本發(fā)明屬于水下機(jī)器人及控制，具體涉及一種水下機(jī)器人系統(tǒng)及平衡控制方法、計(jì)算機(jī)設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨著海洋工程的興起，遠(yuǎn)洋水下作業(yè)越來越多，而現(xiàn)有的水下物體的抓取工作大多由機(jī)械手來實(shí)現(xiàn)。但是對于較小的目標(biāo)設(shè)備，機(jī)械手很難實(shí)現(xiàn)可靠的抓取，且機(jī)械手一般為剛性接觸，會產(chǎn)生碰撞，對目標(biāo)設(shè)備容易造成損壞。為了克服機(jī)械臂的缺陷，現(xiàn)有技術(shù)中也有柔性臂抓取裝置，但是其抓取力度不夠，且水下環(huán)境復(fù)雜，目標(biāo)設(shè)備受力不均，無法保證目標(biāo)設(shè)備的姿態(tài)，無法適用對抓取要求高的復(fù)雜環(huán)境。

2、因此，有必要對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，針對復(fù)雜的水下環(huán)境，提供一種柔性對接機(jī)器人及平衡控制方法，從而保證對目標(biāo)設(shè)備的平穩(wěn)、可靠回收。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提出了一種水下機(jī)器人系統(tǒng)及平衡控制方法、計(jì)算機(jī)設(shè)備，對接機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)設(shè)備的柔性對接，并保證目標(biāo)設(shè)備的姿態(tài)平衡穩(wěn)定，目標(biāo)設(shè)備回收可靠、不損壞目標(biāo)設(shè)備。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，在一些實(shí)施例中，提出了一種水下機(jī)器人系統(tǒng)，所述水下機(jī)器人系統(tǒng)包括：

3、至少兩個(gè)對接機(jī)器人，所述至少兩個(gè)對接機(jī)器人用于同時(shí)對接捕獲一個(gè)目標(biāo)設(shè)備；

4、一個(gè)母體，在對接捕獲所述目標(biāo)設(shè)備時(shí)，所述母體位于水下，且所述母體位于所述目標(biāo)設(shè)備下方；

5、至少兩條纜線，所述至少兩條纜線與所述至少兩個(gè)對接機(jī)器人一一對應(yīng)，每個(gè)所述對接機(jī)器人通過一條所述纜線與所述母體連接；

6、收攬裝置，所述收攬裝置位于母體上，用于驅(qū)動(dòng)所述纜線收回，帶動(dòng)對接機(jī)器人捕獲的所述目標(biāo)設(shè)備回收；

7、平衡控制裝置，所述平衡控制裝置與每條所述纜線連接，用于控制每條所述纜線的受力，使得所述至少兩個(gè)對接機(jī)器人保持姿態(tài)鎖定，從而確保所述目標(biāo)設(shè)備的姿態(tài)平衡。

8、在一些實(shí)施例中，所述平衡控制裝置包括：pid控制器，所述pid控制器根據(jù)所述對接機(jī)器人姿態(tài)角參數(shù)變化，通過pid控制算法，輸出所述纜線的受力的控制參數(shù)。

9、在一些實(shí)施例中，所述纜線包括浮力結(jié)構(gòu)，所述浮力結(jié)構(gòu)包括充氣空腔，所述浮力結(jié)構(gòu)用于調(diào)整所述纜線的受力。

10、在一些實(shí)施例中，所述纜線用于連接母體的一端具有充氣裝置，所述充氣裝置與所述充氣空腔連接，所述平衡控制裝置與所述充氣裝置連接，通過控制充氣裝置對所述充氣空腔充氣，調(diào)節(jié)充氣空腔的氣壓，從而調(diào)節(jié)所述纜線的浮力大小。

