專利名稱：用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水下探測與作業(yè)機(jī)器，特別是一種無人潛水器，應(yīng)用于清澈水域和混濁水域水下目標(biāo)探測與處置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
遙操作無人潛水器(Remote Operated Vehiele, R0V)是水下探測與作業(yè)機(jī)器，由于它廣泛地應(yīng)用了機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)，目前又稱其為水下機(jī)器人。遙操作無人潛水器系統(tǒng)包括帶有推進(jìn)裝置、水下攝像機(jī)的潛水器本體、連接潛水器和水面系統(tǒng)的電纜和水面動力供應(yīng)系統(tǒng)組成。由于遙操作無人潛水器可以替代人潛入水下探測水下目標(biāo)，大大減輕了相關(guān)作業(yè)對潛水員的依賴，擴(kuò)展了人類的探索范圍，同時提高了人們在危險環(huán)境下作業(yè)能力與作業(yè)安全性。近年來，遙操作無人潛水器得到了越來越多的應(yīng)用，成為國際上的研究熱點之一 O遙操作無人潛水器多數(shù)配備有水下攝像系統(tǒng)，在操作方式上，操作人員通過操作設(shè)備觀察ROV傳輸上來的圖像進(jìn)行第一視角操作。常規(guī)的ROV在應(yīng)用方面具有很明顯的局限性
首先，通過第一視角圖像進(jìn)行遙控操作僅限于在清澈的水域進(jìn)行水下探測，難以應(yīng)用于混濁水域。實際上，在我國大部分的水域，包括近海、大多數(shù)城市內(nèi)河等水質(zhì)混濁，泥沙含量高。以黃浦江為例，在強(qiáng)光輔助下，攝相機(jī)在水下的觀測距離僅為5cm左右。顯然采用攝像機(jī)在混濁水域進(jìn)行水下檢測的辦法幾乎失效。其次，大多數(shù)ROV并不具備對水下目標(biāo)進(jìn)行操作與處置的能力。而在某些應(yīng)用場合中，人們要求ROV不但能檢測發(fā)現(xiàn)水下目標(biāo)，而且要求ROV能對目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)的操作，如捕獲、打撈可疑目標(biāo)等。第三，由于通常在水下缺乏明顯的參照物，所采用的第一視角遙控操作方式下，操作人員通過經(jīng)驗進(jìn)行判斷和操作，這不但提高了操作難度，而且很難實現(xiàn)對ROV的準(zhǔn)確定位。第四，常規(guī)ROV采用電纜傳輸信息，其傳輸距離與信息的帶寬有限?？蓪崿F(xiàn)混濁水域水下目標(biāo)探測與處置的多功能ROV的目的在于提高ROV的使用性能，拓展ROV的應(yīng)用范圍。在這方面，法國、美國等海洋國家做了大量的工作，但沒有檢索到能克服上述全部技術(shù)缺陷的相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，也尚未制造出克服上述技術(shù)缺陷的可靠的能夠應(yīng)用于渾濁水域水下目標(biāo)探測與處置的相關(guān)潛水器產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于水下目標(biāo)探測與處置的開架式遙操作無人潛水器，尤其是用以實現(xiàn)混濁水域水下目標(biāo)探測與處置，從而提高無人潛水器的使用性能，擴(kuò)展其應(yīng)用范圍。本發(fā)明的構(gòu)思是1.為了使ROV在清水和混濁水域均可進(jìn)行探測，水下探測設(shè)備采用強(qiáng)光探照燈和微光攝相機(jī)以滿足清水探測，還另外采用探測聲吶以實現(xiàn)混水探測。同時為了靈活控制探測角度，在ROV前部安裝俯仰轉(zhuǎn)動云臺，云臺上的隨動微光攝相機(jī)與分體式探測聲吶的聲學(xué)透鏡可隨俯仰云臺轉(zhuǎn)動。2.為了使ROV具有對水下目標(biāo)進(jìn)行操作與處置的能力，在ROV上預(yù)留機(jī)械手的機(jī)械與電氣接口，機(jī)械手與潛水器之間通過搭板與螺栓進(jìn)行機(jī)械連接，通過可插拔式連接纜進(jìn)行電氣連接。機(jī)械手可以方便拆卸與安裝，機(jī)械手拆卸后不影響潛水器的探測功能。所采用的連接方式方便更換安裝使用不同形式的機(jī)械手，如抱持式機(jī)械手、網(wǎng)兜式機(jī)械手、機(jī)械臂等等，以滿足不同方式的水下處置操作需要。3.為實現(xiàn)對ROV進(jìn)行準(zhǔn)確定位，在ROV上安裝定位、定姿傳感器組。傳感器組包括姿態(tài)參考系統(tǒng)、聲吶高度計、水壓計和超短基線定位聲吶應(yīng)答器。其中姿態(tài)參考系統(tǒng)可獲得潛水器的實時姿態(tài)，包括磁艏向角、橫滾角和俯仰角；聲吶高度計可獲得潛水器距河床或海床的高度；水壓計用于獲得潛水器的入水深度；超短基線定位聲吶應(yīng)答器通過與母船的超短基線定位聲吶系統(tǒng)配合，以確定潛水器相對于母船的位置。