【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水下机器人，具体涉及一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人。
技术介绍
1、水下装备在服役期间可能收到各式各样的威胁，由于水下装备储备浮力较小，其损伤事故的结果相对于水上船舶具有更大的危险性，为保证装备能够对自身损伤状态进行预判和评估，需要实现水下装备损伤参数的有效获取，水下装备损伤缺陷探测是及时评估装备性能、提升水下装备航率的关键环节。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，能够更好地观测水下装备表面的多种损伤并对采集的数据进行预处理。
2、本专利技术提供如下技术方案：一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，包括实时探测子系统、控制子系统、动力子系统；
3、所述实时探测子系统用于拍摄水下装备图像、发射和采集水下装备外表面的激光回波信号，其包括视觉图像采集装置和激光点云采集装置；
4、所述控制子系统包括上位机和下位机，下位机通过接收上位机的控制信息做出实时响应，并将检测数据处理后传输给上位机，上位机用于接收下位机上传的实时检测数据和图像，对数据及图像进行处理和保存，通过通信模块接口将数据发送到客户端，同时向下位机发出执行指令；
5、所述动力子系统用于为机器人系统正常工作提供能量及实现机器人的水下运动，其包括动力子系统包括储能装置、推进装置及沉浮装置。
6、进一步的，所述视觉图像采集装置包括用于防止机器人内部渗水并抵抗水
7、进一步的，所述上位机包括上位机通信模块、指令生成模块及定位模块；上位机通信模块负责向下位机发送指令，接收下位机处理和存储的数据，将收到的图像数据和三维点云数据发送到水面的客户端并接收客户端的命令；指令生成模块根据客户端的命令和下位机发送的数据分析，生成相应的控制指令，由上位机通信模块发送给下位机；定位模块根据接收信息实现机器人的定位。
8、进一步的，所述下位机包括下位机通信模块、驱动模块、数据反馈模块、三维点云生成模块；
9、下位机通信模块用于接收上位机的指令并将存储或处理后的数据发送给上位机；驱动模块根据下位机通信模块所接收的指令，控制水下探测机器运行；数据反馈模块实时存储时钟信号和惯性参数，接收并存储数据，并将数据通过下位机通信模块发送到上位机；三维点云生成模块接收激光回波数据和水下激光雷达的转角数据，经过计算生成三维点云数据并由下位机通信模块发送至上位机。
10、进一步的，所述储能装置包括电池组件和供电组件，电池组件用于储存电能，供电组件用于给机器人工作提供能量；所述推进装置包括水平推进组件及垂直推进组件，水平推进组件用于实现机器人在水平方向上的运动，垂直组件用于促进机器人的下潜和上浮，并保障机器人的姿态不受环境干扰；所述沉浮装置包括水箱和空气压缩组件，水箱用于容纳海水，增加重力，使机器人下潜，空气压缩组件用于排除海水，减小重力，使机器人上浮。
11、进一步的，所述第一罩壳组件包括依次连接的透明罩壳、圆柱罩壳及圆盘罩壳；透明罩壳采用半球型结构；圆柱罩壳上设有一组用于安装推进装置的支杆、确保机器人重心向下及重量分布均匀的配重块，以及实时检测水压大小的压力传感器，圆柱罩壳的下部设有一组水箱10。
12、进一步的，所述摄像头组件采用人工光源辅助相机采集图像信息，并通过第一通信接口经数据总线发送至下位机；人工光源包括led灯体，led灯体通过前端连接件固定在圆柱罩壳上；所述水下激光雷达接收激光回波信号，通过数据总线从第二通信接口发送至下位机。
13、进一步的，所述旋转驱动组件包括舵机、第一驱动器；第一驱动器安装在舵机下方，接收控制子系统的指令信息，通过向舵机发送驱动电信号控制舵机带动水下激光雷达旋转，完成扫描检测工作。
14、进一步的，所述指令生成模块根据接收的机器人姿态角度，自动生成调节指令；定位模块通过接收的惯性参数和时钟信息累加求解机器人的行程和方向，将求解结果与下水前记录的空间坐标叠加，实现对水下机器人的定位；三维点云生成模块根据接收的激光回波信号计算各检测点到水下激光雷达的距离，再根据接收的旋转角度换算出各检测点到水下激光雷达的空间坐标，将空间坐标和系统内置的内参相加，生成三维点云坐标。
15、进一步的，所述推进装置包括一组水平推进组件及垂直推进组件；圆柱罩壳的后部设有一组水平支架，水平推进组件水平向后设置在对应的水平支架上；垂直推进组件垂直向上设置在支杆上。
16、通过采用上述技术，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
17、1)本专利技术通过设置的实时探测子系统、控制子系统及动力子系统，能够较好地观测水下装备表面的多种损伤并对采集的数据做预处理、操作简便、简单可行、通用性良好；
18、2)本专利技术采用模块化结构设计，能够根据不同的需要，搭载多种不同类型的模块；
19、3)本专利技术中，基于实时探测子系统，能够拍摄水下装备高精度图像、发射和采集外表面的激光回波信号，能够实现水下探测机器人在深水环境中对水下装备表面损伤的数据信息进行较好的提取；
20、4)本专利技术中，基于控制子系统中设置的上位机及下位机，能够接收实时检测数据和图像，对数据及图像进行处理和保存，通过通信模块接口将数据发送到客户端，下发控制信息指令，并做出实时响应；
21、5)本专利技术中，基于动力子系统能够为机器人系统正常工作提供能量及实现机器人的水下运动；
22、6)本专利技术中，通过设置的垂直组件可以促进机器人的下潜和上浮，也可保障机器人的姿态不受环境干扰；
23、7)本专利技术中，通过设置的半球型结构的透明罩壳，有助于水下机器人承受水下压力；
24、8)本专利技术中，采用线缆连接水下探测机器人，该方式经济实惠，又能实现数据实时传输，最重要是能通过线缆实现水下探测机器人的释放与回收，确保了安全性。
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1.一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于：包括实时探测子系统、控制子系统、动力子系统；
