一种水下观察用机器人及其观察方法与流程

本发明属于水下机器人技术领域，尤其是一种水下观察用机器人及其观察方法。

背景技术：

水下机器人也称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人。水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。无人遥控潜水器主要有：有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种，其中有缆遥控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。

现有水下机器人的观察设备通常为前置摄像头，仅能观察和拍摄机器人前端的状况，无法多方位同时监测，对周围环境的观察不够全面，因此市场上急需一种水下观察用机器人来解决这些问题。

技术实现要素：

发明目的：提供一种水下观察用机器人及其观察方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种水下观察用机器人，包括水下机器人主体，所述水下机器人主体的前端固定安装有前置摄像头，所述水下机器人主体的两侧均设置有照明灯，且照明灯与水下机器人主体固定连接，所述水下机器人主体的上端固定安装有半球形防护罩，所述半球形防护罩的内部设置有上置摄像头，所述上置摄像头的下表面设置有安装座，且上置摄像头通过安装座与水下机器人主体连接，所述水下机器人主体的上表面设置有供气端口和供电端口，所述水下机器人主体两侧的内部固定安装有协推进器，且协推进器设置有四个，所述水下机器人主体的后端安装有主推进器，且主推进器设置有两个，所述水下机器人主体的下表面固定安装有气囊室。

在进一步的实施例中，所述上置摄像头前端面的四周均设置有补光灯，且补光灯设置有四个，所述上置摄像头的下端固定安装有支杆，且支杆的一端贯穿并延伸至安装座的内部，所述支杆的一端固定安装有从动轮，所述从动轮的一侧设置有主动轮，所述主动轮通过皮带与从动轮传动连接，所述安装座下表面的一端固定安装有第二步进电机，且第二步进电机的输出端与主动轮传动连接，第二步进电机使得上置摄像头能够进行三百六十度的旋转，提高观察范围。

在进一步的实施例中，所述气囊室的内部固定安装有气囊，所述气囊室的外部固定安装有加固网罩，所述加固网罩的内部焊接有加固杆，且加固杆设置有四个，加固网罩能够隔绝杂质，避免其刮破气囊，气囊能够在水下机器人因意外断电时，依靠供气提升浮力，使设备自然上浮回收。

在进一步的实施例中，所述主推进器和协推进器的前后端均固定安装有防护网，所述主推进器和协推进器的内部均设置有直流电机，所述直流电机通过支架与主推进器和协推进器的内壁固定连接，所述直流电机的输出端上安装有推进桨叶，主推进器和协推进器配合使用，能够带动水下机器人上浮、下潜以及前后移动。

在进一步的实施例中，两个所述主推进器一端均安装有调节轴，调节轴设置有两个，且两个调节轴的一端贯穿并延伸至水下机器人主体的内部，所述调节轴与水下机器人主体的连接处安装有机械密封件，两个所述调节轴的连接处固定安装有从动齿轮，所述从动齿轮的后端安装有主动齿轮，且主动齿轮与从动齿轮啮合连接，所述主动齿轮的一侧安装有第一步进电机，且第一步进电机的输出端与主动齿轮传动连接，第一步进电机能够调节两个主推进器的角度，提高水下机器人移动的灵活性。

在进一步的实施例中，所述供气端口的上端设置有供气管，且供气管通过供气阀与供气端口连接，所述供电端口的上端设置有供电电缆，且供电电缆通过防水接头与供电端口连接，供气管和供电电缆能够分别完成气囊的供气以及设备供电作用。

在进一步的实施例中，所述供气管和供电电缆的外壁上均设置有钢丝网护套，且钢丝网护套与供气管和供电电缆固定连接，钢丝网护套保证供气管和供电电缆韧性的同时，能够提升其强度，延长水下使用的寿命。

在进一步的实施例中，所述水下机器人主体的内部安装有单片机、供电模块、传感模块、蓝牙无线传输模块、视频采集卡和电机控制芯片，所述单片机的型号为stm32，且单片机的输入端与供电模块和传感模块的输出端电性连接，所述单片机的输出端与电机控制芯片的输入端电性连接，且电机控制芯片的型号为mmc-1，所述单片机通过蓝牙无线传输模块与水上终端双向电性连接，且蓝牙无线传输模块的型号为skb501，所述视频采集卡的输出端与单片机的输入端电性连接，单片机能够驱动设备内的各模块运行。

在进一步的实施例中，所述传感模块包括imu传感器、深度传感器和温度传感器，所述imu传感器的型号为gy-bno080，所述深度传感器的型号为ms5837-30ba，所述温度传感器的型号为psw-ja，传感模块能够检测当前的设备的姿态、水温以及深度。

