一种用于水下桩基巡检的蛇形机器人及控制方法技术

本发明专利技术涉及机器人控制领域，尤其涉及一种用于水下桩基巡检的蛇形机器人及控制方法，本发明专利技术通过控制蛇形机器人对水下桩基进行巡检，巡检时，控制蛇形机器人的姿态由直线状转变为弧形状，使蛇形机器人保持弧形状姿态调整与桩基的距离，环抱桩基后调整推进器的推进方向，使得蛇形机器人围绕桩基螺旋上升，采集完整的桩基表面数据完成对桩基的巡检，同时，在巡检过程中，遇到障碍时执行避障动作，改变蛇形机器人的姿态以及推进器的推进方向，使得蛇形机器人跨越障碍，并且，通过控制推进器的推进方向，实时控制蛇形机器人与桩基的最近距离，避免机器人发生碰撞，通过本发明专利技术的方法具备广泛的应用前景，能够对处于各类复杂环境状况的桩基完成巡检。基完成巡检。基完成巡检。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水下桩基巡检的蛇形机器人及控制方法


[0001]本专利技术涉及机器人控制领域，尤其涉及一种用于水下桩基巡检的蛇形机器人及控制方法。

技术介绍

[0002]桩基作为桥梁、海上风电系统、钻井平台的重要结构组成部分，长期服役于水下，由于常受到水流冲刷以及船舶撞击，桩基表面容易产生裂缝和变形；此外，桩基因在水下时间过长其表面还容易有生物附着，为了延长桩基的寿命，确保其安全性和稳定性，需要定期对水下桩基表面进行巡检，现阶段通常利用相关检测装置执行巡检动作。
[0003]中国专利公开号：CN113681575A，公开了一种面向水下桩基础的有缆检修机器人，包括环抱装置、执行机构和水下平台，通过环抱装置实现对桩基的夹持，通过水下平台实现机器人运动位姿的改变，通过执行机构实现检修作业；
[0004]可见，现有技术中还存在以下问题
[0005]1、现有技术中，未考虑巡检过程中遇到洋流冲击对巡检造成的影响，无法对应调整巡检装置与桩基表面的距离；
[0006]2、现有技术中，未考虑对表面存在凸起或障碍的桩基进行巡检时进行自适应的避障动作；
[0007]3、现有技术中，巡检装置笨重，不具备在狭小空间内对桩基进行巡检的应用前景。