2.根据权利要求1所述的一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于所述视觉图像采集装置包括用于防止机器人内部渗水并抵抗水下高压的第一罩壳组件及采集机器人前方图像信息并传输至下位机的摄像头组件；所述激光点云采集装置包括防止内部组件受到挤压和进水的第二罩壳组件、发射激光信号并接收反射回波的水下激光雷达及控制激光点云采集子系统绕固定转轴旋转的旋转驱动组件；所述的第二罩壳组件覆盖在水下激光雷达外部，结构上有两个透明孔洞用于水下激光雷达的信号发射与接收，与所述的旋转驱动组件之间采用密封连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于所述上位机包括上位机通信模块、指令生成模块及定位模块；上位机通信模块负责向下位机发送指令，接收下位机处理和存储的数据，将收到的图像数据和三维点云数据发送到水面的客户端并接收客户端的命令；指令生成模块根据客户端的命令和下位机发送的数据分析，生成相应的控制指令，由上位机通信模块发送给
4.根据权利要求3所述的一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于所述下位机包括下位机通信模块、驱动模块、数据反馈模块、三维点云生成模块；
5.根据权利要求1所述的一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于所述储能装置包括电池组件和供电组件，电池组件用于储存电能，供电组件用于给机器人工作提供能量；所述推进装置包括水平推进组件及垂直推进组件，水平推进组件用于实现机器人在水平方向上的运动，垂直组件用于促进机器人的下潜和上浮，并保障机器人的姿态不受环境干扰；所述沉浮装置包括水箱和空气压缩组件，水箱用于容纳海水，增加重力，使机器人下潜，空气压缩组件用于排除海水，减小重力，使机器人上浮。
6.根据权利要求2所述的一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于所述第一罩壳组件包括依次连接的透明罩壳、圆柱罩壳及圆盘罩壳；透明罩壳采用半球型结构；圆柱罩壳上设有一组用于安装推进装置的支杆、确保机器人重心向下及重量分布均匀的配重块，以及实时检测水压大小的压力传感器，圆柱罩壳的下部设有一组水箱。
7.根据权利要求6所述的一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于所述摄像头组件采用人工光源辅助相机采集图像信息，并通过第一通信接口经数据总线发送至下位机；人工光源包括LED灯体，LED灯体通过前端连接件固定在圆柱罩壳上；所述水下激光雷达接收激光回波信号，通过数据总线从第二通信接口发送至下位机。
8.根据权利要求7所述的一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于所述旋转驱动组件包括舵机、第一驱动器；第一驱动器安装在舵机下方，接收控制子系统的指令信息，通过向舵机发送驱动电信号控制舵机带动水下激光雷达旋转，完成扫描检测工作。
9.根据权利要求3所述的一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于所述指令生成模块根据接收的机器人姿态角度，自动生成调节指令；定位模块通过接收的惯性参数和时钟信息累加求解机器人的行程和方向，将求解结果与下水前记录的空间坐标叠加，实现对水下机器人的定位；三维点云生成模块根据接收的激光回波信号计算各检测点到水下激光雷达的距离，再根据接收的旋转角度换算出各检测点到水下激光雷达的空间坐标，将空间坐标和系统内置的内参相加，生成三维点云坐标。
10.根据权利要求5所述的一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于所述推进装置包括一组水平推进组件及垂直推进组件；圆柱罩壳的后部设有一组水平支架，水平推进组件水平向后设置在对应的水平支架上；垂直推进组件垂直向上设置在支杆上。
...【技术特征摘要】
1.一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于：包括实时探测子系统、控制子系统、动力子系统；
2.根据权利要求1所述的一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于所述视觉图像采集装置包括用于防止机器人内部渗水并抵抗水下高压的第一罩壳组件及采集机器人前方图像信息并传输至下位机的摄像头组件；所述激光点云采集装置包括防止内部组件受到挤压和进水的第二罩壳组件、发射激光信号并接收反射回波的水下激光雷达及控制激光点云采集子系统绕固定转轴旋转的旋转驱动组件；所述的第二罩壳组件覆盖在水下激光雷达外部，结构上有两个透明孔洞用于水下激光雷达的信号发射与接收，与所述的旋转驱动组件之间采用密封连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于所述上位机包括上位机通信模块、指令生成模块及定位模块；上位机通信模块负责向下位机发送指令，接收下位机处理和存储的数据，将收到的图像数据和三维点云数据发送到水面的客户端并接收客户端的命令；指令生成模块根据客户端的命令和下位机发送的数据分析，生成相应的控制指令，由上位机通信模块发送给下位机；定位模块根据接收信息实现机器人的定位。
4.根据权利要求3所述的一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于所述下位机包括下位机通信模块、驱动模块、数据反馈模块、三维点云生成模块；
5.根据权利要求1所述的一种用于检测水下装备表面损伤的水下探测机器人，其特征在于所述储能装置包括电池组件和供电组件，电池组件用于储存电能，供电组件用于给机器人工作提供能量；所述推进装置包括水平推进组件及垂直推进组件，水平推进组件用于实现机器人在水平方向上的运动，垂直组件用于促进机器人的下潜和上浮，并保障机器人的姿态不受环境干扰；所述沉浮装置包括水箱和空气压缩组件，水箱用于容纳海水，增加重力，使机器人下潜，空气压缩组件用于排除海...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭大鹏，王承彦，怀思然，徐仕承，王彤，王医博，张彦康，李霖，殷梓超，陈嘉琳，胡正，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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