便携式水下航拍无人遥控潜水器及其控制方法技术

一种便携式水下航拍无人遥控潜水器及其控制方法，该潜水器包括：主筒、方向调节机构、推进机构、控制模块和采像模块，其中：控制模块、采像模块和方向调节机构设置于主筒前端，推进机构设置于主筒后端，主筒内设有浮力块，以使所述主筒在水中自然保持垂直状态，采像模块、方向调节机构和推进机构都与控制模块相连，本发明专利技术不需要观星导航元件等设备，成本较低，且整体形状为筒状，直径小便于旅行携带。在水体内时，重心在头部，能够在水体中自然保持垂直状态，利用中立于浮力的差值，提供其下沉运动所需的动力，能够节省电力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种无人遥控潜水器领域的技术，具体是一种便携式水下航拍无 人遥控潜水器及其控制方法。
技术介绍
无人遥控潜水器(Remote Operated Vehicle，R0V)是用于水下观测、检查和施工 的水下机器人。R0V在海洋工程应用领域应用广泛，具有功能多、作业深度大的优点，作业时 通常由一母船将其运载到工作海域，然后通过脐带缆将R0V放入海中进行指定作业。在民用 领域，特别是作为水下娱乐设备方面，如水下航拍、水下探险，R0V应具有体积小、灵活和便 携等特点，传统工业领域的R0V成本太高、体积大，显然不适用于民用领域。而现有的应用于 水下航拍、水下探险方面的微型R0V较少，且结构复杂、体积大、成本高，不利于携带和操控， 阻碍了微型R0V在水下娱乐、水下航拍以及水下探险等领域的推广应用。 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献CN102126544A，公开日为2011年07月 20日，公开了一种能够在水中进行全方位侦测及自主航行的水中自航式全方位整侦测器， 属于水中航行器领域，该装置包括摄像头、照明灯、摄像头云台、控制计算机、锂电池组、电 机及减速器组件、右舵面、右电动舵机、运动控制器、栗喷推进器、数据传输线、放线器、动力 轴、花键套筒、左电动舵机、左舵面、铝壳体、深度传感器、惯性测量单元、无线传输电台、通 信模块、透光防护罩、GPS接收机。但该装置结构复杂，使用了如惯性测量元件、GPS接收机等 较昂贵的传感器，成本较高，且体积较大、质量较重，不利于携带，不适用于水下娱乐设备领 域。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种便携式水下航拍无人遥控潜水器 及其控制方法。 本专利技术是通过以下技术方案实现的： 本专利技术涉及一种便携式水下航拍无人遥控潜水器，包括:主筒、方向调节机构、推 进机构、控制模块和采像模块，其中：控制模块、采像模块和方向调节机构设置于主筒前端， 推进机构设置于主筒后端，主筒内设有浮力块以使该主筒在水中能够自然保持垂直状态， 控制模块分别和采像模块、方向调节机构、推进机相连。 所述的控制模块接收整个装置在水体中的状态信息，即当前深度值和电池电量信 息，通过接收水面操控指令，向方向调节机构、推进机构以及采像模块发出控制命令;控制 模块读取当前深度值，通过定深闭环控制，向推进机构发出悬停、上升和下降指令。 所述的定深闭环控制是指：叫）=人心f; Ζ?⑴汾_f ，其中：u(t)为算 M, at 法产生的输入控制值，KP、KdPKD分别为比例系数、积分系数、微分系数，E(t)为设备的深度 误差;E(t)=Hd-Hin(t)，Hd为设定的悬停深度，Hin(t)为本装置在水体中当前深度值。 所述的主筒为薄壁圆筒，优选为PCV材料或亚克力材料制成。 所述的浮力块为圆环形，优选为泡沫材料制成。 所述的推进机构包括:套有整流罩的螺旋桨和导流罩，其中：螺旋桨设置于所述主 筒后端，导流罩设置于螺旋桨和主筒之间，螺旋桨通过传动轴与设置于主筒内的电机相连， 电机通过上安装板设置于主筒前端。 所述的采像模块采用但不限于:带有摄像头透明罩的摄像头，其中：摄像头通过下 安装板设置于主筒前端。 所述的方向调节机构包括:舵片和舵机，其中：舵片均布于主筒前端外壁，舵机设 置于下安装板上，每个舵机与相应舵片相连。 所述的舵片呈方形，其沿长度方向的截面呈流线型且一端为圆弧形。 