【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人，涉及一种水下结构物表面缺陷检测机器人，具体涉及一种适应水下多工况的高稳性仿生构型缺陷检测机器人。
技术介绍
1、水工建筑物由于长期受环境侵蚀、材料老化和载荷的长期作用，存在空蚀、冲蚀、溶蚀、冻融等病害，导致结构损伤积累和抗力衰减，可能引发灾难性的后果。各种缺陷往往始发或显露于结构表面，其中最严重的是裂缝问题，比如大坝的裂缝是大坝出现结构性危险的明显信号。因此，大坝检测作为发现和查明大坝病害与隐患的重要手段，也是评价大坝安全性态和补强加固处理的关键依据。
2、水电站水下作业环境具有工作深度大、缺陷分布广、检修时间长、乱流紊流复杂、水体能见度差等显著特点，潜水员探查的风险高、效率低、覆盖面小、手段有限。水下机器人逐渐从海洋环境探测领域转移到水工检测领域。当前国内外已研制出多款面向船体检测的水下机器人，但面向大坝工作的水下检测机器人较少。工程实践表明，大坝水下检测工作中有复杂流速流态干扰、复杂结构定位辨识、水下漂浮物缠绕、浮泥扰动和季节性浑水、特殊狭小空间以及多工况稳定切换等问题亟待解决。
3、因此，需要一种轻量化、高稳性、适应水下多工况的缺陷检测水下机器人。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种适应水下多工况的高稳性仿生构型缺陷检测机器人，能够抗流抗扰，实现缺陷的精细化检测。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种水下结构物表面缺陷检测机器人，所述机器人为正浮力设置，包
4、进一步地，本专利技术的自脱钩装置为中国专利申请cn109733985a公开的一种水下机器人自动上、解锁的吊放锁扣装置及操作方法中的锁扣装置，具体为：所述自脱钩装置的固定部套装于活动部的外部，所述活动部为吊放头，吊放头中心设置为通孔，用于供脐带缆穿过，吊放头下部与机器人固定连接，当到达布放点时，吊放头自固定部脱离而向下与机器人一起向水底运行。所述自脱钩装置的固定部包括设置于上部并与承重钢索连接的挂环、设置于挂环下部的浮力圈，设置于浮力圈下部的吊架，设置于吊架与浮力圈之间的固定卡爪，固定卡爪的设计和原理与中国专利申请cn109733985a一致，不再赘述。
5、进一步地，本专利技术的自脱钩装置在中国专利申请cn109733985a的基础上进行了一点改进，具体为：所述固定部的侧边设置有吊架开槽板和卡扣，所述吊架开槽板的设置作为将脐带缆自固定部内取出和将脐带缆放入固定部内的出入口，所述卡扣用于将吊架开槽板固定于固定部上。
6、自脱钩装置的固定卡爪与浮力圈相连接，未入水时浮力圈自然下压，固定卡爪向内部伸出，与安放在吊架内部的吊放头的上部卡死，从而将吊放头与吊架固定连接。当机器人逐渐入水时，自脱钩装置上的浮力圈逐渐上浮，带动固定卡爪向外移动，至完全入水时，固定卡爪与吊放头分离，完成机器人的释放。
7、止荡底座嵌入机器人顶部的浮力块中，根部以螺栓固定。在吊放机器人出入水时，仅靠吊架与挂架的接触会发生摇摆晃动，对机器人的设备产生不利影响，故而，通过本专利技术的止荡底座与浮标上的上止荡机构匹配，减少自身晃荡，提高设备的安全性能。
8、进一步地，所述浮标用于辅助水下机器人的布放、回收以及定位和对水面进行监测，包括浮标本体和浮球，浮标本体为u型开口结构，u型开口结构的底部设置有与浮球外形结构相匹配的夹持槽，夹持槽的上设置有限制部，限制部用于防止浮球向上或向下运动而脱离浮球本体，但浮球在浮标本体内能够前后移动，即自u型开口处进出浮球本体内；浮球本体通过缆绳与浮球连接；浮球中心为通孔结构，通孔内设置有容纳自脱钩装置的容纳腔，通孔还用于供岸站与水下机器人连接的脐带缆穿过。
9、进一步地，本专利技术的机器人还包括设置于壳体外部的探测模块、设置于机器人面部的作业模块、应急自救模块以及设置壳体内的动力模块和电控模块；所述探测模块、作业模块、动力模块以及应急自救模块分别与电控模块通信连接，所述电控模块还通过脐带缆与水面岸站通信连接；所述探测模块包括声学探测设备和光学探测设备，用于探测水下环境和水下结构物表面情况；所述作业模块包括机械手，用于开展作业；所述动力模块包括推进器，用于实现机器人的运动；所述应急自救模块包括应急上浮装置、应急抛载装置以及应急自救控制罐，用于当机器人在水下发生故障后，机器人依靠应急自救模块能够上浮至水面；所述电控模块包括配电舱、控制舱以及电源舱，用于为机器人的各工作进行供电、配电以及接收其它模块传输过来的数据、将接收到的数据传输至水面岸站，接收水面岸站的指令并控制其它模块的运作。
10、进一步地，所述骨架包括若干层水平设置的横骨架和竖向设置的纵骨架。
