CN107344604A - 一种海洋环境生态修复水下观测机器人 - Google Patents

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CN201610297365.4A
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付龙文
温国义
王巧宁
孙西艳
陈令新
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NORTH CHINA SEA ENVIRONMENTAL MONITORING CENTER OF STATE OCEANIC ADMINISTRATION
Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS
Original Assignee
NORTH CHINA SEA ENVIRONMENTAL MONITORING CENTER OF STATE OCEANIC ADMINISTRATION
Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/34—Diving chambers with mechanical link, e.g. cable, to a base
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D55/00—Endless track vehicles
    • B62D55/08—Endless track units; Parts thereof

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明涉及一种海洋环境生态修复水下观测机器人，浮体设置于框架上方，与框架贴合，用于保持机器人姿态平衡；AMR微控制器置于框架内部，并通过脐带缆连接水面接收控制终端，多参数传感器固定于框架上，且连接AMR微控制器，将采集到的数据发送到AMR微控制器；视频观测模块固定于框架前端，且连接AMR微控制器，用于采集视频图像后发送到AMR微控制器；LED灯固定于浮体上，且与视频观测模块同侧，用于照明；自行履带模块设置于框架下端，且连接AMR微控制器。本发明在翻越和爬坡过程中机器人本身保持稳定，不会失去平衡而翻倒；节省了电缆的数量，从而实现一个8芯揽上的数据和供电的传输，解决了水下ROV的线缆粗与多的问题，在海水中可免于高盐度腐蚀。

