多功能水下综合探测机器人系统技术方案

本实用新型专利技术提出了一种多功能水下综合探测机器人系统，包括水上分机和水下机器人，水上分机包括显控终端处理机、水面供电电源和网桥；水下机器人包括设置在主水密舱中的控制器、通信终端和设置在主水密舱外的推进器、导航传感器和探测器；所述探测器包括水下高清摄像机、前视声纳、三维扫描探测声纳和多波束剖面声纳；所述推进器、导航传感器和探测器分别与控制器相连接，所述高清摄像机和控制器分别连接通信终端；所述通信终端通过连接脐带线缆连接网桥，所述网桥连接显控终端处理机。增加原有水下机器人三维探测和剖面探测能力。使其可以满足水下工程全方位探测的需要。

Multifunctional Underwater Integrated Exploration Robot System

【技术实现步骤摘要】
多功能水下综合探测机器人系统
本技术涉及水下机器人
，特别涉及一种多功能水下综合探测机器人系统。
技术介绍
现有水下探测机器人都具备有一定的水下探测能力，但与现实需要相比，其探测能力都是很不完备的。例如，绝大多数水下机器人都配备有水下视频摄像机，可以对水下结构物表面进行视频探测。少部分机器人配备有前视声纳设备，可在水中，乃至浑水中，进行二维探测。但都不具备对海底、对水下结构物的三维探测能力，特别是，没有对水下结构物，例如大坝的坝体内部，或海底掩埋物的三维剖面成像探测能力。目前，在国内外能够查阅到的资料对于各种水利、水电、水库和江河堤坝的破损与病变所采用的检测手段基本是运用物探的办法，如高密度电阻率法、面波勘探法、探地雷达、瞬变电磁法、声速测量法或预埋应力传感器等方法。这些方法都有明显的缺陷和不足。由于上述方法只能是在坝顶进行坝体的物理探测，因而其共同缺点是探测深度浅(10-20米)，且精度不高；对于小型的空洞和裂缝的敏感度差；对于几十米至百米以上的堤坝的中部、下部则根本无法测量。此外，由于仅能在干端(水面以上)进行测量，因而对于拦河大坝、发电为主的水源坝等，这些方法的应用都很困难。建国以来，我国共修建8.6万多座堤坝，其中水深15m以上大坝有1.8万多座，水深30m以上大坝有近3000座。这些工程在国民经济中正发挥着巨大的作用。然而当前相当一部分大坝存在着不安全因素，有的已运行30多年甚至更长，坝体材料逐渐老化；有些已出现危及大坝安全的裂缝和病变；有些由于坝址地质条件复杂，导致大坝安全度偏低；还有些大坝的防洪标准较低等。这些因素不同程度地影响工程效益的发挥，甚至威胁着下游千百万人民地生命财产安全。与此同时，大坝的规模日趋巨大，如长江三峡、龙羊峡、二滩、小浪底等。所以各种类型大坝的质量和安全性检测就显得更为重要。因此，急需一种能够对现有的堤坝、浅滩等水下进行三维剖面成像综合探测的机器人系统。
技术实现思路
本技术的目的旨在至少解决所述的技术缺陷之一。为了实现上述目的，本技术一方面的实施例提供一种多功能水下综合探测机器人系统，包括水上分机和水下机器人，所述水上分机包括显控终端处理机、水面供电电源和网桥；所述水下机器人包括设置在主水密舱中的控制器、通信终端和设置在主水密舱外的推进器、导航传感器和探测器；所述探测器包括水下高清摄像机、前视声纳、三维扫描探测声纳和多波束剖面声纳；所述推进器、导航传感器和探测器分别与控制器相连接，所述高清摄像机和控制器分别连接通信终端；所述通信终端通过连接脐带线缆连接网桥，所述网桥连接显控终端处理机。优选的，所述控制器包括DSP主控电路，FPGA可编程控制电路和AD转换电路；所述AD转换电路分别连接前视声纳、三维扫描探测声纳和多波束剖面声纳的信号输出端；所述DSP主控电路的输入接口与FPGA可编程控制电路的输出接口连接。在上述任一实施例中优选的，所述导航传感器包括深度计、电子罗盘、光纤陀螺、高度计。在上述任一实施例中优选的，所述多波束剖面声纳包括T型剖面声纳阵列和滤波放大电路；所述T型剖面声纳阵列的输出端与滤波放大电路的输入端连接，所述滤波放大电路的输出端连接AD转换电路的输入端。在上述任一实施例中优选的，所述T型剖面声纳阵列由9个基元声发射阵和9个基元声接收阵排列而成。在上述任一实施例中优选的，所述三维扫描探测声纳包括声纳发射头和48*48个水听器传感器组成的矩阵接收器。在上述任一实施例中优选的，所述推进器包括4个水平矢量推进轮和2个垂直矢量推进轮。在上述任一实施例中优选的，4个所述水平矢量推进轮，分别固定在主水密舱外部的矩形支架上的四个角。在上述任一实施例中优选的，2个所述垂直矢量推进轮分别设置在矩形支架的上支架和下支架上。在上述任一实施例中优选的，所述通信终端包括网路交换机和串口服务器；所述导航传感器通过连接串口服务器连接至网络交换机，所述网路交换机通过连接脐带线缆连接网桥。根据本技术实施例提供的一种多功能水下综合探测机器人系统相比于现有的水下机器人至少具有以下优点：1、在水下机器人上同时设置了前视声纳、三维扫描探测声纳和多波束剖面声纳等多种声纳探测器，增加原有水下机器人三维探测和剖面探测能力。使其可以满足水下工程全方位探测的需要。2、同时为使水下机器人体积不过于庞杂，水下机器人采用脐带线缆连接水上分机，脐带电缆为零浮力电缆，具有高功率供电缆芯和双纽线通信缆芯。结构上，预留和兼容多种声纳探测模块接口，并可位置替换和安装。3、控制器通过PWM脉冲信号对推进器进行精准控制，推进器采用6个推进轮构成推进系统：其中4个推进轮构成水平矢量推进系统，2个推进轮构成上升下降的垂直推进系统；简化了推进器的结构，减轻质量，行进速度快。本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为本技术实施例提供的一种多功能水下综合探测机器人系统的电路结构框图；图2为图本技术实施例提供的一种多功能水下综合探测机器人系统中水下机器人的结构示意图；图3为图2所示的本技术实施例提供的一种多功能水下综合探测机器人系统中推进器的结构示意图；图4为本技术实施例提供的一种多功能水下综合探测机器人系统中主水密舱中控制器的电路原理图；图中：1、水上分机；2、水下机器人；101、显控终端处理机；102、水面供电电源；103、通信终端；201、主水密舱；202、推进器；203、导航传感器；204、探测器；205、水下高清摄像机；206、前视声纳；207、三维扫描探测声纳；208、多波束剖面声纳；301、水平矢量推进轮；302、垂直矢量推进轮；303、上支架；304、下支架；具体实施方式下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。如图1所示，本技术实施例的提供的一种多功能水下综合探测机器人系统，包括水上分机1和水下机器人2，水上分机1包括显控终端处理机101、水面供电电源102和网桥；水下机器人2包括设置在主水密舱201中的控制器、通信终端103和设置在主水密舱201外的推进器202、导航传感器203和探测器204；探测器204包括水下高清摄像机205、前视声纳206、三维扫描探测声纳207和多波束剖面声纳208；推进器202、导航传感器203和探测器204分别与控制器相连接，高清摄像机和控制器分别连接通信终端103；通信终端103通过连接脐带线缆连接网桥，在通过网桥连接显控终端处理机101实现水下机器人与水上显控终端处理机101的通信；进一步由于脐带电缆为零浮力电缆，具有高功率供电缆芯和双纽线通信缆芯；因此水面供电电源102通过连接脐带线缆连接控制器，实现水下机器人供电。需要说明的是通信终端103包括网路交换机、串口服务器；导航传感器203通过连接串口服务器连接至网络交换机，网路交换机通过连接脐带线缆连接网桥。本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能水下综合探测机器人系统，包括水上分机和水下机器人，其特征在于，所述水上分机包括显控终端处理机、水面供电电源和网桥；所述水下机器人包括设置在主水密舱中的控制器、通信终端和设置在主水密舱外的推进器、导航传感器和探测器；所述探测器包括水下高清摄像机、前视声纳、三维扫描探测声纳和多波束剖面声纳；所述推进器、导航传感器和探测器分别与控制器相连接，所述高清摄像机和控制器分别连接通信终端；所述通信终端通过连接脐带线缆连接网桥，所述网桥连接显控终端处理机。

