥收集模块、避障模块、浮潜模块、驱动模块和充电对接模块受控于终端控制器。/n...

【技术特征摘要】
1.一种河道清淤机器人，其特征在于：包括机体以及设置在所述机体上的清淤模块、淤泥收集模块、避障模块、浮潜模块、驱动模块、充电对接模块和控制系统；
所述清淤模块包括用于绞吸淤泥的绞吸头、用于驱动绞吸头的电机、连接绞吸头的外管道、内置于外管道的柔性软管和调节外管道倾斜角度的活动连杆；
所述淤泥收集模块包括设置在机体上部的容置槽、用于收集淤泥的集装箱、用于感应集装箱重量的重力传感器、用于将淤泥从绞吸头经柔性软管吸入到集装箱的真空泵，所述集装箱可吸附在容置槽内；
所述避障模块控制机器人进行避障；
所述浮潜模块控制机器人上浮以及下潜；
所述驱动模块驱动机器人移动以及转向；
所述充电对接模块用于对接机器人进行充电；
所述控制系统包括终端控制器以及受控于终端控制器的声呐三维重建单元、数据处理单元和路径规划单元，所述声呐三维重构单元将河底地形数据传输到数据处理单元，所述数据处理单元对数据分析处理传输给路径规划系统，所述路径规划单元规划淤泥挖掘航线并设置挖掘深度以及绞吸力度，机器人执行路径规划单元所制定淤泥挖掘航线来进行淤泥清理及运送；所述清淤模块、淤泥收集模块、避障模块、浮潜模块、驱动模块和充电对接模块受控于终端控制器。


2.根据权利要求1所述的一种河道清淤机器人，其特征在于：所述清淤模块设置于机体的下方，所述绞吸头设有多片旋转刀片，多片旋转刀片环绕设置且汇聚于绞吸头前端，所述旋转刀片于切割方向的一侧设有切割齿。


3.根据权利要求1所述的一种河道清淤机器人，其特征在于：所述容置槽底部设有用于吸附集装箱的电磁吸附底板，所述容置槽和集装箱之间贯通有连接柔性软管的淤泥进口以及带有过滤网的排水口。


4.根据权利要求1所述的一种河道清淤机器人，其特征在于：所述避障模块包括用于探测障碍物的多波束合成孔径声呐，所述多波束合成孔径声呐设置于机体的前端，所述多波束合成孔径声呐通过对被探测目标三维成像并将探测结果传输到终端控制器进行判断。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴时金，冯荣华，邝树汉，姚如良，江子义，余翠琳，
申请(专利权)人：广东新拓计算机科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44