11、所述横骨架包括自下而上依次设置的电控层横骨架、第一动力层横骨架、第二动力层横骨架以及探测层横骨架；所述纵骨架包括设置于机器人背部的背部纵骨架、设置于机器人侧边的侧方纵骨架以及设置于机器人面部的面部纵骨架。
12、进一步地，所述每层横骨架为以一定宽度的型材十字形交叉布置，所述纵骨架有5根，一根背部纵骨架、两根对称设置的侧方纵骨架以及两根镜像设置的面部纵骨架。优选地，所述骨架的型材为工字钢和t字形钛合金型材。
13、进一步地，所述壳体内壁与骨架采用螺纹方式固定连接。
14、进一步地，还包括浮力块，所述浮力块设置于机器人的顶部。
15、再进一步地，所述浮力块设置于探测层横骨架上部，浮力块的下部与壳体上部对接，浮力块与壳体共形设置。所述浮力块内部根据设备布置、浮力分配等因素进行不规则设计，确保浮心处于正中位置。
16、进一步地，所述机器人的外型为仿生流线型的构型，比如海马，一种在海洋中保持竖直形态移动与保持良好稳性的生物，其流线构型为所述机器人构型的参考构型。优选地，所述壳体为钛合金壳体。
17、进一步地，所述声学探测设备包括设置于机器人顶部的usbl信标和上扫声呐、设置于机器人侧边的侧扫声纳以及设置于机器人面部的前视多波束声纳和深度计；所述浮标上设置有超短基线定位系统，所述usbl信标与超短基线定位系统形成水声定位基阵，用于探测机器人相对浮标的距离和方位以及浮标本身的位置，进而得到机器人的位置；所述上扫声呐、侧扫声纳以及前视多本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：包括壳体、所述壳体底部以及侧边共形设计且贴合于对应壳体内壁的骨架、浮标、止荡装置以及自脱钩装置；所述止荡装置包括设置于浮标下部的上止荡机构和设置于机器人顶部的止荡底座，所述上止荡机构与止荡底座为匹配设置；所述自脱钩装置包括相互匹配设置的活动部和固定部，所述固定部在浮力作用下松开活动部，使得活动部与固定部分离，在没有浮力的情况下，固定部能够锁紧活动部；在布放和回收机器人的过程中，所述固定部的上部与一端固定在岸站且用于布放和回收机器人的承重钢索的另一端连接，所述活动部的下部与设置于机器人的顶部的挂架固定连接；在布放成功后，所述自脱钩装置的固定部通过承重钢索被岸站收回；回收时，所述固定部顺着脐带缆进入浮标内与活动部对接后组合成整个自脱钩装置。
2.根据权利要求1所述的一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：还包括设置于壳体外部的探测模块、设置于机器人面部的作业模块、应急自救模块以及设置壳体内的动力模块和电控模块；所述探测模块、作业模块、动力模块以及应急自救模块分别与电控模块通信连接，所述电控模块还通过脐带缆与水面岸站通
3.根据权利要求1所述的一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：所述骨架包括若干层水平设置的横骨架和竖向设置的纵骨架。
4.根据权利要求3所述的一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：所述横骨架包括自下而上依次设置的电控层横骨架、第一动力层横骨架、第二动力层横骨架以及探测层横骨架；所述纵骨架包括设置于机器人背部的背部纵骨架、设置于机器人侧边的侧方纵骨架以及设置于机器人面部的面部纵骨架。
5.根据权利要求2所述的一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：所述声学探测设备包括设置于机器人顶部的USBL信标和上扫声呐、设置于机器人侧边的侧扫声纳以及设置于机器人面部的前视多波束声纳和深度计；所述浮标上设置有超短基线定位系统，所述USBL信标与超短基线定位系统形成水声定位基阵，用于探测机器人相对浮标的距离和方位以及浮标本身的位置，进而得到机器人的位置；所述上扫声呐、侧扫声纳以及前视多波束声纳分别用于机器人工作面上部环境、侧面环境、以及工作面中下部分环境探测；所述深度计用于监测机器人所处水下位置深度；所述USBL信标、上扫声呐、侧扫声纳、前视多波束声纳以及深度计分别与控制舱通信连接，用于将探测的数据发送至控制舱。
6.根据权利要求2所述的一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：所述光学探测设备包括设置于机器人顶部的激光扫描仪、若干设置于机器人背部和面部的云台摄像头以及若干设置于机器人上部和下部的LED灯；所述激光扫描仪用于快速获取水下物体表面的可视化三维数据；所述云台摄像头用于拍摄水下环境和待测物；所述LED灯用于为机器人提供照明；所述激光扫描仪、云台摄像头、LED灯分别与电源舱连接；所述激光扫描仪和云台摄像头分别于控制舱通信连接，用于将采集的数据发送至控制舱。
