一种蛇鳗形轻作业模块化水下自主运维机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种蛇鳗形轻作业模块化水下自主运维机器人，包括机器人本体，机器人本体包括多种模块舱，模块舱通过螺栓相互固定，模块舱的类型包括机械爪工具舱、机械扳手工具舱、动力舱、电池舱、扩展电池舱和关节舱，机械爪工具舱和机械扳手工具舱分设于机器人本体两端，动力舱、电池舱和扩展电池舱设于机械爪工具舱和机械扳手工具舱之间，通过关节舱进行连接，由关节舱调节所连接的两个模块舱的相对位置。与现有技术相比，本发明专利技术具有提高水下机器人的运动灵活性以及稳定性、同时具备无线充电功能，可常驻水下开展巡检任务等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种蛇鳗形轻作业模块化水下自主运维机器人
本专利技术涉及水下机器人
，尤其是涉及一种蛇鳗形轻作业模块化水下自主运维机器人。
技术介绍
近年来人们尝试采用水下机器人开展海底油气生产系统、海底观测网、海上风电场等海洋基础设施的巡检。现有的自主水下航行器和遥控无人潜水器等传统水下机器人为刚性结构，在复杂水下设施中通过性、灵活性欠佳，且通常不具备水下充电的功能，不能满足长时间水下工作的要求。现有的水下仿生机器人在一定程度上提高了水下机器人的运动灵活性，但对自身姿态位置精细调节较低，通常不具备作业能力。水下机器人在水下基础设施巡检任务中往往需要携带不同的设备，如摄像头、声纳、机械爪、机械扳手以及水下探测传感器，特别是面对一些复杂度较高的水下任务时，现有水下机器人对于多任务的适应性较低。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的自主水下机器人灵活性不高、功能单一、通用性不强以及没有作业能力的缺陷而提供一种蛇鳗形轻作业模块化水下自主运维机器人。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种蛇鳗形轻作业模块化水下自主运维机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括多种模块舱，所述模块舱通过螺栓相互固定，所述模块舱的类型包括机械爪工具舱、机械扳手工具舱、动力舱、电池舱、扩展电池舱和关节舱，所述机械爪工具舱和机械扳手工具舱分设于机器人本体两端，所述动力舱、电池舱和扩展电池舱设于机械爪工具舱和机械扳手工具舱之间，通过关节舱进行连接，由关节舱调节所连接的两个模块舱的相对位置。r>所述机械爪工具舱用于拍摄水下视频以及抓取物体，包括机械爪、第一摄像头、第一照明灯、机械爪工具舱外壳和端盖。进一步地，所述第一摄像头的数量为2个，对称分布于机械爪的两侧，所述第一照明灯的数量为2个，对称分布于机械爪的两侧，所述第一照明灯的中心连线与第一摄像头的中心连线垂直。所述机械扳手工具舱用于拍摄水下视频以及螺栓的松紧，包括机械扳手、第二摄像头、第二照明灯、机械扳手工具舱外壳和端盖。进一步地，所述第二摄像头的数量为2个，对称分布于机械扳手的两侧，所述第二照明灯的数量为2个，对称分布于机械扳手的两侧，所述第二照明灯的中心连线与第二摄像头的中心连线垂直。进一步地，所述第一摄像头和第二摄像头用于采集水下视频和水下视觉导航，所述第一照明灯和第二照明灯用于对水下环境提供照明，所述机械爪工具舱外壳和机械扳手工具舱外壳用于保护舱内元件。进一步地，所述机械爪工具舱和机械扳手工具舱中端盖设于机械爪和机械扳手的背面。所述动力舱用于进行复杂运算与运动控制，同时推动机器人的运动，包括动力舱筒身，所述动力舱筒身的两端设有端盖，所述动力舱筒身的外侧设有天线、第一推进器和第二推进器，所述动力舱筒身的内部设有动力舱支架，所述动力舱支架用于支撑动力舱的内部结构且用于固定动力舱内部的各个元件，所述动力舱支架通过法兰与端盖连接，所述动力舱支架上设有调试模块、单板计算机、串口扩展模块、配重板、运动控制模块和USB扩展模块。进一步地，所述第一推进器的数量为2个，分设于动力舱筒身的水平两侧，2个第一推进器的推进方向一致且推进方向与动力舱筒身垂直，所述第二推进器分设于动力舱筒身上远离第一推进器的上下两侧，所述第二推进器的推进方向互相垂直且各自推进方向与动力舱筒身的角度均为45度。进一步地，所述天线用于机器人本体和外界通信；所述调试模块连接单板计算机和外接计算机，用于调试程序；所述单板计算机用于对复杂数据进行计算；所述串口扩展模块用于后续扩展串口仪器设备，预留有一定数量的接口；所述配重板的数量为2个，对称固定在动力舱支架上，用于调节机器人本体的自重；所述运动控制模块自身自带有一套位姿传感系统，用于机器人本体的姿态解算，同时进行机器人本体的运动控制；所述USB扩展模块用于后续扩展USB接口的仪器设备，预留有一定数量的接口。所述电池舱用于给整个机器人本体供电，包括电池舱筒身，所述电池舱筒身的两端设有端盖，所述电池舱筒身的内部电池舱支架，所述电池舱支架用于支撑电池舱的内部结构且用于固定电池舱内部的各个元件，所述电池舱支架通过法兰与端盖连接，所述电池舱支架上设有电池接线端子、供电管理模块、电池、充电管理模块和充电线圈。进一步地，所述供电管理模块用于直流电压的调节输出，用于对机器人本体的各种用电设备进行分别供电；所述充电管理模块用于对电池的充电进行管理和控制；所述充电线圈的数量为2个，分别位于电池舱的两端，用于与外界充电线圈进行磁耦合，配合充电管理模块从而实现对电池的无线充电。所述扩展电池舱用于给机器人本体增加续航，包括扩展电池舱筒身，所述扩展电池舱筒身用于保护舱内元件，所述扩展电池舱筒身的两端设有端盖，所述扩展电池舱筒身的内部设有扩展电池舱支架，所述扩展电池舱支架用于支撑扩展电池舱的内部结构且用于固定扩展电池舱内部的各个元件，所述扩展电池舱支架通过法兰与端盖连接，所述扩展电池舱支架上设有电池。所述关节舱包括波纹管，所述波纹管用于保护舱内元件且可以在一定范围内弯曲，所述波纹管的两端设有端盖，所述波纹管通过法兰与端盖连接，所述波纹管的内部设有舵机。所述端盖用于和其它模块舱进行连接，所述端盖的中心设有接线孔，所述接线孔中设有水密接线端子用于供电以及通信。所述机器人本体在运行时设有三个主程序以及一个可调用子程序进行控制，所述三个主程序包括执行任务程序、自身电量监测与处理程序和自身故障监测与处理程序；所述可调用子程序具体为返航程序，可由自身电量监测与处理程序、自身故障监测与处理程序调用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术相比传统的单体式水下机器人，通过设置可弯曲且体型细长的关节舱来对其他模块舱进行连接，提高了水下机器人的运动灵活性和通过性。2.本专利技术相比传统的单体式水下机器人，由具有多种功能的模块舱相互连接构成，可以根据需要增减不同功能的模块舱，在不同的任务场景下可以快速切换，具有较高的通用性。3.本专利技术的水下机器人相比传统的自主式水下机器人，通过设置机械爪工具舱和机械扳手工具舱，使机器人本体具备一定的水下作业能力。4.本专利技术的水下机器人相比全靠仿生驱动的仿生机器人，由于其融合了传统的推进器驱动的方式，在水下作业时具备更好的可控性和稳定性。5.本专利技术的水下机器人由于具有多个动力舱，多组推进器对于整个机器人高度冗余，可以完成复杂度较高动作。6.本专利技术的水下机器人在电池舱中设置有充电线圈，有无线充电的功能，使机器人本体具备在水下常驻的能力。附图说明图1为本专利技术机器人本体三节版本的结构示意图；图2为本专利技术机器人本体五节版本的结构示意图；图3为本专利技术机械爪工具舱的正面结构组成示意图；图4为本专利技术机械爪工具舱的反面结构组成示意图；图5为本专利技术机械扳手工具舱的正面结构组成示意图；图6为本专利技术机械扳手工具舱的反面结构组成示意图；图7为本专利技术动力舱外部结构组成示意图；...

