一种无人遥控水下机器人及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种无人遥控水下机器人及其控制方法，所述水下机器人设有浮体结构、壳体、密封装置；所述壳体外表面装配有固定架；所述固定架上设有连接体；所述连接体与配重结构连接；所述配重结构另一端连接螺旋推进器；所述密封装置通过紧密配合的方式固定在壳体一端，其密封装置与壳体组合的空间为耐压舱；所述耐压舱内设有主控板、重力加速度仪、地磁传感器、陀螺仪传感器、压力传感器、声呐传感器、姿态传感器、湿度传感器、多自由度云台；所述的多自由度云台上安装有两个摄像头；所述多自由度云台上还设有控制器，其控制器内设有主控芯片。其优点表现在：结构简单、控制灵活易实现多自由度控制、体积小方便携带、各个姿态下推进动力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水下机器人
，具体地说，是一种无人遥控水下机器人及其控制方法。
技术介绍
随着国家加大对海洋资源的开发力度，原本水下作业主要是依靠人和简单的潜水设备，复杂而危险的海底环境对人的生命安全构成相当大的威胁，潜水员下潜50米以下就很难完成这种的水下作业任务，这就必须依赖于一种新的智能化的机器设备来代替人去执行海底作业任务，水下机器人就应运而生。承担水下工程、水下搜救、考古科研、市政管道消防管道调查、水利、公安、水产养殖、海洋生物观测、海洋汽油管道调查、能源勘探、水质污染检测等工作。现有的小型水下无人遥控水下机器人，都是假定水下部分的稳定性，及在没有外界推力的状态下，浮心和重心位置保证了机器人的静态稳定，通过不同方向的推进器来实现前进和后退、左移和右移、转向、上升和下降。从而对多自由度的操控必须通过多个推进器来实现，或者采用矢量推进器来实现。但是存在以下不足：首先，现有的水下机器人静态平衡稳定的条件为浮心和重心位置具有高度差，其高度差至少要大于70mm才能使水下机器人保持稳定，因此，按照此标准设计水下机器人体积相对较大，且结构复杂；其次，为了使得水下机器人在空间具有六个自由度运动，即三维空间中水下机器人向X轴移动、Y轴移动、Z轴移动、X轴转动、Y轴转动、Z轴转动，水下机器人上的推进器安装在三维空间坐标轴的方向上，即X轴，Y轴,Z轴方向上，当水下机器人需要向X轴方向运动，就控制相应的推进器在该方向上转动提供动力，而Y轴或Z轴上的推进器则停止工作，推动力比较单一，推动力小，且水下机器人在姿态转换时不易控制；另外，现有的水下机器人的姿态转换运动时，会引起俯仰角θ，横滚角φ，偏航角ψ变化，而没有一种控制方法能够纠正角度偏差，使得摄像头不稳定，影响摄像头传输影像。再者，现有的小型无人遥控水下机器人存在运动速度慢，尤其是水下机器人上升和沉降速度慢，水下运动不灵活高效等缺点。而且如果多电机实现多自由度的控制，在运行过程中只有少部分电机提供主要的动力，利用率不高。综上所述，亟需一种体节小、推动力强、水下操作灵活高效、摄像头稳定、运动速度快的无人遥控水下机器人及控制方法，但是关于这种水下机器人及控制方法目前还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种体节小、推动力强、水下操作灵活高效、摄像头稳定、水下运动速度快的无人遥控水下机器人。本专利技术的再一的目的是，提供一种无人遥控水下机器人控制方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种无人遥控水下机器人,所述水下机器人设有浮体结构、壳体、密封装置；所述壳体为圆柱形；所述壳体外表面装配有固定架；所述固定架上设有连接体；所述连接体与配重结构连接；所述配重结构另一端连接螺旋推进器；所述螺旋推进器间隔90度对称排列；所述螺旋推进器的朝向一致；所述密封装置通过紧密配合的方式固定在壳体一端，其密封装置与壳体组合的空间为耐压舱；所述耐压舱内设有主控板、重力加速度仪、地磁传感器、陀螺仪传感器、压力传感器、声呐传感器、姿态传感器、湿度传感器、多自由度云台；所述主控板通过I2C或其它通讯协议和螺旋推进器的控制器进行通讯，通过串口和多自由度云台的控制器进行通讯；所述多自由度云台上连接有俯仰角控制电机、横滚角控制电机、偏航角控制电机；所述的多自由度云台上安装有两个摄像头；所述多自由度云台上还设有控制器，其控制器内设有主控芯片。