本发明专利技术涉及一种模态切换水下机器人及其控制方法，所述机器人包括水面控制系统和水下控制系统，其中水下控制系统包括水下传感设备、水下控制器和水下机器人，所述水下机器人包括载体模块、切换模块、小车模块和视频采集模块。所述方法采用水下控制器将视频采集模块采集的视频信息和水下传感设备所测的传感信息由脐带缆上传至水面控制系统同时接收水面控制系统发出的控制信号，实现对水下机器人浮游运动与爬壁清污的操控。本发明专利技术最大限度的降低自身重量、体积、制造成本、加工难度、供电系统能耗等；该机器人具备浮游、吸附、爬行、清污、水下监察多种功能，实用性强，适用范围广。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新型的海洋工程
水下机器人及其控制方法，特别是一种可浮游的。
技术介绍
水下机器人应用广泛，特别是可以代替潜水员完成对堤坝、船体等水下结构物高强度、大负荷的监察与清污作业。水下机器人的模态(航态)主要有浮游、吸附、爬行，水下爬壁机器人需具备吸附、爬行这两种模态。现有水下爬壁机器人的吸附方式主要有负压吸附、磁力吸附、推力吸附:在凹凸不平的壁面作业时，负压吸附的吸附能力会降低；磁力吸附只适用于导磁壁面；推力吸附是利用螺旋桨的推力将水下机器人压吸在壁面上，推力始终垂直指向壁面，适用于各种类型的壁面。爬行方式主要有履带式移动、足式移动、轮式移动:履带式移动速度较慢，不容易转向，常与磁吸附方式相结合；足式运动方式重心不稳定，流体阻力大；轮式移动运动稳定且运动速度较快。现阶段取得专利的水下爬壁机器人有:1、一种复合吸附船体清刷机器人CN102424100A是一种将磁力吸附和推力吸附结合在一起的船体清刷机器人，可实现船体水下、水上部分的清洗。但是该机器人无法执行浮游作业，工作时必须沿船侧进入作业区域，活动范围有限。2、水下清洁机器人CN101139007A是一种利用高速排水螺旋桨产生负压进行壁面吸附的水下清洁机器人，可被遥控或自主控制进行水下泳池壁面的清洁作业。但是该机器人驱动电机众多，机构复杂；依靠排水螺旋桨的浮游灵活性差，不能进行浮游作业；功能单一，仅用于泳池壁的清洁。3、UNDERWATER CRAWLER VEHICLE HAVING SEARCH ANDIDENTIFICATION CAPABILITIES AND METHODS OF USE (US2007/0276552AL)是一种可进行浮游和爬壁的水下监测机器人:它在浮游机器人上加装一四轮小车，使用小车上的涡流发生器来产生负压吸附。该机器人 相比浮游机器人增加了五个动力驱动装置，这就使得供电系统额定功率增加，能耗变大；控制系统控制对象增多，复杂度增加；整个系统稳定性和可靠性降低。该机器人驱动电机众多，每个电机只能执行一种任务，这就使使得电机利用率不高，浪费了资源；机器人的重量、体积、制造成本和加工难度均增加。该机器人浮游运动与小车运动控制相互独立且控制原理不同:这就使得其控制系统比浮游机器人复杂的多。另外，上述三种机器人在执行爬壁任务时，其吸附装置均无法自适应配载吸附力。综上所述，水下爬壁机器人尚存在以下缺点:1、无法执行浮游任务，活动范围有限；2、电机多但利用率低、动力系统及控制系统复杂；3、无法自适应配载吸附力，影响灵活性同时造成资源浪费。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:克服现有技术的不足和缺陷，提供一种高效节能、结构紧凑、控制简单、吸附力自适应的。这种机器人根据不同的任务需要在浮游模态与爬壁(吸附、爬行)模态之间自由切换，且两者运动控制的原理相同。本专利技术所采用的技术方案是:模态切换水下机器人，包括水面控制系统和水下控制系统，其中水下控制系统包括水下传感设备、水下控制器和水下机器人，所述水下机器人包括载体模块、切换模块、小车模块和视频采集模块，载体模块搭载于小车模块上，视频采集模块搭载于载体模块上，切换模块安装在小车模块与载体模块之间；水下控制器将视频采集模块采集的视频信息和水下传感设备所测的传感信息由脐带缆上传至水面控制系统同时接收水面控制系统发出的控制信号，实现对水下机器人浮游运动与爬壁清污的操控。所述的切换模块包括切换板、吸附推进器、纵向电机、弹簧和导轨；载体模块与小车模块均装有电子锁和压力传感器，当模态切换开始时，对应模块的电子锁解锁，切换板沿导轨垂向运动，水下控制器根据压力传感器反馈的信息判定切换板与另一模块即载体模块或小车模块接触后用对应的电子锁将接触的模块锁死，模态转换结束，进入浮游模态或爬行模态，纵向电机与接触的模块的驱动装置齿合；切换板向下运动时，吸附推进器提供动力，弹簧用于减震；切换板向上运动时，弹簧提供恢复力。