适合深海载人潜器搭载作业的深海生物原位观测三维相机固定调节装置的制作方法

本发明涉及一种适合深海载人潜器搭载作业的深海生物原位观测三维相机固定调节装置，是一种为深海载人潜器搭载深海三维相机开展生物原位观测提供对深海三维相机固定调节的装置。

背景技术：

深海有大量丰富的生物资源有待人们进一步调查、认知、研究和开发，传统的基于机械抓取、深海拖曳或泵过滤的生物取样系统不能保持在深海的原位环境，导致所采集的生物出水面时已几乎全部死亡，无法满足科学家对海洋生物认知的需要。深海潜器出现以后，使深海潜器携带观测设备原位获取高质量的深海生物视频或图像资料成为可能。尤其是深海载人潜器出现后，可使潜器舱内作业人员开展有目的的观察、测量，克服随机、盲目调查取样的缺陷。

深海载人潜器依靠搭载不同的执行器和观测设备，才能完成特定的作业任务。深海生物原位观测三维相机就是一种用来对深海底栖爬行或固着生物的个体形态参数原位测量及生物学特征参数提取的观测设备。然而，深海载人潜器的搭载和使用条件极其严格，深海载人潜器的设计研制将人、机与深海环境融合在一起，强调从全系统的性能要求出发，通过三者间的信息传递、操作控制等，形成一个相互协调的复杂系统，并贯穿于潜器的设计布局、研发、制造及使用的全过程。这就要求所搭载的观测设备必须要与潜器融为一体，共同遵循人、机、环境相互协调的理念。以“蛟龙号”载人潜器为例，这是我国自主研发的深海载人潜器，可抵达7000m级的深海开展探测、试验，“蛟龙号”上可供观测设备等作业工具搭载的平台只允许是位于其前端观察窗下的采样篮，且对搭载设备有重量、体积、机械及电器接口，以及作业方式等有严格的限制。因此，对于深海生物原位观测三维相机，要使其在深海生物个体形态参数原位测量中发挥作用，必须要解决如何搭载到“蛟龙号”上、如何与采样篮固定连接、如何适应不同的观察测量，以及舱内人员如何操作作业等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对已有技术存在的不足，提供一种适合深海载人潜器搭载作业的深海生物原位观测三维相机固定调节装置，实现在深海生物个体原位观测和三维拍摄。为达到上述目的，本发明的构思是：

本发明涉及的深海生物原位观测三维相机如图5所示，它由相机舱、计算扫描单元舱、相机舱组成，采用激光高速线扫描双目视觉原理，可以对深海底栖爬行或固着生物的个体形态参数原位测量。根据工作原理，三维相机要在其设计的工作景深范围内才能开展正常的拍摄工作。

本发明适合深海载人潜器搭载作业的深海生物原位观测三维相机固定调节装置，是一种专门将深海生物原位观测三维相机固定连接在“蛟龙号”潜器的采样篮上的固定调节装置。

本发明涉及的固定调节装置将深海生物原位观测三维相机固定安装在“蛟龙号”潜器的采样篮上的示意图如图4所示。包括：底座支撑机构（图6）两个、计算扫描单元舱夹具机构（图7）两个、斜支撑机构（图8）一个、采样篮与斜支撑连接底座机构（图1）一个。本发明在“蛟龙号”潜器采样篮对搭载的三维相机（图5）体积和重量允许范围内，并在不改变采样篮结构的前提下，将三维相机（图5）牢靠地固定在采样篮上。根据上述发明构思，本发明采用下述的技术方案：

一种适合深海载人潜器搭载作业的深海生物原位观测三维相机固定调节装置，包括将专门研制用于深海生物原位观测的三维相机及其搭载在“蛟龙号”载人潜器上的固定调节装置。

1）所述的深海生物原位观测三维相机，由相机舱甲、计算扫描单元舱、相机舱乙组成，采用激光高速线扫描双目视觉原理，对深海底栖爬行或固着生物的个体形态参数原位测量，根据工作原理，三维相机要在其设计的工作景深范围内才能开展正常的拍摄工作；

