一种用于浅水区域水下机器人定位的装置和方法与流程

1.本发明涉及一种用于水下定位的设备和方法，具体地，涉及一种用于浅水区域水下机器人定位的装置和方法。


背景技术：

2.国家各种海洋装备异军突起，并迅速推广应用，其中水下机器人(remote operated vehicle，又称遥控无人潜水器，以下简称rov)，作为不可或缺的一员，在各种工程应用中起到了不可替代的作用。rov根据作业水深和功能可以分为轻型观察级、轻型作业级、中型作业级以及重型作业级。轻型观察级和轻型作业级rov，重量在10kg～ 30kg左右，这两个类型机器人主要工作在0m～300m的水环境下，其主要用于内陆的江、河、湖泊堪察测绘，水电站、码头坝体检测，大型桥梁桥墩检测以及城市排污管道检测等等。
3.目前，rov的水下定位主要使用超短基线和长基线等声学设备，但该类设备在浅水区域使用中会因水底反射导致信号不好，而且价格较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于水下机器人定位的装置和方法，解决在水电站浅水区域的定位问题，利用该装置和方法可实现简易的定位，方便快捷，受干扰小，且费用较低。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种用于浅水区域水下机器人定位的方法，其中，所述的方法包含：步骤1，采用伺服电机，分别连接水下机器人和线轴滚筒，滚筒内储存有零浮力线缆，线缆的另一端带有内置gps的小型浮标；步骤2，通过伺服电机的运转，带动线轴滚筒，放出零浮力线缆，从而释放小型浮标；步骤3，小型浮标被释放后，受到浮力漂浮至水面，零浮力线缆竖直绷紧，伺服电机随即停止转动；步骤4，伺服电机的旋转圈数发送至水面终端，通过终端设置的处理单元，结合滚筒的内径参数，得到所释放出的线缆长度数据；步骤5，小型浮标的gps信息通过线缆传输至滚筒并传输至水下机器人内部，再利用水下机器人自身的线缆传输至水面终端，通过处理单元得到水下机器人准确的水下位置，供操作人员使用。
6.上述的用于浅水区域水下机器人定位的方法，其中，所述的伺服电机，采用水下恒张力伺服电机。
7.上述的用于浅水区域水下机器人定位的方法，其中，所述的方法中，当水下机器人上升时，伺服电机的恒张力系统测量到张力消失，则收紧线缆，实现与保持内置gps的小型浮标浮漂在水面的浮力相应的张力，从而保证浮标下方的零浮力线缆处于垂直向下的状态。
8.上述的用于浅水区域水下机器人定位的方法，其中，所述的方法中，当水下机器人下潜时，浮漂被拉至水下，伺服电机则放出零浮力线缆，使内置 gps的小型浮标保持在水面。
9.本发明还提供了一种上述的方法中的用于浅水区域水下机器人定位的装置，其
中，所述的装置包含伺服电机、线轴滚筒、零浮力线缆、浮标、滑环和联轴器；所述的伺服电机通过滑环和联轴器连接线轴滚筒，并带动线轴滚筒转动；所述的零浮力线缆缠绕在线轴滚筒内，通过线轴滚筒的转动，实现零浮力线缆的收放；所述的浮标为内置gps的小型浮标，固定在零浮力线缆向外放出的一端末尾处。
10.上述的用于浅水区域水下机器人定位的装置，其中，所述的装置还设有外壳框架，伺服电机固定在外壳框架的底部。
11.上述的用于浅水区域水下机器人定位的装置，其中，所述的外壳框架，在一端侧壁上设有水密插件，将伺服电机的一端与水下机器人连接，伺服电机的另一端与线轴滚筒连接。
12.上述的用于浅水区域水下机器人定位的装置，其中，所述的外壳框架上部设有一层浮力材料，零浮力线缆从浮力材料中穿出并向上与小型浮标连接。
