一種基於圖像處理的自主控制水下機器人的製作方法

2023-06-15 19:27:01 1

專利名稱：一種基於圖像處理的自主控制水下機器人的製作方法
技術領域：
本實用新型設計水下機器人技術領域，特別是一種基於圖像處理的自主控制水下機器人。
背景技術：
水下自動機器人是一種非常適合於水下搜索、調查、識別和打撈作業的既經濟又安全的工具。由於水下環境惡劣危險，人的潛水深度有限，因此提供一種操作簡單、結構精巧、機械手靈活的水下機器人已成為一個急需解決的問題
實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種操作簡單、結構精巧、機械手靈活的的基於圖像處理的自主控制水下機器人。為解決上述技術問題，本實用新型所採取的技術方案是一種基於圖像處理的自主控制水下機器人，其特徵在於包括水下機器人主體、通過電纜與水下機器人主體進行通訊的岸基設備以及設在水下機器人主體上的驅動裝置、礦石採集裝置和信息採集裝置；所述驅動裝置接收岸基設備的控制信號，並驅動對應的電機，控制其轉動狀態和速度；所述礦石採集裝置接受岸基設備的控制，實現水下物塊的採集、移動、搬運、定點投放、卸下等工作；所述信息採集裝置將採集到的礦石採集裝置與水下物塊的位置視頻信號，通過電纜傳回岸基設備，操作者可根據接收到的視頻信號，實時改變水下機器人本體的運動姿態。其中，所述機器人主體包括支架、與支架固定連接的連接箍。其中，所述驅動裝置包括左舷直流減速電機、右舷直流減速電機、沉浮電機、正螺旋槳、反螺旋槳和附帶螺旋槳；所述左舷直流減速電機、右舷直流減速電機和沉浮電機分別通過聯軸器與正螺旋槳、反螺旋槳和附帶螺旋槳連接；左舷直流減速電機、右舷直流減速電機和沉浮電機的外部分別設有左壓力克透明筒、右壓力克透明筒和隔水密封筒；正螺旋槳、反螺旋槳和附帶螺旋槳的外部分別設有整流罩；左壓力克透明筒、右壓力克透明筒和隔水密封筒分別固定在連接箍上；左舷直流減速電機、右舷直流減速電機和沉浮電機的控制端分別通過電纜與岸基設備的相應輸出端連接。其中，所述礦石採集裝置包括與連接箍相連的儲物臺和機械臂、與機械臂連接的機械手；所述機械臂包括大臂、與大臂相連的小臂、設置在大臂內部的第一舵機、設置在小臂內部的第二舵機；所述機械手包括第三舵機和與第三舵機相連的夾持爪，儲物臺的底部設有第四舵機；所述第一至第四舵機的控制端分別通過電纜與岸基設備的相應輸出端連接。其中，所述信息採集裝置包括設在機械手內部的第一攝像頭和與連接箍相連的第二攝像頭；第二攝像頭的底部與第五舵機相連接，並且第二攝像頭的外部設有半球形防水透明罩；所述第一攝像頭和第二攝像頭的輸出端分別與岸基設備的相應輸入端連接，第五舵機的控制端與岸基設備的輸出端連接。[0009]採用上述技術方案所產生的有益效果在於本實用新型結構新穎美觀、通過線纜與岸基設備進行實時通信，便於操作者通過控制飛行搖杆來實現控制機器人在水下的運動狀態，機械手結構簡單且非常靈活，能夠實現精確地抓取、放入指定位置等動作。本實用新型利用飛行搖杆運動控制與比例模型機械控制，使用起來簡單方便。採用縱向雙推進平衡系統，便於執行負重任務。在外觀結構方面使用雙筒結構，外觀新穎獨特。

圖I是本實用新型的主視圖；圖2是圖I的局部剖視圖；圖3是圖I的仰視圖；圖中1、支架，2-1、左壓力克透明筒，2-2、右壓力克透明筒，3、連接箍，4-1 、左舷直流減速電機，4-2、右舷直流減速電機，6-1、正螺旋槳，6-2、反螺旋槳，7、整流罩，8、沉浮電機，9、附帶螺旋槳，10、儲物臺，11-1、大臂，11-2、小臂，12、隔水密封筒，13、第一舵機，14、第二舵機，15、第三舵機，16、夾持爪，17、第一攝像頭，18、半球形防水透明罩，19、第二攝像頭，20、第四舵機，21、第五舵機。