4.為了提高ROV機(jī)載信息傳輸距離與信息傳輸帶寬，在ROV與水面控制站之間采用光纖通信。光纖通信電路板可將接入的兩路圖像和多路數(shù)字信號合并調(diào)制成一路光信號傳輸。5.為了滿足ROV的動力需要，ROV的電源倉接入的交流電源后變換輸出24疒48V可調(diào)的直流電源，為多個螺旋槳推進(jìn)器提供最大3600W的輸出功率；電源管理倉內(nèi)發(fā)熱器件通過水冷模塊進(jìn)行冷卻。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器，包括潛水器本體框架、浮力體、動力推進(jìn)裝置、水下探測設(shè)備、電源管理倉、通信與控制倉、電纜接口和信號接口，浮力體與潛水器本體框架的頂部固定結(jié)合安裝，電源管理倉和通信與控制倉固定裝載于潛水器本體框架上，與電纜接口連接的電纜線接入電源管理倉并向動力推進(jìn)裝置和水下探測設(shè)備提供電能，與信號接口連接的信號線纜接入通信與控制倉并分別與動力推進(jìn)裝置和水下探測設(shè)備信號連接；動力推進(jìn)裝置包括安裝在潛水器本體框架上的四個螺旋槳推進(jìn)器，其中左右兩個尾部推進(jìn)器設(shè)置于潛水器尾部，即分別為尾部右側(cè)推進(jìn)器和尾部左側(cè)推進(jìn)器，其中沉浮推進(jìn)器設(shè)置于潛水器頂部，其中側(cè)移推進(jìn)器設(shè)置于潛水器左側(cè)，通信與控制倉控制控制螺旋槳推進(jìn)器運(yùn)動，從而使?jié)撍鲗崿F(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、定點旋轉(zhuǎn)、上浮、下潛和左右平移中任意一種運(yùn)動或任意幾種組合運(yùn)動；電纜接口和信號接口合并形成光電復(fù)合纜接口，通過光電復(fù)合接口接入光電復(fù)合纜，從而為潛水器提供電源，并為潛水器與上位機(jī)之間雙向光通信提供光信號通路；水下探測設(shè)備包括潛水器前方探測設(shè)備和潛水器下方探測設(shè)備，潛水器前方探測設(shè)備包括前向固定強(qiáng)光探照燈、前向隨動強(qiáng)光探照燈、隨動微光攝相機(jī)和探測聲吶設(shè)備，探測聲吶設(shè)備為由探測聲吶的聲學(xué)透鏡和聲吶控制與處理器分體式構(gòu)成，聲吶控制與處理器的信號接收端與探測聲吶的聲學(xué)透鏡的信號輸入端信號連接，前向固定強(qiáng)光探照燈和前向隨動強(qiáng)光探照燈為隨動微光攝相機(jī)提供輔助照明，潛水器下方探測設(shè)備包括底部微光攝相機(jī)和底部強(qiáng)光探照燈，底部強(qiáng)光探照燈為底部微光攝相機(jī)通過輔助照明，前向固定強(qiáng)光探照燈、聲吶控制與處理器、底部微光攝相機(jī)和底部強(qiáng)光探照燈固定安裝于潛水器本體框架上，通信與控制倉控制前向固定強(qiáng)光探照燈、前向隨動強(qiáng)光探照燈和底部強(qiáng)光探照燈的開關(guān)，通信與控制倉控制隨動微光攝相機(jī)和底部微光攝相機(jī)，并進(jìn)行變焦對潛水器的前方和下方進(jìn)行拍攝，前向隨動強(qiáng)光探照燈、隨動微光攝相機(jī)和探測聲吶的聲學(xué)透鏡固定安裝于俯仰轉(zhuǎn)動云臺上，俯仰轉(zhuǎn)動云臺的固定座安裝在潛水器本體框架上，通信與控制倉向云臺驅(qū)動器發(fā)出控制指令信號，進(jìn)而使云臺驅(qū)動器驅(qū)動俯仰轉(zhuǎn)動云臺相對于潛水器本體框架產(chǎn)生俯仰轉(zhuǎn)動，以調(diào)整固定于俯仰轉(zhuǎn)動云臺上的潛水器前方探測設(shè)備的探測與觀察角度；通信與控制倉的信號接收端還與潛水器位置與姿態(tài)傳感器組的信號輸出端連接，電源管理倉向潛水器位置與姿態(tài)傳感器組提供電能，潛水器位置與姿態(tài)傳感器組安裝在潛水器本體框架上，潛水器位置與姿態(tài)傳感器組包括潛水器姿態(tài)參考系統(tǒng)、聲吶高度計、水壓計和超短基線定位聲吶應(yīng)答器，超短基線定位聲吶應(yīng)答器安裝在潛水器本體框架的頂部，其中潛水器姿態(tài)參考系統(tǒng)能獲取至少包括磁艏向角、橫滾角和俯仰角在內(nèi)的潛水器的實時姿態(tài)數(shù)據(jù)，其中聲吶高度計可測量獲取潛水器距河床或海床的高度數(shù)據(jù)，其中水壓計能測算潛水器的入水深度數(shù)據(jù)，而其中超短基線定位聲吶應(yīng)答器通過與母船的超短基線定位聲吶系統(tǒng)配合來確定潛水器相對于母船的位置數(shù)據(jù)；潛水器在水中凈浮力接近其自身重力并大于其自身重力，使?jié)撍髟谑恿r仍能安全浮出水面。上述前向固定強(qiáng)光探照燈最好包括兩個，分別固定安裝于潛水器艏向左右兩側(cè)。