7.根据权利要求2所述的一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：所述推进器包括水平推进器、垂直推进器以及侧面推进器；所述水平推进器设置于机器人中部，用于实现机器人水平方向的运动；所述垂直推进器设置于机器人两侧，用于实现机器人垂直方向的运动；所述侧面推进器设置于机器人上部的两侧，也用于实现机器人水平方向的运动。
8.根据权利要求2所述的一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：所述机械手包括一端与骨架连接的大臂和与大臂另一端连接的小臂，所述机械手有2只，对称设置于机器人的面部，所述壳体上设置有两个槽道，所述机械手的大臂在非工作状态时能够收进入壳体的槽道内，机械手的小臂与壳体共形。
9.根据权利要求2所述的一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：所述应急上浮装置设置于机器人的顶部，用于当机器人发生故障后，通过释放浮标脱离机器人本体，迅速上浮至水面，引导工作人员发现并搜寻到机器人；所述应急抛载装置设置于机器人下部用于当机器人发生故障后，能够自动完成压载的丢弃，使得机器人能够依靠自身的浮力上浮至水面进行他救；...
【技术特征摘要】
1.一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：包括壳体、所述壳体底部以及侧边共形设计且贴合于对应壳体内壁的骨架、浮标、止荡装置以及自脱钩装置；所述止荡装置包括设置于浮标下部的上止荡机构和设置于机器人顶部的止荡底座，所述上止荡机构与止荡底座为匹配设置；所述自脱钩装置包括相互匹配设置的活动部和固定部，所述固定部在浮力作用下松开活动部，使得活动部与固定部分离，在没有浮力的情况下，固定部能够锁紧活动部；在布放和回收机器人的过程中，所述固定部的上部与一端固定在岸站且用于布放和回收机器人的承重钢索的另一端连接，所述活动部的下部与设置于机器人的顶部的挂架固定连接；在布放成功后，所述自脱钩装置的固定部通过承重钢索被岸站收回；回收时，所述固定部顺着脐带缆进入浮标内与活动部对接后组合成整个自脱钩装置。
2.根据权利要求1所述的一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：还包括设置于壳体外部的探测模块、设置于机器人面部的作业模块、应急自救模块以及设置壳体内的动力模块和电控模块；所述探测模块、作业模块、动力模块以及应急自救模块分别与电控模块通信连接，所述电控模块还通过脐带缆与水面岸站通信连接；所述探测模块包括声学探测设备和光学探测设备，用于探测水下环境和水下结构物表面情况；所述作业模块包括机械手，用于开展作业；所述动力模块包括推进器，用于实现机器人的运动；所述应急自救模块包括应急上浮装置、应急抛载装置以及应急自救控制罐，用于当机器人在水下发生故障后，机器人依靠应急自救模块能够上浮至水面；所述电控模块包括配电舱、控制舱以及电源舱，用于为机器人的各工作进行供电、配电以及接收其它模块传输过来的数据、将接收到的数据传输至水面岸站，接收水面岸站的指令并控制其它模块的运作。
3.根据权利要求1所述的一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：所述骨架包括若干层水平设置的横骨架和竖向设置的纵骨架。
4.根据权利要求3所述的一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：所述横骨架包括自下而上依次设置的电控层横骨架、第一动力层横骨架、第二动力层横骨架以及探测层横骨架；所述纵骨架包括设置于机器人背部的背部纵骨架、设置于机器人侧边的侧方纵骨架以及设置于机器人面部的面部纵骨架。
5.根据权利要求2所述的一种水下结构物表面缺陷检测机器人，其特征在于：所述声学探测设备包括设置于机器人顶部的usbl信标和上扫声呐、设置于机器人侧边的侧扫声纳以及设置于机器人面部的前视多波束声纳和深度计；所述浮标上设置有超短基线定位系统，所述usbl信标与超短基线定位系统形成水声定位基阵，用于探测机器人相对浮标的距离和方位以及浮标本身的位置，进而得到机器人的位置；所述上扫声呐、侧扫声纳以及前视多波束声纳分别用于机器人工作面上部环境、侧面环境、以及工作面中下部分环境探测；所述深度计用于监测机器人所处水下位置深度；所述usb...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹏飞，王子鹏，李俊杰，王延杰，开艳，曹清波，孙承锐，王逸生，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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