海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人，浮體設(shè)置于框架上方，與框架貼合，用于保持機器人姿態(tài)平衡；AMR微控制器置于框架內(nèi)部，并通過臍帶纜連接水面接收控制終端，多參數(shù)傳感器固定于框架上，且連接AMR微控制器，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到AMR微控制器；視頻觀測模塊固定于框架前端，且連接AMR微控制器，用于采集視頻圖像后發(fā)送到AMR微控制器；LED燈固定于浮體上，且與視頻觀測模塊同側(cè)，用于照明；自行履帶模塊設(shè)置于框架下端，且連接AMR微控制器。本實用新型在翻越和爬坡過程中機器人本身保持穩(wěn)定，不會失去平衡而翻倒；節(jié)省了電纜的數(shù)量，從而實現(xiàn)一個8芯攬上的數(shù)據(jù)和供電的傳輸，解決了水下ROV的線纜粗與多的問題，在海水中可免于高鹽度腐蝕。
【專利說明】
海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及海洋環(huán)境監(jiān)測分析領(lǐng)域，具體地說是海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋是最有價值的生態(tài)系統(tǒng)之一，它蘊藏著豐富的生物資源和礦產(chǎn)資源，隨著陸地資源的枯竭，海洋資源的開發(fā)利用對人類發(fā)展和社會進步的推動作用越趨明顯。隨著石油、天然氣等海洋資源的開發(fā)與利用活動人日益增多，溢油事故的頻繁發(fā)生，從而導(dǎo)致了近海海域污染的日益嚴重。海洋生態(tài)系統(tǒng)保護與環(huán)境生態(tài)修復(fù)工程已經(jīng)成為國際上的熱點。
[0003]水下機器人因其安全、高效、作業(yè)深度大、能在水下長時間工作而日益成為海洋環(huán)境修復(fù)工程的重要工具。按照無人潛水器與水面支持設(shè)備(母船或平臺)間聯(lián)系方式的不同，水下機器人可以分為兩大類:一類是有纜水下機器人，即遙控水下機器人;另一類是無纜水下機器人，即自治水下機器人，自帶能源，依靠自身的自治能力來管理和控制自己。ROV因其經(jīng)濟性好、下水出水靈活性高、環(huán)境適應(yīng)性好、作業(yè)效率高、使用有效等優(yōu)點，得到了迅速發(fā)展。隨著功能及可靠性的迅速提高，ROV越來越被廣泛地應(yīng)用于海洋資源開發(fā)、水下工程、海底調(diào)查、打撈作業(yè)等領(lǐng)域。
[0004]但是現(xiàn)在的水下ROV普遍存在線纜粗而且過于多，由于地形復(fù)雜，在翻越和爬升過程中容易失去平衡而翻倒，保持恒定的動力支撐不足，ROV吊回水面需要整體斷電或者吊回水面復(fù)位傳感器的可靠性不足，儀器控制系統(tǒng)的故障率偏高等問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種觀測范圍大、穩(wěn)定性高、成本低、適合60米范圍內(nèi)的不同海底作業(yè)的海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)工程中使用的海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人，解決了ROV線纜粗而且過于多，由于地形復(fù)雜，在翻越和爬升過程中容易失去平衡而翻倒，保持恒定的動力支撐不足，ROV吊回水面需要整體斷電或者吊回水面復(fù)位傳感器的可靠性不足等問題。
[0006]本實用新型為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人，包括:
[0008]浮體2設(shè)置于框架8上方，與框架8貼合，用于保持機器人姿態(tài)平衡；
[0009]AMR微控制器6置于框架內(nèi)部，并通過臍帶纜I連接水面接收控制終端，接收水面接收控制終端的控制指令，并且將采集數(shù)據(jù)處理后傳輸?shù)剿娼邮湛刂平K端；
[0010]多參數(shù)傳感器5固定于框架8上，且連接AMR微控制器6，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到AMR微控制器6;
[0011]視頻觀測模塊4固定于框架8前端，且連接AMR微控制器6，用于采集視頻圖像后發(fā)送到AMR微控制器6;
[0012]LED燈3固定于浮體2上，且與視頻觀測模塊4同側(cè)，用于照明；
[0013]自行履帶模塊7設(shè)置于框架8下端，且連接AMR微控制器6，接收行動控制指令。
[0014]所述視頻觀測模塊4為由高清攝像機和二維旋轉(zhuǎn)云臺組成的經(jīng)過密封艙密封的觀測裝置。
[0015]所述多參數(shù)傳感器5包括溫度傳感器、鹽度傳感器、深度傳感器、PH傳感器和溶解氧傳感器等。
[0016]所述自行履帶模塊7采用履帶式結(jié)構(gòu)，且主控輪與傳動輪成120°。
[0017]所述臍帶纜I為8芯的線纜，外層套有聚氨酯外套，內(nèi)部通過POE供電。
[0018]所述浮體2采用發(fā)泡材料作為緩沖介質(zhì)，外層為聚脲材料作外保護層。
[0019]所述浮體2的底部配有配重塊。
[0020]所述配重塊為2-4個。
[0021]所述框架8為鋁制框架，且表面為納米二氧化鈦涂層。