所述的控制模块中设有返回模式，当控制模块检测到电量不足时，输出返回命令， 以使整个装置快速浮出水面。 本专利技术涉及一种基于上述便携式水下航拍无人遥控潜水器的控制方法，包括以下 步骤： 步骤1、设定潜水器的悬停深度Hd，并输入控制模块中； 步骤2、控制模块读取设备的当前深度值Hin(t);步骤3、控制模块将悬停深度Hd与当前深度值Hin(t)比较，得到深度误差E(t)，当深 度误差E(t)小于设定值时则取消定深控制；否则执行定深闭环控制后向推进机构发出指令 以调节电机转速，并返回步骤2进入下一周期的深度检测。 技术效果 与现有技术相比，本专利技术不需要卫星导航、惯性导航元件等设备，成本较低，且整 体形状为筒状，直径小便于旅行携带。在水体内时，重心在头部，能够在水体中自然保持垂 直状态，利用中立于浮力的差值，提供其下沉运动所需的动力，能够节省电力。【附图说明】 图1为无人遥控潜水器示意图；图中：a)为立体图，b)为剖面示意图；c)为正视图；d)为俯视图；图2为无人遥控潜水器前端示意图；图中：a)为立体图，b)为前端正视图；c)为剖面示意图；d)为俯视图；图3为无人遥控潜水器推进机构示意图；图中：a)为立体图，b)为剖面图；图4为第一舵片截面示意图；图5为定深控制方法流程图；图中：1螺旋桨;2整流罩;3主筒;4电机;5深度传感器;6第一舵片；7电池;8摄像头 透明罩;9导流罩；10传动轴；11浮力块；12电池；13控制器；14摄像头；15电缆；16第一舵机； 17第二舵机;18第三舵机;19第四舵机;20第二舵片;21第三舵片;22第四舵片;23下安装板； 24上安装板。【具体实施方式】下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1本实施例包括:方向调节机构、推进机构、采像模块和控制模块，其中：方向调节机 构、采像模块和控制模块设置于主筒3前端，推进机构设置于主筒3后端，控制机构与方向调 节机构、推进机构以及采像模块相连。如图la)所示，所述的推进机构包括:螺旋桨1、导流罩9和整流罩2,其中：整流罩2 设置于主筒3的后端，如图Id)所示，螺旋桨1设置于整流罩2内，导流罩9设置于整流罩2和主 筒3之间。如图3a)、b)所示，所述螺旋桨1通过传动轴10与设置于主筒2前端的电机4相连。所 述电机4通过上安装板24固定设置于主筒3内。整流罩2、传动轴10和主筒3相配合，为螺旋桨 提供整流、传动定位和保护。如图lb)、c)所示，导流罩9呈锥型，引导水流进入螺旋桨1，为推 进机构提供稳定流场。 所述的主筒3的外径为13cm，壁厚5mm，长度为25cm，其材料为质量较轻、具有一定 强度的塑料，即PVC材料、亚克力材料。 如图la)、b)所示，所述的方向调节机构包括：四个舵片和四个舵机，所述的主筒3 前端外壁设有四个舵片，分别为第一舵片6、第二舵片20、第三舵片21和第四舵片22,均匀分 布于主筒3前端外壁上。如图Id)所示，所述主筒3下端设有下安装板23,在下安装板上设有 第一舵机16、第二舵机17、第三舵机18和第四舵机19。如图lc)所示，所述第一舵片6和第一 舵机16相连，第二舵片20和第二舵机17相连，第三舵片21和第三舵机18相连，第四舵片22和 第四舵机19相连，通过当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式水下航拍无人遥控潜水器，其特征在于，包括：主筒、方向调节机构、推进机构、控制模块和采像模块，其中：控制模块、采像模块和方向调节机构设置于主筒前端，推进机构设置于主筒后端，主筒内设有浮力块以使该主筒在水中能够自然保持垂直状态，控制模块分别和采像模块、方向调节机构、推进机相连；所述的控制模块接收整个装置在水体中的状态信息，即当前深度值和电池电量信息，通过接收水面操控指令，向方向调节机构、推进机构以及采像模块发出控制命令；控制模块读取当前深度值，通过定深闭环控制，向推进机构发出悬停、上升和下降指令。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，刘旌扬，易宏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31