上述俯仰轉(zhuǎn)動云臺的俯仰轉(zhuǎn)動角度范圍優(yōu)選為60°。作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進(jìn)，超短基線定位聲吶應(yīng)答器采用獨立鋰電池供電，在潛水器的光電復(fù)合纜斷開、通信與控制倉信號故障或潛水器由于不可預(yù)見的極端情況導(dǎo)致潛水器與上位機(jī)通信斷開時，超短基線定位聲吶應(yīng)答器仍可進(jìn)行獨立工作，為母船提供搜索并確認(rèn)潛水器的位置數(shù)據(jù)。作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，浮力體上表面裝有防撞導(dǎo)流片，防撞導(dǎo)流片的自由端最高點高于超短基線定位聲吶應(yīng)答器突出浮力體上表面的高度，防撞導(dǎo)流片沿著潛水器前后方向豎立安裝在超短基線定位聲吶應(yīng)答器近旁，并相對于超短基線定位聲吶應(yīng)答器安裝在前方，保護(hù)其后的超短基線定位聲吶應(yīng)答器免于受到直接撞擊；浮力體與潛水器本體框架之間的過渡部分裝有緩沖橡膠圈來保護(hù)浮力體，并對外部對潛水器的撞擊進(jìn)行緩沖。作為本發(fā)明技術(shù)方案的再進(jìn)一步改進(jìn)，電源管理倉和通信與控制倉內(nèi)器件產(chǎn)生的顯熱通過水冷模塊進(jìn)行冷卻，水冷模塊內(nèi)布有流通網(wǎng)道和水流出入口，其中水流入口朝潛水器艏向，其中水流出口朝潛水器艉向，潛水器推進(jìn)運(yùn)動時，水流在動壓力作用下流經(jīng)水冷模塊時帶走熱量。作為本發(fā)明技術(shù)方案的另一種再進(jìn)一步改進(jìn)，通信與控制倉內(nèi)有光纖通信電路板和測量控制電路板，光纖通信電路板可將接入的各路圖像信號和其他各路數(shù)字探測信號合并調(diào)制成一路光信號傳輸，其中圖像信號僅從潛水器到上位機(jī)方向進(jìn)行單向傳輸，而各路非圖像數(shù)字信號在潛水器和上位機(jī)之間進(jìn)行全雙工數(shù)據(jù)傳輸，而測量控制電路板將來自潛水器位置與姿態(tài)傳感器組采集的信息通過光纖通信電路板傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，同時通過光纖通信電路板接收由上位機(jī)發(fā)出的控制信號。作為本發(fā)明技術(shù)方案的還有一種再進(jìn)一步改進(jìn)，在潛水器本體框架上還設(shè)置機(jī)械手的機(jī)械手機(jī)械安裝接口，通信與控制倉還設(shè)有機(jī)械手電氣接口，機(jī)械手通過機(jī)械手電氣接口與通信與控制倉信號連接，機(jī)械手根據(jù)通信與控制倉發(fā)出的控制指令對潛水器發(fā)現(xiàn)的水下可疑物進(jìn)行處置。潛水器本體框架與機(jī)械手之間優(yōu)選通過搭板與螺栓進(jìn)行機(jī)械連接，螺栓與潛水器本體框架的機(jī)械手機(jī)械安裝接口通過螺紋配合連接，機(jī)械手為抱持式機(jī)械手或網(wǎng)兜式機(jī)械手。機(jī)械手優(yōu)選通過可插拔式連接纜與通信與控制倉的機(jī)械手電氣接口進(jìn)行電氣連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點
1.采用雙頻識別聲吶和水下微光攝相機(jī)，使ROV在清水和混濁水域中都能進(jìn)行探測，從而提高無人潛水器的使用性能，擴(kuò)展其應(yīng)用范圍；
2.采用俯仰轉(zhuǎn)動云臺，云臺上的隨動微光攝相機(jī)與分體式探測聲吶的聲學(xué)透鏡可隨俯仰云臺轉(zhuǎn)動，提高了探測的靈活性；
3.ROV上預(yù)留機(jī)械手的機(jī)械與電氣接口，機(jī)械手與潛水器之間通過搭板與螺栓進(jìn)行機(jī)械連接，通過可插拔式連接纜進(jìn)行電氣連接，機(jī)械手可以方便拆卸與安裝，機(jī)械手拆卸后不影響潛水器的探測功能；
4.所采用的連接方式方便更換安裝使用不同形式的機(jī)械手，如抱持式機(jī)械手、網(wǎng)兜式機(jī)械手、機(jī)械臂等等，以滿足不同方式的水下處置操作需要，安裝機(jī)械手后ROV可對下目標(biāo)進(jìn)行操作與處置；
5.ROV上安裝定位、定姿傳感器組,可實現(xiàn)對ROV進(jìn)行準(zhǔn)確定位定姿；
6.在ROV與水面控制站之間采用光纖通信，提高ROV機(jī)載信息傳輸距離與信息傳輸帶
寬；
7.電源管理倉內(nèi)發(fā)熱器件通過水冷模塊進(jìn)行冷卻，水冷模塊內(nèi)布有流通網(wǎng)道和出入口，入口朝潛水器艏向，出口朝潛水器艉向，潛水器推進(jìn)運(yùn)動時，水流在動壓力作用下流經(jīng)水冷模塊時帶走熱量，保證了電源的穩(wěn)定可靠。