技术实现思路

[0008]为解决上述问题，本专利技术提供一种用于水下桩基巡检的蛇形机器人控制方法，其包括：
[0009]步骤S1，控制蛇形机器人各关节上的舵机，以使蛇形机器人各关节以预设角度转向，使蛇形机器人姿态由直线状改变为弧形状；
[0010]步骤S2，控制所述蛇形机器人上设置的推进器转变推进方向，以控制所述蛇形机器人以弧形状姿态靠近或远离桩基，直至所述蛇形机器人各连杆与所述桩基的最小距离处于安全距离区间；
[0011]步骤S3，控制所述蛇形机器人上设置的推进器转变推进方向以使所述蛇形机器人以弧形状姿态围绕所述桩基螺旋上升完成巡检动作，且，实时获取所述蛇形机器人头部连杆上设置的图像采集单元所传输的图像，以获取所述桩基的完整表面图像；
[0012]步骤S4，在所述蛇形机器人进行所述巡检动作时，实时获取所述蛇形机器人的头部连杆设置的测距单元所检测的数据，以判定前方是否存在障碍，并在存在障碍时控制所述蛇形机器人的舵机改变所述蛇形机器人的姿态，并控制所述蛇形机器人的推进器转变推进方向改变所述蛇形机器人的前进方向，以使所述蛇形机器人完成避障动作；
[0013]步骤S5，在所述蛇形机器人进行所述巡检动作时，实时获取测距单元所检测的数据，并基于所述蛇形机器人与所述桩基的最近距离，控制所述蛇形机器人的推进器转变推
进方向，以使得所述蛇形机器人与所述桩基的最近距离保持在安全距离区间。
[0014]进一步地，所述步骤S1中，将蛇形机器人的姿态由直线状改变为弧形状的过程包括，控制所述蛇形机器人保持直线状姿态并与桩基横截面平齐，并通过控制舵机控制所述蛇形机器人各连杆间的关节，使蛇形机器人的各关节向相同方向旋转预设角度。
[0015]进一步地，所述步骤S1中，还包括通过所述图像采集单元获取桩基图像并判定桩基横截面最大半径Rm，以将所述最大半径Rm与预设的第一半径对比参量R1以及第二半径对比参量R2进行对比，并根据对比结果确定所述蛇形机器人各关节向相同方向旋转的角度，其中，R2＞R1，
[0016]在第一半径对比结果下，控制所述蛇形机器人各关节向相同方向旋转第一角度值α1；
[0017]在第二半径对比结果下，控制所述蛇形机器人各关节向相同方向旋转第二角度值α2；
[0018]在第三半径对比结果下，控制所述蛇形机器人各关节向相同方向旋转第三角度值α3；
[0019]所述第一半径对比结果为Rm≤R1，所述第二半径对比结果为R1＜Rm＜R2，所述第三半径对比结果为Rm≥R2，α1＜α2＜α3。
[0020]进一步地，所述步骤S2中，通过上位机控制与头部连杆相邻的中间连杆上设置的推进器推进方向垂直于水面、控制与尾部连杆相邻的中间连杆上设置的推进器推进方向垂直于水面以及控制位于机器人形心处的中间连杆上设置的推进器的推进方向垂直于水面，为所述蛇形机器人提供垂直于水面的升力，并且，通过控制剩余中间连杆上设置的推进器的推进方向调整所述蛇形机器人与所述桩基的距离。
[0021]进一步地，所述步骤S2中，通过上位机接收测距单元所检测的数据以实时获取所述蛇形机器人各连杆与所述桩基的最小距离，并将所述最小距离与所述上位机中预设的安全距离区间进行对比，根据对比结果控制所述蛇形机器人靠近或远离桩基，其中，
[0022]若所述最小距离小于所述安全距离区间的区间下限，则所述上位机判定所述蛇形机器人未处于最佳距离，并控制所述蛇形机器人远离所述桩基；
[0023]若所述最小距离大于所述安全距离区间的区间上限，则所述上位机判定所述蛇形机器人未处于最佳距离，并控制所述蛇形机器人靠近所述桩基；
[0024]若所述最小距离处于所述安全距离区间内，则所述上位机判定所述蛇形机器人处于最佳距离。
[0025]进一步地，所述步骤S3中，通过上位机控制所述蛇形机器人完成巡检动作，其中，控制所述蛇形机器人的尾部连杆上设置的推进器改变推进方向垂直于水平面，产生升力，且，控制所述蛇形机器人的各中间连杆靠近桩基一侧的推进器的推进方向与各所述中间连杆远离桩基一侧的推进器的推进方向与水平面的夹角不同，以使所述蛇形机器人以弧形状姿态围绕所述桩基螺旋上升。
[0026]进一步地，所述步骤S4中，通过上位机控制所述蛇形机器人完成避障动作，所述避障动作包括：
[0027]步骤S41，逐个控制所述蛇形机器人的各关节回转，使蛇形机器人的姿态由弧形状转变为直线状；
[0028]步骤S42，逐个控制所述蛇形机器人的关节转向，且转向方向为远离桩基平面，在推进器的作用下使蛇形机器人的各关节依次跨越障碍物；
[0029]步骤S43，在任一关节越过障碍物后控制所述关节转向，转向方向与所述步骤S42中的转向方向相反，直至全部关节均越过障碍物，以使所述蛇形机器人越过障碍物后姿态恢复至直线状；
[0030]步骤S44，重复所述步骤S1以及步骤S2，使所述蛇形机器人恢复至弧形状姿态并围绕所述桩基螺旋上升。
