便攜式水下航拍無人遙控潛水器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種無人遙控潛水器領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種便攜式水下航拍無 人遙控潛水器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無人遙控潛水器(Remote Operated Vehicle，R0V)是用于水下觀測(cè)、檢查和施工 的水下機(jī)器人。R0V在海洋工程應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，具有功能多、作業(yè)深度大的優(yōu)點(diǎn)，作業(yè)時(shí) 通常由一母船將其運(yùn)載到工作海域，然后通過臍帶纜將R0V放入海中進(jìn)行指定作業(yè)。在民用 領(lǐng)域，特別是作為水下娛樂設(shè)備方面，如水下航拍、水下探險(xiǎn)，R0V應(yīng)具有體積小、靈活和便 攜等特點(diǎn)，傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的R0V成本太高、體積大，顯然不適用于民用領(lǐng)域。而現(xiàn)有的應(yīng)用于 水下航拍、水下探險(xiǎn)方面的微型R0V較少，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、成本高，不利于攜帶和操控， 阻礙了微型R0V在水下娛樂、水下航拍以及水下探險(xiǎn)等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。
[0003] 經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)CN102126544A，公開日為2011年07月 20日，公開了一種能夠在水中進(jìn)行全方位偵測(cè)及自主航行的水中自航式全方位整偵測(cè)器， 屬于水中航行器領(lǐng)域，該裝置包括攝像頭、照明燈、攝像頭云臺(tái)、控制計(jì)算機(jī)、鋰電池組、電 機(jī)及減速器組件、右舵面、右電動(dòng)舵機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、栗噴推進(jìn)器、數(shù)據(jù)傳輸線、放線器、動(dòng)力 軸、花鍵套筒、左電動(dòng)舵機(jī)、左舵面、鋁殼體、深度傳感器、慣性測(cè)量單元、無線傳輸電臺(tái)、通 信模塊、透光防護(hù)罩、GPS接收機(jī)。但該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用了如慣性測(cè)量元件、GPS接收機(jī)等 較昂貴的傳感器，成本較高，且體積較大、質(zhì)量較重，不利于攜帶，不適用于水下娛樂設(shè)備領(lǐng) 域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種便攜式水下航拍無人遙控潛水器 及其控制方法。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明涉及一種便攜式水下航拍無人遙控潛水器，包括:主筒、方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、推 進(jìn)機(jī)構(gòu)、控制模塊和采像模塊，其中：控制模塊、采像模塊和方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置于主筒前端， 推進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)置于主筒后端，主筒內(nèi)設(shè)有浮力塊以使該主筒在水中能夠自然保持垂直狀態(tài)， 控制模塊分別和采像模塊、方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)相連。
[0007] 所述的控制模塊接收整個(gè)裝置在水體中的狀態(tài)信息，即當(dāng)前深度值和電池電量信 息，通過接收水面操控指令，向方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)以及采像模塊發(fā)出控制命令;控制 模塊讀取當(dāng)前深度值，通過定深閉環(huán)控制，向推進(jìn)機(jī)構(gòu)發(fā)出懸停、上升和下降指令。
[0008] 所述的定深閉環(huán)控制是指：叫）=人心f; Ζ?⑴汾_f ，其中：u(t)為算 M, at 法產(chǎn)生的輸入控制值，KP、KdPKD分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)，E(t)為設(shè)備的深度 誤差;E(t)=Hd-Hin(t)，Hd為設(shè)定的懸停深度，Hin(t)為本裝置在水體中當(dāng)前深度值。
[0009] 所述的主筒為薄壁圓筒，優(yōu)選為PCV材料或亞克力材料制成。
[0010] 所述的浮力塊為圓環(huán)形，優(yōu)選為泡沫材料制成。
[0011] 所述的推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括:套有整流罩的螺旋槳和導(dǎo)流罩，其中：螺旋槳設(shè)置于所述主 筒后端，導(dǎo)流罩設(shè)置于螺旋槳和主筒之間，螺旋槳通過傳動(dòng)軸與設(shè)置于主筒內(nèi)的電機(jī)相連， 電機(jī)通過上安裝板設(shè)置于主筒前端。
