基本信息
- 項目名稱：
- 履帶式水下作業(yè)機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 作品為一臺履帶式ROV水下作業(yè)機器人，為采礦，水體污染過濾清理，管道維護的專業(yè)領(lǐng)域設(shè)計制作，多功能，專業(yè)化。實現(xiàn)水下自由運行和水底爬行的功能。開發(fā)水下巡視功能，如海洋輸油管道檢查；跨江、跨河管道檢查；船體檢修；船底探查；碼頭及碼頭樁基、橋梁、大壩水下部分檢查；航道障、港口作業(yè)；鉆井平臺水下結(jié)構(gòu)檢修；水下考古、水下沉船考察等一系列應(yīng)用。開發(fā)清洗功能，如泳池，水池，水箱的不換水清洗，解決傳統(tǒng)清洗水資源大量浪費問題。可在水池不排水情況下清洗池底污垢，節(jié)約大量的淡水，且在清洗過程中不需要人的參與，實現(xiàn)完全自主工作：定時自主下潛，自主清洗，自主上浮歸位
- 詳細介紹：
- 主要創(chuàng)新點： 1.基于繩驅(qū)動與連桿結(jié)構(gòu)開發(fā)的聯(lián)動式采集、提升、傾倒一體式系統(tǒng)。 行進過程便可以收集，行進和收集動作互不影響。相對推土機方式的收集系統(tǒng)，收集過程與機體的運動速度無關(guān)。收集動作力量與推進系統(tǒng)推力無關(guān)，因為滾桶直徑小，只需要很小的驅(qū)動力即可完成，且收集機構(gòu)產(chǎn)生的阻力較小。 2.全自動水過濾清洗系統(tǒng)，實現(xiàn)水池不換水過濾 機器人清洗模式下，采用超聲波檢測模塊做傳感器，能全自動長期反復(fù)行走，能大幅度減少維護管理勞力和費用，采用多動力支援系統(tǒng) 。水的更換、清掃人手和時間等大大地節(jié)省。 不要水的更換，以節(jié)約用水。配有浮上型電源電線，從根本上杜絕了致繞線事故的發(fā)生 3.基于電磁閥控制的氟利昂充氣氣囊上浮系統(tǒng)配合電機推進實現(xiàn)上浮雙控制 由于當采集了較多的礦石以后，若采用普通方式的上浮方式—即采用推進器推動上浮，對推進器的功率要求挺高，而且效率不高，為了解決這個難點，我們采用了充氣氣囊的方式上浮，充氣氣囊安裝在ROV的兩側(cè)如需要后側(cè)也會適當加裝。氣囊有閥體可控充氣或放棄，充氣速度可控 4.推進方式上采用履帶和推進器結(jié)合的方式，行走穩(wěn)定可實現(xiàn)原地360°轉(zhuǎn)彎，靈活自如且控制簡單 水下機器人的水下運動存在六個自由度，不易控制，穩(wěn)定性差，誤操作率高，效率低的問題。針對這個難點我們設(shè)計了可以在水下爬行的機器人。爬行機構(gòu)采用鏈條配合防滑墊。 優(yōu)點：行走部分由兩條防水電機驅(qū)動的履帶組成，在收集過程中氣囊不充氣，氣囊不提供浮力，自重使履帶與池底產(chǎn)生摩擦力，如果摩擦力不足可以通過垂直推進器增加壓力，提高摩擦力。此種方式與單純利用水下推進器行走的機器人相比，效率高，控制靈活穩(wěn)定，配合水下推進器可以在水面和水下自由運動。 5.采用連桿和多通相互鏈接的方式構(gòu)成機器人主體框架 采用連桿和多通相互鏈接的方式制作機器人機身，使機器人的靈活性，性能改善功能擴展遇到很多困難。本方案采用連桿和多通相互鏈接的方式構(gòu)成機器人主體框架的解決方案框架由玻璃鋼桿組合而成。機械強度高，工藝成熟。便于總體布局，有足夠的空間留給后續(xù)開發(fā)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的和基本思路：在于設(shè)計可以水下完成自主航行、視頻探測目標、搜集、輸送水底礦物到地面的機器人，并解決常規(guī)水池清洗時水的更換、人力浪費問題。 采用框架式結(jié)構(gòu)，裝備視頻采集系統(tǒng)，履帶式運動推進，并程控自動清洗運行。 創(chuàng)新點和技術(shù)關(guān)鍵： 1.基于繩驅(qū)動與連桿結(jié)構(gòu)開發(fā)的聯(lián)動式采集、提升、傾倒一體式系統(tǒng)。 2.全自動水過濾清洗系統(tǒng)，實現(xiàn)水池不換水過濾。 3.基于電磁閥控制的氟利昂充氣氣囊上浮系統(tǒng)配合電機推進實現(xiàn)上浮雙控制 主要技術(shù)指標： 爬行速度：1.2m/s ；長*寬*高：590*590*590（mm）； 最大潛深：7m 推進器功率：220W ；額定總功率：240W ；收集器提升速度：0.3m/s ；有效載荷：5kg ；勘測范圍：5米； 抽水泵功率：150W ；過濾網(wǎng)孔密度：400目/平方厘米。
科學性、先進性