2）所述的将专门研制用于深海生物原位观测的三维相机搭载在“蛟龙号”载人潜器上的固定调节装置是：将深海生物原位观测三维相机固定安装在“蛟龙号”潜器上的一个采样篮，该采样篮包括两个底座支撑机构、两个计算扫描单元舱夹具机构、一个斜支撑机构、一个采样篮与斜支撑连接底座机构。所述底座支撑机构，由一个槽钢下底座和一个槽钢上底座通过槽钢连接轴和槽钢底座垫片相铰接，并通过一个方形u型螺栓和一个方形型螺栓连接板连接于采样篮上；当需要将三维相机三个舱体平面与采样篮的连接固定呈不同角度时，可通过槽钢连接轴调节槽钢上底座与槽钢下底座的相对位置来实现，槽钢下底座与采样篮前端通过方形u型螺栓、方形u型螺栓连接板进行固定，槽钢底座垫片垫在槽钢下底座与采样篮前端之间，起到连接接触缓冲作用，防止二者连接端面处的刚性接触；采用方形u型螺栓连接的目的是在不改变采样篮结构的前提下，将三维相机牢靠地固定在采样篮上。

所述计算扫描单元舱夹具机构，由两个加强横杆、一个计算扫描单元舱支撑夹具和四个支撑杆组成，计算扫描单元舱支撑夹具固定在计算扫描单元舱的下端，起到固定三维相机的作用，槽钢上底座与加强横杆通过螺栓连接，起到支撑三维相机的作用，两个加强横杆经螺钉固定连接在计算扫描单元舱支撑夹具的两端面处，为加强连接刚度，在两个加强横杆的中间通过螺栓连接四个支撑杆。

所述斜支撑机构，由斜支撑板、斜支撑板、加强板和计算扫描单元舱支撑连接座组成，斜支撑板与斜支撑板由螺栓连接固定，支撑连接座固定在三维相机中计算扫描单元舱的上端，并与斜支撑板用螺栓连接固定，加强板的两端经螺钉分别连接计算扫描单元舱支撑连接座和中加强横杆，起到固定三维相机的作用。

所述采样篮与斜支撑连接底座机构，由底座连接丝杠、上底座、上底座垫片、下底座垫片及下底座组成，上底座与下底座通过螺栓连接固定在采样篮筋板的上下表面处，各连接处分别垫有上底座垫片及下底座垫片，防止二者连接端面处的刚性接触，底座连接丝杠上加工有光杆凸台，凸台两侧为丝杠，供螺母左右移动，调节并固定于斜支撑板的两侧面处。

所述的三维相机调节固定方式，其特征在于，三维相机固定在采样篮前端位置，当三维相机需要呈45°角方向对生物原位扫描时，通过斜支撑机构中斜支撑板、斜支撑板不同位置处的连接，使三维相机三个舱体平面与采样篮呈45°固定安装，当三维相机需要竖直方向对生物原位扫描时，调整长斜支撑板和短斜支撑板的螺栓连接位置，使得三维相机三个舱体平面与采样篮垂直固定。

所述舱内工作人员两种作业方式：方式一，三维相机与采样篮呈45°固定安装，舱内工作人员在“蛟龙号”抵近海底，透过“蛟龙号”观察窗发现深海底栖爬行或固着生物时，将潜器控制到距离海底适当高度位置，使得三维相机工作在设计的景深范围，再缓慢移向待拍摄的底栖爬行或固着生物，当舱内工作人员透过蛟龙号观测窗口沿三维相机三个舱体平面看到被测得底栖爬行或固着生物在视线方向附近时，控制蛟龙号悬停并保持稳定，启动三维相机对被测得的底栖爬行或固着生物进行扫描拍摄，拍摄结束后图像自动保存在三维相机硬盘中，供后续处理；

