一种船舶机舱运维机器人

1.本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种船舶机舱运维机器人。

背景技术：

2.和普通商船一样，无人船舶上也需要具有完成机舱设备日常维修保养工作的能力，根据海事权威机构调查显示，无人船舶在航行安全中面临着的最大困难也是船舶机舱设备的日常维修和保养。设备的维修性工作的具体内容包括更换爆裂软管、拧紧螺母和螺栓、拧紧阀门等，这些都可以使用人工智能技术优化，但却无法做到不需要人来参与。与此同时，虽然无人船舶的设计师会尽力设计出使实际机器中不出现一丁点故障的系统，但完全稳定且万无一失的设备是不可能存在的。尽管大数据、人工智能和先进的机器学习方法等人工智能技术的发展能最大限度地减少设备的计划外停工时间，但当出现突发性的故障时却很难给出灵活的个性化的解决方案。因此，海上无人船舶的安全航行必须满足如下条件：一是做好船舶日常的巡检和维修保养，二是在无人船舶的航行过程中需要人的干预来实现复杂的维修保养工作。
3.根据以往的经验，船舶必需的维修工作主要分为：1、设备及管路出现破裂、泄漏或吱吱作响等故障，即设备的跑冒滴漏等问题；2、设备的定期维修保养；3、设备的预防性维修，需要人工检查设备是否需要清洗；4、设备条件的维修，一般发生在设备的热量、振动或噪声等超出可接受范围时；5、基于设备状态的规范性维护。在以上维修工作中，以设备及系统的跑冒滴漏等问题为首的偶发性设备及系统故障是不可避免的，而在无人船舶中采用船舶机舱运维机器人解决以设备及系统的跑冒滴漏等问题为首的偶发性设备及系统故障是一种优选的解决方案。
4.船舶机舱环境极其复杂，管线众多，各种设备系统呈阶梯分布，导致陆上现有的轮式智能巡检机器人难以较好地完成该环境下的运维任务，因此，船舶机舱运维机器人需满足在机舱内具备一定的位置移动能力，同时为了主动躲避机舱内复杂的设备及管线，船舶机舱运维机器人也应具有主动避障能力。由于海上航行的船舶摇晃剧烈，船舶机舱运维机器人也应具备一定的抗摇晃能力，由于在船舶机舱设备的运维任务中涉及物体的搬运，因此也要求机舱运维机器人具备一定的承重能力来搬运物体。船舶机舱设备及系统的偶发性故障具有独特性，也需要在运维机器人发现故障的同时将故障信息反馈无人船远程岸基控制中心，并由岸基人员远程操控机器人完成偶发性故障的修复工作，因此，需要机舱运维机器人具备远程操控功能、信息反馈功能、故障报警功能和拟人化的手来完成故障的修复。
5.目前，还没有针对无人船舶机舱运维方面的相关研究，仅有的船舶机舱巡检机器人(如论文“[1]熊渊琳,季明丽.船舶机舱可燃气体自动巡检机器人研究[j].工业技术创新,2017,04(05):20-23.doi:10.14103/j.issn.2095-8412.2017.05.005.”)采用的是轮式船舶机舱巡检机器人，其仅适用于平地或者坡度不太大的地方，但是机舱环境极其复杂，在船舶机舱应用轮式巡检机器人的可行性较低。同时也未查到有关吊轨式船舶机舱运维机器人的应用。