【技术保护点】
1.一种蛇鳗形轻作业模块化水下自主运维机器人，包括机器人本体，其特征在于，所述机器人本体包括多种模块舱，所述模块舱通过螺栓相互固定，所述模块舱的类型包括机械爪工具舱(1)、机械扳手工具舱(5)、动力舱(2)、电池舱(4)、扩展电池舱(6)和关节舱(3)，所述机械爪工具舱(1)和机械扳手工具舱(5)分设于机器人本体两端，所述动力舱(2)、电池舱(4)和扩展电池舱(6)设于机械爪工具舱(1)和机械扳手工具舱(5)之间，通过关节舱(3)进行连接，由关节舱(3)调节所连接的两个模块舱的相对位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种蛇鳗形轻作业模块化水下自主运维机器人，包括机器人本体，其特征在于，所述机器人本体包括多种模块舱，所述模块舱通过螺栓相互固定，所述模块舱的类型包括机械爪工具舱(1)、机械扳手工具舱(5)、动力舱(2)、电池舱(4)、扩展电池舱(6)和关节舱(3)，所述机械爪工具舱(1)和机械扳手工具舱(5)分设于机器人本体两端，所述动力舱(2)、电池舱(4)和扩展电池舱(6)设于机械爪工具舱(1)和机械扳手工具舱(5)之间，通过关节舱(3)进行连接，由关节舱(3)调节所连接的两个模块舱的相对位置。


