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专利号: 2021110438281
申请人: 山东建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-17
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种液态环境下溶洞勘探机器人控制方法,其特征在于,所述液态环境下溶洞勘探机器人,包括安装支架(6),所述安装支架(6)下部安装有声呐震源(5),底部设置有若干个与所述声呐震源(5)连接的声呐传感器(3),所述声呐震源(5)上方设置有密封电控仓(2),所述安装支架(6)两侧设置有双向螺旋推进器组件(4),顶部设置有浮力块(1),所述浮力块(1)、声呐传感器(3)、双向螺旋推进器组件(4)及声呐震源(5)均与所述密封电控仓(2)电连接并受其内的控制系统控制;

所述浮力块(1)内设置有环形翼(11),所述环形翼(11)在所述控制系统的控制下伸出或缩回浮力块(1)内;

所述环形翼(11)包括半环形的主翼(111)以及活动连接在其两端且在所述控制系统的控制下伸出或缩回主翼(111)内的两个副翼(112);

所述双向螺旋推进器组件(4)包括设置于安装支架(6)前后两侧的用于沿水平方向推进的水平螺旋推进器一(41)、水平螺旋推进器二(42)、水平螺旋推进器三(43)和水平螺旋推进器四(44),以及,设置于所述安装支架(6)中部的用于沿垂直方向推进的垂直螺旋推进器一(45)、垂直螺旋推进器二(46);

所述液态环境下溶洞勘探机器人的控制系统,包括:主处理器,用于处理传感器数据,并通过电机驱动模块驱动电机运动;

IMU传感器,用于检测所述机器人的姿态和速度以获知其是否处于水平状态;

FLASH芯片,用于存储声呐震源(5)、声呐传感器(3)采集的声呐数据;

USB/WiFi双接口,用于将声呐数据导出到计算机中;

RS‑485通信模块,用于机器人与地面终端之间的通信;

水下接近开关,用于探测机器人是否碰壁;

所述地面终端包括显示屏、按键,所述按键用于下发开始/停止工作命令,所述显示屏用于实时显示声呐数据、机器人姿态以及是否碰壁的信息;

所述控制方法包括如下步骤:

S1、施工人员将机器人放置到桩底,通过地面终端的按键控制机器人开始工作;

S2、机器人进入自主采集数据阶段,将机器人初始的放置位置定义为采集点A,在采集点A上,通过IMU传感器检测所述机器人是否处于水平状态,即声呐传感器(3)是否垂直于桩底,如果不水平,调整机器人姿态,直至水平;

S3、声呐震源(5)发射声呐信号,声呐传感器(3)采集返回数据,并通过RS‑485通信模块将数据传递到地面终端,显示屏实时显示数据,同时,采集到的数据存储到FLASH芯片中,采集点A的数据采集完毕;

S4、主处理器通过电机驱动模块驱动电机运动,进而通过垂直螺旋推进器一(45)、垂直螺旋推进器二(46)推动机器人上升,升至高度I,定义一个固定的水平运动方向A,沿该方向A运动80cm后停下,定义此位置为采集点B,此时再次将机器人下沉至桩底,并将声呐传感器(3)插入桩底泥土中,参照步骤S2、S3重复进行一次数据采集,采集点B的数据采集完毕;

S5、主处理器再次通过垂直螺旋推进器一(45)、垂直螺旋推进器二(46)推动机器人上升,升至高度II,定义一个固定的水平运动方向B,沿该方向B运动80cm后停下,定义此位置为采集点C,此时再次将机器人下沉至桩底,并将声呐传感器(3)插入桩底泥土中,参照步骤S2、S3重复进行一次数据采集,采集点C的数据采集完毕;

S6、主处理器又通过垂直螺旋推进器一(45)、垂直螺旋推进器二(46)推动机器人上升,升至高度III,定义一个固定的水平运动方向C,沿该方向C运动80cm后停下,定义此位置为采集点D,此时再次将机器人下沉至桩底,并将声呐传感器(3)插入桩底泥土中,参照步骤S2、S3重复进行一次数据采集,采集点D的数据采集完毕;

S7、机器人上报采集完成,工作结束。

2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述步骤S4、S5、S6中,如果在运动

80cm的过程中机器人到达桩壁,则停止运动,将相应停止点作为采集点B、采集点C、采集点D,下沉采集。

3.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,所述水平运动方向B为水平运动方向A转动90°后的方向,所述水平运动方向C为水平运动方向B转动90°后的方向。

4.根据权利要求1‑3中任一项所述的控制方法,其特征在于,所述声呐传感器(3)通过水密接插件与密封电控仓(2)连接。