CN107856825A - 一种水下机器人及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下机器人，包括承载平台、底座支架、摆动底座、旋转底座、摆动底座舵机、转台、云台摆动支架、水压传感器、水压传感器支架和云台；两对称分布的底座支架垂直安装于承载平台台面；摆动底座可转动支撑于两底座支架之间；水平设置的摆动底座舵机通过舵机支撑安装于其中一个底座支架上，且摆动底座舵机与摆动底座驱动连接，摆动底座舵机可驱动摆动底座沿舵机轴转动；旋转底座垂直设置于摆动底座台面，转台底端可旋转设置在旋转底座上，舵机驱动装置可驱动转台整体沿旋转底座旋转；本发明的结构简单，采用8个特定分布的推进器协同工作实现了机器人的平稳升降、悬停、横向推进运动和斜向升降运动。
Description
技术领域
本发明属于机器人领域，尤其涉及一种水下机器人及其方法。
背景技术
现有的水下无人拍摄机器人往往在水下运动状态只限于升降或推进运动，无法在水底调整姿态，其上的相机拍摄视角受到一定的影响。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能在水底调整姿态的一种水下机器人及其方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种水下机器人，包括承载平台、底座支架、摆动底座、旋转底座、摆动底座舵机、转台、云台摆动支架、水压传感器、水压传感器支架和云台；
两对称分布的所述底座支架垂直安装于所述承载平台台面；所述摆动底座可转动支撑于两所述底座支架之间；水平设置的所述摆动底座舵机通过舵机支撑安装于其中一个所述底座支架上，且所述摆动底座舵机与所述摆动底座驱动连接，摆动底座舵机可驱动摆动底座沿舵机轴转动；所述旋转底座垂直设置于所述摆动底座台面，所述转台底端可旋转设置在所述旋转底座上，舵机驱动装置可驱动转台整体沿旋转底座旋转；所述转台顶端还阻尼铰接连接有一对所述云台摆动支架；所述云台支撑设置于所述云台摆动支架上；所述云台上还设置有若干水下推进器；还包括水压传感器，所述水压传感器支架设置于所述承载平台上，所述水压传感器支架支撑设置于所述水压传感器中。
进一步的，还包括主卡箍片、副卡箍片和卡箍固定座；所述水下推进器为管式螺旋桨推进器，所述水下推进器的主管体夹套于所述主卡箍片和所述副卡箍片之间，且所述主卡箍片和副卡箍片通过紧固螺栓夹紧所述主管体；所述主卡箍片上还设置有连接柱，所述连接柱通过卡箍固定座固定安装于所述云台上。
进一步的，若干所述水下推进器分别包括第一推进器、第二推进器、第三推进器、第四推进器、第五推进器、第六推进器、第七推进器和第八推进器；
所述云台为方形平台结构，所述第一推进器、第二推进器、第三推进器和第四推进器分别竖向安装于所述云台的四顶角处，且所述第一推进器、第二推进器、第三推进器和第四推进器的推进方向共同朝上；
所述第五推进器、第六推进器、第七推进器和第八推进器分别水平安装于所述云台的四边中点处，所述第五推进器位于所述第七推进器对侧，且第五推进器和第七推进器的推进方向相同；所述第六推进器位于所述第八推进器对侧，且第六推进器和第八推进器的推进方向相反。
进一步的，所述云台的台面还平行支撑设置有相机平台；所述相机平台上安装有相机支架和发光面板；所述发光面板平行设置于所述相机平台上侧，且发光面板的发光面朝上；
还包括摄像机本体，所述摄像机本体通过阻尼铰接件与所述相机支架阻尼铰接连接；所述摄像机本体的摄像头为双目摄像头。
进一步的，所述底座支架包括安装板.和支撑板.；所述安装板.与支撑板.呈L形垂直拼接，所述安装板.平行固定于所述承载平台上；所述安装板.与支撑板.通过加强筋固定连接；两对称安装板.平行间距设置；
所述摆动底座为U形框体结构，所述摆动底座两侧部可旋转支撑在两所述安装板.上，所述旋转底座安装于所述摆动底座的U形框底所在承载面上。
进一步的，所述承载平台底部四角处安装有砝码脚，所述砝码脚为金属重物砝码结构。
进一步的，一种水下机器人的运行方法，具体如下：
悬停或竖直升降方法：同时关闭第五推进器、第六推进器、第七推进器和第八推进器；启动第一推进器、第二推进器、第三推进器和第四推进器，通过控制四个推进器的推力大小来控制机器人的升降和悬停；