技术实现要素：

[0006]
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种船舶机舱运维机器人，具体方案包括：对船舶机舱内部进行巡视、对设备进行维修的六自由度机械臂，所述六自由度机械臂上安装有用于检测船舶内部的声音、温度以及烟雾浓度信息的传感器单元；
[0007]
接收所述传感器单元传送的信号信息的数据分析与处理模块，所述数据分析与处理模块将监测的的信息转换成控制指令从而对六自由度机械臂进行全方位旋转调控；
[0008]
与数据分析与处理模块无线数据通信的岸基控制端，所述岸基控制端对船舶机舱运维机器人的工作状态进行远程调控。
[0009]
进一步的，所述数据分析与处理模块安装在机器人上底盘内部，所述机器人上底盘上固定连接有承重杆和多个电机，所述承重杆上固定连接有承重轮组，所述电机接收数据分析与处理模块传送的控制指令进行工作，所述电机上连接有驱动轮，在电机的机座上固定连接有紧固杆，所述紧固杆对驱动轮进行紧固、控制驱动轮和轨道齿条啮合。
[0010]
所述数据分析与处理模块包括机械臂控制单元和机器人行进机构控制单元。
[0011]
该系统还包括控制舱，所述控制舱包括机器人上底盘和机器人下底盘，所述数据分析与处理模块安装在机器人上底盘上，所述机器人上底盘和机器人下底盘的中间安装有通信模块和自动充电模块，所述数据分析与处理模块通过通信模块与岸基控制端进行无线数据通信，岸基控制端通过通信模块向数据分析与处理模块发送控制信息，所述数据分析与处理模块将其转换成控制指令后控制机械臂和机器人行进机构。
[0012]
所述岸基控制端通过4g/5g无线网络向所述数据分析与处理模块发送任务指令。
[0013]
所述传感器单元包括用于探测障碍物信息的接近传感器和安装在机械手上用于感知机械手抓握物体信息的触觉传感器。
[0014]
所述六自由度机械臂的机械手上安装有机械手摄像头，所述控制舱的外部安装有机器人摄像头。
[0015]
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种船舶机舱运维机器人，利用设置在六自由度机械臂和机械手上的接近传感器探测机舱内设备及管线等障碍物并发送障碍物信息给数据分析与处理模块来控制机器人和六自由度机械臂主动规避障碍物，同时通过传感器单元和摄像头获取机舱设备的信息，并将设备状态信息经通信模块反馈至岸基控制端，当状态出现异常时，由岸基控制端控制机器人和六自由度机械臂实现船舶机舱设备的巡检和运行维护，提高了无人船舶机舱的设备状态监测能力和偶发性故障的修复能力。另外本发明采用吊轨式机舱运维机器人代替人工自动化定点巡视，通过岸基远程操控机器人完成对机舱设备维护检查的问题。在无人船舶中采用船舶机舱运维机器人解决以设备及系统的跑冒滴漏等问题为首的偶发性设备及系统故障对无人船舶的发展具有重大意义。
附图说明
[0016]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]
图1为本发明船舶机舱运维机器人的结构示意图；
[0018]
图2为本发明船舶机舱运维机器人的结构示意图；
[0019]
图3为本发明船舶机舱运维机器人中控制舱的结构示意图；
[0020]
图4为本发明船舶机舱运维机器人中控制舱的结构示意图；
[0021]
图5为本发明船舶机舱运维机器人中控制舱的结构示意图；
[0022]
图6为本发明船舶机舱运维机器人工作原理图。
具体实施方式
[0023]
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
[0024]
本发明目的在于提供一种吊轨式船舶机舱运维机器人，由附图1和图6所示，该机器人结构包括机械手1、六自由度机械臂2、控制舱3、行进机构4和轨道5。
[0025]
由附图2所示，该机器人的机械手1装配有触觉传感器12、机械手摄像头11、传感器单元13，同时六自由度机械臂2也装有接近传感器21。所述传感器单元13包括各类传感器：烟雾浓度传感器、温度传感器、声音传感器、特殊气体传感器，用于对无人船舶机舱环境感知和机舱设备的状态监测；机械手摄像头2和传感器单元13固定连接在机械手2的根部，接近传感器21和触觉传感器12分别贴附在六自由度机械臂2外表面和机械手1内表面，以上机械手摄像头11、触觉传感器12、传感器单元13和接近传感器21分别通过数据线与数据分析与处理模块连接，机器人在运维和巡检过程中通过传感器单元13和机械手摄像头11采集机舱环境和设备状态信息，并将信息经数据分析与处理模块31和通信模块32发送至岸基控制端；在使用机械手1实际操作设备或使用工具过程中，触觉传感器12感知机械手1的抓握状态，并将抓握状态信息经数据分析与处理模块31和通信模块32发送至岸基控制端来辅助远程控制人员掌握机械手的工作状态。在使用六自由度机械臂2操作设备或使用工具时，接近传感器21用于感知六自由度机械臂2与抵近设备之间的距离，当六自由度机械臂2与物体距离较近时将预碰撞的报警信号发送至数据分析与处理模块31，数据分析与处理模块31将报警信息发送至岸基控制端的同时控制六自由度机械臂2躲避障碍物以防止碰撞。
[0026]
由附图3所示，六自由度机械臂2通过螺栓固定连接在控制舱3的机器人下底盘35上，控制舱3内装有数据分析与处理模块31、通信模块32和自动充电模块36；所述数据分析和处理模块31用于分析和处理传感器单元13采集的数字信号进行预处理并经通信模块32发送至岸基控制端，并接受岸基控制端的控制指令控制六自由度机械臂2、机械手3和行进机构4。控制舱3外部沿轨道方向前后均装有机器人摄像头33，机器人摄像头33用于机器人在机舱巡检过程中识别机舱环境。同时控制舱3的自动充电模块36用于机器人的日常充电，机器人在工作过程中当检测到自身电量不足时，自动充电模块36启动自动充电模式，自动充电模块36向数据分析与处理模块31发送缺电指令，数据分析与处理模块31控制机器人回到充电位置进行自动充电。
