一种遥控式多关节深海巡检无人系统技术方案

本发明专利技术涉及一种遥控式多关节深海巡检无人系统，包括依次柔性连接的头部舱、中部舱和尾部舱，各舱体分别设有推进器，所述中部舱搭载有水下传感器，且内部设有运动控制模块，所述尾部舱通过线缆连接位于水面之上的控制柜，所述运动控制模块连接位于水面之上的计算机，所述控制柜与所述计算机连接；所述头部舱通过柔性关节连接所述中部舱，所述中部舱通过柔性关节连接所述尾部舱。与现有技术相比，本发明专利技术具有运动灵活、探测稳定、提高无人系统水下活动时的安全性和可靠性等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种遥控式多关节深海巡检无人系统
本专利技术涉及无人系统
，尤其是涉及一种遥控式多关节深海巡检无人系统。
技术介绍
近年来，随着越来越多的水下设施被布放在海底，遥控式无人系统被应用于水下油气生产系统、海底观测网等水下设施的巡检。目前大多数遥控式无人系统均为单体刚性结构，在日益复杂的水下设施中不具备很好的通过性，且较为笨重，运动不灵活。水下蛇形无人系统具有良好的灵活性和通过性，采用模仿蛇类运动的仿生驱动方式，为了维持向前运动身躯需要不停摆动，运动稳定性不足。由于涉及复杂的水动力学建模，难以获得高精度的控制效果，通常不具备稳定的水下探测能力，无法胜任对水下设施的巡检任务。
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缺陷而提供一种遥控式多关节深海巡检无人系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种遥控式多关节深海巡检无人系统，包括一个头部舱、一个中部舱、一个尾部舱、两个柔性关节、一条线缆、一个控制柜以及一台计算机。所述的头部舱位于无人系统的头部，用于对无人系统前方进行探测并具有一定的运动能力，同时也是无人系统的数据处理与运算中心。所述的中部舱位于无人系统的中部，用于搭载各种水下传感器进行水下探测并具有一定的运动能力，也负责无人系统的水下定位，同时也是无人系统的运动控制中心。所述的尾部舱位于无人系统的尾部，负责整个无人系统的电源管理且具有一定的运动能力。两个柔性关节分别位于无人系统中部舱两端，用于弯曲不同舱体之间的角度。r>所述的线缆位于尾部舱后端，用于连接水下无人系统并对其供电以及通信和控制。所述的控制柜位于线缆另外一段，在水面之上，用于对水下无人系统提供电力以及转接通信与控制信号。所述的计算机位于水面之上，用于与无人系统进行通信控制。作为本专利技术的优选，所述的头部舱包括一个前视声纳、一个头部舱前端盖、两个照明灯、两个摄像头、一个头部舱筒身、两个头部推进器、一个头部舱后端盖、一个头部舱内部支架、一个单板计算机以及一个柔性关节驱动模块。作为本专利技术的优选，所述的前视声纳位于头部舱的前方，用于对无人系统前方进行声学成像与探测，可以识别前方障碍物；所述的头部舱前端盖位于头部舱的前端，用于保护无人系统的头部；所述的两个照明灯安装于头部舱前端盖上，互相对称且连线与两个摄像头连线垂直，用于对无人系统前方进行照明；所述的两个摄像头安装于头部舱前端盖上，互相对称且连线与两个照明灯连线垂直，用于实时拍摄无人系统前方的视频；所述的头部舱筒身用于保护舱内部件；所述的两个头部推进器位于头部舱左右两侧，推进方向互相垂直且各自与头部舱筒身方向呈45度夹角，用于无人系统的运动；所述的头部舱后端盖位于无人系统的尾部，中部的通孔会安装有水密连接端子用于给柔性关节供电，上部的通孔会安装有水密连接端子用于与其它舱体进行通信与动力传输；所述的头部舱内部支架位于头部舱内部，用于支撑头部舱的内部结构且用于固定头部舱内部的各个部件；所述的单板计算机安装于头部舱内部支架上，用于对无人系统采集到的数据进行处理与运算，同时也负责与水面计算机进行通信；所述的柔性关节驱动模块安装于头部舱内部支架靠头部舱后端盖一侧，用于驱动与头部舱连接的柔性关节。作为本专利技术的优选，所述的中部舱包括两个中部舱端盖、一个中部舱筒身、两个中部推进器、一个激光成像仪、一个多普勒速度仪、一个浅地层剖面仪、一个水声信标、一个中部舱内部支架以及一个运动控制模块。作为本专利技术的优选，所述的两个中部舱端盖位于中部舱的两端，用于对中部舱筒身进行密封，其上部通孔会安装有水密连接端子用于与其它舱体进行通信与动力传输，其下部可以安装各种水下探测设备；所述的中部舱筒身用于保护舱内部件；所述的两个中部推进器位于中部舱上下两侧，推进方向相同且与头部舱筒身方向垂直；所述的激光成像仪安装于中部舱的底部，用于对水下设施的结构进行激光成像；所述的多普勒速度仪安装于中部舱的底部，用于测量无人系统相对于海底的速度，同时也可用于测量底部海水的流速；所述的浅地层剖面仪安装于中部舱的底部，用于对埋在浅层地下的水下设施结构进行声学成像；所述的水声信标安装于中部舱的上部一段，与水面超短基线阵列组成水下定位系统，用于获取水下无人系统的位置；所述的中部舱内部支架位于中部舱内部，用于支撑中部舱的内部结构且用于固定中部舱内部的各个部件；所述的运动控制模块安装于中部舱内部支架上，用于无人系统的姿态解算与运动控制。