横向运行：需要横向运动时，先用上述方法控制机器人悬停，并且保持第一推进器、第二推进器、第三推进器和第四推进器的状态不变，然后启动第五推进器和第七推进器驱动机器人横向推进运动；
水平转向方法：在横向运行过程中，需要转向时，先停止第五推进器和第七推进器，待机器人到悬停状态后，同时缓慢启动第六推进器和第八推进器使机器人横向旋转预定角度然后停止第六推进器和第八推进器的运行，然后重新启动第五推进器和第七推进器；
斜向升降方法：在机器人保持上升或下降运动的同时，驱动第五推进器和第七推进器使机器人做斜向升降运动；
水底调整云台姿态：机器人缓慢下降至水底后，承载平台下部的砝码脚稳定陷入水底，此时通过各舵机控制转台水平旋转和摆动底座摆动来调整云台姿态，来进一步的调整摄像机的拍摄角度，同时还可以瞬间驱动第五推进器和第七推进器的正反转来使云台摆动支架和转台之间的阻尼铰接转动一定角度，用来进一步调整云台姿态。
有益效果：本发明的结构简单，采用8个特定分布的推进器协同工作实现了机器人的平稳升降、悬停、横向推进运动和斜向升降运动；同时增加了发光面板结构，用于操作人员在夜晚及时知道机器人在水中的具体位置。
附图说明
附图1为本发明整体结构立体图；
附图2为本发明整体第一视图；
附图3为本发明整体第二视图；
附图4为本发明整体第三视图；
附图5为云台结构示意图；
附图6为推进器安装局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至6所示，本方案主体结构包括承载平台39、底座支架40、摆动底座15、旋转底座16、摆动底座舵机19、转台18、云台摆动支架24、水压传感器38、水压传感器支架26和云台36；
两对称分布的所述底座支架40垂直安装于所述承载平台39台面，本实施例中，底座支架40包括安装板27.2和支撑板27.1；所述安装板27.2与支撑板27.1呈L形垂直拼接，所述安装板27.2平行固定于所述承载平台39上；所述安装板27.2与支撑板27.1通过加强筋17固定连接，加强筋17进一步提高结构强度；所述摆动底座15可转动支撑于两所述底座支架40之间，其中两底座支架40上的两对称安装板27.2平行间距设置，本实施例中还包括轴承、转轴等旋转件配合摆动底座15的可旋转安装属性；本实施例中摆动底座15为U形框体结构，所述摆动底座15两侧部通过本实施例中的轴承、转轴等旋转件可旋转支撑在两所述安装板27.2上，所述旋转底座16安装于所述摆动底座15的U形框底所在承载面上；水平设置的所述摆动底座舵机19通过舵机支撑28安装于其中一个所述底座支架40上，且所述摆动底座舵机19通过本实施例中的转轴等旋转部件与所述摆动底座15驱动连接，摆动底座舵机19可驱动摆动底座15沿舵机轴转动；所述旋转底座16垂直设置于所述摆动底座15台面，所述转台18底端可旋转设置在所述旋转底座16上，舵机驱动装置可驱动转台18整体沿旋转底座16旋转；所述转台18顶端还阻尼铰接连接有一对所述云台摆动支架24；所述云台36支撑设置于所述云台摆动支架24上；所述云台36上还设置有若干水下推进器13；还包括水压传感器38，所述水压传感器支架26设置于所述承载平台39上，所述水压传感器支架26支撑设置于所述水压传感器38中，水压传感器38能通过测量水压来通过压强换算公式得出此处的深度。
还包括主卡箍片34、副卡箍片32和卡箍固定座35；所述水下推进器13为管式螺旋桨推进器，所述水下推进器13的主管体30夹套于所述主卡箍片34和所述副卡箍片32之间，且所述主卡箍片34和副卡箍片32通过紧固螺栓31夹紧所述主管体30；所述主卡箍片34上还设置有连接柱37，所述连接柱37通过卡箍固定座35固定安装于所述云台36上，卡箍的安装方式可拆卸性强，便于拆卸，同时紧固性能也满足要求。
若干所述水下推进器13分别包括第一推进器2、第二推进器8、第三推进器11、第四推进器5、第五推进器3、第六推进器7、第七推进器9和第八推进器6；所述云台36为方形平台结构，所述第一推进器2、第二推进器8、第三推进器11和第四推进器5分别竖向安装于所述云台36的四顶角处，且所述第一推进器2、第二推进器8、第三推进器11和第四推进器5的推进方向共同朝上；所述第五推进器3、第六推进器7、第七推进器9和第八推进器6分别水平安装于所述云台的四边中点处，所述第五推进器3位于所述第七推进器9对侧，且第五推进器3和第七推进器9的推进方向相同；所述第六推进器7位于所述第八推进器6对侧，且第六推进器7和第八推进器6的推进方向相反；