所述螺旋推进器共有4个，分别为第一螺旋推进器、第二螺旋推进器、第三螺旋推进器、第四螺旋推进器。所述水下机器人通过脐带缆和水面上的浮标通讯模块连接，水上浮标通讯模块通过无线连接与现场用户的PC连接，现场用户通过3G/4G信号与云端连接，云端通过互联网和任意的互联网用户连接。所述的俯仰角控制电机、横滚角控制电机、偏航角控制电机位于三维空间坐标轴方向上，两两相互垂直的方式排列。所述配重结构的位置置于浮体结构的近端。所述连接体为折叠式结构。所述浮体结构为半圆形。所述的水下机器人包括壳体、螺旋推进器、连接体；所述壳体为球形，其两端设有开口；所述开口装配有连接体，所述连接体上连接有螺旋推进器；所述螺旋推进器共有4个，分别为第一螺旋推进器、第二螺旋推进器、第三螺旋推进器、第四螺旋推进器；所述螺旋推进器的朝向一致；所述螺旋推进器与连接体间设有配重结构；所述连接体与壳体密封形成耐压舱；所述耐压舱内设有主控板、重力加速度仪、地磁传感器、陀螺仪传感器、压力传感器、声呐传感器、姿态传感器、湿度传感器、多自由度云台；所述主控板通过I2C或其它通讯协议和螺旋推进器的控制器进行通讯，通过串口和多自由度云台的控制器进行通讯；所述多自由度云台上连接有俯仰角控制电机、横滚角控制电机、偏航角控制电机；所述的俯仰角控制电机、横滚角控制电机、偏航角控制电机位于三维空间坐标轴上，两两相互垂直的方式排列；所述的多自由度云台上安装有两个摄像头；所述多自由度云台上还设有控制器，其控制器内设有主控芯片。为实现上述第二个目的，本专利技术采取的技术方案是：一种无人遥控水下机器人控制方法，包括以下步骤：步骤S1，通过反馈控制实现水下机器人多自由度的运行和操控，主控板接受PC端给定的命令，然后根据姿态传感器检测到的姿态数据反馈信息，构成闭环的反馈控制，通过已经设计好的控制器计算后输出给螺旋推进器的控制器，螺旋推进器的控制器控制螺旋推进器运动到达给定的控制命令；步骤S2，通过主控芯片纠正多自由度云台角度偏差，如果水下机器人传感器读到的ψ发生改变，主控芯片会将此时的变化差值发给多自由度云台的控制器，多自由度云台的控制器通过设定的控制算法控制偏航角控制电机向相反方向偏转相同的差值从而使得立体摄像头保持稳定；如果水下机器人传感器读到的θ发生改变，主控芯片会将此时的变化差值发给多自由度云台的控制器，多自由度云台的控制器通过设定的控制算法控制俯仰角控制电机向相反方向偏转相同的差值从而使得立体摄像头保持稳定；如果水下机器人传感器读到φ的发生改变，主控芯片会将此时的变化差值发给多自由度云台的控制器，多自由度云台的控制器通过设定的控制算法控制横滚角控制电机向相反方向偏转相同的差值从而使得立体摄像头保持稳定；步骤S3，通过上3D眼镜控制多自由度云台运动，现场用户使用的3D眼镜进行抬头或者低头操作时，3D眼镜会将改变的φ值通过通信线路发送到主控板，主控板再将命令发送到多自由度云台的控制器，控制器控制横滚电机改变相应的角度进行响应；现场用户使用的3D眼镜进行左转头或者右转头操作时，3D眼镜会将改变的ψ值通过通信线路发送到主控板，主控板再将命令发送到多自由度云台控制器，控制器控制偏航角控制电机改变相应的角度进行响应；3D眼镜进行向前倾斜或向后倾斜时，3D眼镜会将改变的θ值通过通信电路发送到主板，主板再将命令发送到多自由度云台控制器，控制器俯仰角控制电机改变相应的角度进行响应。