[0022]本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點:
[0023]1.本實用新型的自行履帶模塊，使在翻越和爬坡過程中機器人本身保持穩(wěn)定，不會失去平衡而翻倒；
[0024]2.本實用新型的采用POE供電提根電纜實現(xiàn)，節(jié)省了電纜的數(shù)量，從而實現(xiàn)一個8芯攬上的數(shù)據(jù)和供電的傳輸，解決了水下ROV的線纜粗與多的問題；
[0025]3本實用新型的采用特種的框架結(jié)構(gòu)采用高科技納米二氧化鈦對鋁制構(gòu)架進行涂層，在海水中可免于高鹽度腐蝕。
【附圖說明】
[0026]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0027]圖2是本實用新型的機器人行走示意圖，圖2(a)為機器人常態(tài)行走示意圖，圖2(b)是機器人的主控輪與傳動輪成120°角度行走示意圖。
[0028]其中，I為臍帶纜、2為浮體、3為LED燈、4為視頻觀測模塊、5為多參數(shù)傳感器、6為AMR微控制器、7為自行履帶模塊、8為框架。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0030]海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人系統(tǒng)由浮體2、框架8、視頻觀測模塊4、LED燈3、多參數(shù)傳感器5、AMR微控制器6、水面接收控制終端、臍帶纜1、自行履帶模塊7。
[0031]如圖1所不為本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0032]浮體模塊2是位于頂部的浮塊，合成泡沫浮材，黃色，結(jié)構(gòu)緊密、堅固。在底部配有2-4個配重塊，用于調(diào)節(jié)自身的姿態(tài)，使之平衡。聚脲材料作外保護層、內(nèi)部采用聚氨酯發(fā)泡材料或塑料發(fā)泡體作緩沖介質(zhì)。
[0033]視頻觀測模塊4是由1080P高清攝像機和二維旋轉(zhuǎn)云臺組成，經(jīng)過密封倉密封形成一個整體視頻觀測模塊。二維旋轉(zhuǎn)云臺:上下60°，左右120°。1080?高清攝像機:200w高清攝像機，自動聚焦?？稍?0米范圍內(nèi)進行視頻拍攝，后端與AMR微控制器連接進行數(shù)據(jù)處理與傳輸。
[0034]臍帶纜I是8芯的線纜，外護套采用聚氨酯外套，表面細膩具有超強的彈性和柔韌性和抗拉性。內(nèi)部采用POE供電，節(jié)省了電纜的數(shù)量，從而實現(xiàn)一個8芯攬上的數(shù)據(jù)和供電的傳輸。解決了水下ROV的線纜粗與多的問題。
[0035]LED燈3采用30w LED高亮白光燈具，光源更強，可照亮距離更遠。白光燈與攝像頭獨立空間設(shè)計，確保鏡頭內(nèi)不起水霧。
[0036]如圖2(a)所示為本發(fā)明的機器人常態(tài)行走示意圖。自行履帶模塊7采用雙控履帶結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)水下環(huán)境生態(tài)修復(fù)工程觀測機器人的行走和自由轉(zhuǎn)向，當(dāng)主控輪與傳動輪成120°的角度如圖2(b)所示，實現(xiàn)在水下復(fù)雜地形的翻越和爬升不會失去平衡翻倒和保持恒定的動力支撐。
[0037]AMR微控制器6采用stm32內(nèi)建立UC/0S-1I實時操作系統(tǒng)，對前端傳感器進行數(shù)據(jù)采集分析并對視頻進行采集壓縮處理，然后將所有數(shù)據(jù)打包成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，通過TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)剿娼邮湛刂平K端。同時AMR嵌入式控制中心接收到水面接收控制終端的相關(guān)控制命令，并實施對履帶、燈光、傳感器等模塊的相應(yīng)控制與配置。采用新型的AMRCortex-M3體系結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)低功耗、高效率、高可靠、實時性的系統(tǒng)控制，實現(xiàn)海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)觀測機器人水下不同環(huán)境下自行選擇運動配置方案以及運動速度調(diào)整。
[0038]框架8采用高科技納米二氧化鈦對鋁制構(gòu)架進行涂層，在海水中可免于高鹽度腐蝕?？蚣芙Y(jié)構(gòu)為工程機器人其他部件在墜落時提供保護，使系統(tǒng)免于受損。
[0039]多參數(shù)傳感器5搭載溫度、鹽度、深度、pH及溶解氧傳感器，傳感器數(shù)據(jù)線和電源線均接入到AMR微控制器6，所有的數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)分析都是在AMR微控制器6來完成，傳感器出現(xiàn)異常長需復(fù)位的時候，只需要水上控制終端發(fā)送對應(yīng)命令，通過AMR微控制器6實現(xiàn)對針對異常傳感器的軟硬復(fù)位，從而解決了ROV需要整體斷電或者吊回水面復(fù)位傳感器的可靠性問題，大大降低了儀器控制系統(tǒng)的故障率。
