一种水下环境监测机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种水下环境监测机器人，包括：主控制器模块、推进器驱动模块、传感器模块，电源模块、漏水检测模块、数据采集模块，其中控制模块由相互连接的控制杆、控制电路组成，通过脐缆把视频信号和各传感器数据送给岸上的微型计算机，微型计算机进行实时的显示。水下机器人本体由推进器、水质探头、模拟摄像机、照明灯、防护架、浮力舱、浮力舱支架组成。本实用新型能够实时显示视频和各传感器数据完成水对下环境的监测。采用的线缆直径较小，能有效的降低线缆浮力和低阻特性的影响。并且具有漏水检测模块，提高了整个系统的安全性和稳定性。
【专利说明】
一种水下环境监测机器人
技术领域
[0001]本实用新型涉及水下机器人研制领域，具体涉及一种水下环境监测机器人。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，人们对河流、海洋的探索不断深入。作为人类探索和开发河流、湖泊、海洋的助手水下机器人具有重大需求和巨大的市场价值，如:用于市政饮用水系统中水管、水库检查；用于城市排污/排涝管道、下水道检查；用于科学研究、教学目的的水环境、水下生物的观测、研究和教学；用于海洋考察、冰下观察;还有，随着当前全球化的安全局势的恶化，水下机器人可以广泛应用于安全部门，如:检查大坝、桥墩上是否安装爆炸物，船侧、船底是否有炸弹等。这些功能的实现都是基于水下机器人对于周围环境的监测，所以采用一种高效、实时、简单的系统来完成环境监测的功能是十分必要的。现有水下机器人在水下稳定姿态、线缆的浮力和低阻特性问题、通用接口问题等方面存在不足，限制了水下机器人的普及和应用。本实用新型具有成本低、结构简单、使用方便、实用性强的特点，能有效的对水下环境进行实时监控，充分发挥机器人的使用功能，具有良好的实用性效果。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种水下环境监测机器人，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
[0004]—种水下环境监测机器人，包括:
[0005]—种水下环境监测机器人，包括:主控制器模块、推进器驱动模块、传感器模块、电源模块、漏水检测模块、数据采集模块，主控制器模块，用于传感器信号的处理、判断，各种控制信号的发出以及对整个系统的监控，推进器驱动模块与所述主控制器模块相连接通过水下推进器使机器人向前推进，传感器模块它的输出端与所述主控制器模块相连接用于测量温度、湿度和水下机器人姿态并可依靠水质探头测量周边水质参数，电源模块，用于保证整个系统的稳定供电;漏水检测模块，它与所述主控制器模块相连接，用于检测电子密封舱内是否漏水，数据采集模块，通过脐缆把视频信号和各传感器数据送给岸上的微型计算机，微型计算机进行实时的显示。
[0006]优选的，所述主控制器模块:采用PHILIPS公司生产的ARM7微控制器LPC2292。用于传感器信号的处理、判断，各种控制信号的发出以及对整个系统的监控。
[0007]优选的，所述推进器驱动模块:4个推进器采用200W直流有刷电机，为了能够控制电机的方向与速度，驱动使用H桥驱动电路，H桥驱动电路使用IR公司的MOSFET驱动IR2136。
[0008]优选的，所述传感器模块包括:
[0009]温湿度传感器，采用的是DHTll单总线传感器，用于周边环境温度湿度的测量；
[0010]姿态传感器，采用的是SCA100T-D01用于改正或消除水下机器人所载仪器由于垂荡、横摇和纵摇引起的测量误差，可大大提高测量精度；
[0011]下潜深度传感器，采用GB-2100A投入式压力传感器，用于测量水下机器人的下潜深度；
[0012]水质探头，携带pH值、盐度、溶解氧、浊度等传感器，用于对水质环境的监测。
[0013]优选的，所述电源模块:采用银锌电池供电，电路使用了LTC1865AD转换器、多路模拟选择开关和基准电压电路。
[0014]优选的，漏水检测模块:采用LM339比较器，比较输出高低电平。用于检测电子密封舱内是否漏水。
[0015]优选的，数据采集模块:包括视频采集卡、模拟摄像头、脐缆。用于视频信号和各传感器数据送给岸上的微型计算机，微型计算机进行实时的显示。
[0016]本实用新型的优点在于:1、能有效的对水下环境进行实时监控;2、进行了水动力学的仿真计算，保证了机器人在水下稳定的姿态;3、采用的线缆直径较小，能有效的降低线缆浮力和低阻特性的影响；4、配备通用接口，通用接口可以让一台机器人携带pH值、盐度、溶解氧、浊度等传感器，也可以带一个小型机械臂，充分发挥机器人的使用功能。5、本实用新型具有漏水检测模块，提高了整个系统的安全性和稳定性。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型一种水下环境监测机器人系统结构框图；
[0018]图2为本实用新型一种水下环境监测机器人推进器驱动模块直流无刷电机驱动电路框图；
[0019]图3为本实用新型一种水下环境监测机器人电源模块电路原理图；
[0020]图4为本实用新型一种水下环境监测机器人漏水检测模块电路原理图。
【具体实施方式】
[0021]为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本实用新型。
[0022]根据本实用新型一个实施例，如图1所示，提供一种水下环境监测机器人，包括:主控制器模块、推进器驱动模块、传感器模块，电源模块、漏水检测模块、数据采集模块，所述主控制器模块:以PHILIPS公司生产的ARM7微控制器LPC2292为核心。LPC2292是基于一个实时仿真和跟踪的微控制器，用于传感器信号的处理、判断，各种控制信号的发出以及对整个系统的监控。
