搜索
“Outland1000”水下机器人是一个小巧灵活、性能优秀、操作简便的小型水下工具。它可以通过控制台上的多个按钮或单手操控杆，来控制机器人在水下3轴运动，并能对灯光强弱和云台俯仰等进行调节。它能携带摄像头及各种声纳、传感器、机械手等仪器，进行水下实时视频检测和观测。一、“Outland1000”水下机器人的基本组成信息“Outland1000”水下机器人分为船体、水下控制计算机和手持控制器。如图（一）所示：图（一）“Outland1000”水下机器人的组成部件（1）船体船体主要参数如下：1.潜水深度：150m；水下不少于280米，水上不低于500米的，电量过低的时候自动报警，自动返航；2.艇身尺寸：长65cm×宽37cm×高26cm；尺寸：长度小于65cm，宽度小于37cm，高度小于26cm；3.推进器：4个0-17lbs推力的推进器；(动力系统：至少提供4组动力系统，能实现前进后退、上、下等空间运动；)4.重量：17.7kg；自重：不大于21kg5.有效负载：2.3kg；有效负载：水上时不小于1kg，水下时不小于2KG，同时可以改变结构增加有效负荷6.电机额定电压：165VDC；7.照明：2个3200光流的照明灯；灯光：2个1400lumenVarLED灯，光强可以调节8.电缆：直径55mm、长度150m、最大拉伸力450kg；电缆长度不小于120m,，电缆有很强的抗断能力，至少可以承受400kg左右拉力船体具体结构由8个具体部分组成：1.摄像机：壳体中有2具摄像机，两者都安装在一个可旋转的机构上，电滑环可以使其360度观察；2个彩色摄像头，分辨率均为750线，均可360°旋转；1个云台：精度±0.03°，转头范围-90°-0°，像素不低于1200万，可以1080p和720p两种录像模式。另外，可手机实时连接画面视频，且wifi图传，并带云台增稳2.框架：“Outland1000”的框架采用6061-T6铝制成，并有阳极保护。所有安装部分都由塑料垫圈隔离；3.浮力材：玻璃纤维覆盖的封闭聚氨酯泡沫单元；4.推进器：所有4个1/3马力推进器都由Tecnadyne公司设计并制造。推进器都有图（二）船体的结构示意图自己的控制电路安装在容器内。使用无刷直流电机，通过磁耦合驱动螺旋桨。没有动力轴密封盖。每具推进器输出16.5磅推力。该ROV共计有33磅的前向推力5.电子舱：连接主脐带缆，发布并处理送到ROV所有部分的数据。包括2块电路板，1个3&8针直角脐带连接器，5个5针连接器，以及3个8针连接器；6.导航舱：包括：指南针、陀螺仪、深度计。导航舱中指南针由Outland特殊制造，需电子舱将此数据传输到水面计算机并叠加在视频屏幕上。水平精度：+-1º，倾斜和偏航精度+-3º到+-30º。同时，在接近大型的金属物体时，使用1具陀螺仪用于定向及稳定。深度计也包含在该舱中；传感器：自带可以测量深度和高度的传感器；声纳：精度不得大于25mm，测量范围最小不小于180mm,最大不小于285m，工作环境为水上水下都能适应；同时必须自带电子罗盘和陀螺仪，可以GPS导航；7.照明灯：2具带75瓦灯泡的UWL-100。它们设置成向水下机器人周围360度范围发射，使任一使用的摄像机可见；应该还有：显示：12寸LCD液晶显示屏，含遮阳板；机械手：单功能机械手，用于抓取物体。有力反馈系统，可以根据抓取不同物体进行实时调整，配置力传感器Fx12N,Fy12N，Fz17N，Tx120Nm，Ty120Nm,Tz120Nm，Usb接口，方便即插即用。（2）电源供应及控制器部分电源供应及控制器部分参数如下：1.