圖1是本發(fā)明實施例一遙操作無人潛水器的結(jié)構(gòu)示意圖一。圖2是本發(fā)明實施例一遙操作無人潛水器的結(jié)構(gòu)示意圖二。圖3是本發(fā)明實施例六遙操作無人潛水器安裝的抱持式機(jī)械手張開結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖4是本發(fā)明實施例六遙操作無人潛水器安裝的抱持式機(jī)械手張開結(jié)構(gòu)的正視圖。圖5是本發(fā)明實施例六遙操作無人潛水器安裝的抱持式機(jī)械手收攏結(jié)構(gòu)的正視圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳述如下
實施例一
參見圖1和圖2，一種用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器，包括潛水器本體框架5、浮力體2、動力推進(jìn)裝置、水下探測設(shè)備、電源管理倉4、通信與控制倉7、電纜接口和信號接口，浮力體2與潛水器本體框架5的頂部固定結(jié)合安裝，電源管理倉4和通信與控制倉7固定裝載于潛水器本體框架5上，與電纜接口連接的電纜線接入電源管理倉4并向動力推進(jìn)裝置和水下探測設(shè)備提供電能，與信號接口連接的信號線纜接入通信與控制倉7并分別與動力推進(jìn)裝置和水下探測設(shè)備信號連接；動力推進(jìn)裝置包括安裝在潛水器本體框架5上的四個螺旋槳推進(jìn)器，其中左右兩個尾部推進(jìn)器設(shè)置于潛水器尾部，即分別為尾部右側(cè)推進(jìn)器19和尾部左側(cè)推進(jìn)器21，其中沉浮推進(jìn)器14設(shè)置于潛水器頂部，其中側(cè)移推進(jìn)器15設(shè)置于潛水器左側(cè)，通信與控制倉7控制控制螺旋槳推進(jìn)器運(yùn)動，從而使?jié)撍鲗崿F(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、定點旋轉(zhuǎn)、上浮、下潛和左右平移中任意一種運(yùn)動或任意幾種組合運(yùn)動；電纜接口和信號接口合并形成光電復(fù)合纜接口 20，通過光電復(fù)合接口 20接入光電復(fù)合纜，從而為潛水器提供電源，并為潛水器與上位機(jī)之間雙向光通信提供光信號通路，在ROV與水面控制站之間建立光纖通信信道，提高ROV機(jī)載信息傳輸距離與信息傳輸帶寬；水下探測設(shè)備包括潛水器前方探測設(shè)備和潛水器下方探測設(shè)備，潛水器前方探測設(shè)備包括前向 固定強(qiáng)光探照燈8、前向隨動強(qiáng)光探照燈9、隨動微光攝相機(jī)10和探測聲吶設(shè)備，探測聲吶設(shè)備為由探測聲吶的聲學(xué)透鏡11和聲吶控制與處理器22分體式構(gòu)成，聲吶控制與處理器22的信號接收端與探測聲吶的聲學(xué)透鏡11的信號輸入端信號連接，前向固定強(qiáng)光探照燈8和前向隨動強(qiáng)光探照燈9為隨動微光攝相機(jī)10提供輔助照明，潛水器下方探測設(shè)備包括底部微光攝相機(jī)12和底部強(qiáng)光探照燈13，底部強(qiáng)光探照燈13為底部微光攝相機(jī)12通過輔助照明，前向固定強(qiáng)光探照燈8、聲吶控制與處理器22、底部微光攝相機(jī)12和底部強(qiáng)光探照燈13固定安裝于潛水器本體框架5上，通信與控制倉7控制前向固定強(qiáng)光探照燈8、前向隨動強(qiáng)光探照燈9和底部強(qiáng)光探照燈13的開關(guān)，通信與控制倉7控制隨動微光攝相機(jī)10和底部微光攝相機(jī)12，并進(jìn)行變焦對潛水器的前方和下方進(jìn)行拍攝，前向隨動強(qiáng)光探照燈9、隨動微光攝相機(jī)10和探測聲吶的聲學(xué)透鏡11固定安裝于俯仰轉(zhuǎn)動云臺上，俯仰轉(zhuǎn)動云臺的固定座安裝在潛水器本體框架5上，通信與控制倉7向云臺驅(qū)動器6發(fā)出控制指令信號，進(jìn)而使云臺驅(qū)動器6驅(qū)動俯仰轉(zhuǎn)動云臺相對于潛水器本體框架5產(chǎn)生俯仰轉(zhuǎn)動，以調(diào)整固定于俯仰轉(zhuǎn)動云臺上的潛水器前方探測設(shè)備的探測與觀察角度，俯仰轉(zhuǎn)動云臺上的隨動微光攝相機(jī)10與分體式探測聲吶的聲學(xué)透鏡11可隨俯仰云臺轉(zhuǎn)動，提高了探測的靈活性；通信與控制倉7的信號接收端還與潛水器位置與姿態(tài)傳感器組的信號輸出端連接，電源管理倉4向潛水器位置與姿態(tài)傳感器組提供電能，潛水器位置與姿態(tài)傳感器組安裝在潛水器本體框架5上，潛水器位置與姿態(tài)傳感器組包括潛水器姿態(tài)參考系統(tǒng)16、聲吶高度計17、水壓計和超短基線定位聲吶應(yīng)答器18，超短基線定位聲吶應(yīng)答器18安裝在潛水器本體框架5的頂部，其中潛水器姿態(tài)參考系統(tǒng)16能獲取至少包括磁艏向角、橫滾角和俯仰角在內(nèi)的潛水器的實時姿態(tài)數(shù)據(jù)，其中聲吶高度計17可測量獲取潛水器距河床或海床的高度數(shù)據(jù)，其中水壓計能測算潛水器的入水深度數(shù)據(jù)，而其中超短基線定位聲吶應(yīng)答器18通過與母船的超短基線定位聲吶系統(tǒng)配合來確定潛水器相對于母船的位置數(shù)據(jù)；潛水器在水中凈浮力接近其自身重力并大于其自身重力，使?jié)撍髟谑恿r仍能安全浮出水面。