作为本专利技术的优选，所述的尾部舱包括一个尾部舱前端盖、一个尾部舱筒身、两个尾部推进器、一个尾部舱后端盖、一个深度传感器、一个尾部舱内部支架、一个柔性关节驱动模块以及一个电源管理模块。作为本专利技术的优选，所述的尾部舱前端盖位于尾部舱的前部，中部的通孔会安装有水密连接端子用于给柔性关节供电，上部的通孔会安装有水密连接端子用于与其它舱体进行通信与动力传输；所述的尾部舱筒身用于保护舱内部件；所述的两个尾部推进器位于尾部舱左右两侧，推进方向互相垂直且各自与尾部舱筒身方向呈45度夹角，用于无人系统的运动；所述的尾部舱后端盖位于尾部舱的尾部，用于保护无人系统的尾部，上面留有通孔会安装水密连接端子与线缆相连；所述的深度传感器安装于尾部舱后端盖上，用于获取无人系统所处的水深数据；所述的尾部舱内部支架位于尾部舱内部，用于支撑尾部舱的内部结构且用于固定尾部舱内部的各个部件；所述的柔性关节驱动模块安装于尾部舱内部支架靠尾部舱前端盖一侧，用于驱动与尾部舱连接的柔性关节；所述的电源管理模块安装于尾部舱内部支架靠尾部舱后端盖一侧，用于对无人系统内部各个部件进行供电。作为本专利技术的优选，所述的柔性关节包括一个柔性关节前端盖、四个柔性关节中部骨架、仿生人工肌肉以及一个柔性关节后端盖。作为本专利技术的优选，所述的柔性关节前端盖位于柔性关节前端，其上部空缺用于走线方便舱体之间的通信与动力传输，其中部通孔会安装有水密连接端子用于给仿生人工肌肉供电；所述的四个柔性关节中部骨架依次相连，且头尾分别与柔性关节前端盖和柔性关节后端盖相连；所述仿生人工肌肉位于四个柔性关节中部骨架之间、柔性关节前端盖与中部骨架之间以及柔性关节中部骨架与柔性关节后端盖之间。作为优选方案，仿生人工肌肉设有三十个，以柔性关节前端盖的左右为准，柔性关节中部骨架的端部之间、端部与柔性关节前端盖之间、端部与柔性关节后端盖之间对称安装三层仿生人工肌肉，每层设有五个仿生人工肌肉。仿生人工肌肉由介电高弹体薄膜复合材料卷绕而成，用于牵引柔性关节中部骨架以实现柔性关节的弯曲。作为本专利技术的优选，本专利技术的遥控式多关节深海巡检无人系统各组件连接关系如下：在电气连接上，遥控式多关节深海巡检无人系统不配备内置电池，由水上控制柜通过线缆给无人系统供电，电能首先经过供电管理模块，继而由供电管理模块分别给无人系统各个用电组件进行供电，用电组件包括浅地层剖面仪、前视声纳、激光成像仪、水声信标、多普勒测速仪、深度传感器、单板计算机、两个柔性关节驱动模块、两个摄像头、两个照明灯、运动控制模块以及六个推进器，其中运动控制模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种遥控式多关节深海巡检无人系统，其特征在于，包括依次柔性连接的头部舱(1)、中部舱(2)和尾部舱(3)，各舱体分别设有推进器，所述中部舱(2)搭载有水下传感器，且内部设有用以控制推进器的运动控制模块(2-9)，所述尾部舱(3)通过线缆(5)连接位于水面之上的控制柜(6)，所述运动控制模块(2-9)连接位于水面之上的计算机(7)，所述控制柜(6)与所述计算机(7)连接；/n该无人系统开机后首先进行自检，若自检正常，则控制无人系统下水，无人系统下水后，由所述运动控制模块(2-9)控制推进器调整无人系统自身姿态，继而打开水下传感器，遥控无人系统航行至水下需要巡检的区域；到达该区域后，打开水下传感器，遥控无人系统对水下设施进行检查，同时无人系统返回水下传感器的采集信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种遥控式多关节深海巡检无人系统，其特征在于，包括依次柔性连接的头部舱(1)、中部舱(2)和尾部舱(3)，各舱体分别设有推进器，所述中部舱(2)搭载有水下传感器，且内部设有用以控制推进器的运动控制模块(2-9)，所述尾部舱(3)通过线缆(5)连接位于水面之上的控制柜(6)，所述运动控制模块(2-9)连接位于水面之上的计算机(7)，所述控制柜(6)与所述计算机(7)连接；
该无人系统开机后首先进行自检，若自检正常，则控制无人系统下水，无人系统下水后，由所述运动控制模块(2-9)控制推进器调整无人系统自身姿态，继而打开水下传感器，遥控无人系统航行至水下需要巡检的区域；到达该区域后，打开水下传感器，遥控无人系统对水下设施进行检查，同时无人系统返回水下传感器的采集信息。


