一种基于图像处理的自我控制水下机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于图像处理的自我控制水下机器人，包括浮箱和设在浮箱底部的异型铝骨架；所述浮箱中设有主控制器，浮箱上设有传感器模块和视频模块，主控制器通过CAN模块与远程交互平台连接；所述铝骨架的两端各设有一个水平的直流减速电机和一个竖直的浮升电机，并且两个浮升电机均位于两个直流减速电机的外侧；所述四个电机的轴各与一个浆式推进器固定连接；铝骨架的前端设有多自由度机械手。本实用新型专利技术通过可更换的多自由度机械手，完成一些简单的水下作业，并且通过摄像头采集信息和图像识别、处理，使机器人在水中进行图像采集勘探及简单的水下作业。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于图像处理的水下机器人，可自动进行水下勘探及简单的水下作业。
技术介绍
水下自动机器人是一种非常适合于水下搜索、调查、识别和打捞作业的既经济又安全的工具。在军事上，水下自动机器人亦是一种有效的水中兵器。与载人潜水器相比较，它具有安全(无人)、结构简单、重量轻、尺寸小、造价低等优点。而与遥控水下机器人(ROV)相比，它具有活动范围大、潜水深度深、可进入复杂结构中、不需要庞大水面支持、占用甲板 面积小和成本低等优点。水下自动机器人代表了未来水下机器人技术的发展方向，是当前世界各国研究工作的热点。因此，研发一种结构可靠、技术成熟、自动化高、成本低廉能够为水下勘探和水下作业提供较高性能的水下机器人，是一个十分有前景的研究。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供了一种结构简单、高效的基于图像处理的自我控制水下机器人。为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案是一种基于图像处理的自我控制水下机器人，包括浮箱和设在浮箱底部的异型铝骨架；所述浮箱中设有主控制器，浮箱上设有传感器模块和视频模块，主控制器通过CAN模块与远程交互平台连接；所述铝骨架的两端各设有一个水平的直流减速电机和一个竖直的浮升电机，并且两个浮升电机均位于两个直流减速电机的外侧；所述四个电机的轴各与一个浆式推进器固定连接；铝骨架的前端设有多自由度机械手。其中，所述四个电机的外部各设有一个防水铝套，浆式推进器的外部套覆有整流罩。其中，所述传感器模块包括分别与主控制器连接的液位传感器、加速度传感器和电子罗盘。其中，所述视频模块包括分别与主控制器连接的全景云台摄像头、液晶显示屏和视频采集卡。其中，所述主控制器采用ARM芯片。其中，所述多自由度机械手包括水平移动平台，水平移动平台套装在光轴上，光轴通过分别设在其两端的两块竖直撑板固定在铝骨架上；水平移动平台通过其上部的凸台与同步带相连；水平移动平台的底部固定有与其垂直的平台，垂直平台上设有一对带沉孔的夹板，夹板之间设有摆动电机，摆动电机的两端分设有电机轴和辅助轴，电机轴和辅助轴分别穿过两个夹板上的沉孔后，分别与设在夹板外侧的一对外侧夹板固定连接；两个外侧夹板之间设有与其固定的摆动平台，摆动平台的顶部设有开合电机，其底部设有一对相互啮合的半齿轮；开合电机的电机轴穿过摆动平台上的沉孔与其正下方的半齿轮的中心通过联轴器相连；两个半齿轮的前端各与一个铝制爪相连。采用上述技术方案所产生的有益效果在于本技术通过可更换的多自由度机械手，完成一些简单的水下作业，并且通过摄像头采集信息和图像识别、处理，使机器人在水中进行图像采集勘探及简单的水下作业。本技术的控制系统是由飞行摇杆改装而成的，机器人的运动方向与运动速度与摇杆的倾斜方向和倾斜角度成正比关系；人性化的飞行摇杆运动控制与比例模型机械控制，使用起来简单直观；纵向双推进平衡系统，便于执行负重任务。双筒结构，外观新颖独特；机器人密度与水相似，可完成无动力或小动力悬浮；机器人上方的控制箱即浮箱，使结构紧凑；机器人前方的多自由度的机械手，使机器人可执行复杂的水下抓取打捞等高精度作业；水下机器人是依靠自身携带的液位传感器，加速度传感器等各式传感器和电子罗盘、摄像头等装置来采集信息，视频信号通过线缆传回岸基屏幕进行图像处理，配合操作者的调控，使机器人在水下三维空间中可以实现全向移动，以进行水下搜索、考察、识别和打捞作业。