各推进器的运行方式如下：悬停或竖直升降方法：同时关闭第五推进器3、第六推进器7、第七推进器9和第八推进器6；启动第一推进器2、第二推进器8、第三推进器11和第四推进器5，通过控制四个推进器的推力大小来控制机器人的升降和悬停；
横向运行：需要横向运动时，先用上述方法控制机器人悬停，并且保持第一推进器2、第二推进器8、第三推进器11和第四推进器5的状态不变，然后启动第五推进器3和第七推进器9驱动机器人横向推进运动；
水平转向方法：在横向运行过程中，需要转向时，先停止第五推进器3和第七推进器9，待机器人到悬停状态后，同时缓慢启动第六推进器7和第八推进器6使机器人横向旋转预定角度然后停止第六推进器7和第八推进器6的运行，然后重新启动第五推进器3和第七推进器9；
斜向升降方法：在机器人保持上升或下降运动的同时，驱动第五推进器3和第七推进器9使机器人做斜向升降运动；
水底调整云台姿态：机器人缓慢下降至水底后，承载平台39下部的砝码脚14稳定陷入水底，此时通过各舵机控制转台18水平旋转和摆动底座15摆动来调整云台姿态，来进一步的调整摄像机的拍摄角度，同时还可以瞬间驱动第五推进器3和第七推进器9的正反转来使云台摆动支架24和转台18之间的阻尼铰接转动一定角度，用来进一步调整云台姿态。
所述云台的台面还平行支撑设置有相机平台10；所述相机平台10上安装有相机支架20和发光面板4；所述发光面板4平行设置于所述相机平台10上侧，且发光面板4的发光面朝上；增加了发光面板结构，用于操作人员在夜晚及时知道机器人在水中的具体位置。
还包括摄像机本体22，所述摄像机本体22通过阻尼铰接件21与所述相机支架20阻尼铰接连接；所述摄像机本体22的摄像头23为双目摄像头，目前，双目摄像头的工作原理主要有以下几种：1、彩色+彩色摄像头，优势在于可以计算景深，从而实现背景虚化和重新对焦(即先拍照后对焦)；2、彩色+黑白相机，优势在于可以提升暗光或夜晚摄像机成像质量；3、广角+长焦镜头，这个组合最大优势在于可以实现光学变焦(目前大多数主流摄像机厂商采用的双摄原理)；4、彩色+深度相机，可以实现三围重建等，将其双目摄像头技术用到到水下拍摄更加能够弥补单摄像头的弊端。
所述承载平台39底部四角处安装有砝码脚14，所述砝码脚14为金属重物砝码结构，采用金属重物砝码结构便于在水底保持稳定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种水下机器人，其特征在于：包括承载平台(39)、底座支架(40)、摆动底座(15)、旋转底座(16)、摆动底座舵机(19)、转台(18)、云台摆动支架(24)、水压传感器(38)、水压传感器支架(26)和云台(36)；
两对称分布的所述底座支架(40)垂直安装于所述承载平台(39)台面；所述摆动底座(15)可转动支撑于两所述底座支架(40)之间；水平设置的所述摆动底座舵机(19)通过舵机支撑(28)安装于其中一个所述底座支架(40)上，且所述摆动底座舵机(19)与所述摆动底座(15)驱动连接，摆动底座舵机(19)可驱动摆动底座(15)沿舵机轴转动；所述旋转底座(16)垂直设置于所述摆动底座(15)台面，所述转台(18)底端可旋转设置在所述旋转底座(16)上，舵机驱动装置可驱动转台(18)整体沿旋转底座(16)旋转；所述转台(18)顶端还阻尼铰接连接有一对所述云台摆动支架(24)；所述云台(36)支撑设置于所述云台摆动支架(24)上；所述云台(36)上还设置有若干水下推进器(13)；还包括水压传感器(38)，所述水压传感器支架(26)设置于所述承载平台(39)上，所述水压传感器支架(26)支撑设置于所述水压传感器(38)中。
2.根据权利要求1所述的一种水下机器人，其特征在于：还包括主卡箍片(34)、副卡箍片(32)和卡箍固定座(35)；所述水下推进器(13)为管式螺旋桨推进器，所述水下推进器(13)的主管体(30)夹套于所述主卡箍片(34)和所述副卡箍片(32)之间，且所述主卡箍片(34)和副卡箍片(32)通过紧固螺栓(31)夹紧所述主管体(30)；所述主卡箍片(34)上还设置有连接柱(37)，所述连接柱(37)通过卡箍固定座(35)固定安装于所述云台(36)上。