- 國內(nèi)相關(guān)成果： 專利申請?zhí)枮?00720310986.8，發(fā)明名稱為清洗機器人。 清洗機器只能池壁清洗，不能將泥灰等收集，清洗完畢后，需將水池水全部換掉，雖有視頻采集但功能簡單，實用性差。 國外相關(guān)成果： NZ-77L水下作業(yè)機器人（日本） NZ-77L機器人可進行水下作業(yè)，清洗泳池，可清洗水池底部。但采用輪式結(jié)構(gòu)，著地面積小，運動效率低，水吞吐效率低，機器人笨重，需人力上浮。 履帶式水下作業(yè)機器人采用多模式，可實現(xiàn)勘測等多功能，在水池清洗方面，履帶式結(jié)構(gòu)，著地面積大，運動效率高，實現(xiàn)原地任意角度轉(zhuǎn)向，清洗無需換水，全自動運行。此外在勘測模式下可采集視頻信息，進行管道檢修，航道清查等多任務(wù)。框架式結(jié)構(gòu)重量輕，結(jié)構(gòu)易改進。實現(xiàn)多用途的自動化。自主設(shè)計充氣氣囊上浮系統(tǒng)配合電機推進實現(xiàn)上浮雙控制，效率較高。設(shè)計上位機軟件界面，可實現(xiàn)軟件操控。較現(xiàn)有單一化的產(chǎn)品，具有一定技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)勢。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年5月作品在本校第十五屆“五四杯”課外科技作品競賽中獲一等獎。 證書掃描版見<附件>
作品所處階段
- 中試階段：該機器人實驗研究階段完成，已在泳池水池中作業(yè)進行產(chǎn)品調(diào)試和改進
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 1.申請專利后可一次性轉(zhuǎn)讓專利。 2.產(chǎn)品實物以及技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 1.實物、產(chǎn)品展示2.現(xiàn)場演示3.資料圖片、錄像展示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 注：使用說明書請見<申報附件> 技術(shù)特點和優(yōu)勢：1.該機器人多模式運行方式，較單模式機器人，水下作業(yè)應(yīng)用范圍廣。2.采用履帶式推進方式，穩(wěn)定性較輪式高，抓地力強，實現(xiàn)原地任意角度轉(zhuǎn)向。3.機體采用框架式結(jié)構(gòu)，較傳統(tǒng)金屬機身重量輕，構(gòu)體靈活，易改進，成本低。4.清洗模式較傳統(tǒng)抽水清洗，具有不換水，自動化程度高，效率高，節(jié)省功耗的特點。5.水下六自由度三維運動，裝有防水攝像頭，水下圖像實時傳輸，較平面式運動機器人，行動靈活，便于視頻采集和監(jiān)測。 適應(yīng)范圍：1.軍事方面：用于軍事勘察，水下監(jiān)測。2.民用方面：（1）海洋輸油管道檢查；跨江、跨河管道檢查；船體檢修；船底探查；航道排障、港口作業(yè)；鉆井平臺水下結(jié)構(gòu)檢修；水下考古、水下沉船考察等。（2）清洗模塊單獨開發(fā)成泳池，水池，水箱清洗機器人。 市場分析與經(jīng)濟效益預(yù)測： 該作業(yè)機器人，多模式多功能，模塊獨立可單獨開發(fā)，可用于軍事、民用等眾多行業(yè)，有著廣泛的市場需求。較同類產(chǎn)品，成本低廉，有較大利潤空間和市場競爭力。
同類課題研究水平概述
- 無人遙控潛水器，也稱水下機器人。它的工作方式是。由水面母船上的工作人員，通過連接潛水器的臍帶提供動力，操縱或控制潛水器，通過水下電視、聲吶等專用設(shè)備進行觀察，還能通過機械手，進行水下作業(yè)。目前，無人遙控潛水器主要有，有纜遙控潛水器和無纜遙控潛水器兩種，其中有纜避控潛水器又分為水中自航式、拖航式和能在海底結(jié)構(gòu)物上爬行式三種。 無人有纜潛水器的發(fā)展趨勢有以下幾點：一是水深普遍加深，向深海發(fā)展；二是操縱控制系統(tǒng)多采用大容量計算機，實施處理資料和進行數(shù)字控制；三是潛水器上的機械手采用多功能，力反饋監(jiān)控系統(tǒng)：四是增加推進器的數(shù)量與功率，以提高其頂流作業(yè)的能力和操縱性能。此外，還特別注意潛水器的小型化和提高其觀察能力。 國內(nèi)外相關(guān)成果： 美國新近研究水下作業(yè)機器人，實現(xiàn)吸收海水中熱量提供電力，從事人類難以達到的遠距離，深海作業(yè)，并實現(xiàn)多點測探任務(wù)。 清洗用機器人國內(nèi)外相關(guān)成果： 國外相關(guān)成果：NZ-77L水下作業(yè)機器人（日本） NZ-77L機器人可進行水下作業(yè)，清洗泳池，可清洗水池底部?？勺詣舆\行，無需人為操控。采用輪式結(jié)構(gòu)，著地面積小，運動效率低，水吞吐效率低，機器人笨重，需人力上浮。 國內(nèi)相關(guān)成果： 一．專利申請?zhí)枮?00720310986.8，發(fā)明名稱為清洗機器人。 清洗機器人功耗低，池壁清洗，可將池壁泥灰掃除，體積小巧，能應(yīng)用于復(fù)雜場合，但不能將泥灰等收集，清洗完畢后，需將水池水全部換掉，有視頻采集，視頻實施傳輸，但功能簡單，實用性差。 二．專利申請?zhí)枮?6208720，名稱為水下清淤機。 水下清淤機適用于池塘河道的清淤作業(yè)，功耗大，傳動機構(gòu)復(fù)雜，體積大，不適于室內(nèi)作業(yè)。