11、在一些實(shí)施例中，每個(gè)所述對接機(jī)器人包括慣性測量單元，每個(gè)所述慣性測量單元與對接機(jī)器人姿態(tài)平衡的基準(zhǔn)方向平行設(shè)置，所述慣性測量單元用于測量所述對接機(jī)器人的姿態(tài)角，所述姿態(tài)角包括俯仰角、翻滾角、航向角。

12、在一些實(shí)施例中，所述確保所述目標(biāo)設(shè)備的姿態(tài)平衡包括確保所述目標(biāo)設(shè)備的姿態(tài)為水平狀態(tài)，所述平衡控制裝置還與所述收攬裝置連接，用于控制所述收攬裝置對所述纜線的拉力，當(dāng)對接機(jī)器人的俯仰角的絕對值往正方向或負(fù)方向增大時(shí)，控制對應(yīng)的收攬裝置對所述纜線的拉力大小和/或所述充氣裝置調(diào)節(jié)所述纜線的浮力大小，使所述俯仰角恢復(fù)為平衡值。

13、在一些實(shí)施例中，還提供一種水下機(jī)器人系統(tǒng)的平衡控制方法，所述水下機(jī)器人系統(tǒng)為如上所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，所述平衡控制方法包括：

14、在所述對接機(jī)器人與所述目標(biāo)設(shè)備完成對接前，所述平衡控制裝置控制所述充氣裝置對所述纜線的充氣空腔進(jìn)行充氣，調(diào)節(jié)所述纜線的浮力大小，使得所述纜線的浮力不小于所述纜線的重力。

15、在一些實(shí)施例中，所述平衡控制方法包括：

16、在所述對接機(jī)器人與所述目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行對接過程中，所述平衡控制裝置控制所述充氣裝置對所述纜線的充氣空腔的氣壓大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得所述纜線的浮力等于所述纜線的重力。

17、在一些實(shí)施例中，所述平衡控制方法包括：

18、在所述對接機(jī)器人與所述目標(biāo)設(shè)備完成對接后，所述平衡控制裝置控制所述收攬裝置對所述纜線的拉力大小和/或所述充氣裝置調(diào)節(jié)所述纜線的浮力大小，使所述目標(biāo)設(shè)備的姿態(tài)平衡。

19、在一些實(shí)施例中，所述纜線為兩條，包括第一纜線和第二纜線，所述對接機(jī)器人為兩個(gè)，包括第一對接機(jī)器人和第二對接機(jī)器人，所述第一纜線與所述第一對接機(jī)器人連接，所述第二纜線與所述第二對接機(jī)器人連接，所述第一對接機(jī)器人和第二對接機(jī)器人分別與所述目標(biāo)設(shè)備的前后兩端進(jìn)行對接，所述平衡控制方法包括：

20、當(dāng)?shù)谝焕|線和第二纜線中任一條纜線的張力大小為0，而另一條纜線的張力不為0時(shí)，平衡控制裝置控制充氣裝置調(diào)節(jié)所述另一條纜線的浮力大小，使另一條纜線的浮力小于重力；

21、當(dāng)?shù)谝焕|線和第二纜線的張力大小都為0時(shí)，平衡控制裝置控制所述收攬裝置對所述第一纜線和第二纜線的拉力大小，增大對第一纜線和第二纜線的拉力。

22、在一些實(shí)施例中，還提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述任一實(shí)施例所述的平衡控制方法。

23、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：至少兩個(gè)對接機(jī)器人通過兩條纜線連接母體，且兩個(gè)對接機(jī)器人同時(shí)捕獲一個(gè)目標(biāo)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)設(shè)備的柔性對接和平穩(wěn)控制。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過平衡控制裝置及pid控制方法實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)設(shè)備的姿態(tài)的穩(wěn)定控制，并避免纜線纏繞，實(shí)現(xiàn)可靠回收。

