[发明专利]一种面向水下狭窄空间检测的柔性机器人系统

说明书

一种面向水下狭窄空间检测的柔性机器人系统，其特征是它包括刚性多关节机器人、柔性机器人、水下相机和控制系统，其中刚性多关节机器人、柔性机器人和水下相机依次串联。柔性机器人由若干柔性运动单元串联组成，每个柔性运动单元采用中空状柔性骨架和气动人工肌肉柔性驱动器，实现多自由度的空间灵活运动，将水下相机穿过狭窄空间送至水下待检测处，采用气动人工肌肉驱动避免了驱动器水下密封的难题，机器人工作可靠且结构紧凑。机器人控制系统可采用交互控制、程序界面控制和自动控制方式。控制系统实时感知机器人的末端位姿及机器人与水下结构的接触力，结合柔性机器人的结构与驱动柔性，能保证柔性机器人从狭窄空间顺利进退，既不会造成柔性机器人的损坏，也不会妨碍水下设施的运行，使用安全可靠，解决了水下狭窄空间的检测难题。

技术领域

本发明属于柔性机器人领域，具体涉及一种面向水下狭窄空间检测的柔性机器人系统。

背景技术

船闸是水运交通的重要枢纽。随着船闸的高频率运转，应急保障工作特别是高效的水下设施检测手段就成为船闸安全运转的重要保证。船闸水下运行设施主要包括阀门和闸门设施等，阀门水下待检测设施包括阀门主轨道、主滚轮和止水，闸门水下待检测设施包括底枢和止水，其中阀门水下空间的结构更为复杂，通常位于水面以下10米左右，且深度方向运动范围大，因此需要检测的范围大。目前船闸水下设施检测采用潜水员下水触摸的方法，船闸水下结构复杂，存在潜水员无法到达的检查盲区，且内河水质浑浊，严重影响水下检测效果。潜水员在水下工作时效率低，危险性高，受水下环境和人为因素影响大。

随着水运事业的发展，部分船闸进行扩容改建。为提高船闸的过闸效率，部分新扩建船闸采用长廊道分散输水系统，以提高闸室内的镇静段长度，充分发挥船闸闸室的容量。但这种结构导致阀门处结构更为复杂，空间狭小，潜水员很难进入，否则很可能会导致潜水员无法返回的危险。

传统水下机器人（ROV）已应用于水下检测、安全搜救等场合，但由于其体积较大，目前通常用于水下自由空间的检测。连续型柔性机器人采用柔性结构与柔性驱动，具有传统离散型刚性多关节机器人无法媲美的优良弯曲性能，可以柔顺而灵活地改变自身的形状，对工作空间狭小的环境和非结构化环境具有较强的适应能力。目前还没有针对船闸水下狭窄空间检测的机器人，主要原因在于船闸水下结构复杂、空间狭小，对机器人的运动能力提出了较高要求。水下的非结构化环境检测要求机器人能安全进入水下空间待检处，并能安全退出，既不能造成机器人系统的损坏，更不能由于机器人不能退出而造成船闸设施不能运转。

因此，本发明根据柔性机器人的特点，将柔性机器人引入到船闸水下检测中，为船闸水下设施的检测提供一种全新的技术方案。

发明内容

本发明目的是针对现有的水下狭窄空间探测因缺少理想的设备而造成探测不准或安全隐患大的问题，设计一种面向水下狭窄空间检测的柔性机器人系统，以利于船闸水下狭窄空间处的设施检测，或其它行业（如水利、船舶等）水下设施的检测。

本发明的技术方案是：

一种面向水下狭窄空间检测的柔性机器人系统，包括刚性多关节机器人、柔性机器人、水下相机、控制系统等。

所述刚性多关节机器人安装于基座，末关节为移动方向为水深方向的移动关节，在移动关节的移动部件上串联装有多维力传感器和随动夹持器，在移动关节的固定部件上装有固定夹持器，所述随动夹持器和固定夹持器采用交替夹持Z向杆的方法实现Z向杆在水深方向的大范围运动。

进一步地，所述柔性机器人串联于Z向杆的末端，由Z向杆将柔性机器人送至水下狭窄空间处，Z向杆的大范围运动带动柔性机器人的大范围运动。

进一步地，所述多维力传感器用于获取Z向杆和柔性机器人在水下运动时与水下结构的接触力，根据该力分析机器人与水下设施是否接触：当分析结果大于设定值时系统报警并停止，防止柔性机器人与水下设施发生碰撞。

所述柔性机器人包含若干可产生弯曲、伸缩自由度运动的柔性运动单元串联组成，可以实现水下三维空间的复杂运动。