[0012] 所述的采像模塊采用但不限于:帶有攝像頭透明罩的攝像頭，其中：攝像頭通過下 安裝板設(shè)置于主筒前端。
[0013] 所述的方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括:舵片和舵機(jī)，其中：舵片均布于主筒前端外壁，舵機(jī)設(shè) 置于下安裝板上，每個(gè)舵機(jī)與相應(yīng)舵片相連。
[0014] 所述的舵片呈方形，其沿長(zhǎng)度方向的截面呈流線型且一端為圓弧形。
[0015] 所述的控制模塊中設(shè)有返回模式，當(dāng)控制模塊檢測(cè)到電量不足時(shí)，輸出返回命令， 以使整個(gè)裝置快速浮出水面。
[0016] 本發(fā)明涉及一種基于上述便攜式水下航拍無人遙控潛水器的控制方法，包括以下 步驟：
[0017] 步驟1、設(shè)定潛水器的懸停深度Hd，并輸入控制模塊中；
[0018] 步驟2、控制模塊讀取設(shè)備的當(dāng)前深度值Hin(t);
[0019]步驟3、控制模塊將懸停深度Hd與當(dāng)前深度值Hin(t)比較，得到深度誤差E(t)，當(dāng)深 度誤差E(t)小于設(shè)定值時(shí)則取消定深控制；否則執(zhí)行定深閉環(huán)控制后向推進(jìn)機(jī)構(gòu)發(fā)出指令 以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，并返回步驟2進(jìn)入下一周期的深度檢測(cè)。 技術(shù)效果
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不需要衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航元件等設(shè)備，成本較低，且整 體形狀為筒狀，直徑小便于旅行攜帶。在水體內(nèi)時(shí)，重心在頭部，能夠在水體中自然保持垂 直狀態(tài)，利用中立于浮力的差值，提供其下沉運(yùn)動(dòng)所需的動(dòng)力，能夠節(jié)省電力。
【附圖說明】
[0021] 圖1為無人遙控潛水器示意圖；
[0022]圖中：a)為立體圖，b)為剖面示意圖；c)為正視圖；d)為俯視圖；
[0023]圖2為無人遙控潛水器前端示意圖；
[0024]圖中：a)為立體圖，b)為前端正視圖；c)為剖面示意圖；d)為俯視圖；
[0025]圖3為無人遙控潛水器推進(jìn)機(jī)構(gòu)示意圖；
[0026]圖中：a)為立體圖，b)為剖面圖；
[0027]圖4為第一舵片截面示意圖；
[0028]圖5為定深控制方法流程圖；
[0029]圖中：1螺旋槳;2整流罩;3主筒;4電機(jī);5深度傳感器;6第一舵片；7電池;8攝像頭 透明罩;9導(dǎo)流罩；10傳動(dòng)軸；11浮力塊；12電池；13控制器；14攝像頭；15電纜；16第一舵機(jī)； 17第二舵機(jī);18第三舵機(jī);19第四舵機(jī);20第二舵片;21第三舵片;22第四舵片;23下安裝板； 24上安裝板。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。 實(shí)施例1
[0031 ]本實(shí)施例包括:方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、采像模塊和控制模塊，其中：方向調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu)、采像模塊和控制模塊設(shè)置于主筒3前端，推進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)置于主筒3后端，控制機(jī)構(gòu)與方向調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)以及采像模塊相連。
[0032]如圖la)所示，所述的推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括:螺旋槳1、導(dǎo)流罩9和整流罩2,其中：整流罩2 設(shè)置于主筒3的后端，如圖Id)所示，螺旋槳1設(shè)置于整流罩2內(nèi)，導(dǎo)流罩9設(shè)置于整流罩2和主 筒3之間。如圖3a)、b)所示，所述螺旋槳1通過傳動(dòng)軸10與設(shè)置于主筒2前端的電機(jī)4相連。所 述電機(jī)4通過上安裝板24固定設(shè)置于主筒3內(nèi)。整流罩2、傳動(dòng)軸10和主筒3相配合，為螺旋槳 提供整流、傳動(dòng)定位和保護(hù)。如圖lb)、c)所示，導(dǎo)流罩9呈錐型，引導(dǎo)水流進(jìn)入螺旋槳1，為推 進(jìn)機(jī)構(gòu)提供穩(wěn)定流場(chǎng)。
[0033] 所述的主筒3的外徑為13cm，壁厚5mm，長(zhǎng)度為25cm，其材料為質(zhì)量較輕、具有一定 強(qiáng)度的塑料，即PVC材料、亞克力材料。
[0034] 如圖la)、b)所示，所述的方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括：四個(gè)舵片和四個(gè)舵機(jī)，所述的主筒3 前端外壁設(shè)有四個(gè)舵片，分別為第一舵片6、第二舵片20、第三舵片21和第四舵片22,均勻分 布于主筒3前端外壁上。如圖Id)所示，所述主筒3下端設(shè)有下安裝板23,在下安裝板上設(shè)有 第一舵機(jī)16、第二舵機(jī)17、第三舵機(jī)18和第四舵機(jī)19。如圖lc)所示，所述第一舵片6和第一 舵機(jī)16相連，第二舵片20和第二舵機(jī)17相連，第三舵片21和第三舵機(jī)18相連，第四舵片22和 第四舵機(jī)19相連，通過