技術(shù)特征：

1.一種水下機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述水下機(jī)器人系統(tǒng)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述平衡控制裝置包括：pid控制器，所述pid控制器根據(jù)所述對接機(jī)器人姿態(tài)角參數(shù)變化，通過pid控制算法，輸出所述纜線的受力的控制參數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述纜線包括浮力結(jié)構(gòu)，所述浮力結(jié)構(gòu)包括充氣空腔，所述浮力結(jié)構(gòu)用于調(diào)整所述纜線的受力；所述纜線用于連接母體的一端具有充氣裝置，所述充氣裝置與所述充氣空腔連接，所述平衡控制裝置與所述充氣裝置連接，通過控制充氣裝置對所述充氣空腔充氣，調(diào)節(jié)充氣空腔的氣壓，從而調(diào)節(jié)所述纜線的浮力大小。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述對接機(jī)器人包括慣性測量單元，每個(gè)所述慣性測量單元與對接機(jī)器人姿態(tài)平衡的基準(zhǔn)方向平行設(shè)置，所述慣性測量單元用于測量所述對接機(jī)器人的姿態(tài)角，所述姿態(tài)角包括俯仰角、翻滾角、航向角。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述確保所述目標(biāo)設(shè)備的姿態(tài)平衡包括確保所述目標(biāo)設(shè)備的姿態(tài)為水平狀態(tài)，所述平衡控制裝置還與所述收攬裝置連接，用于控制所述收攬裝置對所述纜線的拉力，當(dāng)對接機(jī)器人的俯仰角的絕對值往正方向或負(fù)方向增大時(shí)，控制對應(yīng)的收攬裝置對所述纜線的拉力大小和/或所述充氣裝置調(diào)節(jié)所述纜線的浮力大小，使所述俯仰角恢復(fù)為平衡值。

6.一種水下機(jī)器人系統(tǒng)的平衡控制方法，其特征在于，所述水下機(jī)器人系統(tǒng)為如權(quán)利要求5所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)，所述平衡控制方法包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)的平衡控制方法，其特征在于，所述平衡控制方法包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)的平衡控制方法，其特征在于，所述平衡控制方法包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水下機(jī)器人系統(tǒng)的平衡控制方法，其特征在于，所述纜線為兩條，包括第一纜線和第二纜線，所述對接機(jī)器人為兩個(gè)，包括第一對接機(jī)器人和第二對接機(jī)器人，所述第一纜線與所述第一對接機(jī)器人連接，所述第二纜線與所述第二對接機(jī)器人連接，所述第一對接機(jī)器人和第二對接機(jī)器人分別與所述目標(biāo)設(shè)備的前后兩端進(jìn)行對接，所述平衡控制方法包括：

10.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，其特征在于，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的平衡控制方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種水下機(jī)器人系統(tǒng)及平衡控制方法，所述水下機(jī)器人系統(tǒng)包括：至少兩個(gè)對接機(jī)器人，所述至少兩個(gè)對接機(jī)器人用于同時(shí)對接捕獲一個(gè)目標(biāo)設(shè)備；一個(gè)母體，在對接捕獲所述目標(biāo)設(shè)備時(shí)，所述母體位于水下，且所述母體位于所述目標(biāo)設(shè)備下方；至少兩條纜線，所述至少兩條纜線與所述至少兩個(gè)對接機(jī)器人一一對應(yīng)，每個(gè)所述對接機(jī)器人通過一條所述纜線與所述母體連接；收攬裝置，所述收攬裝置位于母體上，用于驅(qū)動(dòng)所述纜線收回，帶動(dòng)對接機(jī)器人捕獲的所述目標(biāo)設(shè)備回收；平衡控制裝置，所述平衡控制裝置與每條所述纜線連接，用于通過PID控制算法控制每條所述纜線的受力，使得所述至少兩個(gè)對接機(jī)器人保持姿態(tài)鎖定，從而確保所述目標(biāo)設(shè)備的姿態(tài)平衡。

技術(shù)研發(fā)人員：佘瑩瑩,胡三寶,鄧小禾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國船舶集團(tuán)有限公司第七一九研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6