Роботизированное плавательное средство для осуществления исследовательских и подводно-технических работ

Полезная модель относится к области измерительно-исполнительных телеуправляемых роботизированных средств для обслуживания, ремонта и периодического осмотра поверхностей гидротехнической и нефтепромысловой инфраструктуры, а именно к разновидности спускаемых самодвижущихся робототехнических систем и устройств, обеспечивающих высокоточное обследование, в том числе, с применением методов неразрушающего контроля, фото-видеосъемки и профилирования подводных, преимущественно вертикально расположенных и наклонных поверхностей сооружений, и может быть использовано для автоматизации технологических операций( с привязкой к географическим и локальным координатам), а именно точного определения деформаций, сколов, образовавшихся трещин, каверн и прочих дефектов на поверхности и внутри обследуемого объекта, а также обеспечивающим возможность технического обслуживания, ремонта, монтажа дополнительного оборудования, цементации и прочих сложных надводных и подводных технических работ, в том числе в телеуправляемом режиме.
Известен малогабаритный телеуправляемый подводный осмотровый аппарат (Патент на изобретение РФ № 2387570, заявл. 29.12.2008 г.), содержащий раму модульной конструкции, движители горизонтального и вертикального хода, прочные герметичные контейнеры для размещения электронной части подводного аппарата, светильники, обзорную и стационарную видеокамеры, датчики глубины и температуры, компенсаторы давления, блок плавучести, установленный в верхней части подводного аппарата, манипуляционный модуль, снабженный охватом манипулятор и герметичный привод. Причем манипулятор привода установлен на выходном валу этого привода. Надводный модуль управления включает пульт управления, источник электропитания, блок отображения информации и кабель связи, соединяющий подводный аппарат с надводным модулем. На другом конце выходного вала привода манипулятора дополнительно установлена видеокамера так, что ее ось визирования постоянно направлена в центр схвата манипулятора. Подводный аппарат снабжен съемным перфорированным контейнером для сбора образцов. Обзорная видеокамера установлена посредством кронштейна над блоком плавучести и диаметральной плоскости подводного аппарата в его кормовой части.
Недостатком известного аппарата следует признать ограниченную маневренность, недостаточный радиус действия, недостаточность регистрируемой информации, поскольку аппарат перемещается только по дну.
Известно также техническое средство – автономный необитаемый подводный аппарат повышенной маневренности для исследования и освоения морских глубин (Патент на изобретение РФ № 2101210, заявл.23.04.1996 г.), содержащее обтекаемый корпус и движительный комплекс. Движительный комплекс состоит из группы носовых поперечных движителей, причем один движитель установлен в вертикальной плоскости аппарата, а другой - в горизонтальной плоскости. Кормовая группа состоит из трех или четырех маршевых реверсивных движителей. В качестве маршевых движителей установлены реверсивные водометные движители, которые размещены в корпусе аппарата, в его кормовой части. Водометные трубы, входные и выходные патрубки движителей жестко закреплены в корпусе аппарата.
Такое конструктивное решение данного технического средства значительно снижает эффективность его перемещения, преимущественно, на прямом ходу из-за дополнительного сопротивления, создаваемого движительным комплексом. Наличие такого количества разных движителей усложняет конструкцию подводного аппарата, в целом, а также снижает его эксплуатационную надежность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является подводный робот с внешними движителями (Патент на полезную модель РФ № 132773, заявл.15.01.2013), содержащий перемещаемый в автоматическом режиме от блока управления корпус с закрепленными с боковых его сторон по два опорно-винтовых движителя, соединенных с приводом. Каждый из четырех внешних движителей включает в себя корпус внешнего движителя, привод винта, закрепленный на корпусе внешнего движителя.
Корпус робота выполнен с возможностью изменения плавучести осуществляемого за счет мотор-редукторов, установленных в корпусе, и рулевых устройств, обеспечивающих прижим и фиксацию корпуса в вертикальном положении, каждый из которых закреплен на валу одного из мотор-редукторов.
Кроме того, на корпусе робота установлена видеокамера. Также, на корпусе подводного робота закреплены акселерометр, электронный компас и блок управления.