在本實施例中，電源管理倉4接入的交流電源后可變換輸出為24疒48V可調(diào)直流電源，采用的是濟(jì)南樂普電源科技有限公司的NHWY-60V-100A型大功率電源，為4個螺旋槳推進(jìn)器14、15、19、21提供最大3600W的輸出功率；潛水器在水中凈浮力略大于重力，從而保證潛水器在失去動力時仍可浮出水面；云臺驅(qū)動器6可控制俯仰轉(zhuǎn)動云臺產(chǎn)生俯仰轉(zhuǎn)動，以調(diào)整固定于俯仰轉(zhuǎn)動云臺上的水下探測設(shè)備擴(kuò)11的探測與觀察角度；傳感器組16 18獲得的潛水器位置與姿態(tài)信息接入通信與控制倉7，處理后可傳輸?shù)缴衔粰C(jī)顯示；潛水器預(yù)留了機(jī)械手的機(jī)械與電氣接口，以根據(jù)需要安裝并控制機(jī)械手對水下探測設(shè)備發(fā)現(xiàn)的水下可疑物進(jìn)行捕獲、打撈等處置。在本實施例中，隨動微光攝相機(jī)10和底部微光攝相機(jī)12均采用的是三星SCZ-2250P型25倍高清智能一體化攝像機(jī)，探測聲吶采用美國Didson 300型分體式雙頻識別聲吶，分體式探測聲吶包括聲學(xué)透鏡11和聲吶控制與處理器22組成，其中探測聲吶的聲學(xué)透鏡11隨俯仰云臺轉(zhuǎn)動。潛水器姿態(tài)參考系統(tǒng)16采用美國3DM-GX1型，它可獲得潛水器的實時姿態(tài)，包括磁艏向角、橫滾角和俯仰角；聲吶高度計17采用美國Benthos公司的PSA-916型聲吶高度計，它可獲得潛水器距河床或海床的高度；水壓計采用NS-1/300kPa壓力變送器，用于獲得潛水器的入水深度；超短基線定位聲吶應(yīng)答器18采用美國LinkQuest公司的Tracklinkl500型,它通過與母船的超短基線定位聲吶系統(tǒng)配合，以確定潛水器相對于母船的位置。本實施例實現(xiàn)了對混濁水域水下目標(biāo)探測與處置，提高了遙操作無人潛水器的實用價值，同時拓寬了無人潛水器的應(yīng)用范圍。在本實施例中，參見圖1和圖2，浮力體2上表面最好裝有防撞導(dǎo)流片1，防撞導(dǎo)流片I的自由端最高點高于超短基線定位聲吶應(yīng)答器18突出浮力體2上表面的高度，防撞導(dǎo)流片I沿著潛水器前后方向豎立安裝在超短基線定位聲吶應(yīng)答器18近旁，并相對于超短基線定位聲吶應(yīng)答器18安裝在前方，保護(hù)其后的超短基線定位聲吶應(yīng)答器18免于受到直接撞擊；浮力體2與潛水器本體框架5之間的過渡部分最好裝有緩沖橡膠圈3來保護(hù)浮力體2，并對外部對潛水器的撞擊進(jìn)行緩沖。上述的浮力體2采用密度小、比強(qiáng)度高的材料，如巴沙木制作，其尺寸與體積可根據(jù)需要進(jìn)行模塊化定制以適合不同浮力需要；浮力體2上裝有防撞導(dǎo)流片I以保護(hù)其后凸起的超短基線應(yīng)答器18 ;浮力體2與潛水器框架5之間通過螺栓與自鎖螺母進(jìn)行安裝固定，更換和拆裝方便；浮力體2與框架5之間的過渡部分裝有緩沖橡膠圈3以保護(hù)絕對強(qiáng)度較小的浮力體2，并對外部撞擊進(jìn)行緩沖。以上主動緩沖構(gòu)造和保護(hù)改造實現(xiàn)了潛水器穩(wěn)定工作的功能，使本實施例潛水器更加實用，能夠應(yīng)對多種復(fù)雜的水下作業(yè)環(huán)境。在本實施例中，參見圖1，前向固定強(qiáng)光探照燈8優(yōu)選包括兩個，分別固定安裝于潛水器艏向左右兩側(cè)，兩個前向固定強(qiáng)光探照燈8在增加對潛水器前方照明效果的同時，使?jié)撍髑胺焦鈭龅墓饽芰糠植几泳鶆颍梢垣@得光影更加均勻的高精度水下照片。實施例二
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于
在本實施例中，超短基線定位聲吶應(yīng)答器18采用獨立鋰電池供電，在潛水器的光電復(fù)合纜斷開、通信與控制倉7信號故障或潛水器由于不可預(yù)見的極端情況導(dǎo)致潛水器與上位機(jī)通信斷開時，超短基線定位聲吶應(yīng)答器18仍可進(jìn)行獨立工作，為母船提供搜索并確認(rèn)潛水器的位置數(shù)據(jù)。超短基線定位聲吶應(yīng)答器18采用獨立鋰電池供電，在潛水器復(fù)合纜斷開等不可預(yù)見的極端情況下仍可長時間獨立工作，以確定失落潛水器的位置并等待打撈，提高了潛水器應(yīng)對復(fù)雜作業(yè)環(huán)境的能力，減少探測數(shù)據(jù)資料損失，保障水下監(jiān)測與處置作業(yè)順利進(jìn)行。實施例三 本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于