Description

一种海洋环境生态修复水下观测机器人
技术领域
本发明涉及海洋环境监测分析领域，具体地说是一种海洋环境生态修复水下观测机器人。
背景技术
海洋是最有价值的生态***之一，它蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源，随着陆地资源的枯竭，海洋资源的开发利用对人类发展和社会进步的推动作用越趋明显。随着石油、天然气等海洋资源的开发与利用活动人日益增多，溢油事故的频繁发生，从而导致了近海海域污染的日益严重。海洋生态***保护与环境生态修复工程已经成为国际上的热点。
水下机器人因其安全、高效、作业深度大、能在水下长时间工作而日益成为海洋环境修复工程的重要工具。按照无人潜水器与水面支持设备(母船或平台)间联系方式的不同，水下机器人可以分为两大类：一类是有缆水下机器人，即遥控水下机器人；另一类是无缆水下机器人，即自治水下机器人，自带能源，依靠自身的自治能力来管理和控制自己。ROV因其经济性好、下水出水灵活性高、环境适应性好、作业效率高、使用有效等优点，得到了迅速发展。随着功能及可靠性的迅速提高，ROV越来越被广泛地应用于海洋资源开发、水下工程、海底调查、打捞作业等领域。
但是现在的水下ROV普遍存在线缆粗而且过于多，由于地形复杂，在翻越和爬升过程中容易失去平衡而翻倒，保持恒定的动力支撑不足，ROV吊回水面需要整体断电或者吊回水面复位传感器的可靠性不足，仪器控制***的故障率偏高等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种观测范围大、稳定性高、成本低、适合60米范围内的不同海底作业的海洋环境生态修复工程中使用的海洋环境生态修复水下观测机器人，解决了ROV线缆粗而且过于多，由于地形复杂，在翻越和爬升过程中容易失去平衡而翻倒，保持恒定的动力支撑不足，ROV吊回水面需要整体断电或者吊回水面复位传感器的可靠性不足等问题。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种海洋环境生态修复水下观测机器人，包括：
浮体2设置于框架8上方，与框架8贴合，用于保持机器人姿态平衡；
AMR微控制器6置于框架内部，并通过脐带缆1连接水面接收控制终端，接收水面接收控制终端的控制指令，并且将采集数据处理后传输到水面接收控制终端；
多参数传感器5固定于框架8上，且连接AMR微控制器6，将采集到的数据发送到AMR微控制器6；
视频观测模块4固定于框架8前端，且连接AMR微控制器6，用于采集视频图像后发送到AMR微控制器6；
LED灯3固定于浮体2上，且与视频观测模块4同侧，用于照明；
自行履带模块7设置于框架8下端，且连接AMR微控制器6，接收行动控制指令。
所述视频观测模块4为由高清摄像机和二维旋转云台组成的经过密封舱密封的观测装置。
所述多参数传感器5包括温度传感器、盐度传感器、深度传感器、PH传感器和溶解氧传感器等。
所述自行履带模块7采用履带式结构，且主控轮与传动轮成120°。
所述脐带缆1为8芯的线缆，外层套有聚氨酯外套，内部通过POE供电。
所述浮体2采用发泡材料作为缓冲介质，外层为聚脲材料作外保护层。
所述浮体2的底部配有配重块。
所述配重块为2-4个。
所述框架8为铝制框架，且表面为纳米二氧化钛涂层。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明的自行履带模块，使在翻越和爬坡过程中机器人本身保持稳定，不会失去平衡而翻倒；
2.本发明的采用POE供电提根电缆实现，节省了电缆的数量，从而实现一个8芯揽上的数据和供电的传输，解决了水下ROV的线缆粗与多的问题；
3本发明的采用特种的框架结构采用高科技纳米二氧化钛对铝制构架进行涂层，在海水中可免于高盐度腐蚀。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的机器人行走示意图，
其中，1为脐带缆、2为浮体、3为LED灯、4为视频观测模块、5为多参数传感器、6为AMR微控制器、7为自行履带模块、8为框架。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
海洋环境生态修复水下观测机器人***由浮体2、框架8、视频观测模块4、LED灯3、多参数传感器5、AMR微控制器6、水面接收控制终端、脐带缆1、自行履带模块7。
如图1所示为本发明的结构示意图。
浮体模块2是位于顶部的浮块，合成泡沫浮材，黄色，结构紧密、坚固。在底部配有2-4个配重块，用于调节自身的姿态，使之平衡。聚脲材料作外保护层、内部采用聚氨酯发泡材料或塑料发泡体作缓冲介质。
视频观测模块4是由1080P高清摄像机和二维旋转云台组成，经过密封仓密封形成一个整体视频观测模块。二维旋转云台：上下60°，左右120°。1080P高清摄像机：200w高清摄像机，自动聚焦。可在60米范围内进行视频拍摄,后端与AMR微控制器连接进行数据处理与传输。
脐带缆1是8芯的线缆，外护套采用聚氨酯外套，表面细腻具有超强的弹性和柔韧性和抗拉性。内部采用POE供电，节省了电缆的数量,从而实现一个8芯揽上的数据和供电的传输。解决了水下ROV的线缆粗与多的问题。
LED灯3采用30w LED高亮白光灯具,光源更强，可照亮距离更远。白光灯与摄像头独立空间设计，确保镜头内不起水雾。
自行履带模块7采用双控履带结构,实现水下环境生态修复工程观测机器人的行走和自由转向，同时主控轮与传动轮成120°的角度如图2所示，实现在水下复杂地形的翻越和爬升不会失去平衡翻倒和保持恒定的动力支撑。
AMR微控制器6采用stm32内建立UC/OS-II实时操作***，对前端传感器进行数据采集分析并对视频进行采集压缩处理，然后将所有数据打包成以太网数据包，通过TCP/IP协议将数据包传输到水面接收控制终端。同时AMR嵌入式控制中心接收到水面接收控制终端的相关控制命令，并实施对履带、灯光、传感器等模块的相应控制与配置。采用新型的AMR Cortex-M3体系结构可实现低功耗、高效率、高可靠、实时性的***控制，实现海洋环境生态修复观测机器人水下不同环境下自行选择运动配置方案以及运动速度调整。
框架8采用高科技纳米二氧化钛对铝制构架进行涂层，在海水中可免于高盐度腐蚀。框架结构为工程机器人其他部件在坠落时提供保护，使***免于受损。
多参数传感器5搭载温度、盐度、深度、pH及溶解氧传感器，传感器数据线和电源线均接入到AMR微控制器6，所有的数据采集以及数据分析都是在AMR微控制器6来完成，传感器出现异常长需复位的时候，只需要水上控制终端发送对应命令，通过AMR微控制器6实现对针对异常传感器的软硬复位，从而解决了ROV需要整体断电或者吊回水面复位传感器的可靠性问题，大大降低了仪器控制***的故障率。
水面接收控制终端是迷你PC+触摸屏以及上位机软件，实现视频图像解码，以及传感器数据的显示和对水下工程机器人的关窗操控，触摸屏可方便地对该***进行控制，方便简单快捷。
综上所述，本***将嵌入式自动化技术、POE供电技术、网络技术联用，并巧妙解决了解决了水下ROV的线缆粗与多的问题；首次采用独特的履带结构，避免水下复杂地形的翻越和爬升失去平衡翻倒和保持恒定的动力支撑；只需要水上控制终端发送对应命令，通过AMR嵌入式控制中心实现对针对异常传感器的软硬复位，解决了水下机器人需要整体断电或者吊回水面复位传感器的可靠性问题，大大降低了仪器控制***的故障率；实现了海洋环境生态修复工程观测机器人水下不同环境下自行选择运动配置方案以及运动速度调整，实现真正意义上的水下机器人自动化行走。用于对海洋环境生态修复工程过程前、工程实施中、工程实施后效果评估，提供简便而快速地获得即时的分析数据和视频观测影像，对生态修复过程中及时发现，及时处理，为消除隐患争取了宝贵的时间。