[0040]水面接收控制終端是迷你PC+觸摸屏以及上位機軟件，實現(xiàn)視頻圖像解碼，以及傳感器數(shù)據(jù)的顯示和對水下工程機器人的關(guān)窗操控，觸摸屏可方便地對該系統(tǒng)進行控制，方便簡單快捷。
[0041]綜上所述，本系統(tǒng)將嵌入式自動化技術(shù)、POE供電技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)用，并巧妙解決了解決了水下ROV的線纜粗與多的問題;首次采用獨特的履帶結(jié)構(gòu)，避免水下復(fù)雜地形的翻越和爬升失去平衡翻倒和保持恒定的動力支撐；只需要水上控制終端發(fā)送對應(yīng)命令，通過AMR嵌入式控制中心實現(xiàn)對針對異常傳感器的軟硬復(fù)位，解決了水下機器人需要整體斷電或者吊回水面復(fù)位傳感器的可靠性問題，大大降低了儀器控制系統(tǒng)的故障率;實現(xiàn)了海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)工程觀測機器人水下不同環(huán)境下自行選擇運動配置方案以及運動速度調(diào)整，實現(xiàn)真正意義上的水下機器人自動化行走。用于對海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)工程過程前、工程實施中、工程實施后效果評估，提供簡便而快速地獲得即時的分析數(shù)據(jù)和視頻觀測影像，對生態(tài)修復(fù)過程中及時發(fā)現(xiàn)，及時處理，為消除隱患爭取了寶貴的時間。
【主權(quán)項】
1.一種海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人，其特征在于包括: 浮體(2)設(shè)置于框架(8)上方，與框架(8)貼合，用于保持機器人姿態(tài)平衡； AMR微控制器(6)置于框架內(nèi)部，并通過臍帶纜(I)連接水面接收控制終端，接收水面接收控制終端的控制指令，并且將采集數(shù)據(jù)處理后傳輸?shù)剿娼邮湛刂平K端； 多參數(shù)傳感器(5)固定于框架(8)上，且連接AMR微控制器(6)，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到AMR微控制器(6); 視頻觀測模塊(4)固定于框架(8)前端，且連接AMR微控制器(6)，用于采集視頻圖像后發(fā)送到AMR微控制器(6); LED燈(3)固定于浮體(2)上，且與視頻觀測模塊(4)同側(cè)，用于照明； 自行履帶模塊(7)設(shè)置于框架(8)下端，且連接AMR微控制器(6)，接收行動控制指令。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人，其特征在于:所述視頻觀測模塊(4)為由攝像機和二維旋轉(zhuǎn)云臺組成的經(jīng)過密封艙密封的觀測裝置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人，其特征在于:所述多參數(shù)傳感器(5)包括溫度傳感器、鹽度傳感器、深度傳感器、PH傳感器和溶解氧傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人，其特征在于:所述自行履帶模塊(7)采用履帶式結(jié)構(gòu)，且主控輪與傳動輪成120°。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人，其特征在于:所述臍帶纜(1)為8芯的線纜，外層套有聚氨酯外套，內(nèi)部通過POE供電。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人，其特征在于:所述浮體(2)采用發(fā)泡材料作為緩沖介質(zhì)，外層為聚脲材料作外保護層。7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人，其特征在于:浮體(2)的底部配有配重塊。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人，其特征在于:所述配重塊為2-4個。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境生態(tài)修復(fù)水下觀測機器人，其特征在于:所述框架(8)為鋁制框架，且表面為納米二氧化鈦涂層。
【文檔編號】B62D55/08GK205652313SQ201620412682
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年5月6日 公開號201620412682.1, CN 201620412682, CN 205652313 U, CN 205652313U, CN-U-205652313, CN201620412682, CN201620412682.1, CN205652313 U, CN205652313U
【發(fā)明人】付龍文, 溫國義, 王巧寧, 孫西艷, 陳令新
【申請人】中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所, 國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心