方式二，三维相机与采样篮垂直固定安装，这种操作作业方式需要潜器与三维相机之间通过宽带网线连接，将三维相机采集的二维视频图像传到舱内，供舱内工作人员观看，舱内工作人员在“蛟龙号”抵近海底，在舱内通过宽带上传的二维视频图像观察海底情况，当发现底栖爬行或固着生物时，将潜器控制到距离海底适当高度位置，使得三维相机工作在设计的景深范围，控制蛟龙号悬停并保持稳定，启动三维相机对被测的底栖爬行或固着生物进行扫描拍摄，拍摄结束后图像自动保存在三维相机硬盘中，供后续处理。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：

发明的固定调节装置在符合“蛟龙号”采样篮对三维相机体积、重量限制条件，以及不改变采样篮结构前提下，将三维相机牢靠地固定在采样篮上，并可以根据三维相机对深海生物原位扫描测量的角度需要进行方便调节，分别使三维相机与采样篮呈45°和垂直固定安装，适应两种作业方式，满足不同的作业需要。

附图说明

图1三维相机与采样篮呈45°固定安装示意图

图2三维相机与采样篮垂直固定安装示意图

图3被测目标物在观测点附件示意图

图4三维相机固定安装在采样篮示意图

图5深海生物原位观测三维相机示意图

图6底座支撑机构示意图

图7计算扫描单元舱夹具机构

图8斜支撑机构示意图

图9采样篮与斜支撑连接底座机构示意图。

实施例

以下优选实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

实施例一：参见图1～图9，本发明为一种适合深海载人潜器搭载作业的深海生物原位观测三维相机固定调节装置，包括将专门研制用于深海生物原位观测的三维相机及其搭载在“蛟龙号”载人潜器上的固定调节装置，其特征在于：

1）所述的深海生物原位观测三维相机，由相机舱甲、计算扫描单元舱、相机舱乙组成，采用激光高速线扫描双目视觉原理，对深海底栖爬行或固着生物的个体形态参数原位测量，根据工作原理，三维相机要在其设计的工作景深范围内才能开展正常的拍摄工作；

2）所述的将专门研制用于深海生物原位观测的三维相机搭载在“蛟龙号”载人潜器上的固定调节装置是：将深海生物原位观测三维相机固定安装在“蛟龙号”潜器上的一个采样篮，该采样篮包括两个底座支撑机构、两个计算扫描单元舱夹具机构、一个斜支撑机构、一个采样篮与斜支撑连接底座机构。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述底座支撑机构，由一个槽钢下底座和一个槽钢上底座通过槽钢连接轴和槽钢底座垫片相铰接，并通过一个方形u型螺栓和一个方形型螺栓连接板连接于采样篮上；当需要将三维相机三个舱体平面与采样篮的连接固定呈不同角度时，可通过槽钢连接轴调节槽钢上底座与槽钢下底座的相对位置来实现，槽钢下底座与采样篮前端通过方形u型螺栓、方形u型螺栓连接板进行固定，槽钢底座垫片垫在槽钢下底座与采样篮前端之间，起到连接接触缓冲作用，防止二者连接端面处的刚性接触；采用方形u型螺栓连接的目的是在不改变采样篮结构的前提下，将三维相机牢靠地固定在采样篮上。

所述计算扫描单元舱夹具机构，由两个加强横杆、一个计算扫描单元舱支撑夹具和四个支撑杆组成，计算扫描单元舱支撑夹具固定在计算扫描单元舱的下端，起到固定三维相机的作用，槽钢上底座与加强横杆通过螺栓连接，起到支撑三维相机的作用，两个加强横杆经螺钉固定连接在计算扫描单元舱支撑夹具的两端面处，为加强连接刚度，在两个加强横杆的中间通过螺栓连接四个支撑杆。

所述斜支撑机构，由斜支撑板、斜支撑板、加强板和计算扫描单元舱支撑连接座组成，斜支撑板与斜支撑板由螺栓连接固定，支撑连接座固定在三维相机中计算扫描单元舱的上端，并与斜支撑板用螺栓连接固定，加强板的两端经螺钉分别连接计算扫描单元舱支撑连接座和中加强横杆，起到固定三维相机的作用。