Claims (9)

1.一种海洋环境生态修复水下观测机器人，其特征在于包括：
浮体(2)设置于框架(8)上方，与框架(8)贴合，用于保持机器人姿态平衡；
AMR微控制器(6)置于框架内部，并通过脐带缆(1)连接水面接收控制终端，接收水面接收控制终端的控制指令，并且将采集数据处理后传输到水面接收控制终端；
多参数传感器(5)固定于框架(8)上，且连接AMR微控制器(6)，将采集到的数据发送到AMR微控制器(6)；
视频观测模块(4)固定于框架(8)前端，且连接AMR微控制器(6)，用于采集视频图像后发送到AMR微控制器(6)；
LED灯(3)固定于浮体(2)上，且与视频观测模块(4)同侧，用于照明；
自行履带模块(7)设置于框架(8)下端，且连接AMR微控制器(6)，接收行动控制指令。
2.根据权利要求1所述的海洋环境生态修复水下观测机器人，其特征在于：所述视频观测模块(4)为由摄像机和二维旋转云台组成的经过密封舱密封的观测装置。
3.根据权利要求1所述的海洋环境生态修复水下观测机器人，其特征在于：所述多参数传感器(5)包括温度传感器、盐度传感器、深度传感器、PH传感器和溶解氧传感器等。
4.根据权利要求1所述的海洋环境生态修复水下观测机器人，其特征在于：所述自行履带模块(7)采用履带式结构，且主控轮与传动轮成120°。
5.根据权利要求1所述的海洋环境生态修复水下观测机器人，其特征在于：所述脐带缆(1)为8芯的线缆，外层套有聚氨酯外套，内部通过POE供电。
6.根据权利要求1所述的海洋环境生态修复水下观测机器人，其特征在于：所述浮体(2)采用发泡材料作为缓冲介质，外层为聚脲材料作外保护层。
7.根据权利要求1或6所述的海洋环境生态修复水下观测机器人，其特征在于：浮体(2)的底部配有配重块。
8.根据权利要求7所述的海洋环境生态修复水下观测机器人，其特征在于：所述配重块为2-4个。
9.根据权利要求1所述的海洋环境生态修复水下观测机器人，其特征在于：所述框架(8)为铝制框架，且表面为纳米二氧化钛涂层。
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