在本實施例中，俯仰轉(zhuǎn)動云臺的俯仰轉(zhuǎn)動角度范圍優(yōu)選為60°。俯仰轉(zhuǎn)動云臺控制器6可驅(qū)動云臺產(chǎn)生范圍為60°的俯仰轉(zhuǎn)動，即可實現(xiàn)廣泛視角探測，以調(diào)整水下探測設(shè)備的探測與觀察角度，實現(xiàn)水下無死角探測。實施例四
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于
在本實施例中，電源管理倉4和通信與控制倉7內(nèi)器件產(chǎn)生的顯熱通過水冷模塊進(jìn)行冷卻，水冷模塊內(nèi)布有流通網(wǎng)道和水流出入口，其中水流入口朝潛水器艏向，其中水流出口朝潛水器艉向，潛水器推進(jìn)運(yùn)動時，水流在動壓力作用下流經(jīng)水冷模塊時帶走熱量。電源管理倉4內(nèi)發(fā)熱器件通過水冷模塊進(jìn)行冷卻，冷卻機(jī)制和冷卻模塊物理構(gòu)造簡單，保證了電源的穩(wěn)定可靠。實施例五
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于
在本實施例中，通信與控制倉7內(nèi)有光纖通信電路板和測量控制電路板，光纖通信電路板可將接入的各路圖像信號和其他各路數(shù)字探測信號合并調(diào)制成一路光信號傳輸，其中圖像信號僅從潛水器到上位機(jī)方向進(jìn)行單向傳輸，而各路非圖像數(shù)字信號在潛水器和上位機(jī)之間進(jìn)行全雙工數(shù)據(jù)傳輸，而測量控制電路板將來自潛水器位置與姿態(tài)傳感器組采集的信息通過光纖通信電路板傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，同時通過光纖通信電路板接收由上位機(jī)發(fā)出的控制信號。在本實施例中，光纖通信電路板采用上海大學(xué)通信學(xué)院研發(fā)的0C-2型光纖通信板，將接入的兩路圖像和包括一路雙頻識別聲吶信息的多路數(shù)字信號合并調(diào)制成一路光信號傳輸，其中圖像傳輸方向僅為從潛水器到上位機(jī)，而各數(shù)數(shù)字信號可以實現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)傳輸；測量控制電路板采用上海大學(xué)機(jī)自學(xué)院研發(fā)的SUSD-02型測控板，用以采集潛水器傳感器組的信息并通過光纖通信電路板傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，同時通過光纖通信電路板接收由上位機(jī)傳輸過來的控制信號并經(jīng)處理后，控制螺旋槳推進(jìn)器14、15、19、21、俯仰轉(zhuǎn)動云臺及機(jī)械手23運(yùn)動，控制攝相機(jī)變焦，控制水下探照燈開關(guān)等。實施例六
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于
在本實施例中，參見圖3 圖5，在潛水器本體框架5上還設(shè)置機(jī)械手23的機(jī)械手機(jī)械安裝接口，通信與控制倉7還設(shè)有機(jī)械手電氣接口，機(jī)械手23通過機(jī)械手電氣接口與通信與控制倉7信號連接，優(yōu)選采用可插拔式連接方式，使機(jī)械手23可以方便拆卸與安裝，并使機(jī)械手23拆卸后不影響潛水器的探測功能，機(jī)械手23根據(jù)通信與控制倉7發(fā)出的控制指令對潛水器發(fā)現(xiàn)的水下可疑物進(jìn)行處置。在本實施例中，上述潛水器本體框架5與機(jī)械手23之間優(yōu)選通過搭板25與螺栓24進(jìn)行機(jī)械連接，螺栓24與潛水器本體框架5的機(jī)械手機(jī)械安裝接口通過螺紋配合連接，機(jī)械手23為抱持式機(jī)械手或網(wǎng)兜式機(jī)械手，以滿足不同方式的水下處置操作的需要。上面對本發(fā)明實施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器，包括潛水器本體框架(5)、浮力體(2)、動力推進(jìn)裝置、水下探測設(shè)備、電源管理倉(4)、通信與控制倉(7)、電纜接口和信號接口，所述浮力體(2)與潛水器本體框架(5)的頂部固定結(jié)合安裝，所述電源管理倉(4)和所述通信與控制倉(7)固定裝載于所述潛水器本體框架(5)上，與所述電纜接口連接的電纜線接入所述電源管理倉(4)并向所述動力推進(jìn)裝置和所述水下探測設(shè)備提供電能，與所述信號接口連接的信號線纜接入所述通信與控制倉(7)并分別與所述動力推進(jìn)裝置和所述水下探測設(shè)備信號連接， 