所述采样篮与斜支撑连接底座机构，由底座连接丝杠、上底座、上底座垫片、下底座垫片及下底座组成，上底座与下底座通过螺栓连接固定在采样篮筋板的上下表面处，各连接处分别垫有上底座垫片及下底座垫片，防止二者连接端面处的刚性接触，底座连接丝杠上加工有光杆凸台，凸台两侧为丝杠，供螺母左右移动，调节并固定于斜支撑板的两侧面处。

所述的三维相机调节固定方式，其特征在于，三维相机固定在采样篮前端位置，当三维相机需要呈45°角方向对生物原位扫描时，通过斜支撑机构中斜支撑板、斜支撑板不同位置处的连接，使三维相机三个舱体平面与采样篮呈45°固定安装，当三维相机需要竖直方向对生物原位扫描时，调整长斜支撑板和短斜支撑板的螺栓连接位置，使得三维相机三个舱体平面与采样篮垂直固定。

所述舱内工作人员两种作业方式：方式一，三维相机与采样篮呈45°固定安装，舱内工作人员在“蛟龙号”抵近海底，透过“蛟龙号”观察窗发现深海底栖爬行或固着生物时，将潜器控制到距离海底适当高度位置，使得三维相机工作在设计的景深范围，再缓慢移向待拍摄的底栖爬行或固着生物，当舱内工作人员透过蛟龙号观测窗口沿三维相机三个舱体平面看到被测得底栖爬行或固着生物在视线方向附近时，控制蛟龙号悬停并保持稳定，启动三维相机对被测得的底栖爬行或固着生物进行扫描拍摄，拍摄结束后图像自动保存在三维相机硬盘中，供后续处理。

方式二，三维相机与采样篮垂直固定安装，这种操作作业方式需要潜器与三维相机之间通过宽带网线连接，将三维相机采集的二维视频图像传到舱内，供舱内工作人员观看，舱内工作人员在“蛟龙号”抵近海底，在舱内通过宽带上传的二维视频图像观察海底情况，当发现底栖爬行或固着生物时，将潜器控制到距离海底适当高度位置，使得三维相机工作在设计的景深范围，控制蛟龙号悬停并保持稳定，启动三维相机对被测的底栖爬行或固着生物进行扫描拍摄，拍摄结束后图像自动保存在三维相机硬盘中，供后续处理。

实施例三：本实施例涉及的深海生物原位观测三维相机如图5所示，为达到深海耐静水高压的目的，三维相机各单元采用单独封装形式，由相机舱1、计算扫描单元舱2与相机舱3组成。三维相机采用激光高速线扫描双目视觉原理，对深海底栖爬行或固着生物的个体形态参数原位测量及生物学特征参数提取、重建，进而完整地构建整个物体表面的三维点云图像。作为实施例，图5所示的三维相机总宽1200mm，计算扫描单元舱2的高度为592mm、外径154mm、内径130mm、舱体壁厚11mm，材料为钛合金tc4；相机舱1、3的高度为225mm、外径78mm、内径62mm、舱体壁厚8mm，材料为钛合金tc4，三维相机的总重量50kg，体积和重量均符合搭载“蛟龙号”采样蓝4的条件。此外，根据计算并经静水打压试验，该三维相机能耐50兆帕的静水压力，按照海洋仪器基本环境试验方法hy016.15-1992要求，该三维相机可达的最大工作水深为4000米。作为实施例，三维相机的主要性能指标为：被测目标离三维相机的工作距离景深范围2m-3m，在工作距离3m时，扫描范围≥2m×2m，在工作范围内的测量精度≤3mm（标准差）。

本实施例涉及的将深海生物原位观测三维相机（图5）固定安装在“蛟龙号”潜器采样篮4上的固定调节装置示意图如图2所示。固定调节装置包括底座支撑机构（图6）两个、计算扫描单元舱夹具机构（图7）两个、斜支撑机构（图8）一个、采样篮4与斜支撑连接底座机构（图9）一个。进一步说明如下：