3.根据权利要求1所述的一种水下机器人，其特征在于：若干所述水下推进器(13)分别包括第一推进器(2)、第二推进器(8)、第三推进器(11)、第四推进器(5)、第五推进器(3)、第六推进器(7)、第七推进器(9)和第八推进器(6)；
所述云台(36)为方形平台结构，所述第一推进器(2)、第二推进器(8)、第三推进器(11)和第四推进器(5)分别竖向安装于所述云台(36)的四顶角处，且所述第一推进器(2)、第二推进器(8)、第三推进器(11)和第四推进器(5)的推进方向共同朝上；
所述第五推进器(3)、第六推进器(7)、第七推进器(9)和第八推进器(6)分别水平安装于所述云台的四边中点处，所述第五推进器(3)位于所述第七推进器(9)对侧，且第五推进器(3)和第七推进器(9)的推进方向相同；所述第六推进器(7)位于所述第八推进器(6)对侧，且第六推进器(7)和第八推进器(6)的推进方向相反。
4.根据权利要求1所述的一种水下机器人，其特征在于：所述云台的台面还平行支撑设置有相机平台(10)；所述相机平台(10)上安装有相机支架(20)和发光面板(4)；所述发光面板(4)平行设置于所述相机平台(10)上侧，且发光面板(4)的发光面朝上；
还包括摄像机本体(22)，所述摄像机本体(22)通过阻尼铰接件(21)与所述相机支架(20)阻尼铰接连接；所述摄像机本体(22)的摄像头(23)为双目摄像头。
5.根据权利要求l所述的一种水下机器人，其特征在于：所述底座支架(40)包括安装板(27.2)和支撑板(27.1)；所述安装板(27.2)与支撑板(27.1)呈L形垂直拼接，所述安装板(27.2)平行固定于所述承载平台(39)上；所述安装板(27.2)与支撑板(27.1)通过加强筋(17)固定连接；两对称安装板(27.2)平行间距设置；
所述摆动底座(15)为U形框体结构，所述摆动底座(15)两侧部可旋转支撑在两所述安装板(27.2)上，所述旋转底座(16)安装于所述摆动底座(15)的U形框底所在承载面上。
6.根据权利要求l所述的一种水下机器人，其特征在于：所述承载平台(39)底部四角处安装有砝码脚(14)，所述砝码脚(14)为金属重物砝码结构。
7.一种水下机器人的运行方法，其特征在于：
悬停或竖直升降方法：同时关闭第五推进器(3)、第六推进器(7)、第七推进器(9)和第八推进器(6)；启动第一推进器(2)、第二推进器(8)、第三推进器(11)和第四推进器(5)，通过控制四个推进器的推力大小来控制机器人的升降和悬停；
横向运行：需要横向运动时，先用上述方法控制机器人悬停，并且保持第一推进器(2)、第二推进器(8)、第三推进器(11)和第四推进器(5)的状态不变，然后启动第五推进器(3)和第七推进器(9)驱动机器人横向推进运动；
水平转向方法：在横向运行过程中，需要转向时，先停止第五推进器(3)和第七推进器(9)，待机器人到悬停状态后，同时缓慢启动第六推进器(7)和第八推进器(6)使机器人横向旋转预定角度然后停止第六推进器(7)和第八推进器(6)的运行，然后重新启动第五推进器(3)和第七推进器(9)；
斜向升降方法：在机器人保持上升或下降运动的同时，驱动第五推进器(3)和第七推进器(9)使机器人做斜向升降运动；
水底调整云台姿态：机器人缓慢下降至水底后，承载平台(39)下部的砝码脚(14)稳定陷入水底，此时通过各舵机控制转台(18)水平旋转和摆动底座(15)摆动来调整云台姿态，来进一步的调整摄像机的拍摄角度，同时还可以瞬间驱动第五推进器(3)和第七推进器(9)的正反转来使云台摆动支架(24)和转台(18)之间的阻尼铰接转动一定角度，用来进一步调整云台姿态。
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| CN107856825B (zh) | 2023-06-23 |
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