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。如圖11所示為本實用新型的主視圖，一種基於圖像處理的自主控制水下機器人，包括水下機器人主體、通過電纜與水下機器人主體進行通訊的岸基設備以及設在水下機器人主體上的驅動裝置、礦石採集裝置和信息採集裝置；其中，驅動裝置接收岸基設備的控制信號，並驅動對應的電機，控制其轉動狀態和速度；礦石採集裝置接受岸基設備的控制，實現水下物塊的採集、移動、搬運、定點投放、卸下等工作；信息採集裝置將採集到的礦石採集裝置與水下物塊的位置視頻信號，通過電纜傳回岸基設備，操作者可根據接收到的視頻信號，實時改變水下機器人本體的運動姿態。圖I中，上述機器人主體包括支架I、與支架I固定連接的連接箍3。如圖2所示為圖I的局部剖視圖，上述驅動裝置包括左舷直流減速電機4-1、右舷直流減速電機4-2、沉浮電機8、正螺旋槳6-1、反螺旋槳6-2和附帶螺旋槳9 ;左舷直流減速電機4-1、右舷直流減速電機4-2和沉浮電機8分別通過聯軸器與正螺旋槳6-1、反螺旋槳6-2和附帶螺旋槳9連接；左舷直流減速電機4-1、右舷直流減速電機4-2和沉浮電機8的外部分別設有左壓力克透明筒2-1、右壓力克透明筒2-2和隔水密封筒12 ;正螺旋槳6-1、反螺旋槳6-2和附帶螺旋槳9的外部分別設有整流罩7 ;左壓力克透明筒2-1、右壓力克透明筒2-2和隔水密封筒12分別固定在連接箍3上；左舷直流減速電機4-1、右舷直流減速電機4-2和沉浮電機8的控制端分別通過電纜與岸基設備的相應輸出端連接。當岸上操作者給驅動裝置發出信號時，驅動裝置驅動對應的電機並控制其轉動狀態和速度，其中左舷直流減速電機4-1、右舷直流減速電機4-2可以實現機器人的前進、後退和左右轉向動作；沉浮電機8可以實現機器人的上升與下潛。如圖3所示為圖I的仰視圖，上述礦石採集裝置包括與連接箍3相連的儲物臺10和機械臂、與機械臂連接的機械手；所述機械臂包括大臂11-1、與大臂11-1相連的小臂11-2、設置在大臂11-1內部的第一舵機13、設置在小臂11-2內部的第二舵機14 ;所述機械手包括第三舵機15和與第三舵機15相連的夾持爪16，儲物臺10的底部設有第四舵機20 ；所述第一至第四舵機13-15、20的控制端分別通過電纜與岸基設備的相應輸出端連接。第一舵機13、第二舵機14分別控制大小臂實現屈伸，第三舵機15通過連接杆件控制兩個夾持爪的閉合，從而實現物塊的採集移動搬運、定點投放等高精度複雜工作，機械手與機械臂配合將物塊放在到儲物臺10上，當收集完畢後，在合適的位置，第四舵機20轉動儲物臺將物塊卸下。圖I中，信息採集裝置包括設在機械手內部的第一攝像頭17和與連接箍3相連的第二攝像頭19 ;第二攝像頭19的底部與第五舵機21相連接，並且第二攝像頭19的外部設有半球形防水透明罩18 ;所述第一攝像頭17和第二攝像頭19的輸出端分別與岸基設備的相應輸入端連接，第五舵機21的控制端與岸基設備的輸出端連接。第二攝像頭19負責採集機械手與物塊相對位置的信息，第五舵機21的轉動帶動·第二攝像頭19，使其主動搜尋物塊的確切位置，便於機械手抓取物塊，與此同時視頻信號通過線纜傳回岸基屏幕，操作者可根據圖像實時改變水下機器人運動姿態。在實際操作中，操作者可以通過由飛行搖杆改裝而成的控制系統通過線纜的與岸基系統的實時信息傳遞來控制機器人的運動速度和傾斜角度，其中機器人的運動方向與運動速度與搖杆的傾斜方向和傾斜角度成正比關係。機械臂的運動是由一個比例模型控制的，機械臂的姿態與比例模型的姿態瞬時對應。機器人供電採用12V電源，當有市電接口時可以用開關電源提供電力，當戶外移動式時，可以用鉛酸蓄電池來提供電力。