13.本发明提供的用于浅水区域水下机器人定位的装置和方法具有以下优点：
14.本发明使用水下电机带动零浮力细线的滚筒，细线末端带有漂浮的gps 示位浮标，利用示位浮标的gps数据，可实时定位水下机器人的位置，并可以测量水深，还可以自动收放。因此，本发明可以准确定位水下机器人，并可以将不受反射影响，从而能够解决使用传统声学定位方式在水下结构附近有较大的反射，导致定位不准确的问题。
附图说明
15.图1为本发明的用于浅水区域水下机器人定位的装置的结构示意图。
16.其中：1、伺服电机；2、线轴滚筒；3、零浮力线缆；4、内置gps的小型浮标；5、滑环和联轴器；6、外壳框架；7、水密插件；8、浮力材料。
具体实施方式
17.以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
18.本发明提供的用于浅水区域水下机器人定位的方法，其包含：步骤1，采用伺服电机1，分别连接水下机器人和线轴滚筒2，滚筒内储存有零浮力线缆3，线缆的另一端带有内置gps的小型浮标4；步骤2，通过伺服电机1 的运转，带动线轴滚筒2，放出零浮力线缆3，从而释放小型浮标；步骤3，小型浮标被释放后，受到浮力漂浮至水面，零浮力线缆3竖直绷紧，伺服电机1随即停止转动；步骤4，伺服电机1的旋转圈数发送至水面终端，通过终端设置的处理单元，结合滚筒的内径参数，得到所释放出的线缆长度数据；步骤5，小型浮标的gps信息通过线缆传输至滚筒并传输至水下机器人内部，再利用水下机器人自身的线缆传输至水面终端，通过处理单元得到水下机器人准确的水下位置，供操作人员使用。
19.伺服电机1采用水下恒张力伺服电机。水下恒张力伺服电机是可以在水下使用的恒张力伺服电机，设有恒张力系统，包含张力传感器和处理器等，通过plc(可编程逻辑控制器)控制伺服电机实现线缆收放卷恒张力。
20.零浮力线缆3，即漂浮电缆，多用于水下机器人或水下设备控制。零浮力线缆密度小，可以保持在(海)水中同样的密度，既不下沉，也不上浮，降低对设备操作的影响。
21.该方法中，当水下机器人上升时，伺服电机1的恒张力系统测量到张力消失，则收紧线缆，实现与保持内置gps的小型浮标4浮漂在水面的浮力相应的张力，从而保证浮标下
方的零浮力线缆3处于垂直向下的状态。
22.该方法中，当水下机器人下潜时，浮漂被拉至水下，伺服电机1则放出零浮力线缆3，使内置gps的小型浮标4保持在水面。
23.如图1所示，本发明还提供了该方法中的用于浅水区域水下机器人定位的装置，包含伺服电机1、线轴滚筒2、零浮力线缆3、浮标、滑环和联轴器 5；伺服电机1通过滑环和联轴器5连接线轴滚筒2，并带动线轴滚筒2转动；零浮力线缆3缠绕在线轴滚筒2内，通过线轴滚筒2的转动，实现零浮力线缆3的收放；浮标为内置gps的小型浮标4，固定在零浮力线缆3向外放出的一端末尾处。
24.该装置还设有外壳框架6，伺服电机1固定在外壳框架6的底部。
25.外壳框架6的一端侧壁上设有水密插件7，将伺服电机1的一端与水下机器人连接，伺服电机1的另一端与线轴滚筒2连接。
26.外壳框架6的上部设有一层浮力材料8，零浮力线缆3从浮力材料8中穿出并向上与小型浮标连接。
27.下面结合实施例对本发明提供的用于浅水区域水下机器人定位的装置和方法做更进一步描述。
28.实施例1
29.一种用于浅水区域水下机器人定位的方法，其包含：
30.步骤1，采用伺服电机1，分别连接水下机器人和线轴滚筒2，滚筒内储存有零浮力线缆3，线缆的另一端带有内置gps的小型浮标4。
