一种遥控式多关节深海巡检无人系统技术方案

本实用新型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，本实用新型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。系统水下活动时的安全性和可靠性等优点。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


[0001]本技术涉及无人系统
，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

[0002]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

[0003]本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。
[0004]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005]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，且内部设有用以控制推进器的运动控制模块，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。
[0006]优选地，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。
[0007]优选地，所述头部舱包括前视声纳、头部舱前端盖、照明灯、摄像头、头部舱筒身、头部推进器、头部舱后端盖、头部舱内部支架、单板计算机和第一柔性关节驱动模块，所述头部舱前端盖、所述头部舱后端盖分别位于头部舱筒身的前端和后端，所述前视声纳、所述照明灯与所述摄像头安装于所述头部舱前端盖上，并与所述运动控制模块连接；两个头部推进器分别设于所述头部舱的左、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的筒身轴向方向呈45度夹角；所述头部舱后端盖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，所述头部舱内部支架设于所述头部舱筒身的内部，所述单板计算机、所述第一柔性关节驱动模块安装于所述头部舱内部支架上；所述单板计算机与水面之上的计算机无线连接，所述第一柔性关节驱动模块的一端与所述运动控制模块连接，另一端与柔性关节连接。
[0008]优选地，所述中部舱包括中部舱筒身，设于中部舱筒身两端的中部舱端盖，设于中部舱筒身外壁上的中部推进器，设于中部舱筒身底部的水下传感器以及设于中部舱筒身内部的所述运动控制模块，两个所述中部推进器设于中部舱筒身外壁的上、下两侧，二者的推进方向相同且与中部舱筒身方向垂直，所述水下传感器连接所述单板计算机。
[0009]优选地，所述水下传感器包括激光成像仪、多普勒速度仪、浅地层剖面仪和水声信标，所述激光成像仪、所述多普勒速度仪和所述浅地层剖面仪设于所述中部舱筒身的底部，所述水声信标设于所述中部舱筒身的顶部一端，所述中部舱筒身的内部设有用以安装运动控制模块的中部舱内部支架。
[0010]优选地，所述尾部舱包括尾部舱筒身，设于尾部舱筒身前端和后端的尾部舱前端盖、尾部舱后端盖，设于尾部舱筒身左、右两侧的尾部推进器，设于尾部舱筒身内部的第二柔性关节驱动模块以及设于所述尾部舱后端盖上的深度传感器，两个尾部推进器的推进方向互相垂直且各自与尾部舱筒身的筒身轴向方向呈45度夹角，所述尾部舱后端盖上设有用以安装第二水密连接端子的通孔，该第二水密连接端子与线缆连接，所述第二柔性关节驱动模块的一端与所述运动控制模块连接，另一端与所述柔性关节连接，所述深度传感器连接所述单板计算机。
[0011]优选地，所述柔性关节包括柔性关节前端盖、仿生人工肌肉、柔性关节后端盖和四个柔性关节中部骨架，四个柔性关节中部骨架依次相连，且位于两侧的柔性关节中部骨架分别与柔性关节前端盖和柔性关节后端盖连接，仿生人工肌肉设于各柔性关节中部骨架之间、柔性关节前端盖与柔性关节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。
[0012]优选地，所述控制柜设有用以对系统各用电组件进行供电的供电管理模块，供电管理模块通过线缆与该无人系统连接。
[0013]优选地，所述运动控制模块与头部推进器、中部推进器、尾部推进器、照明灯、第一柔性关节驱动模块和第二柔性关节驱动模块单向连接，并与单板计算机双向连接；所述单板计算机与供电管理模块双向连接，所述单板计算机与摄像头双向连接；所述单板计算机分别与水下传感器和深度传感器双向连接；所述单板计算机与所述控制柜双向连接；所述控制柜与所述计算机双向连接。
[0014]优选地，所述仿生人工肌肉为三十个，以柔性关节前端盖的左右方向为准，柔性关节中部骨架的端部之间、柔性关节中部骨架的端部与柔性关节前端盖之间、柔性关节中部骨架的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。
[0015]本技术提供的遥控式多关节深海巡检无人系统，相较于现有技术至少包括如下有益效果：
[0016]1)相比于传统的遥控式水下无人系统，本技术加入了可弯曲的柔性关节，使得三个舱体之间的角度可调，可以具备很高的运动灵活性和通过性。
[0017]2)相比于传统的水下蛇形无人系统，本技术并非采用蛇类的仿生波动式推进方式，而是融合了传统的推进器进行推进，具有较高的运动稳定性，具备了稳定的水下探测能力。
[0018]3)相比于传统的单体刚性水下无人系统，本技术采用了分布式的多组推进器布置，不仅使其具有很高的冗余性，也可以完成较多复杂度较高的动作。
[0019]4)本技术无人系统为遥控式，系统的三个舱体之间通过柔性关节相连，并通过水密线缆进行通信和动力传输，通过柔性关节的设计，可以利用运动控制模块来控制、柔性关节驱动模块、推进器及照明灯，进而控制该无人系统的巡检移动方向，灵活性较高，且在遇到特殊情况时，通过三个柔性关节的配合，然后关闭浅地层剖面仪和激光成像仪遥控
无人系统航行至水面支持船附近后，关闭前视声纳、水声信标以及多普勒速度仪可以实现该无人系统的快速停止和转向，有效的提高该无人系统水下活动时的安全性和可靠性。
[0020]5)采用了仿生人工肌肉的柔性关节设计，柔性关节弯曲更加平顺且更加节能。
附图说明
[0021]图1为实施例中遥控式多关节深海巡检无人系统的结构组成示意图；
[0022]图2为实施例中某左视角度下的头部舱的外部结构组成示意图；
[0023]图3为实施例中某右视角度下的头部舱的外部结构组成示意图；
[0024]图4为实施例中头部舱的内部结构组成示意图；
[0025]图5为实施例中某左视角度下的中部舱的外部结构组成示意图；
[0026]图6为实施例中某右视角度下的中部舱的外部结构组成示意图；
[0027]图7为实施例中中部舱的内部结构组成示意图；
[0028]图8为实施例中某左视角度下的尾部舱的外部结构组成示意图；
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【技术保护点】

【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。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...

【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：新型
国别省市：