一种微型自主潜水器制造技术

本发明专利技术涉及一种微型自主潜水器,属于无人潜水器和水下机器人领域，由通讯模块1、传感模块2、导航模块3、视觉模块4、推进模块5、控制模块6、中央模块7、电池组8、主壳体9组成，通讯模块1、传感模块2、导航模块3、视觉模块4、控制模块6在中央模块7的统一管理下，协调工作完成预定任务，推进模块5在控制模块6的控制下完成悬停、前行或后退等运动。通讯模块1、传感模块2、导航模块3、视觉模块4、推进模块5、控制模块6、中央模块7均安装于主壳体9上，由电池组8进行供电。该潜水器具有隐蔽性、机动性、智能性、低成本等特点，可以进行远距离作业，可用于水下考古、水下探险等领域，适用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】
—种微型自主潜水器
本专利技术涉及一种微型自主潜水器，是一种执行中远程水域水下目标探测、跟踪和识别的微型无人潜水器，属于无人潜水器和水下机器人领域。
技术介绍
微型无人潜水器具有成本低、携带方便、操作简单、可以进入水下狭小空间等优点，在水下考古、水下探险、海洋生物调查等领域有着广泛的应用。商品化的微型无人潜水器有美国VideoRay公司的VideoRay pro系列微型无人潜水器、英国Aquabotix公司的HydroView的微型无人潜水艇、荷兰Seascape公司水下机器人builder-150、中国沈阳自动化所的微型无人潜水器(蚊龙号载人潜器用).这些微型潜水器的尺寸一般在几十厘米，重量一般在几公斤。但这些潜水器都属于遥控潜水器，活动范围在百米内；这些潜水器自主能力较弱，无法用于中远程海域作业。
技术实现思路
自主潜水器是一种自带动力，能自行按照预定程序或基站指挥中心传来的指令进行活动和作业，或通过传感器获取水下环境信息进行活动和作业，其最大的特点是具有智能和自治能力。本专利技术的目的是为解决现有潜水器活动范围小、自主能力弱，无法用于中远程海域作业的问题，设计实现了 一种微型自主潜水器，该潜水器能够在上千米至几十千米远的水域进行水下探测、定位、跟踪和识别预定目标，获取目标视频图像以及相关信息，并将信息发回到基站。为了解决上述问题，本专利技术的基本思路如下:(I)微型自主潜水器上浮到靠近水面，通过全球定位系统(GPS)获取导航信息，然后下潜到水下，由惯性导航系统(INS)控制运动方向；微型自主潜水器需要多次上浮到靠近水面位置获取GPS导航信息，对INS测量误差进行修正，使潜水器高效率地按预定路径到达几千米甚至几十千米的预定位置，实现中远程距离海域的水下目标探测、跟踪、智能分析与理解；(2)采用四枚正反转电动螺旋桨推进器，对称分布在潜水器两侧，每一枚推进器通过旋转轴连接一个方向电机。方向电机驱动旋转轴转动，改变推进器推力方向。推进器的推力方向、推进器的正反转和推进器的旋转速度是潜水器三个动力参数，控制这三个参数，能实现潜水器在水中悬停、前行和倒退、左转和右转、上浮和下沉、斜向等运动，这些运动的组合，能实现潜水器机动灵活高效率的任意方向运动；(3)在潜水器前部和后部都安装有云台摄像机，潜水器前行和后退时都可以获取运动前方场景图像；摄像机通过云台运动，可以获取潜水器左右、上下等方向的场景图像，提高场景图像获取效率。在潜水器的前部和后部还安装有声呐测距传感器，完成前行和后退的避障任务。下面详细说明本专利技术的内容。如图1所示，本专利技术由通讯模块⑴、传感模块(2)、导航模块⑶、视觉模块⑷、推进模块(5)、控制模块(6)、中央计算模块(7)、电池组(8)和主壳体(9)组成，各组成部分间的连接和通讯关系如图5所示，通讯模块(I)、传感模块(2)、导航模块(3)、视觉模块(4)、控制模块(6)在中央计算模块(7)的统一管理下，协调工作完成预定任务，推进模块(5)在控制模块(6)的控制下完成悬停、前行或后退等运动。通讯模块(I)、传感模块(2)、导航模块(3)、视觉模块(4)、推进模块(5)、控制模块(6)、中央计算模块(7)均安装于主壳体(9)上，由电池组⑶进行供电。通讯模块⑴完成信息接收和信息发送任务。该模块接收来自基站的各种指令和其它潜水器的信息，以规划潜水器的任务和运动。该模块向基站发送潜水器状态信息、水下目标图像信息和告警信息，向其它潜水器发送交流信息。传感模块(2)由深度(压力)测量计和泄露测量传感器组成。深度(压力)测量计提供潜水器下潜深度，保证潜水器在水下固定深度作业；泄露测量传感器用于测量潜水器内部气压，如果气压变化，说明潜水器有泄露。导航模块(3)由全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)组成。GPS和INS共同确定潜水器的初始位置和姿态信息，潜水器下潜到预定深度后，按预定航线方向运动。为了消除INS产生的误差积累导致潜水器运动偏离预定航线，潜水器要定时或定距离上浮，接近水面接收GPS信息，修正INS误差。视觉模块(4)由云台摄像机、波束声呐和高性能嵌入式计算机组成。波束声呐主要用于探测水下障碍物或目标，云台摄像机主要用于获取水下目标图像，高性能嵌入式计算机用于高效完成探测、跟踪和识别目标等计算任务。