31.优选地，伺服电机1采用水下恒张力伺服电机。
32.步骤2，通过伺服电机1的运转，带动线轴滚筒2，放出零浮力线缆3，从而释放小型浮标。
33.步骤3，小型浮标被释放后，受到浮力漂浮至水面，零浮力线缆3竖直绷紧，伺服电机1随即停止转动。
34.步骤4，伺服电机1的旋转圈数发送至水面终端，通过终端设置的处理单元，结合滚筒的内径参数，得到所释放出的线缆长度数据。
35.步骤5，小型浮标的gps信息通过线缆传输至滚筒并传输至水下机器人内部，再利用水下机器人自身的线缆传输至水面终端，通过处理单元得到水下机器人准确的水下位置，供操作人员使用。
36.该方法中还包含：当水下机器人上升时，伺服电机1的恒张力系统测量到张力消失，则收紧线缆，实现与保持内置gps的小型浮标4浮漂在水面的浮力相应的张力，从而保证浮标下方的零浮力线缆3处于垂直向下的状态。
37.该方法中还包含：当水下机器人下潜时，浮漂被拉至水下，伺服电机1 则放出零浮力线缆3，使内置gps的小型浮标4保持在水面。
38.实施例2
39.一种用于浅水区域水下机器人定位的装置，包含伺服电机1、线轴滚筒2、零浮力线缆3、浮标、滑环和联轴器5；伺服电机1通过滑环和联轴器5连接线轴滚筒2，并带动线轴滚筒2转动；零浮力线缆3缠绕在线轴滚筒2内，通过线轴滚筒2的转动，实现零浮力线缆3的收放；浮标为内置gps的小型浮标4，固定在零浮力线缆3向外放出的一端末尾处。
40.该装置还设有外壳框架6，伺服电机1固定在外壳框架6的底部，伺服电机1采用水下恒张力伺服电机。
41.外壳框架6的一端侧壁上设有水密插件7，通过水密插件7将伺服电机1 的一端与水下机器人连接，伺服电机1的另一端与线轴滚筒2连接。
42.外壳框架6的上部设有一层浮力材料8，零浮力线缆3从浮力材料8中穿出并向上与小型浮标连接。
43.该装置采用水下恒张力伺服电机1连接线缆滚筒，滚筒内储存有零浮力线缆3，线缆末端带有内置gps的小型浮标4。利用伺服电机1的旋转圈数与滚筒的内径参数，可计算出滚筒释放零浮力电缆的长度。当需要水下机器人给出水下位置时，水面操作人员通过控制伺服电机1的运转来释放小型浮标。小型浮标被释放后，受到浮力漂浮至水面，伺服电机1停止转动，并将所释放出的线缆长度数据发送至水面终端，浮标的gps通过线缆传输至滚筒并传输至水下机器人内部，利用水下机器人自身的线缆传输至岸上终端，供操作人员使用。当水下机器人需要上升至某一高度时，伺服电机1恒张力系统测量到张力消失，则会收紧线缆，实现保持浮漂具有浮力的张力，保证浮标下方的零浮力细线处于垂直状态。当水下机器人需下潜时，浮漂被拉至水下，则伺服电机1会放出零浮力线，使gps浮标保持浮漂在水面。
44.本发明提供的用于浅水区域水下机器人定位的装置和方法，是针对使用传统声学定位方式在水下结构附近有较大的反射，导致定位不准确的问题，进行的水下定位设备的结构设计和研发，具体是通过采用水下恒张力伺服电机连接线缆滚筒，滚筒内储存有零浮力线缆，线缆末端带有内置gps的小型浮标，利用伺服电机的旋转圈数与滚筒的内径参数，就可以计算出滚筒释放零浮力电缆的长度，gps浮标将水下的位置传输给水下机器人本体，定位数据再被水下机器人本体传输至控制终端。利用该装置和方法可实现简易的定位，方便快捷，受干扰小，且费用较低，因此可以准确定位水下机器人，并可以将不受反射影响。
45.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。