[0031]进一步地，所述步骤S5中，通过上位机实时获取测距单元所采集的数据，并将所述蛇形机器人与所述桩基的最近距离与预设的安全距离区间进行对比，若所述最近距离不属于所述安全距离区间，则通过上位机控制所述蛇形机器人的推进器的推进方向改变，使所述蛇形机器人距离所述桩基的最近距离保持在所述安全距离区间内。
[0032]进一步地，本专利技术还提供一种用于水下桩基巡检的蛇形机器人，其包括，
[0033]游动结构，其包括头部连杆、尾部连杆以及依次设置于所述头部连杆以及尾部连杆之间的若干中间连杆，各连杆之间均通过关节连接，以通过关节转动改变各连杆之间的相对位置关系，所述尾部连杆末端设置有尾部推进器，各连杆两侧均对称设置有侧翼本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水下桩基巡检的蛇形机器人控制方法，其特征在于，包括：步骤S1，控制蛇形机器人各关节上的舵机，以使蛇形机器人各关节以预设角度转向，使蛇形机器人姿态由直线状改变为弧形状；步骤S2，控制所述蛇形机器人上设置的推进器转变推进方向，以控制所述蛇形机器人以弧形状姿态靠近或远离桩基，直至所述蛇形机器人各连杆与所述桩基的最小距离处于安全距离区间；步骤S3，控制所述蛇形机器人上设置的推进器转变推进方向以使所述蛇形机器人以弧形状姿态围绕所述桩基螺旋上升完成巡检动作，且，实时获取所述蛇形机器人头部连杆上设置的图像采集单元所传输的图像，以获取所述桩基的完整表面图像；步骤S4，在所述蛇形机器人进行所述巡检动作时，实时获取所述蛇形机器人的头部连杆设置的测距单元所检测的数据，以判定前方是否存在障碍，并在存在障碍时控制所述蛇形机器人的舵机改变所述蛇形机器人的姿态，并控制所述蛇形机器人的推进器转变推进方向改变所述蛇形机器人与所述桩基表面的距离，以使所述蛇形机器人完成避障动作；步骤S5，在所述蛇形机器人进行所述巡检动作时，实时获取测距单元所检测的数据，并基于所述蛇形机器人与所述桩基的最近距离，控制所述蛇形机器人的推进器转变推进方向，以使得所述蛇形机器人与所述桩基的最近距离保持在安全距离区间。2.根据权利要求1所述的用于水下桩基巡检的蛇形机器人控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，将蛇形机器人的姿态由直线状改变为弧形状的过程包括，控制所述蛇形机器人保持直线状姿态并与桩基横截面平齐，并通过控制舵机控制所述蛇形机器人各连杆间的关节，使蛇形机器人的各关节向相同方向旋转预设角度。3.根据权利要求2所述的用于水下桩基巡检的蛇形机器人控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，还包括通过所述图像采集单元获取桩基图像并判定桩基横截面最大半径Rm，以将所述最大半径Rm与预设的第一半径对比参量R1以及第二半径对比参量R2进行对比，并根据对比结果确定所述蛇形机器人各关节向相同方向旋转的角度，其中，R2＞R1，在第一半径对比结果下，控制所述蛇形机器人各关节向相同方向旋转第一角度值α1；在第二半径对比结果下，控制所述蛇形机器人各关节向相同方向旋转第二角度值α2；在第三半径对比结果下，控制所述蛇形机器人各关节向相同方向旋转第三角度值α3；所述第一半径对比结果为Rm≤R1，所述第二半径对比结果为R1＜Rm＜R2，所述第三半径对比结果为Rm≥R2，α1＜α2＜α3。4.根据权利要求1所述的用于水下桩基巡检的蛇形机器人控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过上位机控制与头部连杆相邻的中间连杆上设置的推进器推进方向垂直于水面、控制与尾部连杆相邻的中间连杆上设置的推进器推进方向垂直于水面以及控制位于机器人形心处的中间连杆上设置的推进器的推进方向垂直于水面，为所述蛇形机器人提供垂直于水面的升力，并且，通过控制剩余中间连杆上设置的推进器的推进方向调整所述蛇形机器人与所述桩基的距离。5.根据权利要求4所述的用于水下桩基巡检的蛇形机器人控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过上位机接收测距单元所检测的数据以实时获取所述蛇形机器人各连杆与所述桩基的最小距离，并将所述最小距离与所述上位机中预设的安全距离区间进行对比，根据对比结果控制所述蛇形机器人靠近或远离桩基，其中，
若所述最小距离小于所述安全距离区间的区间下限，则所述上位机判定所述蛇形机器人未处于最佳距离，并控...

【专利技术属性】
技术研发人员：任超，宫美琪，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：