一种用于水下大坝清洗的机器人的制作方法

本发明属于水下工程设备技术领域，具体涉及一种在水下大坝清洗的机器人。

背景技术：

水利事业一直以来为国家所重视，大坝的数量也不断增多。但是水下的环境复杂，经过长年累月的腐蚀和运作，大坝也存在一系列安全隐患，因此对各个大坝的清洗和检测就显得尤为重要。但是因为水下作业的不确定性，人工很难高效的完成任务，并且在深水区域，人工无法进入。用水下机器人实现大坝的清洗与检测是一个高效的手段，但是目前并没有用于大坝清洗的机器人，而且其他类型机器人清洗机器人效果较差，能耗较高。因此本发明设计了一种用于大坝清洗且能源利用率较高的机器人。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在水下大坝清洗的机器人，解决现有技术中并没有用于大坝清洗的机器人，而且其他类型机器人清洗机器人效果较差，能耗较高的技术问题。

为了解决以上问题，本发明采用如下技术方案实现：

一种水下大坝清洗机器人，包括机器人主体，所述机器人主体上设置有清洗装置、摄像头和四个螺旋桨；机器人主体的密封舱内设置有姿态传感器、电池和控制器，螺旋桨的驱动组件、摄像头、姿态传感器和电池均与控制器电连接，电池为其供电。

进一步优化，所述清洗装置包括镂空底座和设置在镂空底座上多组毛刷，多组毛刷沿镂空底座的底面均布，且每组毛刷的端部向内弯折，所有毛刷的弯折方向相同。清洗装置旋转的对周围的水及逆行加速，形成了高速的水运动，从而产生了向大坝壁面的吸附力，因为镂空的底座有利于导流，这样比仅仅有刷子形成的涡流的吸附力更明显，提高清洗效果的同时大大降低了能耗。

进一步优化，所述镂空底座上开设有多个凹槽，凹槽的数量与毛刷相同，每个毛刷的根部可拆卸式嵌设在对应的一个凹槽中，便于拆装、更换破损或老旧的毛刷。

进一步优化，四个清洗装置设置于机器人主体的四个角，且关于机器人主体的中心线对称分布。

进一步优化，所述清洗装置通过连接组件与机器人主体连接，所述连接组件包括转轴、弹簧和压力传感器；

转轴上套设有混动轴承和滑动轴承，滑动轴承上套设有弹簧，镂空底座与转轴的下端连接，弹簧套设在滑动轴承上，滑动轴承的上端通过滚动轴承与法兰转动连接，法兰通过螺栓与机器人主体固连；

所述压力传感器与控制器电连接。

转轴用于在弹簧工作过程中相对位置不断变化时传递动力；滚动轴承和滑动轴承用于减少清洗装置旋转以及弹簧位置变化对机械装置的磨损；法兰用于固定轴承和传动轴以及弹簧的连接。

进一步优化机器人配合压力传感器实现对清洗表面不平整区域的清洗力度控制，保证机器人不会因为壁面的突起而产生颠覆力矩，增加了机器人的稳定性。

进一步优化，通过姿态传感器判断机器人主体当前机器人自身姿态，从而实时监控机器人是否运作正常；螺旋桨能实现180度旋转，用于控制机器人在水中的前进和旋转。

进一步优化，所述控制器中的运动控制算法结合了机器人清洗装置上的压力传感器和机器人内部的姿态传感器对多个变量分别设计了pid算法。因为机器人的运作时自由度上的控制输出存在耦合关系，为了控制多个变量的稳定，在一个大的控制周期中对每个变量分配一个足够小的控制周期，将每一个参数的输出控制量进行“矢量”叠加。为了防止叠加对前一参数控制的影响，当叠加后螺旋桨饱和时将取消叠加，因此基于机器人工作的要求对各个其中各个参数设置了优先级，这样能够最大限度的使机器人保持稳定。

进一步优化，运动控制算法为pid算法，将控制比例系数kn放大十倍并取整运算；然后对清洗装置的压力参数和姿态三个自由度的参数分别设计pid算法，根据优先级设置先后控制螺旋桨的转速，其中翻滚角的优先级最高，其次是俯仰角，再其次是偏航角，最后是压力调整；为了三个自由度和压力大小的控制，可以采用分时控制的方法，即在前一个参数稳定，误差满足系统要求后，控制下一个参数的调整，其中控制周期足够小，可以认为其控制效果与每个参数分别单独控制的效果叠加相同。