2.根据权利要求1所述的遥控式多关节深海巡检无人系统，其特征在于，所述头部舱(1)通过柔性关节(4)连接所述中部舱(2)，所述中部舱(2)通过柔性关节(4)连接所述尾部舱(3)。


3.根据权利要求2所述的遥控式多关节深海巡检无人系统，其特征在于，所述头部舱(1)包括前视声纳(1-1)、头部舱前端盖(1-2)、照明灯(1-3)、摄像头(1-4)、头部舱筒身(1-5)、头部推进器(1-6)、头部舱后端盖(1-7)、头部舱内部支架(1-8)、单板计算机(1-9)和第一柔性关节驱动模块(1-10)，所述头部舱前端盖(1-2)、所述头部舱后端盖(1-7)分别位于头部舱筒身(1-5)的前端和后端，所述前视声纳(1-1)、所述照明灯(1-3)与所述摄像头(1-4)安装于所述头部舱前端盖(1-2)上，并与所述运动控制模块(2-9)连接；两个头部推进器(1-6)分别设于所述头部舱(1)的左、右两侧，二者的推进方向互相垂直，且各自的推进方向与头部舱筒身(1-5)的筒身轴向方向呈45度夹角；所述头部舱后端盖(1-7)上设有用以安装第一水密连接端子的通孔，所述第一水密连接端子连接柔性关节(4)，所述头部舱内部支架(1-8)设于所述头部舱筒身(1-5)的内部，所述单板计算机(1-9)、所述第一柔性关节驱动模块(1-10)安装于所述头部舱内部支架(1-8)上；所述单板计算机(1-9)与水面之上的计算机(7)无线连接，所述第一柔性关节驱动模块(1-10)的一端与所述运动控制模块(2-9)连接，另一端与柔性关节(4)连接。


4.根据权利要求3所述的遥控式多关节深海巡检无人系统，其特征在于，所述中部舱(2)包括中部舱筒身(2-2)，设于中部舱筒身(2-2)两端的中部舱端盖(2-1)，设于中部舱筒身(2-2)外壁上的中部推进器(2-3)，设于中部舱筒身(2-2)底部的水下传感器以及设于中部舱筒身(2-2)内部的所述运动控制模块(2-9)，两个所述中部推进器(2-3)设于中部舱筒身(2-2)外壁的上、下两侧，二者的推进方向相同且与中部舱筒身(2-2)方向垂直，所述水下传感器连接所述单板计算机(1-9)。


5.根据权利要求4所述的遥控式多关节深海巡检无人系统，其特征在于，所述水下传感器包括激光成像仪(2-4)、多普勒速度仪(2-5)、浅地层剖面仪(2-6)和水声信标(2-7)，所述激光成像仪(2-4)、所述多普勒速度仪(2-5)和所述浅地层剖面仪(2-6)设于所述中部舱筒身(2-2)的底部，所述水声信标(2-7)设于所述中部舱筒身(2-2)的顶部一端，所述中部舱筒身(2-2)的内部设有用以安装运动控制模块(2-9)的中部舱内部支架(2-8)。


6.根据权利要求5所...

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