Для осуществления перемещения подводного робота приводы начинают вращать четыре винта с определенной скоростью, что заставляет его устройство двигаться вперед.
Для осуществления правого поворота приводы винтов с левой стороны с определенной скоростью, при этом подводный робот начинает двигаться по дуге, осуществляя поворот. Для осуществления левого поворота начинают вращать винты с правой стороны.
Для осуществления погружения и всплытия подводного робота вращают винты с определенной скоростью, мотор-редукторы поворачивают два рулевых устройства на заданный угол, при этом к рулевым устройствам прикладываются силы, направленные, в том числе, в вертикальном направлении, которые заставляют робот перемещаться в вертикальном направлении.
Для осуществления видеосъемки корпус робота ориентируют таким образом, чтобы объект, видеосъемку которого нужно произвести, попал в поле зрения видеокамеры. После этого видеокамера начинает осуществлять съемку.
Для осуществления перемещения в заданном направлении в автоматическом режиме блок управления использует данные, полученные от электронного компаса и ультразвукового сонара. Определяет расстояние до возможных препятствий и осуществляет управление приводами рулевых устройств таким образом, чтобы обеспечить перемещение робота в заданном направлении, меняя скорость опорно-ходовых винтов.
Недостатками известного подводного робота следует признать ограниченную маневренность в связи с недостаточной эффективностью управления по деференту (глубине), реализуемую поворотом только двух рулевых механизмов в вертикальном перемещении.
Причем данный подводный робот должен иметь дополнительные конструктивные решения, обеспечивающие положительную плавучесть.
Кроме того, приведенный подводный робот имеет недостаточный радиус действия, поскольку он не может перемещаться по берегу и по дну водоема, а также самостоятельно спускаться с берега на воду, причаливаться и выходить на берег. Поэтому подготовленный к работе подводный робот опускают на воду с судна-носителя, а после проведения работ при помощи этого судна возвращают к берегу.
Наличие одной видеокамеры не позволяет производить детальный обзор в подводном пространстве.
Наличие вышеуказанных недостатков приводит к снижению эксплуатационных характеристик подводного робота, в том числе автономности и маневренности в подводном и надводном режимах передвижения.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение эксплуатационных характеристик роботизированного плавательного средства для осуществления исследовательских и подводно-технических работ.
Указанный результат достигается тем, что роботизированное плавательное средство для осуществления исследовательских и подводно-технических работ содержит телеуправляемый  корпус с опорно-винтовыми движителями, соединенными с приводом, выполненный с возможностью изменения плавучести, мотор-редукторы, установленные в корпусе, рулевые устройства, обеспечивающие прижим и фиксацию корпуса в вертикальном положении, каждый из которых закреплен на валу одного из мотор-редукторов, видеокамеру, установленную на корпусе, СОГЛАСНО НОВОЙ ПРЕДЛАГАЕМОЙ МОДЕЛИ в качестве опорно-винтовых движителей установлены роторно-винтовые движители с балластной емкостью, расположенные с боковых сторон корпуса, крыша корпуса выполнена в виде платформы с возможностью размещения на ней технологического оборудования для проведения исследовательских и ремонтных работ, рулевые устройства выполнены в виде винтовых движителей, попарно установленных в передней и задней части корпуса, причем на платформе установлены по меньшей мере две видеокамеры.
Причем в корпусе роботизированного плавательного средства установлены электронный модуль связи, электронный блок управления и аккумуляторные батареи.
Предлагаемое роботизированное средство для осуществления исследовательских и подводно-технических работ представлено на фиг. 1, 2 и 3.
На фигуре 1 иображено плавательное средство - вид сверху.
На фигуре 2 изображено плавательное средство – вид сбоку.
На фигуре 3 изображено плавательное средство – вид спереди.
