水下探测机器人的制作方法

本发明属于水下探测研究技术领域，特别涉及一种水下探测机器人。

背景技术：

水下探测机器人主要用于科学研究(海底地形测绘、海洋学研究、水文地理研究、水道测量研究、环境监测)和商业领域(海底资源调查、石油天然气管线检查、海底电缆光缆检查敷设、水下工程检查)等方面，随着水下探测机器人在军事领域的应用，它的市场前景越来越广阔，并将创造巨大的社会和经济效益。以本项目水下探测机器人为切入点，打造出一流的产品，抢占中高端水下机器人市场。

导致水下探测机器人难以控制的因素有：难以获得水下探测机器人阻力系数，海流的干扰，负载的重心和浮心的变化，机械手作业运动影响等。通过滑动模态控制、非线性控制、模糊控制、人工神经网络控制等算法来实现水下机器人的自调节能力。

水下探测机器人(ROV)的使用环境的水流速度和方向是不确定的，而且大多是紊乱的，如果水下探测机器人ROV在水中不能抵抗来自各方向的水流，就会产生侧翻或是“随波逐流”的情况，情况严重时会出现水下探测机器人连着拖缆拖曳母船的危险，同时也容易造成脐带缆拉力过强，容易断裂等情况。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种水下探测机器人，水下探测机器人具有以下技术特点在水平、侧向和垂直方向均装有推进器，使其抗流能力强；预留多个传感器接口，可扩展能力强；框架式结构系统，易维护性；而且采用了耐碱性腐蚀的框架。

本发明是通过以下技术方案实现的：

水下探测机器人，包括保护壳，框架，主密封舱，辅密封舱，六个推进器，脐带电缆连接口，吊放钩，耐压浮体，钨丝卤素灯，视觉设备及声学设备，所述框架为长方体框架结构，所述推进器包括安装在框架四周的四个水平推进器，以及安装在框架顶面两侧的垂直推进器，框架中心位置水平设置主密封舱，主密封舱为每侧带有两块连接板圆柱形结构，每块连接板与保护壳之间通过两个连接杆连接，每侧两块连接板之间设置一个垂直推进器，两侧垂直推进器对称设置，框架顶部安装耐压浮体，耐压浮体罩在主密封舱顶部，耐压浮体上表面设置脐带电缆连接口及吊放钩；框架顶端一侧长方形支架上两个竖直边等高度设置两个钨丝卤素灯，长方形支架横边设置视觉设备，在另一侧长方形支架上设置声学设备与视觉设备对称；主密封舱左右两侧对称设置两个辅密封舱；所述框架外设置保护壳。

进一步，所述保护壳包括上保护壳和下保护壳，上保护壳和下保护壳之间通过连接件连接，下保护壳为带有两个连接边且中间镂空的长方形结构，上保护壳为带有两个连接耳且中间镂空的长方形结构，上保护壳镂空的位置漏出耐压浮体和两个垂直推进器。

进一步，框架底部横向设置两个平行的支腿，框架顶部设置两个等高长方形支架，框架左右两面为长方形框架中间设置两个根连接杆将长方形等分成三个框区，框架底面中间水平方向设置两根平行的连接杆，垂直方向设置两根平行的连接杆，水平方向设置的两根连接杆和垂直方向设置的两根连接杆形成四个交叉点，在四个交叉点安装四个水平推进器。

进一步，所述水下探测机器人预留多个传感器接口，可搭接USBL超短基线定位、前视生纳、辐射监测仪、磁力梯度仪、浅地层剖面仪、沉积物取样器、激光尺度仪和打捞装置及海洋生物采样、海洋化学分析仪器。

进一步，所述四个水平推进器和两个垂直推进器均为直流推进器，推动器向前推力24～28kg，向后推力20～24kg，向下推力：20～25kg，向上推力：7～9kg，侧向推力：8～12kg。

进一步，所述框架为聚丙烯框架，聚乙烯框架，聚氯氟乙烯PVC框架及abs框架。

进一步，所述视觉设备为安装在云台上的摄像头，云台安装在框架上带动摄像头上下左右转动。

本发明的有益效果为：

1.本发明在水下探测机器人水平、侧向和垂直方向都装有直流推进器，不仅提供静水环境中前进的动力，而且可以在紊乱的水流环境中提供各方向抗流的动力，使得自身能够保持平衡姿态。

2.本发明采用框架式结构，利于部件的更换和硬件升级(比如加大马力或增加推进器)，各部件相对独立工作，一旦损坏不影响其他部件的使用。

3.本发明水下探测机器人预留多个传感器接口可扩展能力强。

4.本发明在框架结构外设置保护壳，能更好的保护水下探测机器人，使水下机器人结构更加稳固，安全，抗冲击能力强。

附图说明

图1为本发明水下探测机器人立体结构示意图；

图2为本发明水下探测机器人图1的右视图；

图3为本发明水下探测机器人图1的俯视图；

图4为本发明水下探测机器人图1的正视图；

其中1.上保护壳，2.框架，3.水平推进器，4.垂直推进器，5主密封舱，6.下保护壳，7.辅密封舱，8.钨丝卤素灯，9.视觉设备，10.耐压浮体，11.吊放钩，12.脐带电缆连接口，13.声觉设备，14.支腿，15.连接杆，16.连接件，17.长方形支架，18.连接板，19.云台。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细描述。