在进一步的实施例中，所述一种水下观察用机器人的观察方法，包括以下步骤：

步骤一：通过水上终端设置下潜值，并发送至水下机器人主体内的蓝牙无线传输模块；

步骤二：蓝牙无线传输模块将信息发送至单片机，由单片机将信息发送至电机控制芯片，通过电机控制芯片驱动主推进器和协推进器带动设备下潜，并由传感模块内的深度传感器实时感应下潜深度；

步骤三：下潜过程中，imu传感器能够反馈设备的姿态信息，并将其发送至单片机，从而驱动主推进器和协推进器微调，以保证下潜过程的稳定性，待达到设置的下潜值时，深度传感器会反馈信息至单片机，停止下潜；

步骤四：驱动前置摄像头和上置摄像头，前置摄像头和上置摄像头能够将拍摄到的图像信息发送至视频采集卡，由视频采集卡将信息转换成电脑可辨别的数字数据，并由蓝牙无线传输模块将图像传输至水上终端，从而对水下环境进行观察，其中，上置摄像头可通过第二步进电机传动旋转，实现三百六十度范围的观察，使得观测更加全面。

有益效果：

1.本发明在保留水下机器人前置摄像头的同时，在其上方追加上置摄像头，且上置摄像头可通过步进电机以及皮带轮的传动作用做三百六十度范围的旋转，使用时，前置摄像头用于实时观测前方状况，方便遥控设备平稳前进，而上置摄像头可多方位旋转观察，其前端面设置有四个补光灯，能够随同转向拍摄方向，保证了光源充足，以适应水下黑暗环境，相比现有技术观测更加全面，且能有效发现潜在危险，使得设备能够及时规避，提高水下运行的安全性。

2.本发明通过在水下机器人的下表面设置气囊室，气囊室内的气囊通过供气管与水上空压机连通，当水下机器人意外故障失去控制或者断电时，可依靠空压机为气囊供气，提升设备的浮力，使其自然上浮，达到回收的目的，气囊室外壁为加固网罩，能够隔离水下外物，保护气囊避免其损坏，供气管与供电线缆绑定设置，且外壁包覆有钢丝网护套，保证了两者韧性的同时，提高了耐磨性，以适应水下复杂环境。

3.本发明通过设置两个主推进器和四个协推进器，主推进器和协推进器均依靠内部的推进桨叶驱动，两者协同作用能够带动水下机器人上浮、下潜以及前后移动，且主推进器能够在步进电机以及齿轮啮合传动作下调节推进角度，提高了水下机器人移动时的灵活性。

附图说明

图1为本发明的正面结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为本发明的仰视结构示意图；

图4为本发明的主推进器传动结构示意图；

图5为本发明的供电电缆和供气管局部结构示意图；

图6为本发明的上置摄像头传动结构示意图；

图7为本发明的原理图；

图8为本发明的传感模块局部结构示意图。

图中：水下机器人主体1、前置摄像头2、照明灯3、气囊室4、半球形防护罩5、上置摄像头6、供电电缆7、防水接头8、供气管9、钢丝网护套10、供气端口11、供电端口12、协推进器13、主推进器14、防护网15、加固杆16、加固网罩17、气囊18、直流电机19、支架20、推进桨叶21、调节轴22、机械密封件23、从动齿轮24、主动齿轮25、第一步进电机26、供气阀27、安装座28、从动轮29、支杆30、主动轮31、皮带32、第二步进电机33、单片机34、供电模块35、传感模块36、imu传感器361、深度传感器362、温度传感器363、蓝牙无线传输模块37、视频采集卡38、电机控制芯片39。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

请参阅图1-8，本发明提供的一种实施例：一种水下观察用机器人，包括水下机器人主体1，水下机器人主体1的前端固定安装有前置摄像头2，水下机器人主体1的两侧均设置有照明灯3，且照明灯3与水下机器人主体1固定连接，水下机器人主体1的上端固定安装有半球形防护罩5，半球形防护罩5的内部设置有上置摄像头6，上置摄像头6的下表面设置有安装座28，且上置摄像头6通过安装座28与水下机器人主体1连接，水下机器人主体1的上表面设置有供气端口11和供电端口12，水下机器人主体1两侧的内部固定安装有协推进器13，且协推进器13设置有四个，水下机器人主体1的后端安装有主推进器14，且主推进器14设置有两个，水下机器人主体1的下表面固定安装有气囊室4。