【技术特征摘要】
1.一种多功能水下综合探测机器人系统，包括水上分机和水下机器人，其特征在于，所述水上分机包括显控终端处理机、水面供电电源和网桥；所述水下机器人包括设置在主水密舱中的控制器、通信终端和设置在主水密舱外的推进器、导航传感器和探测器；所述探测器包括水下高清摄像机、前视声纳、三维扫描探测声纳和多波束剖面声纳；所述推进器、导航传感器和探测器分别与控制器相连接，所述高清摄像机和控制器分别连接通信终端；所述通信终端通过连接脐带线缆连接网桥，所述网桥连接显控终端处理机。2.根据权利要求1所述的多功能水下综合探测机器人系统，其特征在于，所述控制器包括DSP主控电路，FPGA可编程控制电路和AD转换电路；所述AD转换电路分别连接前视声纳、三维扫描探测声纳和多波束剖面声纳的信号输出端；所述DSP主控电路的输入接口与FPGA可编程控制电路的输出接口连接。3.根据权利要求1所述的多功能水下综合探测机器人系统，其特征在于，所述导航传感器包括深度计、电子罗盘、光纤陀螺、高度计。4.根据权利要求1所述的多功能水下综合探测机器人系统，其特征在于，所述多波束剖面声纳包括T型剖面声纳阵列和滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑延，张晓峻，张扬，姚广钊，
申请(专利权)人：天津海之星水下机器人有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12