所述的载体模块包括载体、垂向推进器、纵向螺旋桨；浮游模态时，纵向电机与纵向螺旋桨齿合，驱动其旋转，实现水下机器人的进退、转艏运动；垂向推进器为直流无刷电机驱动导管螺旋桨，实现水下机器人的升沉、纵摇运动。所述小车模块由车体、传动箱、车轮和清污滚轮组成；爬壁模态时，纵向电机与传动箱齿合驱使车轮和清污滚轮转动，实现水下机器人的运动和清污工作。模态切换水下机器人的控制方法如下:采用水下控制器将视频采集模块采集的视频信息和水下传感设备所测的传感信息由脐带缆上传至水面控制系统同时接收水面控制系统发出的控制信号，实现对水下机器人浮游运动与爬壁清污的操控。所述水下机器人爬壁清污的控制方法如下:I)、刚下水时水下机器人处于浮游模态，水面操控人员根据操作界面的数据通过水面控制系统控制垂向推进器和纵向电机，调整机器人运动姿态，使小车模块贴近作业壁面；2)、采用水下控制器关闭纵向电机，进行浮游到爬壁的模态切换，模态切换完成后水下机器人被压吸在目标壁面上；3)、采用水下控制器关闭垂向推进器，采用控制纵向电机和吸附推进器进行爬壁清污同步作业，吸附力进行自适应调节，将水下传感设备所测的实时数据记录在水面控制系统的数据库中用于工程人员的后续研究；4)、爬壁清污作业结束后采用水下控制器关闭吸附推进器和纵向电机，当水下机器人姿态稳定后，采用水下控制器控制进行爬壁到浮游的模态切换，模态切换完成后水下机器人进行浮游作业。本专利技术有益效果:1、本专利技术“一机多用”提高了电机利用率；采用模块化设计，便于拆卸和拓展功能，最大限度的降低自身重量、体积、制造成本、加工难度、供电系统能耗等；该机器人具备浮游、吸附、爬行、清污、水下监察多种功能，实用性强，适用范围广。2、本专利技术浮游运动与爬壁运动控制原理相同:两个纵向电机23同速实现进退；差速实现转向。控制系统 简单，控制对象不多，只需在一般浮游机器人的控制系统基础上略加改动即可，系统的稳定性和可靠性高。3、本专利技术机器人爬壁作业时，吸附力由一个闭环控制系统实现自适应控制，自动化程度高，节约了能源，提高了操纵性。附图说明图1为本专利技术系统结构框图；图2为本专利技术机器人的机械结构示意图；图3为本专利技术机器人的四个模块爆炸示意 图4为本专利技术机器人浮游模态俯视示意图；图5为本专利技术机器人A-A剖视图；图6为本专利技术机器人B-B剖视图；图中标注部件名称:1、载体模块；2、切换模块；3、小车模块；4、视频采集模块；11、载体；12、垂向推进器；13、纵向螺旋桨；21、切换板；22、吸附推进器；23、纵向电机；24、弹簧；25、轨道；31、车体；32、传动箱；33、车轮；34、清污滚轮；41、水下高清摄像机；42、水下LED照明灯。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施作进一步描述。本专利技术是一种模态切换水下机器人，如图1所示，机器人系统分水上、水下两大部分，两者通过脐带缆连接实现水面与水下信号、能源的传输。水上部分的水面控制系统向水下部分传输控制信号和能源，接收水下视频和各传感的电信号并将其实时显示到操作界面上，保证操作人员实时监控水下机器人的工作状态。水下部分的水下控制系统包括水下控制器、水下传感设备和水下机器人。水下控制器可以将视频采集模块4采集的视频信息和水下传感设备所测的传感信息由脐带缆上传至本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种模态切换水下机器人，其特征在于包括水面控制系统和水下控制系统，其中水下控制系统包括水下传感设备、水下控制器和水下机器人，所述水下机器人包括载体模块（1）、切换模块（2）、小车模块（3）和视频采集模块（4），载体模块（1）搭载于小车模块（3）上，视频采集模块（4）搭载于载体模块（1）上，切换模块（2）安装在小车模块（3）与载体模块（1）之间；水下控制器将视频采集模块（4）采集的视频信息和水下传感设备所测的传感信息由脐带缆上传至水面控制系统同时接收水面控制系统发出的控制信号，实现对水下机器人浮游运动与爬壁清污的操控。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王志东，窦京，凌宏杰，刘家欢，陈剑文，吕红玲，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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