基本信息
- 项目名称：
- 履带式水下作业机器人
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 作品为一台履带式ROV水下作业机器人，为采矿，水体污染过滤清理，管道维护的专业领域设计制作，多功能，专业化。实现水下自由运行和水底爬行的功能。开发水下巡视功能，如海洋输油管道检查；跨江、跨河管道检查；船体检修；船底探查；码头及码头桩基、桥梁、大坝水下部分检查；航道障、港口作业；钻井平台水下结构检修；水下考古、水下沉船考察等一系列应用。开发清洗功能，如泳池，水池，水箱的不换水清洗，解决传统清洗水资源大量浪费问题。可在水池不排水情况下清洗池底污垢，节约大量的淡水，且在清洗过程中不需要人的参与，实现完全自主工作：定时自主下潜，自主清洗，自主上浮归位
- 详细介绍：
- 主要创新点： 1.基于绳驱动与连杆结构开发的联动式采集、提升、倾倒一体式系统。 行进过程便可以收集，行进和收集动作互不影响。相对推土机方式的收集系统，收集过程与机体的运动速度无关。收集动作力量与推进系统推力无关，因为滚桶直径小，只需要很小的驱动力即可完成，且收集机构产生的阻力较小。 2.全自动水过滤清洗系统，实现水池不换水过滤 机器人清洗模式下，采用超声波检测模块做传感器，能全自动长期反复行走，能大幅度减少维护管理劳力和费用，采用多动力支援系统 。水的更换、清扫人手和时间等大大地节省。 不要水的更换，以节约用水。配有浮上型电源电线，从根本上杜绝了致绕线事故的发生 3.基于电磁阀控制的氟利昂充气气囊上浮系统配合电机推进实现上浮双控制 由于当采集了较多的矿石以后，若采用普通方式的上浮方式—即采用推进器推动上浮，对推进器的功率要求挺高，而且效率不高，为了解决这个难点，我们采用了充气气囊的方式上浮，充气气囊安装在ROV的两侧如需要后侧也会适当加装。气囊有阀体可控充气或放弃，充气速度可控 4.推进方式上采用履带和推进器结合的方式，行走稳定可实现原地360°转弯，灵活自如且控制简单 水下机器人的水下运动存在六个自由度，不易控制，稳定性差，误操作率高，效率低的问题。针对这个难点我们设计了可以在水下爬行的机器人。爬行机构采用链条配合防滑垫。 优点：行走部分由两条防水电机驱动的履带组成，在收集过程中气囊不充气，气囊不提供浮力，自重使履带与池底产生摩擦力，如果摩擦力不足可以通过垂直推进器增加压力，提高摩擦力。此种方式与单纯利用水下推进器行走的机器人相比，效率高，控制灵活稳定，配合水下推进器可以在水面和水下自由运动。 5.采用连杆和多通相互链接的方式构成机器人主体框架 采用连杆和多通相互链接的方式制作机器人机身，使机器人的灵活性，性能改善功能扩展遇到很多困难。本方案采用连杆和多通相互链接的方式构成机器人主体框架的解决方案框架由玻璃钢杆组合而成。机械强度高，工艺成熟。便于总体布局，有足够的空间留给后续开发。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的和基本思路：在于设计可以水下完成自主航行、视频探测目标、搜集、输送水底矿物到地面的机器人，并解决常规水池清洗时水的更换、人力浪费问题。 采用框架式结构，装备视频采集系统，履带式运动推进，并程控自动清洗运行。 创新点和技术关键： 1.基于绳驱动与连杆结构开发的联动式采集、提升、倾倒一体式系统。 2.全自动水过滤清洗系统，实现水池不换水过滤。 3.基于电磁阀控制的氟利昂充气气囊上浮系统配合电机推进实现上浮双控制 主要技术指标： 爬行速度：1.2m/s ；长*宽*高：590*590*590（mm）； 最大潜深：7m 推进器功率：220W ；额定总功率：240W ；收集器提升速度：0.3m/s ；有效载荷：5kg ；勘测范围：5米； 抽水泵功率：150W ；过滤网孔密度：400目/平方厘米。
科学性、先进性