附图说明图I是本技术的为整体结构图；图2是图I的俯视图；图3是多自由度机械手的结构图；图中3_1、浮箱，3-2、浆式推进器，3-3、多自由度机械手，3-4、整流罩，3-5、浮升电机，3-6、直流减速电机，4-1、水平移动平台，4-2、光轴，4-3、同步轮，4-4、同步带，4-5、垂直平台，4-6、摆动平台，4-7、摆动电机，4-8、开合电机，4-9、半齿轮，5-1、异型铝骨架，5-2、电机防水铝套，5-3、电机尾部密封套，5-4、配重滑块。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。如图1、2所示为本技术的结构示意图。本技术为一种基于图像处理的自我控制水下机器人，包括浮箱3-1和设在浮箱3-1底部的异型铝骨架5-1 ;所述浮箱3-1中设有主控制器，浮箱3-1上设有传感器模块和视频模块，传感器模块包括分别与主控制器连接的液位传感器、加速度传感器和电子罗盘，视频模块包括分别与主控制器连接的全景云台摄像头、液晶显示屏和视频采集卡；主控制器采用ARM芯片，并通过CAN模块与远程交互平台进行通信连接，远程交互平台安置在岸基，用于控制水下机器人；铝骨架5-1的两端各设有一个水平的直流减速电机3-6和一个竖直的浮升电机3-5,并且两个浮升电机3-5均位于两个直流减速电机3-6的外侧；四个电机的轴各与一个浆式推进器3-2固定连接，四个电机的外部各设有一个防水铝套5-2，浆式推进器3-2的外部套覆有整流罩3-4 ;铝骨架5-1的前端设有多自由度机械手3-3。本技术的主控制器为ARM芯片，该芯片用于采集和储存外部信息、感知外部和系统内部模块产生的信息并控制机器人的各个模块。水下机器人的控制系统是利用人工主导和智能调整两部分相结合的技术，利用水下机器人通过下位机采集回来的数据传输回岸基部分，操作者通过传输回来的数据对机器人的动作实现宏观方向的操作，当趋于接近目标物或者目的地时，则利用水下机器人自身安装的各种传感器接收前方传输回来的数据自行调节，实现了对环境精细操作的步骤，从而可以实现水下机器人能够顺利的完成水下任务。对于人工主导部分，是利用飞行摇杆运动控制与比例模型机械的原理，机器人的运动方向与运动速度与摇杆的倾斜方向和倾斜角度成正比关系。机械臂的运动是由一个比例模型控制的，机械臂的姿态与比例模型的姿态瞬时对应，从而实现人工的宏观调节；机器人自身根据所处的情况实现自身微调的部分，是水下机器人依靠自身携带的液位传感器、加速度传感器等各式传感器和电子罗盘、摄像头等装置来采集信息，视频信号通过线缆传回岸基屏幕进行图像处理，从而实现对遥控信号进行修正，最终作出合理动作。本技术的传感器模块包括液位传感器、加速度传感器、电子罗盘。其中，液位传感器用于检测机器人行进深度，加速度传感器用于检测机器人行进时的加速度力，电子罗盘用于实时提供机器人的航向和姿态。通过各个传感器提供的数据，使水下机器人更好地进行图像采集，水下作业。本技术的通信模块采用CAN模块，CAN模块是一款对机器人整体各电子控制 装置之间实现通讯数据转发的智能电控设备，从而使机器人整体实现车载电控装置区域性网络控制系统。采用了功能强大的带有两路CAN控制器的16位微控制器。支持CAN2.0A和CAN2. OB协议。按"SAE J1939 "标准协议开发.支持K线诊断功能。可同时适用于高速和低速CAN总线网络。具有很好的密封性，可使用于水下恶劣环境。两个水平放置的直流减速电机3-6用以提供平移动力，两个垂直放置的浮升电机3-5用以提供纵向动力。水平方向通过推进器差速来实现方向调整，竖直方向为放置于中心的一套覆有整流罩的浆式推进器调速用于姿态平衡和实现竖直方向的升降。浆式推进器3-2用于姿态平衡和实现竖直方向的升降。电机外部有防水铝套5-2，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像处理的自我控制水下机器人，包括浮箱（3？1）和设在浮箱（3？1）底部的异型铝骨架（5？1）；所述浮箱（3？1）中设有主控制器，浮箱（3？1）上设有传感器模块和视频模块，主控制器通过CAN模块与远程交互平台连接；所述铝骨架（5？1）的两端各设有一个水平的直流减速电机（3？6）和一个竖直的浮升电机（3？5），并且两个浮升电机（3？5）均位于两个直流减速电机（3？6）的外侧；所述四个电机的轴各与一个浆式推进器（3？2）固定连接；铝骨架（5？1）的前端设有多自由度机械手（3？3）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄中意，吴光辉，赵新灿，李智博，史贺，纪程锦，刘尊，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：实用新型
国别省市：