[0023]所述推进器驱动模块4个推进器采用200W直流有刷电机，为了能够控制电机的方向与速度，驱动使用H桥驱动电路，H桥驱动电路使用IR公司的MOSFET驱动IR2136。通过霍尔电流传感器产生电压、电流、功率信号。
[0024]所述传感器模块包括:温湿度传感器，采用的是DHTll单总线传感器，DHTll数字温度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有极高的可靠性和稳定性。包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，用于周边环境温度湿度的测量；姿态传感器，采用的是SCA100T-D01，SCA100T-D01是基于3D-MEMS的高精度双轴倾角传感器芯片。具有弱的温度依赖性、高分辨率、低噪声和健全的传感元件设计并在传感器内部增加了阻尼，用于改正或消除水下机器人所载仪器由于垂荡、横摇和纵摇引起的测量误差，可大大提高测量精度；下潜深度传感器，采用GB-2100A投入式压力传感器，用于测量水下机器人的下潜深度;水质探头，携带P H值、盐度、溶解氧、浊度等传感器，用于对水质环境的监测。
[0025]所述电源模块采用银锌电池供电，电路使用了LTC1865AD转换器、多路模拟选择开关和基准电压电路。
[0026]所述漏水检测模块采用LM339比较器，比较输出高低电平。用于检测电子密封舱内是否漏水。
[0027]所述数据采集模块包括视频采集卡、模拟摄像头、脐缆。用于视频信号和各传感器数据送给岸上的微型计算机，微型计算机进行实时的显示。
[0028]岸上由微型计算机组成，实时显示视频图像和各传感器数据；水下由PC104、LPC2292、视频采集卡、模拟摄像头、温湿度传感器、姿态传感器、下潜深度传感器组成。PC104通过视频采集卡采集模拟摄像头的信号，LPC2292采集各传感器的数据，通过串口传输给PC104，PC104通过脐缆把视频信号和各传感器数据送给岸上的微型计算机，微型计算机进行实时地显示。
[0029]另外，如图2所示，主控芯片使用LPC2292，增加外设CAN总线收发器MCP2551与主控芯片相连，用于接收控制信息;通过霍尔电流传感器产生电压、电流、功率信号，主控芯片使能A/D转换对电机电压、电流、功率进行采样，对推进器提供过流、过压、欠压保护，通过对电机电压信号进行判断获得推进器方向。由霍尔电流传感器获得电机运行时电流波形，然后送入信号调理电路，由信号调理电路对纹波信号进行滤波、放大、整形取出换向信息，将该信息送至频率测量电路，测量出换向纹波频率，经过计算可得电机速度。
[0030]如图3所示，一种水下环境监测机器人电源模块，电路使用了 LTC1865AD转换器、多路模拟选择开关和基准电压电路，使电路变得更简洁实用。
[0031]如图4所示，一种水下环境监测机器人漏水检测模块，漏水检测系统主要用于检测电子密封舱内是否漏水，电路设计中使用LM339比较器，比较输出高低电平。无漏水时，比较器输出高电平；当有水进入时，造成输入回路短路，比较器端口输入增大，致使比较器输出反转，主控板控制芯片检测到电平反转后会产生报警信息。
[0032]由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含O
【主权项】
1.一种水下环境监测机器人，其特征在于，包括:主控制器模块、推进器驱动模块、传感器模块、电源模块、漏水检测模块、数据采集模块，主控制器模块，用于传感器信号的处理、判断，各种控制信号的发出以及对整个系统的监控，推进器驱动模块与所述主控制器模块相连接通过水下推进器使机器人向前推进，传感器模块它的输出端与所述主控制器模块相连接用于测量温度、湿度和水下机器人姿态并可依靠水质探头测量周边水质参数，电源模块，用于保证整个系统的稳定供电，漏水检测模块与所述主控制器模块相连接，用于检测电子密封舱内是否漏水，数据采集模块，通过脐缆把视频信号和各传感器数据送给岸上的微型计算机，微型计算机进行实时的显示。2.根据权利要求1所述的一种水下环境监测机器人，其特征在于，所述主控制器模块:以PHILIPS公司生产的ARM7微控制器LPC2292为核心。3.根据权利要求1所述的一种水下环境监测机器人，其特征在于，所述推进器驱动模块，4个推进器采用200W直流有刷电机，为了能够控制电机的方向与速度，驱动使用H桥驱动电路，H桥驱动电路使用IR公司的MOSFET驱动IR2136。4.根据权利要求1所述的一种水下环境监测机器人，其特征在于，所述传感器模块包括: 温湿度传感器，采用的是DHTll单总线传感器，用于周边环境温度湿度的测量； 姿态传感器，采用的是SCA100T-D01用于改正或消除水下机器人所载仪器由于垂荡、横摇和纵摇引起的测量误差，可大大提尚测量精度； 下潜深度传感器，采用GB-2100A投入式压力传感器，用于测量水下机器人的下潜深度； 水质探头，携带pH值、盐度、溶解氧、浊度的传感器，用于对水质环境的监测。5.根据权利要求1所述的一种水下环境监测机器人，其特征在于，所述电源模块:采用银锌电池供电，电路使用了LTC1865AD转换器、多路模拟选择开关和基准电压电路。6.根据权利要求1所述的一种水下环境监测机器人，其特征在于，所述漏水检测模块:采用LM339比较器。7.根据权利要求1所述的一种水下环境监测机器人，其特征在于，所述数据采集模块:包括视频采集卡、模拟摄像头、脐缆。
【文档编号】G05B19/042GK205540126SQ201620249112
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】郎朗, 李朕阳, 黄杰, 杨运峰, 姚璐
【申请人】安徽工程大学