Роботизированное плавательное средство для осуществления исследовательских и подводно-технических работ содержит телеуправляемый корпус 1 с опорно-винтовыми движителями 2, соединенными с приводом, выполненный с возможностью изменения плавучести. Мотор-редукторы 3, установленные в корпусе 1, рулевые устройства 4, обеспечивают прижим и фиксацию корпуса в вертикальном положении, каждый из которых закреплен на валу одного из мотор-редукторов 3.  Видеокамеры 5 установлены на платформе 6. В качестве опорно-винтовых движителей 2 установлены роторно-винтовые движители с балластной емкостью, представляющие собой полый цилиндр 7 с размещенными на его боковой поверхности шнековыми элементами 8. Роторно-винтовые движители 2 расположены с боковых сторон корпуса 1. Крыша корпуса 1 выполнена в виде платформы 6 с возможностью размещения на ней технологического оборудования для проведения исследовательских и ремонтных работ. На платформе 6 размещено электронное устройство для принятия и передачи информации, расположенное внутри буйка 9. Рулевые устройства выполнены в виде винтовых движителей 4, попарно установленных в передней и задней частях корпуса 1.
Причем в корпусе 1 указанного роботизированного плавательного средства установлены электронный модуль связи, блок управления, аккумуляторные батареи для функционирования средства, блок управления аккумуляторными батареями (на чертеже не показано).
Кроме того по бокам на передней и задней частях корпуса 1, с двух сторон, установлены осветители в виде фар 10.
Предлагаемое роботизированное плавательное средство для осуществления исследовательских и подводно-технических работ работает следующим образом.
Роботизированное плавательное средство доставляют на берег, посредством роторно-винтовых движителей 2 оно самостоятельно спускается на воду и перемещается до места обследования, при этом полый цилиндр 7, представляющий собой балластную емкость, обеспечивает плавучесть данному средству. При прибытии к месту обследования с платформы 6 на воду спускается буй 9 с радиостанцией, обеспечивающий прием информации от берегового оператора и отправлении команд на плавательное средство. При необходимости погружения роботизированного средства насос (на чертеже не показано), расположенный внутри ротора 2, подкачивает воду в балластную емкость 7 в зависимости от заданного погружения, и роботизированное средство опускается под воду. Регулирование положения роботизированного плавательного средства в вертикальном положении регулируется посредством четырех рулевых винтовых движителей 4.
Береговой оператор при помощи радиосвязи передает команды на буй 9.
При поступлении команды «движение вперед-назад» включаются электродвигатели роторно-винтовых движителей 2, причем с одинаковым числом оборотов. Для осуществления поворота плавательного средства по кругу производят вращение одного движителя 2 вперед, а другого - назад.
При поступлении команды на «перемещение в вертикальном положении» включаются мотор-редукторы рулевых винтовых движителей 4 в зависимости от задаваемой скорости, чем выше скорость, тем быстрее осуществляется спуск или подъем плавательного средства.
Для осуществления видеосъемки корпус плавательного средства ориентируют таким образом, чтобы исследуемый объект попал в поле зрения видеокамер 5.
Применение роторно-винтовых движителей в предлагаемом техническом решении одновременно обеспечивает положительную плавучесть роботизированному плавательному средству, а также возможность его перемещения по берегу, по воде и под водой, в том числе, самостоятельного причаливания и выхода на берег, что исключает применение судна-носителя и тем самым расширяет функциональные возможности плавательного средства.
Кроме того, роторно-винтовые движители дают возможность перемещения роботизированному плавучему средству по слабонесущим грунтам, илу, болотистой местности, по снежному покрову берега, по льду поверхности водоема.
Установка нескольких видеокамер на платформе позволяет производить детальный обзор подводного оборудования и пространства в широком диапазоне угла зрения.
Установка четырех рулевых устройств в виде винтовых движителей позволяет увеличить скорость регулирования вертикального перемещения и стабилизации в тоще воды роботизированного плавательного средства, что повышает его маневренность.
Размещение технологического оборудования на платформе позволяет производить установку и замену технологического оборудования, применяемого для разных видов исследования, что приводит к расширению арсенала технических средств и удобству в эксплуатации.
Приведенные выше конструктивные решения позволяют повысить эксплуатационные характеристики предлагаемого роботизированного плавучего средства, обеспечивающие возможность проведения поиска подводных объектов, обследование дна водоема, обследование подводно-технических и гидротехнических сооружений, обследование буровых платформ нефтедобычи, обследование опор мостов и других подобных работ.