[发明专利]一种用于管道探伤的水下机器人

说明书

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种用于管道探伤的水下机器人。该水下机器人是一种小尺度、智能化、能够在水下自动航行的水下航行器，它能够发现、跟踪管道，还能够探测管道是否受损伤。

背景技术

机器人技术是一种新兴的智能制造技术，在国内外受到广泛应用。大疆无人机和云洲智能无人船的兴起就说明了这一点。自主水下机器人是一种能够在水面以下几米甚至上千米、上万米深度进行自主航行的机器人，具有自动航行、自主导航、自主执行水下任务的能力。与无人机、无人车和无人船相比，它所处的任务环境更加复杂，所使用的传感器和推进系统也有不同。具体表现在：1)高频无线电波在水下十几米以下深度无法使用，将会导致操作人员与水下机器人难以保持良好的通信联系；而采用水声通信机，不仅成本高，且通信速率和容量都无法与无线电波相比；2)电子元部件等任何非水密电子部件、机械部件、推进部件均须做水密、耐压保护，否则将发生渗水、漏水导致不能正常水下航行。

目前，现有技术对海底油气管道的自动检测能力不足，缺少能够完成海底管道探伤任务的水下机器人。本专利是一种专门面向海底管道探伤的小型自主水下机器人，无人无缆，具有很高的可靠性、便捷的可操作性以及很强的实用性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于管道探伤的水下机器人。该水下机器人专门面向面向海底管道探伤，为企业、科研院所和高校用户提供可靠、安全和实用的海底管道无人自动检测装置。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种用于管道探伤的水下机器人，包括结构系统、自动驾驶系统和探测系统；

所述结构系统包括载体框架、浮力材料、耐压外壳、推进器和电池；浮力材料填充于载体框架内，耐压外壳包裹在载体框架外侧，载体框架的末端设推进器，电池设于载体框架的内部空腔；

所述自动驾驶系统设于载体框架内部，包括自动驾驶模块、自主导航模块、电机驱动模块、传感器模块、通讯模块、应急模块和通信电子线路；各模块和电路的连接关系是：自动驾驶模块通过通信电子线路分别连接自主导航模块、电机驱动模块、传感器模块、通讯模块、应急模块，实现数据通信和供电；其中，自动驾驶模块设有电磁继电器，用于控制自主导航模块、传感器模块、通讯模块和应急模块的供电电源通断；

所述探测系统设于载体框架上，包括摄像机、红外传感器、照相机、角速率陀螺仪、加速度计、声学多普勒计程仪、姿态传感器、DSP(数字信号处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)以及至少两个磁力计，各设备分别通过信号线连接至自动驾驶模块；且DSP分别与两个磁力计相连，FPGA分别与摄像机、红外传感器和照相机相连。

本发明中，所述推进器有三个，且相互之间的连线构成等边三角形。

本发明中，所述电池采用NICJOY耐杰12V锂电池；所述推进器配置12V、75W有刷直流电机和双叶螺旋桨；所述自动驾驶模块采用STM32F103ZET6单片机，且连接了128M的SD存储卡；所述磁力计采用HMC5883三维磁力传感器，且由无磁性材料制成的密封舱封闭；所述DSP采用TMS320F28335型号的产品；所述FPGA采用EP4CE10E22C8N型号的产品。

本发明中，所述水下机器人的外形是下述形状中的任意一种：鱼雷形、立扁形、平扁形、蝶形、双体结构或三体结构。

本发明中，所述水下机器人长度小于200cm，在空气中的重量小于200kg。

本发明中，所述自动驾驶系统还包括与通讯模块相连的接口，用于与水下互联网、云计算系统、人工智能系统或水下物联网的设备与系统实现对接。

本发明中，所述自动驾驶模块中包括机动控制器；机动控制器的垂直面的纵倾力矩控制输出量通过下述公式计算获得：

τ_M＝K_pθ2(θ-θ_d)+K_dθ2q+BG_zWsinθ

上述公式中：

τ_M是垂直面的纵倾力矩，是控制输出量；