云台摄像机和波束声呐信息融合，完成目标的定位和跟踪任务。推进模块(5)采用独立的四枚正反转电动螺旋桨推进器，每枚推进器的推进方向由一台步进电机控制。四枚推进器对称分布在潜水器两侧。推进器的正反转、推进器的旋转速度、推进器的推进方向是潜水器的三个动力参数，控制这三个动力参数，能实现潜水器在水中悬停、正向和反向、左转右转、上浮和下潜、斜向等运动；这些运动的组合，实现潜水器机动灵活高效率的运动。例如，图2、3、4示出了通过调整推进器的推进方向可实现潜水器沿水平、垂直和斜向等不同方向运动时的侧视外观结构示意图。控制模块(6)控制潜水器工作在二种模式，一种是巡航工作模式，一种是搜寻工作模式。巡航工作模式时，该模块接收深度测量计和惯性陀螺仪的信号，计算当前航线与预定航线的偏差来控制微型潜水器前进的方向；该模块接收声呐导航信息，控制潜水器完成避障任务。搜寻工作模式时，由摄像机和声呐信息共同控制潜水器作业，包括朝向目标、跟踪目标、围绕目标等运动，并获取目标图像，通过图像识别和定位目标，或目标的特定部位，比如舱门、螺旋桨等。潜水器也可以进入目标内部狭小空间，完成悬停、前行或后退等运动，获取目标内部图像。中央计算模块(7)是潜水器的大脑，执行任务规划、任务调度、系统状态监测、系统自救等任务。电池组(8)位于潜水器下部，和潜水器分离，充电方便，更换电池方便。电池能输出多种规格的电压和功率，为各模块供电。有益效果:对比现有产品，本专利技术具有隐蔽性、机动性、智能性、低成本等特点，可以进行远距离作业，适用范围广泛。【附图说明】图1为本专利技术微型自主潜水器的俯视结构示意图。图2为本专利技术巡航模式的侧视结构示意图。图3为本专利技术垂直上浮下潜运动的侧视结构示意图。图4为本专利技术斜向潜行运动的侧视结构示意图。图5为微型潜水器组成模块关系示意图。附图标记:通讯模块一I ;传感模块一2 ;导航模块一3 ;控制模块一4 ;视觉模块一5 ;推进模块一6 ;中央计算模块一 7 ;电池组一 8 ;主壳体一9。实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的工作过程作进一步说明:微型自主潜水器在非工作状态下，电池组⑶和潜水器主壳体(9)分离放置，以保证潜水器的安全，方便电池充电和更换。微型自主潜水器工作前，首先安装电池组(8)。电池组(8)和潜水器主壳体(9)是通过紧固件和弹性密封材料紧密地连接在一起，保证微型潜水器的密封性能。紧固一定程度，潜水器处于密封状态，再继续紧固，则潜水器中的空气压力提高，为潜水器自动检测泄露提供物理测量参数。电池安装后，中央计算模块自动启动自检程序，包括电源状态、潜水器密封、各个模块等自检工作。自检结束后，系统处于休眠状态。下水前，基站通过无线发射装置激活潜水器，并给潜水器安装任务指令，包括潜行航迹、目的地坐标、目标类型、执行任务性质等。安装完毕，系统处于休眠状态。安装指令过程可以重复进行，比如，当任务改变时，可以再次激活潜水器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型自主潜水器，其特征在于，该潜水器由通讯模块(1)、传感模块(2)、导航模块(3)、视觉模块(4)、推进模块(5)、控制模块(6)、中央模块(7)、电池组(8)、主壳体(9)组成；通讯模块(1)、传感模块(2)、导航模块(3)、视觉模块(4)、控制模块(6)在中央模块(7)的统一管理下，协调工作完成预定任务，推进模块(5)在控制模块(6)的控制下完成悬停或前行或后退或上浮或下潜或斜向运动；通讯模块(1)、传感模块(2)、导航模块(3)、视觉模块(4)、推进模块(5)、控制模块(6)、中央模块(7)均安装于主壳体(9)上，由电池组(8)进行供电。

【技术特征摘要】
1.一种微型自主潜水器，其特征在于，该潜水器由通讯模块(I)、传感模块(2)、导航模块(3)、视觉模块(4)、推进模块(5)、控制模块(6)、中央模块(7)、电池组(8)、主壳体(9)组成；通讯模块(I)、传感模块(2)、导航模块(3)、视觉模块(4)、控制模块(6)在中央模块(7)的统一管理下，协调工作完成预定任务，推进模块(5)在控制模块(6)的控制下完成悬停或前行或后退或上浮或下潜或斜向运动；通讯模块(I)、传感模块(2)、导航模块(3)、视觉模块(4)、推进模块(5)、控制模块(6)、中央模块(7)均安装于主壳体(9)上，由电池组(8)进行供电。2.根据权利要求1所述的一种微型自主潜水器，其特征在于，所述导航模块(3)由全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)组成，潜水器在水下潜行时，定时和定距离的多次上浮到接近水面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾云得，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11