[0027]
如附图4和附图5所示，在控制舱3的机器人上底盘34上部，通过螺栓将四个电机45固定在机器人上底盘34上部，四个电机45两两一组分别布置在机器人上底盘34的中轴线两侧，四个电机45的输出轴分别连接有四个驱动轮41。同时四个电机45通过固定螺栓46定位在轨道两侧，确保驱动轮41如附图5所示两两一组定位在机器人上底盘34上；同时采用紧固杆42对电机45紧固，紧固杆42从轨道5两侧向电机45施加压力，将驱动轮41紧贴在轨道5外
表面的齿条51上，使得在船舶摇晃过程中，机器人不会脱轨。
[0028]
如附图4所示，在控制舱3的机器人上底盘34中心，承重杆44固定连接在控制舱3的机器人上底盘34中心，承重杆44的另一端连接有承重轮组43，承重轮组43在轨道5内部滚动，机器人所有的重力都集中在承重轮组43上，以便机器人过重减少对电机45的损伤。
[0029]
在运维机器人工作过程中，主要有两种工作模式：日常巡检和机舱运维；在日常巡检模式中，运维机器人可以按照预先设定的指令沿机舱吊轨式轨道5行进的同时，通过传感器单元13、机械手摄像头11和机器人摄像头33采集机舱环境和设备状态等信息，并在数据分析与处理模块31进行预处理，当发生异常状况产生异常数据时，将向岸基控制端发送报警信号。在机舱运维模式中，岸基操控人员可以通过岸基控制端控制机器人的工作过程，完成部分故障修复工作和设备的检查工作。
[0030]
采用机械手1、六自由度机械臂2、控制舱3、行进机构4和轨道5的结构与岸基控制端的配合，利用设置在六自由度机械臂2和机械手1上的接近传感器21探测机舱内设备及管线等障碍物并发送障碍物信息给数据分析与处理模块31来控制机器人和六自由度机械臂2主动规避障碍物，同时通过传感器单元13、机械手摄像头11和机器人摄像头33采集机舱环境和设备状态等信息，并在数据分析与处理模块31进行预处理，当发生异常状况产生异常数据时，可由岸基控制端控制机器人的行进机构4、六自由度机械臂2和机械手1实现船舶机舱设备的巡检和运行维护，提高了无人船舶机舱的设备状态监测能力和偶发性故障的修复能力。
[0031]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种船舶机舱运维机器人，其特征在于包括：对船舶机舱内部进行巡视、对设备进行维修的六自由度机械臂(2)，所述六自由度机械臂(2)上安装有用于检测船舶内部的声音、温度以及烟雾浓度信息的传感器单元(13)；接收所述传感器单元(13)传送的信号信息的数据分析与处理模块(31)，所述数据分析与处理模块(31)将监测的的信息转换成控制指令从而对六自由度机械臂(2)进行全方位旋转调控；与数据分析与处理模块(31)无线数据通信的岸基控制端，所述岸基控制端对船舶机舱运维机器人的工作状态进行远程调控。2.根据权利要求1所述的船舶机舱运维机器人，其特征在于：所述数据分析与处理模块(31)安装在机器人上底盘(34)内部，所述机器人上底盘(34)上固定连接有承重杆(44)和多个电机(45)，所述承重杆(44)上固定连接有承重轮组(43)，所述电机(45)接收数据分析与处理模块(31)传送的控制指令进行工作，所述电机(45)上连接有驱动轮(41)，在电机(45)的机座上固定连接有紧固杆(42)，所述紧固杆(42)对驱动轮(41)进行紧固、控制驱动轮(41)和轨道齿条(51)啮合。3.根据权利要求1所述的船舶机舱运维机器人，其特征在于：所述数据分析与处理模块(31)包括机械臂控制单元(37)和机器人行进机构控制单元(38)。4.根据权利要求1所述的船舶机舱运维机器人，其特征在于：该系统还包括控制舱(3)，所述控制舱(3)包括机器人上底盘(34)和机器人下底盘(35)，所述数据分析与处理模块(31)安装在机器人上底盘(34)上，所述机器人上底盘(34)和机器人下底盘(35)的中间安装有通信模块(32)和自动充电模块(36)，所述数据分析与处理模块(31)通过通信模块(32)与岸基控制端进行无线数据通信，岸基控制端通过通信模块(32)向数据分析与处理模块(31)发送控制信息，所述数据分析与处理模块(31)将其转换成控制指令后控制机械臂(2)和机器人行进机构(4)。5.根据权利要求1所述的船舶机舱运维机器人，其特征在于：所述岸基控制端通过4g/5g无线网络向所述数据分析与处理模块(31)发送任务指令。6.根据权利要求1所述的船舶机舱运维机器人，其特征在于：所述传感器单元(13)包括用于探测障碍物信息的接近传感器(21)和安装在机械手上用于感知机械手抓握物体信息的触觉传感器(12)。7.根据权利要求1所述的船舶机舱运维机器人，其特征在于：所述六自由度机械臂(2)的机械手上安装有机械手摄像头(11)，所述控制舱(3)的外部安装有机器人摄像头(33)。

技术总结

本发明公开了一种船舶机舱运维机器人，包括：对船舶机舱内部进行巡视、对设备进行维修的六自由度机械臂，所述六自由度机械臂上安装有用于检测船舶内部的声音、温度以及烟雾浓度信息的传感器单元；接收所述传感器单元传送的信号信息的数据分析与处理模块，所述数据分析与处理模块将监测的的信息转换成控制指令从而对六自由度机械臂进行全方位旋转调控；与数据分析与处理模块无线数据通信的岸基控制端，所述岸基控制端对船舶机舱运维机器人的工作状态进行远程调控。本发明采用吊轨式机舱运维机器人代替人工自动化定点巡视，通过岸基远程操控机器人完成对机舱设备维护检查的问题。操控机器人完成对机舱设备维护检查的问题。操控机器人完成对机舱设备维护检查的问题。