1，底座支撑机构：如图6所示，它由槽钢下底座5、槽钢上底座6、槽钢连接轴7、槽钢底座垫片8、方形u型螺栓9、方形u型螺栓连接板10等组成。当需要将三维相机（图5）三个舱体平面与采样篮4（图4）的连接固定呈不同角度时，可通过槽钢连接轴7调节槽钢上底座6与槽钢下底座5的相对位置。槽钢下底座5与采样篮4前端通过方形u型螺栓9、方形u型螺栓连接板10进行固定，槽钢底座垫片8垫在槽钢下底座5与采样篮4前端之间，起到连接接触缓冲作用，防止二者连接端面处的刚性接触。采用方形u型螺栓9连接的目的是在不改变采样篮4结构的条件下，将三维相机（图5）牢靠地固定在采样篮4（图4）上。

2，计算扫描单元舱夹具机构：如图7所示，它由加强横杆11两个、计算扫描单元舱支撑夹具12、支撑杆13四个等组成。计算扫描单元舱支撑夹具12固定在计算扫描单元舱2（图5）的下端，起到固定三维相机（图5）的作用。图3中槽钢上底座6与加强横杆11通过螺栓连接，起到支撑三维相机（图5）的作用。两个加强横杆11经螺钉固定连接在计算扫描单元舱支撑夹具12的两端面处，为加强连接刚度，在两个加强横杆11的中间通过螺栓连接四个支撑杆13。

3，斜支撑机构：如图8所示，它由斜支撑板14、斜支撑板15、加强板16,18和计算扫描单元舱支撑连接座17等组成。斜支撑板14与斜支撑板15由螺栓连接固定，支撑连接座17固定在三维相机（图5）中计算扫描单元舱2（图5）的上端，并与斜支撑板15用螺栓连接固定。加强板16、18的两端经螺钉分别连接计算扫描单元舱支撑连接座17和图8中加强横杆11，起到固定三维相机（图5）的作用。

4，采样篮与斜支撑底座连接机构：如图9所示，它由底座连接丝杠19、上底座20、上底座垫片21、下底座垫片22及下底座23等组成。上底座20与下底座23通过螺栓连接固定在采样篮4（图4）筋板的上下表面处，各连接处分别垫有上底座垫片21及下底座垫片22，防止二者连接端面处的刚性接触。底座连接丝杠19上加工有光杆凸台，凸台两侧为丝杠，供螺母左右移动，调节并固定于斜支撑板14的两侧面处。

5，三维相机调节固定方式：三维相机（图5）固定在采样篮4前端位置（图4），当三维相机（图5）需要呈45°角方向对生物原位扫描时，通过斜支撑机构（图8）中斜支撑板14、斜支撑板15不同位置处的连接，使三维相机（图5）三个舱体平面与采样篮4（图4）呈45°固定安装，如图1所示；当三维相机（图5）需要竖直方向对生物原位扫描时，调整长斜支撑板14和短斜支撑板15的螺栓连接位置，使得三维相机（图5）三个舱体平面与采样篮4（图4）垂直固定，如图2所示。

本实施例采用三维相机（图5）三个舱体平面与“蛟龙号”采样篮4（图4）呈45°固定安装方式，如图1所示，并随“蛟龙号”潜器下潜到深海探测区域。作为实施例，本发明涉及的舱内工作人员作业方式为：舱内工作人员在“蛟龙号”抵近海底，透过“蛟龙号”观察窗发现深海底栖爬行或固着生物时，将蛟龙号距离海底的高度控制在1.6m-2m之间，使三维相机（图5）工作在其景深范围2m-3m之间，再缓慢移向待拍摄的底栖爬行或固着生物，当舱内工作人员透过蛟龙号观测窗口沿三维相机（图5）三个舱体平面看到被测的底栖爬行或固着生物在视线方向附近时，如图9所示，控制蛟龙号悬停并保持稳定，启动三维相机（图5）对被测的底栖爬行或固着生物进行扫描拍摄，完成拍摄后三维相机（图5）自动存盘，供后续处理。