一种小型水下观测机器人制造技术

一种小型水下观测机器人，它包括水下机器人本体和水上控制箱两个部分，其中水下机器人本体电子舱两侧水平方向安装左推进器、右推进器，照明灯；在电子舱中部垂直方向安装垂直推进器，支架、机械手与电子舱下部安装在一起；在电子舱内部安装罗盘、温度计、深度计、控制电路板；在电子舱前部安装可变焦摄像机、摄像机云台、照明灯，后部安装定焦摄像机，视频图像通过屏蔽电缆传至水上控制箱显示屏；水上控制箱由控制面板、控制电路、液晶显示屏、机箱本体组成；本发明专利技术通过视频传感器将水下被测物的外形、运作状态图像实时的传送至水上控制箱，供检修人员分析使用，并且配置的机械手可以进行轻量级的抓取作业。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电测控领域，特别涉及一种用于水下探测的小型作业机器人。技术背景随着经济的发展，人类对水下资源的探测与利用越来越广泛，如水电站、核电站、大坝的 修建。小型水下观测机器人在海洋石油开发、海洋科学研究、海底矿藏勘测开发、海底打捞救 生、核电工业设备测量、水库堤坝探测等方面具有重要的意义，特别是一些狭窄、污染水质， 且有一定危险的浅水环境下作业，对小型水下观测机器人的需求越来越大。某些特殊设备常年 处于水下工作，其运行状态无法实时了解，给正常的工程生产带来巨大的安全隐患。目前，上 述对于水下设备的观测基本上都是取出水面观测或是采用进口水下观测机器人产品，其价格、 维护费用都相当昂贵，在很大程度上制约了工程生产的进度，给工程生产带来了不便。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为了克服现有技术中存在的不能实时掌握水下设备的运作状态 而带来的安全隐患及现有观测产品价格、维护费用昂贵的不足，提供了一种可以通过视频传感 器把水下被测设备的外形、运作状态图像实时地传送至水上控制箱，供检修人员分析使用，并 且配置的机械手可以进行轻量级的抓取作业。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案 一种小型水下观测机器人，它包括水下机器人本体和水上控制箱两个部分，其特征在于所述的水下机器人本体电子舱6两侧安装有左推进 器9、右推进器IO、照明灯4;在电子舱6中部垂直上方安装有垂直推进器11，各推进器由封 装在内部的直流电机和螺旋桨组成，支架8、机械手7与电子舱6下部安装在一起；在电子舱6 前部安装前摄像机l、前摄像机云台2，后部安装后摄像机3，电子舱6内部安装有控制电路；控制电路包含模数转换电路、水下主控制器、串口通信电路、信号差分变换电路、电机驱动电路；在电子舱6顶部开有输出电缆插座，通过屏蔽电缆5至水上控制箱;所述的水上控制箱包括控制面板12、控制电路、液晶显示屏13、机箱本体14四部分，控 制面板12由主推进器、垂推进器控制摇杆、变倍调焦按钮、电源开关按钮、视频切换按钮、照 明亮度旋钮、显示屏对比度旋钮、机械手推杆、云台推杆组成，控制面板12通过四个立柱与机 箱本体14下部相接；控制电路安装在机箱本体14下部内，包含推进器控制电路、机械手及摄像机云台控制电路、摄像机控制电路、照明灯控制电路、数据处理电路；其中数据处理电路包 括信号滤波电路、模数转换电路、水上主控制器、串口通信电路、信号差分变换电路；液晶显 示屏13安装在机箱本体14上部。所述的电子舱6前部端面为45度锥面。所述的电子舱6前部配置的前摄像机1为可变焦摄像机，后摄像机3为红外照明定焦摄像机，前摄像机云台2为俯仰方向的一维云台，运动范围为土60。。所述的电子舱6内还安装有用于测量深度、温度的深度计和温度计及运动状态的电子罗盘。 所述的电子舱6下部安装的机械手7为单自由度小型夹持式机械手，与水平成30度安装，夹持能力1Kg。所述的左推进器9、右推进器10以及垂直推进器11采用的密封方式为静环采用光洁度为 0.8的陶瓷面，动环采用光洁度为0.8的石墨，在不锈钢弹簧的压力作用及丁晴胶的辅助密封下， 可完成在水下50m环境条件下的动密封，密封面的运动速度不小于12m/s。所述的水上控制箱本体为黑色工程塑料仪器箱，下箱体还安装有直流电源。所述的水上控制箱控制电路包含的推进器控制电路、机械手及摄像机云台控制电路、摄像 机控制电路、照明灯控制电路具体特征如下推进器控制电路接收控制面板12中的推进器控制摇杆的控制信号，首先经水上控制箱控制 电路中信号滤波电路进行信号滤波处理，再经模数转换电路至水上主控制器，同时进行方向判 断，水上主控制器将控制信号及方向信号经串口通信电路，再经信号差分变换电路，经电缆5 传输与水下机器人信号差分变换电路变换，传至串口通信电路，经由水下机器人主控制器电路 将控制信号给电机驱动电路，电机驱动电路输出至水下机器人推进器的电机；各推进器工作原 理相同，通过控制面板12上文字标示区分。