本专利技术优点在于：1、本专利技术的一种无人遥控水下机器人及控制方法，结构简单、控制灵活易实现多自由度控制、体积小方便携带、各个姿态下推进动力强；2、水下机器人的浮心和重心基本重合，与现有水下机器人浮心和重心具有至少大于70mm的高度差相比，本专利技术的水下机器人能够在复杂水流环境中稳定性好；3、水下机器人为对称结构，且四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人遥控水下机器人,其特征在于，所述水下机器人设有浮体结构、壳体、密封装置；所述壳体为圆柱形；所述壳体外表面装配有固定架；所述固定架上设有连接体；所述连接体与配重结构连接；所述配重结构另一端连接螺旋推进器；所述螺旋推进器间隔90度对称排列；所述螺旋推进器的朝向一致；所述密封装置通过紧密配合的方式固定在壳体一端，其密封装置与壳体组合的空间为耐压舱；所述耐压舱内设有主控板、重力加速度仪、地磁传感器、陀螺仪传感器、压力传感器、声呐传感器、姿态传感器、湿度传感器、多自由度云台；所述主控板通过I2C或其它通讯协议和螺旋推进器的控制器进行通讯，通过串口和多自由度云台的控制器进行通讯；所述多上连接有俯仰角控制电机、横滚角控制电机、偏航角控制电机；所述的多自由度云台上安装有两个摄像头；所述多自由度云台上还设有控制器，其控制器内设有主控芯片。

【技术特征摘要】
1.一种无人遥控水下机器人,其特征在于，所述水下机器人设有浮体结构、壳体、密封装置；所述壳体为圆柱形；所述壳体外表面装配有固定架；所述固定架上设有连接体；所述连接体与配重结构连接；所述配重结构另一端连接螺旋推进器；所述螺旋推进器间隔90度对称排列；所述螺旋推进器的朝向一致；所述密封装置通过紧密配合的方式固定在壳体一端，其密封装置与壳体组合的空间为耐压舱；所述耐压舱内设有主控板、重力加速度仪、地磁传感器、陀螺仪传感器、压力传感器、声呐传感器、姿态传感器、湿度传感器、多自由度云台；所述主控板通过I2C或其它通讯协议和螺旋推进器的控制器进行通讯，通过串口和多自由度云台的控制器进行通讯；所述多上连接有俯仰角控制电机、横滚角控制电机、偏航角控制电机；所述的多自由度云台上安装有两个摄像头；所述多自由度云台上还设有控制器，其控制器内设有主控芯片。2.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述螺旋推进器共有4个，分别为第一螺旋推进器、第二螺旋推进器、第三螺旋推进器、第四螺旋推进器。3.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述水下机器人通过脐带缆和水面上的浮标通讯模块连接，水上浮标通讯模块通过无线连接与现场用户的PC连接，现场用户通过3G/4G信号与云端连接，云端通过互联网和任意的互联网用户连接。4.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述的俯仰角控制电机、横滚角控制电机、偏航角控制电机位于三维空间坐标轴方向上，两两相互垂直的方式排列。5.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述配重结构的位置置于浮体结构的近端。6.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述连接体为折叠式结构。7.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述浮体结构为半圆形。8.一种无人遥控水下机器人,其特征在于，所述的水下机器人包括壳体、螺旋推进器、连接体；所述壳体为球形，其两端设有开口；所述开口装配有连接体，所述连接体上连接有螺旋推进器；所述螺旋推进器共有4个，分别为第
\t一螺旋推进器、第二螺旋推进器、第三螺旋推进器、第四螺旋推进器；所述螺旋推进器的朝向一致；所述螺旋推进器与连接体间设有配重结构；所述连接体与壳体密封形成耐压舱；所述耐压舱内设有主控板、重力加速度仪、地磁传感器、陀螺仪传感器、压力传感器、声呐传感器、姿...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亿明，周庆良，袁彬，邵翔，孙端晨，董团阳，
申请(专利权)人：欧舶智能科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31