进一步，上置摄像头6前端面的四周均设置有补光灯，且补光灯设置有四个，上置摄像头6的下端固定安装有支杆30，且支杆30的一端贯穿并延伸至安装座28的内部，支杆30的一端固定安装有从动轮29，从动轮29的一侧设置有主动轮31，主动轮31通过皮带32与从动轮29传动连接，安装座28下表面的一端固定安装有第二步进电机33，且第二步进电机33的输出端与主动轮31传动连接，上置摄像头6能够在第二步进电机33的传动作用下三百六十度的旋转，实时监测四周环境，摄像头前端面的补光灯能够随其一同转向拍摄方向，保证了光源充足，以适应水下黑暗环境。

进一步，气囊室4的内部固定安装有气囊18，气囊室4的外部固定安装有加固网罩17，加固网罩17的内部焊接有加固杆16，且加固杆16设置有四个，加固网罩17能够隔离外物，避免其接触气囊18导致气囊18破损，加固杆16增强了加固网罩17的结构强度，而气囊室4内的气囊18能够在水下机器人因意外断电时，依靠供气提升浮力，使设备自然上浮回收。

进一步，主推进器14和协推进器13的前后端均固定安装有防护网15，主推进器14和协推进器13的内部均设置有直流电机19，直流电机19通过支架20与主推进器14和协推进器13的内壁固定连接，直流电机19的输出端上安装有推进桨叶21，主推进器14和协推进器13依靠内部的推进桨叶21带动机器人上浮、下潜和左右移动，推进桨叶21通过直流电机19传动旋转。

进一步，两个主推进器14一端均安装有调节轴22，调节轴22设置有两个，且两个调节轴22的一端贯穿并延伸至水下机器人主体1的内部，调节轴22与水下机器人主体1的连接处安装有机械密封件23，两个调节轴22的连接处固定安装有从动齿轮24，从动齿轮24的后端安装有主动齿轮25，且主动齿轮25与从动齿轮24啮合连接，主动齿轮25的一侧安装有第一步进电机26，且第一步进电机26的输出端与主动齿轮25传动连接第一步进电机26能够依靠齿轮啮合传动作用带动两个主推进器14调节推进角度，提高了水下机器人移动时的灵活性。

进一步，供气端口11的上端设置有供气管9，且供气管9通过供气阀27与供气端口11连接，供电端口12的上端设置有供电电缆7，且供电电缆7通过防水接头8与供电端口12连接，供气管9和供电电缆12能够分别完成气囊18的供气以及设备供电作用。

进一步，供气管9和供电电缆7的外壁上均设置有钢丝网护套10，且钢丝网护套10与供气管9和供电电缆7固定连接，钢丝网护套10包覆在供气管9和供电电缆7外壁，保证了两者韧性的同时，提高了耐磨性，以适应水下复杂环境。

进一步，水下机器人主体1的内部安装有单片机34、供电模块35、传感模块36、蓝牙无线传输模块37、视频采集卡38和电机控制芯片39，单片机34的型号为stm32，且单片机34的输入端与供电模块35和传感模块36的输出端电性连接，单片机34的输出端与电机控制芯片39的输入端电性连接，且电机控制芯片39的型号为mmc-1，单片机34通过蓝牙无线传输模块37与水上终端双向电性连接，且蓝牙无线传输模块37的型号为skb501，视频采集卡38的输出端与单片机34的输入端电性连接，单片机34用于驱动水下机器人的各模块运行。

进一步，传感模块36包括imu传感器361、深度传感器362和温度传感器363，imu传感器361的型号为gy-bno080，深度传感器362的型号为ms5837-30ba，温度传感器363的型号为psw-ja，深度传感器362、温度传感器363和imu传感器361能够分辨检测当前的水深、水温以及设备的姿态，使设备能够保证平衡，平稳运行。

进一步，一种水下观察用机器人的观察方法，包括以下步骤：

步骤一：通过水上终端设置下潜值，并发送至水下机器人主体1内的蓝牙无线传输模块37；

步骤二：蓝牙无线传输模块37将信息发送至单片机34，由单片机34将信息发送至电机控制芯片39，通过电机控制芯片39驱动主推进器14和协推进器13带动设备下潜，并由传感模块36内的深度传感器362实时感应下潜深度；

步骤三：下潜过程中，imu传感器361能够反馈设备的姿态信息，并将其发送至单片机34，从而驱动主推进器14和协推进器13微调，以保证下潜过程的稳定性，待达到设置的下潜值时，深度传感器362会反馈信息至单片机34，停止下潜；

步骤四：驱动前置摄像头2和上置摄像头6，前置摄像头2和上置摄像头6能够将拍摄到的图像信息发送至视频采集卡38，由视频采集卡38将信息转换成电脑可辨别的数字数据，并由蓝牙无线传输模块37将图像传输至水上终端，从而对水下环境进行观察，其中，上置摄像头6可通过第二步进电机33传动旋转，实现三百六十度范围的观察，使得观测更加全面。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

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