2.根据权利要求1所述的一种蛇鳗形轻作业模块化水下自主运维机器人，其特征在于，所述机械爪工具舱(1)包括机械爪(1-1)、第一摄像头(1-2)、第一照明灯(1-3)、机械爪工具舱外壳(1-4)和端盖(7)。


3.根据权利要求2所述的一种蛇鳗形轻作业模块化水下自主运维机器人，其特征在于，所述第一摄像头(1-2)的数量为2个，对称分布于机械爪(1-1)的两侧，所述第一照明灯(1-3)的数量为2个，对称分布于机械爪(1-1)的两侧，所述第一照明灯(1-3)的中心连线与第一摄像头(1-2)的中心连线垂直。


4.根据权利要求1所述的一种蛇鳗形轻作业模块化水下自主运维机器人，其特征在于，所述机械扳手工具舱(5)包括机械扳手(5-1)、第二摄像头(5-2)、第二照明灯(5-3)、机械扳手工具舱外壳(5-4)和端盖(7)。


5.根据权利要求4所述的一种蛇鳗形轻作业模块化水下自主运维机器人，其特征在于，所述第二摄像头(5-2)的数量为2个，对称分布于机械扳手(5-1)的两侧，所述第二照明灯(5-3)的数量为2个，对称分布于机械扳手(5-1)的两侧，所述第二照明灯(5-3)的中心连线与第二摄像头(5-2)的中心连线垂直。


6.根据权利要求1所述的一种蛇鳗形轻作业模块化水下自主运维机器人，其特征在于，所述动力舱(2)包括动力舱筒身(2-2)，所述动力舱筒身(2-2)的两端设有端盖(7)，所述动力舱筒身(2-2)的外侧设有天线(2-13)、第一推...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕枫，徐昕，查欣，袁鹤翔，敬后鑫，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31