机械手及摄像机云台控制电路接收控制面板12中的机械手推杆及云台推杆控制信号，首先 经水上控制箱控制电路中信号滤波电路进行信号滤波处理，再经模数转换电路至水上主控制器， 同时进行方向判断，水上主控制器输出控制信号及方向信号经串口通信电路，再经信号差分变 换电路，经电缆传输与水下机器人信号差分变换电路变换，传至串口通信电路，经由水下机器 人主控制器电路将控制信号给电机驱动电路，电机驱动电路输出至水下机器人机械手、云台的 电机。摄像机控制电路接收控制面板12中的变倍调焦按钮控制信号，首先经水上控制箱控制电路板中信号滤波电路进行信号滤波处理，再经水上主控制器i/o端口判读电路至串口通信电路，再经信号差分变换电路，经电缆传输与水下机器人信号差分变换电路变换，传至串口通信电路， 经由水下机器人主控制器电路控制器相应端口输出高低电平至视频切换电路、前摄像机变倍调焦电路；照明灯控制电路接收控制面板12中的照明亮度旋钮控制信号，首先经水上控制箱控制电路 板中信号滤波电路进行信号滤波处理，再经模数转换电路至水上主控制器，水上主控制器输出 控制信号经串口通信电路，再经信号差分变换电路，经电缆传输与水下机器人信号差分变换电 路变换，传至串口通信电路，经由水下机器人主控制器电路将控制信号给照明灯控制电路。所述的电缆5为硅胶管封装的六芯导线，两对双绞信号线，分别与水上控制箱控制电路信 号差分变换电路和水下机器人控制电路信号差分变换电路相连， 一对电源线，与直流电源相连。所述的控制面板12上还装有一 1602字符型辅显示屏，用于显示水下机器人本体的深度、 方位以及机器人所在环境的温度。所述的机箱本体14右侧还开有充电、视频输出、屏蔽电缆接口。本专利技术与现有技术相比具有如下优点1、 本专利技术的特点主要表现在具有潜水巡航观察、狭窄区域安全监测、侦查、搜索等功能， 体积小，成本低廉，便于携带，操作灵活，可以实时观测水下被测物的状态，脐带电缆导线芯 数较少，适合批量生产；2、 本专利技术所述水下机器人配备了不同功能的传感器，为操作人员提供了丰富的信息数据；3、 本专利技术可以推广应用于核电反应堆大修管道检査以及石油、水下养殖、考古、探矿、航 运、水下工程监测等一些危险或人无法进入的场合。附图说明图l是本专利技术的系统结构框图；图2是本专利技术的水下机器人本体结构示意图；图3是本专利技术的水上控制箱结构示意图；图4是本专利技术的推进器控制电路原理框图；图5是本专利技术的机械手及摄像机云台控制电路原理框图；图6是本专利技术的摄像机控制电路原理框图；图7是本专利技术的照明灯控制电路原理框图；具体实施方式下面结合附图及具体实时方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术是一种有缆小型水下观测用机器人，由水下机器人本体和水上控制箱两部分组成， 如图1所示，两部分通过六芯脐带电缆连接。如图2所示，水下机器人本体由螺旋桨式推进器、前摄像机l、前摄像机云台2、后摄像机 3、电子罗盘、温度计、深度计、照明灯4、电缆5、电子舱6、控制龟路板、机械手7、支架'S组成。在电子舱6两侧安装有左推进器9、右推进器10,控制机器人前进、后退、左转、右转等 运动。电子舱6前部两侧安装有两组并联的LED照明灯4，为前摄像机提供照明；在电子舱6 中部垂直上方安装有垂推进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型水下观测机器人，它包括水下机器人本体和水上控制箱两个部分，其特征在于：所述的水下机器人本体电子舱（６）两侧安装有左推进器（９）、右推进器（１０）、照明灯（４）；在电子舱（６）中部垂直上方安装有垂直推进器（１１），各推进器由封装在内部的直流电机和螺旋桨组成，支架（８）、机械手（７）与电子舱（６）下部安装在一起；在电子舱（６）前部安装前摄像机（１）、前摄像机云台（２），后部安装后摄像机（３），电子舱（６）内部安装有控制电路；控制电路包含模数转换电路、水下主控制器、串口通信电路、信号差分变换电路、电机驱动电路；在电子舱（６）顶部开有输出电缆插座，通过屏蔽电缆（５）至水上控制箱；所述的水上控制箱包括控制面板（１２）、控制电路、液晶显示屏（１３）、机箱本体（１４）四部分，控制面板（１２）由主推进器、垂推进器控制摇杆、变倍调焦按钮、电源开关按钮、视频切换按钮、照明亮度旋钮、显示屏对比度旋钮、机械手推杆、云台推杆组成，控制面板（１２）通过四个立柱与机箱本体（１４）下部相接；控制电路安装在机箱本体（１４）下部内，包含推进器控制电路、机械手及摄像机云台控制电路、摄像机控制电路、照明灯控制电路、数据处理电路；其中数据处理电路包括信号滤波电路、模数转换电路、水上主控制器、串口通信电路、信号差分变换电路；液晶显示屏（１３）安装在机箱本体（１４）上部。...