其特征在于所述動力推進(jìn)裝置包括安裝在所述潛水器本體框架(5)上的四個螺旋槳推進(jìn)器，其中左右兩個尾部推進(jìn)器設(shè)置于潛水器尾部，即分別為尾部右側(cè)推進(jìn)器(19)和尾部左側(cè)推進(jìn)器(21)，其中沉浮推進(jìn)器(14)設(shè)置于潛水器頂部，其中側(cè)移推進(jìn)器(15)設(shè)置于潛水器左側(cè)，所述通信與控制倉(7 )控制控制所述螺旋槳推進(jìn)器運(yùn)動，從而使?jié)撍鲗崿F(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、定點旋轉(zhuǎn)、上浮、下潛和左右平移中任意一種運(yùn)動或任意幾種組合運(yùn)動； 電纜接口和信號接口合并形成光電復(fù)合纜接口(20)，通過所述光電復(fù)合接口(20)接入光電復(fù)合纜，從而為潛水器提供電源，并為潛水器與上位機(jī)之間雙向光通信提供光信號通路； 所述水下探測設(shè)備包括潛水器前方探測設(shè)備和潛水器下方探測設(shè)備，所述潛水器前方探測設(shè)備包括前向固定強(qiáng)光探照燈(8)、前向隨動強(qiáng)光探照燈(9)、隨動微光攝相機(jī)(10)和探測聲吶設(shè)備，所述探測聲吶設(shè)備為由探測聲吶的聲學(xué)透鏡(11)和聲吶控制與處理器(22)分體式構(gòu)成，所述聲吶控制與處理器(22)的信號接收端與所述探測聲吶的聲學(xué)透鏡(11)的信號輸入端信號連接，所述前向固定強(qiáng)光探照燈(8)和所述前向隨動強(qiáng)光探照燈(9)為所述隨動微光攝相機(jī)(10)提供輔助照明，所述潛水器下方探測設(shè)備包括底部微光攝相機(jī)(12)和底部強(qiáng)光探照燈(13)，所述底部強(qiáng)光探照燈(13)為所述底部微光攝相機(jī)(12)通過輔助照明，所述前向固定強(qiáng)光探照燈(8)、所述聲吶控制與處理器(22)、所述底部微光攝相機(jī)(12)和所述底部強(qiáng)光探照燈(13)固定安裝于所述潛水器本體框架(5)上，所述通信與控制倉(7)控制所述前向固定強(qiáng)光探照燈(8)、所述前向隨動強(qiáng)光探照燈(9)和所述底部強(qiáng)光探照燈(13)的開關(guān)，所述通信與控制倉(7)控制所述隨動微光攝相機(jī)(10)和所述底部微光攝相機(jī)(12)，并進(jìn)行變焦對潛水器的前方和下方進(jìn)行拍攝，所述前向隨動強(qiáng)光探照燈(9)、所述隨動微光攝相機(jī)(10)和所述探測聲吶的聲學(xué)透鏡(11)固定安裝于俯仰轉(zhuǎn)動云臺上，所述俯仰轉(zhuǎn)動云臺的固定座安裝在所述潛水器本體框架(5)上，所述通信與控制倉(7)向云臺驅(qū)動器(6)發(fā)出控制指令信號，進(jìn)而使所述云臺驅(qū)動器(6)驅(qū)動所述俯仰轉(zhuǎn)動云臺相對于所述潛水器本體框架(5)產(chǎn)生俯仰轉(zhuǎn)動，以調(diào)整固定于所述俯仰轉(zhuǎn)動云臺上的所述潛水器前方探測設(shè)備的探測與觀察角度； 所述通信與控制倉(7)的信號接收端還與潛水器位置與姿態(tài)傳感器組的信號輸出端連接，所述電源管理倉(4)向潛水器位置與姿態(tài)傳感器組提供電能，所述潛水器位置與姿態(tài)傳感器組安裝在所述潛水器本體框架(5)上，所述潛水器位置與姿態(tài)傳感器組包括潛水器姿態(tài)參考系統(tǒng)(16)、聲吶高度計(17)、水壓計和超短基線定位聲吶應(yīng)答器(18)，所述超短基線定位聲吶應(yīng)答器(18)安裝在所述潛水器本體框架(5)的頂部，其中所述潛水器姿態(tài)參考系統(tǒng)(16)能獲取至少包括磁艏向角、橫滾角和俯仰角在內(nèi)的潛水器的實時姿態(tài)數(shù)據(jù)，其中所述聲吶高度計(17)可測量獲取潛水器距河床或海床的高度數(shù)據(jù)，其中所述水壓計能測算潛水器的入水深度數(shù)據(jù)，而其中所述超短基線定位聲吶應(yīng)答器(18)通過與母船的超短基線定位聲吶系統(tǒng)配合來確定潛水器相對于母船的位置數(shù)據(jù)； 潛水器完全浸入水中的凈浮力接近其自身重力并大于其自身重力，使?jié)撍髟谑恿r仍能安全浮出水面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器，其特征在于所述超短基線定位聲吶應(yīng)答器(18)采用獨立鋰電池供電，在潛水器的光電復(fù)合纜斷開、所述通信與控制倉(7)信號故障或潛水器由于不可預(yù)見的極端情況導(dǎo)致潛水器與上位機(jī)通信斷開時，所述超短基線定位聲吶應(yīng)答器(18)仍可進(jìn)行獨立工作，為母船提供搜索并確認(rèn)潛水器的位置數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器，其特征在于所述浮力體(2)上表面裝有防撞導(dǎo)流片(1)，所述防撞導(dǎo)流片(I)的自由端最高點高于所述超短基線定位聲吶應(yīng)答器(18)突出所述浮力體(2)上表面的高度，所述防撞導(dǎo)流片(I)沿著潛水器前后方向豎立安裝在所述超短基線定位聲吶應(yīng)答器(18)近旁，并相對于所述超短基線定位聲吶應(yīng)答器(18)安裝在前方，保護(hù)其后的所述超短基線定位聲吶應(yīng)答器(18)免于受到直接撞擊；所述浮力體(2)與所述潛水器本體框架(5)之間的過渡部分裝有緩沖橡膠圈(3 )來保護(hù)浮力體(2 )，并對外部對潛水器的撞擊進(jìn)行緩沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器，其特征在于所述俯仰轉(zhuǎn)動云臺的俯仰轉(zhuǎn)動角度范圍為60°。