实施例

如图1-4所示水下探测机器人，包括保护壳，框架2，主密封舱5，辅密封舱7，六个推进器，脐带电缆连接口12，吊放钩11，耐压浮体10，钨丝卤素灯8，视觉设备9及声学设备13，所述框架为长方体框架结构，所述推进器包括安装在框架四周的四个水平推进器3，以及安装在框架顶面两侧的垂直推进器4，框架中心位置水平设置主密封舱5，主密封舱5为每侧带有两块连接板圆柱形结构，每块连接板18与保护壳之间通过两个连接杆15连接，每侧两块连接板18之间设置一个垂直推进器4，两侧垂直推进器4对称设置，框架顶部安装耐压浮体10，耐压浮体10罩在主密封舱5顶部，保护主密封舱，耐压浮体10上表面设置脐带电缆连接12口及吊放钩11；框架顶端一侧长方形支架上两个竖直边等高度设置两个钨丝卤素灯8，长方形支架17横边设置视觉设备，在另一侧长方形支架上设置声学设备与视觉设备对称；主密封舱5左右两侧对称设置两个辅密封舱7；这种对称结构可使水下探测机器人工作时更加平稳，框架外设置保护壳，能更好的保护水下探测机器人，使水下机器人结构更加稳固，安全，抗冲击能力强。

框架底部横向设置两个平行的支腿14，框架顶部设置两个等高长方形支架17，框架左右两面为长方形框架中间设置两个根连接杆将长方形等分成三个框区，框架底面中间水平方向设置两根平行的连接杆，垂直方向设置两根平行的连接杆，水平方向设置的两根连接杆和垂直方向设置的两根连接杆形成四个交叉点，在四个交叉点安装四个水平推进器。

保护壳包括上保护壳1和下保护壳6，上保护壳1和下保护壳6之间通过连接件16连接，下保护壳为带有两个连接边且中间镂空的长方形结构，上保护壳为带有两个连接耳且中间镂空的长方形结构，上保护壳镂空的位置漏出耐压浮体和两个垂直推进器。

为使水下探测机器人具有强大的推力，本发明提供6个1\2马力的矢量推进器，可以使水下机器人在前后、左右及侧向都有足够的推力，四个水平推进器和两个垂直推进器均为直流推进器，推动器向前推力24～28kg，向后推力20～24kg，向下推力：20～25kg，向上推力：7～9kg，侧向推力：8～12kg；不仅提供静水环境中前进的动力，而且可以在紊乱的水流环境中提供各方向抗流的动力，使得自身能够保持平衡姿态。这个特性在水下探测机器人自定定深、自动定向性能上面也尤为突出。

水下探测机器人预留多个传感器接口，可搭接USBL超短基线定位、前视生纳、辐射监测仪、磁力梯度仪、浅地层剖面仪、沉积物取样器、激光尺度仪和打捞装置及海洋生物采样、海洋化学分析仪器等不同用途的传感器，这个根据用户的特殊用途，可选择不同的传感器，但是不同类型的水下机器人的搭载能力也是不同的。

视觉设备为安装在±90度云台上的摄像头，云台安装在框架上带动摄像头上下左右转动，云台是一种提供方位和俯仰二维运动的转台，摄像机放在云台上可以扩大视野。一般在深水中采用黑白微光摄像机，在浅水中使用彩色照相机，照明灯的亮度需要根据环境条件加以调节。本发明采用480TV线的高分辨率彩色摄像头，0.2Lux的照度。摄像头安装在±90°的云台上，可视摄像头上下左右转动，扩大水下探测视角。另外还可以同时携带低照度的黑白摄像头及高清晰的静态照相机。

声学设备为采用Track Link1500系列水声定位系统，发射频率650KHz-750KHz，扫描范围2-75米，扫面视场可达360度；本实施例中水下声学定位系统采用Track Link系列超短基线1500LC型号，在有传统噪声的环境下，有效距离为1000米，定位精度3度，斜距精度0.2米；USBL超短基线一个应答器固定在水下机器人主机上，另外一个发射器固定在船体，通过接受ROV主机上的应答器的回馈信号，给出机器人与母船的相对位置，我们可以根据母船的GPS数据换算出水下机器人的绝对位置。这个位置可以在控制台的屏幕上显示和记录。Track Link1500系列水声定位系统广泛用于各种环境的水下声学定位，设备坚固紧凑。

本发明水下探测机器人ROV配置250W的钨丝卤素灯，其在水下的照明可视范围要优于LED灯，根据不同的水质情况，其亮度可调，这些可选项都为获取优质的水下图像提供保证。配置480TV线的彩色摄像头，0.2Lux的低照度可以使得光线较暗时仍能获取水下画面。

本发明在耐压浮体顶部设置脐带电缆连接口，脐带电缆主要作用是供给水下探测机器人水下主体的电源，并传输水下的光学、声学信号，另外一个作用就是链接水下机器人主体，防止丢失。脐带缆的一头与水下机器人主机相连接，另外部分缠绕在脐带缆绞车上，根据水下探测机器人的工作环境放出适当的长度。脐带缆在水中的拉力和受到海流的冲击力，是组成水下探测机器人阻力的重要部分，所以根据作业需要，缆的长度要适当控制，过长的脐带电缆不但产生相当大的阻力，还会缠绕在障碍物上，对水下探测机器人作业带来不便。脐带缆绞车配备手动绞车，保证在收放缆的时候水下探测机器人可正常工作。

本发明水下探测机器人框架材料采用高科技耐用塑料，框架为聚丙烯框架，聚乙烯框架，聚氯氟乙烯PVC框架及abs框架，免于海水碱性腐蚀，水下机器人ROV的尺寸为长×宽×高：73～78cm×53～58cm×43～48cm，该水下探测机器人的重量为30～50kg；可下潜深度为250m～300m。