【技术特征摘要】
1、一种小型水下观测机器人，它包括水下机器人本体和水上控制箱两个部分，其特征在于所述的水下机器人本体电子舱(6)两侧安装有左推进器(9)、右推进器(10)、照明灯(4)；在电子舱(6)中部垂直上方安装有垂直推进器(11)，各推进器由封装在内部的直流电机和螺旋桨组成，支架(8)、机械手(7)与电子舱(6)下部安装在一起；在电子舱(6)前部安装前摄像机(1)、前摄像机云台(2)，后部安装后摄像机(3)，电子舱(6)内部安装有控制电路；控制电路包含模数转换电路、水下主控制器、串口通信电路、信号差分变换电路、电机驱动电路；在电子舱(6)顶部开有输出电缆插座，通过屏蔽电缆(5)至水上控制箱；所述的水上控制箱包括控制面板(12)、控制电路、液晶显示屏(13)、机箱本体(14)四部分，控制面板(12)由主推进器、垂推进器控制摇杆、变倍调焦按钮、电源开关按钮、视频切换按钮、照明亮度旋钮、显示屏对比度旋钮、机械手推杆、云台推杆组成，控制面板(12)通过四个立柱与机箱本体(14)下部相接；控制电路安装在机箱本体(14)下部内，包含推进器控制电路、机械手及摄像机云台控制电路、摄像机控制电路、照明灯控制电路、数据处理电路；其中数据处理电路包括信号滤波电路、模数转换电路、水上主控制器、串口通信电路、信号差分变换电路；液晶显示屏(13)安装在机箱本体(14)上部。2、 根据权利要求1所述的一种小型水下观测机器人，其特征在于所述的电子舱(6)前 部端面为45度锥面。3、 根据权利要求1所述的一种小型水下观测机器人，其特征在于所述的机械手(7)与 舱体(6)底部成30。安装。4、 根据权利要求1所述的一种小型水下观测机器人，其特征在于所述的电子舱(6)前 部配置的前摄像机(1)为可变焦摄像机，后摄像机(3)为红外照明定焦摄像机，前摄像机云 台(2)为俯仰方向的一维云台，运动范围为±60° 。5、 根据权利要求1所述的一种小型水下观测机器人，其特征在于所述的电子舱(6)内 还安装有用于测量深度、温度的深度计和温度计及运动状态的电子罗盘。6、 根据权利要求1所述的一种小型水下观测机器人，其特征在于所述的电子舱(6)下部 安装的机械手(7)为单自由度小型夹持式机械手，夹持能力1Kg。7、 根据权利要求1所述的一种小型水下观测机器人，其特征在于所述的左推进器(9)、 右推进器(10)以及垂直推进器(11)采用的密封方式为静环采用光洁度为0.8的陶瓷面，动 环采用光洁度为0.8的石墨，在不锈钢弹簧的压力作用及丁晴胶的辅助密封下，可完成在水下50m环境条件下的动密封，密封面的运动速度不小于12m/s。8、 根据权利要求1所述的一种小型水下观测机器人，其特征在于所述的水上控制箱本体 为黑色工程塑料仪器箱，下箱体还安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯常，李声，窦普，陈树才，蔡根，杜杨，高永明，余云虎，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]