进一步优化，机器人通过其摄像头采集信息，收发换能器通过电缆与水上工作台发送和接收信息，可以实现对水下作业的监视和控制。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明所设计的水下大坝清洗机器人相比于现有技术，对于水下大坝清洗具有很好的清洗效果和效率的同时降低了能耗，运作时稳定性强，能够实时调整清洗动作与方位，具有更强的环境适应性。

附图说明

图1为本发明所述在水下大坝清洗的机器人的结构示意图；

图2为本发明所述在水下大坝清洗的机器人的清洗兼吸附装置示意图；

图3为本发明所述的镂空底座示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-3所示，一种水下大坝清洗机器人，包括机器人主体1-1，所述机器人主体1-1上设置有清洗装置1-9、摄像头和四个螺旋桨；机器人主体的密封舱内设置有姿态传感器、电池1-3和控制器，螺旋桨的驱动组件、摄像头1-6、姿态传感器和电池均与控制器电连接，电池为其供电。四个螺旋桨包括两个控制螺旋桨1-7和两个动力螺旋桨1-8。

通过检修口1-4在下水前对机器人进行调试并充电，调试结束后下放入水。机器人到达目的地后接触清洗壁面，将清洗装置1-9对准清洗壁面，电池1-3供电，控制器1-5驱动电机带动清洗装置1-9的快速旋转。当清洗装置1-9快速旋转时形成了高速的水运动，产生了涡流，从而产生了向大坝壁面的吸附力，四个清洗装置分别位于机器人四角，并且其刷毛呈现对称分布，抵消了涡流产生的平行于大坝壁面的作用力，使得其作用力垂直于壁面。四个螺旋桨配合清洗装置1-9产生机器人对壁面的推力和前进的动力，它们通过pid算法协调工作，提高清洗效果的同时降低了能耗。

在本实施例中，所述清洗装置包括镂空底座2-7和设置在镂空底座上多组毛刷2-8，多组毛刷沿镂空底座的底面均布，且每组毛刷的端部向内弯折，所有毛刷的弯折方向相同。清洗装置旋转的对周围的水及逆行加速，形成了高速的水运动，从而产生了向大坝壁面的吸附力，因为镂空的底座有利于导流，这样比仅仅有刷子形成的涡流的吸附力更明显，提高清洗效果的同时大大降低了能耗。

在本实施例中，所述镂空底座2-7上开设有多个凹槽，凹槽的数量与毛刷相同，每个毛刷的根部可拆卸式嵌设在对应的一个凹槽中，便于拆装、更换破损或老旧的毛刷。

在本实施例中，四个清洗装置1-9设置于机器人主体的四个角，且关于机器人主体的中心线对称分布。

在本实施例中，所述清洗装置通过连接组件与机器人主体连接，所述连接组件包括转轴、弹簧和压力传感器；

转轴上套设有混动轴承和滑动轴承，滑动轴承上套设有弹簧，镂空底座与转轴的下端连接，弹簧套设在滑动轴承上，滑动轴承的上端通过滚动轴承与法兰转动连接，法兰通过螺栓与机器人主体固连；

所述压力传感器与控制器电连接。

如图2所示，机器人的清洗装置1-9与机器人连接处有一个与压力传感器2-3连接的弹簧2-5，集中控制器1-2通过压力传感器传回信息调整清洗装置1-9的动作，使得清洗装置1-9和壁面之间作用力始终保持在一个恒定的状态。清洗装置1-9同样连接有传动轴2-1，用于在弹簧工作过程中相对位置不断变化时传递动力；滚动轴承2-2和滑动轴承2-4，用于减少清洗装置旋转以及弹簧位置变化对机械装置的磨损；法兰盘2-6，用于固定轴承和传动轴以及弹簧的连接。它们相互协调工作，当刷盘在遇到壁面突起物时，其自动调整刷盘高度，配合压力传感器2-3实现对清洗表面不平整区域的清洗力度控制，保证机器人不会因为壁面的突起而产生颠覆力矩，增加了机器人的稳定性。

机器人可以通过水下摄像头1-6采集信息，控制器1-5向水上信息接收系统发送信息，通过操作台处理，水上工作人员可以实时监测清洗壁面的状况和水下外部环境。当前方遇到障碍物时，工作人员可以及时发现，通过控制台控制机器人停止清洗工作并移动到下一个工作地点。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。