權利要求1.一種基於圖像處理的自主控制水下機器人，其特徵在於包括水下機器人主體、通過電纜與水下機器人主體進行通訊的岸基設備以及設在水下機器人主體上的驅動裝置、礦石採集裝置和信息採集裝置；所述驅動裝置接收岸基設備的控制信號，並驅動對應的電機，控制其轉動狀態和速度；所述礦石採集裝置接受岸基設備的控制，實現水下物塊的採集、移動、搬運、定點投放、卸下工作；所述信息採集裝置將採集到的礦石採集裝置與水下物塊的位置視頻信號，通過電纜傳回岸基設備，操作者可根據接收到的視頻信號，實時改變水下機器人本體的運動姿態。
2.根據權利要求I所述的一種基於圖像處理的自主控制水下機器人，其特徵在於所述機器人主體包括支架(I)、與支架(I)固定連接的連接箍(3 )。
3.根據權利要求2所述的一種基於圖像處理的自主控制水下機器人，其特徵在於所述驅動裝置包括左舷直流減速電機(4-1)、右舷直流減速電機(4-2 )、沉浮電機(8 )、正螺旋槳(6-1)、反螺旋槳(6-2)和附帶螺旋槳(9);所述左舷直流減速電機(4-1)、右舷直流減速電機(4-2)和沉浮電機(8)分別通過聯軸器與正螺旋槳(6-1)、反螺旋槳(6-2)和附帶螺旋槳(9)連接；左舷直流減速電機(4-1)、右舷直流減速電機(4-2)和沉浮電機(8)的外部分別設有左壓力克透明筒(2-1)、右壓力克透明筒(2-2)和隔水密封筒(12);正螺旋槳(6-1)、反螺旋槳(6-2)和附帶螺旋槳(9)的外部分別設有整流罩(7);左壓力克透明筒(2-1)、右壓力克透明筒(2-2 )和隔水密封筒(12 )分別固定在連接箍(3 )上；左舷直流減速電機(4-1)、右舷直流減速電機(4-2)和沉浮電機(8)的控制端分別通過電纜與岸基設備的相應輸出端連接。
4.根據權利要求2所述的一種基於圖像處理的自主控制水下機器人，其特徵在於所述礦石採集裝置包括與連接箍(3)相連的儲物臺(10)和機械臂、與機械臂連接的機械手；所述機械臂包括大臂(11-1)、與大臂(11-1)相連的小臂(11-2)、設置在大臂(11-1)內部的第一舵機(13)、設置在小臂(11-2)內部的第二舵機(14);所述機械手包括第三舵機(15)和與第三舵機(15)相連的夾持爪(16)，儲物臺(10)的底部設有第四舵機(20);所述第一至第四舵機(13-15、20)的控制端分別通過電纜與岸基設備的相應輸出端連接。
5.根據權利要求4所述的一種基於圖像處理的自主控制水下機器人，其特徵在於所述信息採集裝置包括設在機械手內部的第一攝像頭(17)和與連接箍(3)相連的第二攝像頭(19);第二攝像頭(19)的底部與第五舵機(21)相連接，並且第二攝像頭(19)的外部設有半球形防水透明罩(18);所述第一攝像頭(17)和第二攝像頭(19)的輸出端分別與岸基設備的相應輸入端連接，第五舵機(21)的控制端與岸基設備的輸出端連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基於圖像處理的自主控制水下機器人，包括水下機器人主體、通過電纜與水下機器人主體進行通訊的岸基設備以及設在水下機器人主體上的驅動裝置、礦石採集裝置和信息採集裝置；驅動裝置接收岸基設備的控制信號，並控制對應的電機的轉動狀態和速度；礦石採集裝置接受岸基設備的控制，實現水下物塊的採集、移動、搬運、定點投放、卸下等工作；信息採集裝置將採集到的礦石採集裝置與水下物塊的位置視頻信號傳回岸基設備，可根據接收到的視頻信號，實時改變水下機器人本體的運動姿態。本實用新型利用飛行搖杆運動控制與比例模型機械控制，能夠實現精確地抓取、放入指定位置等動作，採用縱向雙推進平衡系統，便於執行負重任務。
文檔編號B25J13/08GK202763840SQ20122040963
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月18日 優先權日2012年8月18日
發明者趙新燦, 黃中意, 馬寬, 張東坤, 秦孝康, 吳光輝 申請人:鄭州大學