一种多功能调节式深海投放设备的制作方法

本发明属于海洋要素检测技术领域，涉及一种投放试验机构，更具体地，涉及一种用于重心可控的投放目标物与多功能投放装置，即一种多功能调节式深海投放设备。

背景技术：

21世纪是海洋的世纪，海洋探测用传感器搭载技术是伴随着海洋科学的发展，在传统技术的基础上发展起来的海洋探测新技术。随着海洋经济的发展，石油、天然气等资源的开发由近海逐渐延伸至深海，对深海环境、资源、地质等方面的研究也不断深入，深海探测装置的需求不断上升。

作为深海探测装置的主要承担者，探测设备的投放成为了其中的一个关键性技术，具有重要的意义。因此，对于水下目标物投放轨迹、运动调节等领域逐渐引起了人们的重视。目前，大多数探测设备所进行投放是无法进行控制的，其投放目标位置的精度、效果有着很大的局限性，故一种能够实现多功能深海投放装置以及自动调节的投放目标物正待研发。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多功能调节式深海投放设备，通过对投放装置及投放目标物的结构设计，使其具备水下自主重心控制，精准投放等作业功能，能够解决水下探测设备投放时难以确定投放物实际位置，动态投放过程困难，灵活性较差等问题。

为了实现上述目的，按照本方明的一个方面，提供了

一种多功能调节式深海投放设备，所述投放设备包括投放装置1和投放目标物7，所述投放装置1具有动力区域2和发射区域3，动力区域2内部为四个气缸4，气缸4顶部与发射区域尾端相连接，气缸4尾部连接岸上气源；发射区域3内部为四个发射管5，发射管5内为圆筒形，可安放圆形或柱形投放目标物7；气缸4可通过岸上控制装置操作运动，通过气缸4的快速伸出，将投放目标物7从发射管5中推出。

进一步地，所述投放装置1的两侧设置有滑轮6，实现投放装置1在轨道上运动，便于投放装置1的运输，在投放装置1的后方设置有挂钩25，用于控制投放装置位置；所述投放目标物7具有中部8，所述中部8的前端设置有头部9，所述中部8的后端设置有尾部10，所述中部8为中空结构，其内设置有内部梁11，所述内部梁11的两端分别连接头部9和尾部10，所述内部梁11的上下两侧面上设置滑轨13，所述滑轨13上设置有重心调节机构12，可通过重心调节机构12实现投放目标物7水下重心调节。

进一步地，重心调节机构包括：配重、惯性测量单元、微处理器、反馈单元、驱动单元；所述配重，开设有通孔，所述通孔的上下侧面设置有滚轮，所述滚轮支撑在滑轨上；所述惯性测量单元，包括三轴陀螺仪、三轴加速度计以及控制电路，可用来测量投放目标物在三维空间中运动的角速度和加速度，从而解算出物体的姿态；所述微处理器，其与惯性测量单元相连，收集惯性测量单元所测量的投放目标物在运动过程中的角速度与加速度，同时根据搭载的不同传感器，接收、处理和存储传感器数据，对投放目标物运动时姿态信息进行处理，得到姿态拟合数据，并与预设投放目标物运动姿态进行比较，得出偏差值θ，控制驱动单元调节投放目标物重心位置；所述反馈单元，包括激光测距模块，激光测距模块与微处理器相连，测量配重距尾端距离，与配重解算位置进行比较，通过反馈与实际的偏差值θ′，继续进行重心位置微调；所述驱动单元，包括滚轮、微型电机、链条、减速器、齿轮，滚轮安装在配重内部下方，微型电机安装在配重一侧，通过减速器带动齿轮在链条上运动，从而带动配重在内部梁首尾方向运动。

进一步地，可通过上位机控制目标物投放顺序、时间等参数，实现多投放目标物连续投放、多目标物同时投放、单目标物投放等多种功能。

进一步地，所述尾部10还连接有尾翼26。

进一步地，所述头部9和尾部10与中部8均为圆柱形。

总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、现有技术一般为投放目标物直接人力投放，本发明设计了一种多功能调节式深海投放设备，投放方式相较于人力投放更加灵活，并且能够控制投放数量以及投放时间，可同时投放多个投放目标物，并对多个目标物投放轨迹进行记录，从而对多个目标物投放轨迹数据进行比较，可安装于船体上或船池行车之上，投放装置两侧具有滑轮可方便进行转移与装载，可应用于水下探测、水下运动研究等场景，运行可靠，省时省力。

2、本发明设计的多功能调节式深海投放装置能够实现投放目标物水下运动控制：当投放目标物上微处理器检测到其俯仰角大于预订角度，可控制投放目标物内微型电机运动，带动投放目标物内配重向后运动，从而使重心后移产生偏转力矩，控制投放目标物运动趋向预订轨迹；同理，当投放目标物上微处理器检测到其俯仰角小于预订角度，可控制投放目标物内微型电机运动，带动投放目标物内配重向前运动，从而使重心前移产生偏转力矩，控制投放目标物运动趋向预订轨迹。实现重心在运动过程中的实时调整，解决了水下目标物动态运动轨迹可控的难题，提高了水下目标物投放准确度，提高了工作效率，为水下投放物运动理论试验工作提供了便捷与保障。