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器，其特征在于所述前向固定強(qiáng)光探照燈(8)包括兩個，分別固定安裝于潛水器艏向左右兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器，其特征在于所述電源管理倉(4)和所述通信與控制倉(7)內(nèi)器件產(chǎn)生的顯熱通過水冷模塊進(jìn)行冷卻，所述水冷模塊內(nèi)布有流通網(wǎng)道和水流出入口，其中水流入口朝潛水器艏向，其中水流出口朝潛水器艉向，潛水器推進(jìn)運(yùn)動時，水流在動壓力作用下流經(jīng)水冷模塊時帶走熱量。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器，其特征在于所述通信與控制倉(7)內(nèi)有光纖通信電路板和測量控制電路板，所述光纖通信電路板可將接入的各路圖像信號和其他各路數(shù)字探測信號合并調(diào)制成一路光信號傳輸，其中圖像信號僅從潛水器到上位機(jī)方向進(jìn)行單向傳輸，而各路非圖像數(shù)字信號在潛水器和上位機(jī)之間進(jìn)行全雙工數(shù)據(jù)傳輸，而所述測量控制電路板將來自所述潛水器位置與姿態(tài)傳感器組采集的信息通過所述光纖通信電路板傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，同時通過所述光纖通信電路板接收由上位機(jī)發(fā)出的控制信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器，其特征在于在所述潛水器本體框架(5 )上還設(shè)置機(jī)械手(23 )的機(jī)械手機(jī)械安裝接口，所述通信與控制倉(7 )還設(shè)有機(jī)械手電氣接口，所述機(jī)械手(23 )通過機(jī)械手電氣接口與所述通信與控制倉(7)信號連接，所述機(jī)械手(23)根據(jù)所述通信與控制倉(7)發(fā)出的控制指令對潛水器發(fā)現(xiàn)的水下可疑物進(jìn)行處置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器，其特征在于所述潛水器本體框架(5)與所述機(jī)械手(23)之間通過搭板(25)與螺栓(24)進(jìn)行機(jī)械連接，所述螺栓(24)與所述潛水器本體框架(5)的機(jī)械手機(jī)械安裝接口通過螺紋配合連接，所述機(jī)械手(23)為抱持式機(jī)械手或網(wǎng)覽式機(jī)械手。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器，其特征在于所述機(jī)械手(23)通過可插拔式連接纜與所述通信與控制倉(7)的機(jī)械手電氣接口進(jìn)行電氣連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于水下目標(biāo)探測與處置的遙操作無人潛水器，應(yīng)用于清澈水域和混濁水域水下目標(biāo)探測與處置技術(shù)領(lǐng)域。其動力推進(jìn)裝置包括安裝在潛水器本體框架上的四個螺旋槳推進(jìn)器，電纜接口和信號接口合并形成光電復(fù)合纜接口，水下探測設(shè)備包括潛水器前方探測設(shè)備和潛水器下方探測設(shè)備，前向隨動強(qiáng)光探照燈、隨動微光攝相機(jī)和探測聲吶的聲學(xué)透鏡固定安裝于俯仰轉(zhuǎn)動云臺上，俯仰轉(zhuǎn)動云臺相對于潛水器本體框架產(chǎn)生俯仰轉(zhuǎn)動，以調(diào)整固定于俯仰轉(zhuǎn)動云臺上的潛水器前方探測設(shè)備的探測與觀察角度，潛水器位置與姿態(tài)傳感器組可實現(xiàn)對ROV進(jìn)行準(zhǔn)確定位定姿，從而提高無人潛水器的使用性能，擴(kuò)展其應(yīng)用范圍。
文檔編號B63C11/52GK102975833SQ201210525068
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者饒進(jìn)軍, 張嘉毅, 謝少榮, 龔振邦 申請人:上海大學(xué)