- 国内相关成果： 专利申请号为200720310986.8，发明名称为清洗机器人。 清洗机器只能池壁清洗，不能将泥灰等收集，清洗完毕后，需将水池水全部换掉，虽有视频采集但功能简单，实用性差。 国外相关成果： NZ-77L水下作业机器人（日本） NZ-77L机器人可进行水下作业，清洗泳池，可清洗水池底部。但采用轮式结构，着地面积小，运动效率低，水吞吐效率低，机器人笨重，需人力上浮。 履带式水下作业机器人采用多模式，可实现勘测等多功能，在水池清洗方面，履带式结构，着地面积大，运动效率高，实现原地任意角度转向，清洗无需换水，全自动运行。此外在勘测模式下可采集视频信息，进行管道检修，航道清查等多任务。框架式结构重量轻，结构易改进。实现多用途的自动化。自主设计充气气囊上浮系统配合电机推进实现上浮双控制，效率较高。设计上位机软件界面，可实现软件操控。较现有单一化的产品，具有一定技术和应用优势。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年5月作品在本校第十五届“五四杯”课外科技作品竞赛中获一等奖。 证书扫描版见<附件>
作品所处阶段
- 中试阶段：该机器人实验研究阶段完成，已在泳池水池中作业进行产品调试和改进
技术转让方式
- 1.申请专利后可一次性转让专利。 2.产品实物以及技术转让。
作品可展示的形式
- 1.实物、产品展示2.现场演示3.资料图片、录像展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 注：使用说明书请见<申报附件> 技术特点和优势：1.该机器人多模式运行方式，较单模式机器人，水下作业应用范围广。2.采用履带式推进方式，稳定性较轮式高，抓地力强，实现原地任意角度转向。3.机体采用框架式结构，较传统金属机身重量轻，构体灵活，易改进，成本低。4.清洗模式较传统抽水清洗，具有不换水，自动化程度高，效率高，节省功耗的特点。5.水下六自由度三维运动，装有防水摄像头，水下图像实时传输，较平面式运动机器人，行动灵活，便于视频采集和监测。 适应范围：1.军事方面：用于军事勘察，水下监测。2.民用方面：（1）海洋输油管道检查；跨江、跨河管道检查；船体检修；船底探查；航道排障、港口作业；钻井平台水下结构检修；水下考古、水下沉船考察等。（2）清洗模块单独开发成泳池，水池，水箱清洗机器人。 市场分析与经济效益预测： 该作业机器人，多模式多功能，模块独立可单独开发，可用于军事、民用等众多行业，有着广泛的市场需求。较同类产品，成本低廉，有较大利润空间和市场竞争力。
同类课题研究水平概述
- 无人遥控潜水器，也称水下机器人。它的工作方式是。由水面母船上的工作人员，通过连接潜水器的脐带提供动力，操纵或控制潜水器，通过水下电视、声呐等专用设备进行观察，还能通过机械手，进行水下作业。目前，无人遥控潜水器主要有，有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种，其中有缆避控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。 无人有缆潜水器的发展趋势有以下几点：一是水深普遍加深，向深海发展；二是操纵控制系统多采用大容量计算机，实施处理资料和进行数字控制；三是潜水器上的机械手采用多功能，力反馈监控系统：四是增加推进器的数量与功率，以提高其顶流作业的能力和操纵性能。此外，还特别注意潜水器的小型化和提高其观察能力。 国内外相关成果： 美国新近研究水下作业机器人，实现吸收海水中热量提供电力，从事人类难以达到的远距离，深海作业，并实现多点测探任务。 清洗用机器人国内外相关成果： 国外相关成果：NZ-77L水下作业机器人（日本） NZ-77L机器人可进行水下作业，清洗泳池，可清洗水池底部。可自动运行，无需人为操控。采用轮式结构，着地面积小，运动效率低，水吞吐效率低，机器人笨重，需人力上浮。 国内相关成果： 一．专利申请号为200720310986.8，发明名称为清洗机器人。 清洗机器人功耗低，池壁清洗，可将池壁泥灰扫除，体积小巧，能应用于复杂场合，但不能将泥灰等收集，清洗完毕后，需将水池水全部换掉，有视频采集，视频实施传输，但功能简单，实用性差。 二．专利申请号为86208720，名称为水下清淤机。 水下清淤机适用于池塘河道的清淤作业，功耗大，传动机构复杂，体积大，不适于室内作业。