3、投放目标物上微处理器可根据惯性测量单元反馈的数据进行计算，结果传递至配重上微型电机，控制配重在内部梁方向运动一定距离，同时微处理器上激光测距模块实时测定配重距投放目标物末端距离，将实时距离与计算值进行比较，从而实现重心移动的二次修正，保证配重能在电机的驱动下运动至正确位置。进一步提高了重心运动过程中准确度，使得投放目标物能够更加有效的逼近预测目标轨迹。

附图说明

图1本发明投放装置结构示意图；

图2本发明投放设备结构示意图一；

图3本发明投放设备结构示意图二；

图4本发明投放目标物整体图；

图5本发明投放目标物内部结构图一；

图6本发明投放目标物内部结构图二；

图7本发明投放目标物内部分解图；

图8本发明重心调节机构结构示意图一；

图9本发明重心调节机构结构示意图二；

图10本发明重心调节机构结构示意图三；

图11本发明投放目标物内部结构图三；

图12本发明又一实施例投放设备结构示意图；

图13本发明又一实施例投放目标物整体图；

图14本发明又一实施例投放目标物内部结构示意图一；

图15本发明又一实施例投放目标物内部结构示意图二；

图中投放装置1、动力区域2、发射区域3、气缸4、发射管5、滑轮6、投放目标物7、中部8、头部9、尾部10、内部梁11、重心调节机构12、滑轨13、配重14、通孔15、滚轮16.1、16.2(或上滚轮16.1、下滚轮16.2)、惯性测量单元17、微处理器18、激光测距模块19、激光测距目标点20、微型电机21、减速器22、齿轮23、齿条24、挂钩25、尾翼26。

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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

如图1-11所示，本发明公开了一种多功能调节式深海投放设备，所述投放设备包括投放装置1和投放目标物7，所述投放装置1具有动力区域2和发射区域3，动力区域2内部为四个气缸4，气缸4顶部与发射区域尾端相连接，气缸4尾部连接岸上气源；发射区域3内部为四个发射管5，发射管5内为圆筒形，可安放圆形或柱形投放目标物7；气缸4可通过岸上控制装置操作运动，通过气缸4的快速伸出，将投放目标物7从发射管5中推出。

本发明一个实施例中，具体如图4-6、11所示，所述投放装置1的两侧设置有滑轮6，实现投放装置1在轨道上运动，便于投放装置1的运输，在投放装置1的后方设置有挂钩25，用于控制投放装置位置；所述投放目标物7具有中部8，所述中部8的前端设置有头部9，所述中部8的后端设置有尾部10，所述中部8为中空结构，其内设置有内部梁11，所述内部梁11的两端分别连接头部9和尾部10，所述内部梁11的上下两侧面上设置滑轨13，所述滑轨13上设置有重心调节机构12，可通过重心调节机构12实现投放目标物7水下重心调节。

在本发明的另一实施例中对重心调节机构进一步设计，具体如图8-10所示，重心调节机构包括：配重、惯性测量单元、微处理器、反馈单元、驱动单元；所述配重，开设有通孔，所述通孔的上下侧面设置有滚轮，所述滚轮支撑在滑轨上；所述惯性测量单元，包括三轴陀螺仪、三轴加速度计以及控制电路，可用来测量投放目标物在三维空间中运动的角速度和加速度，从而解算出物体的姿态；所述微处理器，其与惯性测量单元相连，收集惯性测量单元所测量的投放目标物在运动过程中的角速度与加速度，同时根据搭载的不同传感器，接收、处理和存储传感器数据，对投放目标物运动时姿态信息进行处理，得到姿态拟合数据，并与预设投放目标物运动姿态进行比较，得出偏差值θ，控制驱动单元调节投放目标物重心位置；所述反馈单元，包括激光测距模块，激光测距模块与微处理器相连，测量配重距尾端距离，与配重解算位置进行比较，通过反馈与实际的偏差值θ′，继续进行重心位置微调；所述驱动单元，包括滚轮、微型电机、链条、减速器、齿轮，滚轮安装在配重内部下方，微型电机安装在配重一侧，通过减速器带动齿轮在链条上运动，从而带动配重在内部梁首尾方向运动。

可通过上位机控制目标物投放顺序、时间等参数，实现多投放目标物连续投放、多目标物同时投放、单目标物投放等多种功能。

在本发明的又一实施例中，参见说明书附图12-15，将简化头部9和尾部10，同时去除尾翼26。由图13-15所示，将头部9和尾部10设置为圆柱形，其与其他部件的连接关系与上述实施例中相同。

在本发明的另一实施例中，重心调节机构可用来测量投放目标物在三维空间中运动的角速度和加速度，从而解算出物体的姿态。步骤如下：

惯性测量单元检测投放目标物x，y，z方向加速度，当投放目标物离开投放装置后，此时重力加速度在投放目标物x，y，z三个坐标轴上的投影即为惯性检测单元三个方向上读数，设α为大地坐标系x轴与投放目标物坐标系x轴夹角，β为大地坐标系y轴与投放目标物坐标系y轴夹角，γ为大地坐标系z轴与投放目标物坐标系z轴夹角，g为重力加速度，ax为投放目标物x方向加速度，ay为投放目标物y方向加速度，az为为投放目标物z方向加速度，可得：

从而得出：

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。