尺寸：长57cm×宽25cm×高50cm；2.重量：16kg；3.电压：输入电压100-240VAC、输出电压165VDC；供电：带电路绝缘监控系统；（3）手持控制器手持控制器参数如下：1.尺寸：长19cm×宽11cm×高15cm；2.重量：6kg；3.额定电压：12VDC；4.通信方式：RS-485；控制系统：2.4G遥控器，同时通过控制台可以对可旋转摄像头角度、运动状态、深度，高度以及灯光和执行机构进行调整和操作；水下机器人硬件体系结构“Outland1000”水下机器人硬件体系结构图如图（三）所示，系统由水下控制计算机主控，分别控制推进器、传感器、摄像机等部分。所有的电子及控制部件都密封于电子舱中，通过脐带电缆连接到控制计算机。电子舱中发布并处理送到水下机器人所有部分的数据。其他结构：遥控操作装置控制台（ROV）：12英寸LCD显示器；ROV上至少预留一只8芯连接器，便于扩展其他传感器；机器人的3轴运动及深度、摄像头俯仰角度、灯光强弱、机械手等都可通过水面的控制台完成；容易操作，同时键盘就可以进行数据维护。监控系统：带电路绝缘监控系统;漏水报警和自动关机；摄像机和电器桶温度显示和报警。手动绞车用于放置机器人信号传输电缆。电缆长度不小于120m，电缆有很强的抗断能力，至少可以承受400kg左右拉力。水下控制计算机水下控制计算机负责将电子舱中各部分系统信息进行接收和放送，同时也是和水面计算机进行信息交换的重要部件，水面计算机将控制目标的转换为相应的控制命令传送到水下控制计算机，水下控制计算机负责将命令分发到各个系统中，电子舱将各个系统反馈信息通过信号处理后传送到水下控制计算机。推进器系统“Outland1000”水下机器人使用四个推进器完成水下空间的四个自由度运动，三个平移运动：推进，升沉，横移；一个回转动作：转艏。由于为水下机器人运动和作业特性，纵倾和横倾可以忽略。据资料初步归纳，水下机器人做动力运动时的百分数为：推进：100％后退：44%升沉：96％横移：31％转艏：100％四个推进器结构相同，螺旋桨直径8.9厘米，设计正转时最大推力为18磅，反转时最大推力为8磅。每个推进器标准输出16.5磅推力。该水下机器人共计有33磅的前向推力。输入电压值为150伏，电流值为3.1安。使用最大+/-5伏的控制电压。使用无刷直流电机，通过磁耦合驱动螺旋桨。推进器效率会略有下降，但是性能上基本不受影响。导航系统导航系统包括：电子指南针、陀螺仪、深度传感器。电子指南针可以检测机器人与地球南北极之间的角度，从而获得机器人的朝向。但是精度很低。而且任何磁性物体都会造成罗盘失灵，所以要配合稳定回路使用；陀螺仪可分为航向陀螺和垂直陀螺，主要用来稳定航向和姿态；深度计对机器人至关重要，以水压原理测定机器人深度，其使用压力传感器测量深度Y值，用垂直陀螺引入反馈。陀螺仪、电子指南针、深度计配合使用实现了手持控制器的自动导航和深度自动定位功能。机械手控制系统“Outland1000”水下机器人采用拟人的方法将机械手装在机器人前部，靠近摄像机，以便操作员通过照明和和摄像机观察机械手操作。“Outland1000”水下机器人机械手功能比较简单，是单关节三爪机械手，作业范围较小，使用手持控制器的两个键控制手爪开合。视觉摄像系统“Outland1000”水下机器人配备了双摄像头，安装在倾斜组件上，360度可视，两个摄像机，一个彩色480线，0.01流明；1个黑白600线，0.0003流明。摄像机取得视频颜色信号之后，通过切换电路，电路转换为8路云台信号控制及视频信号，使用同轴电缆传送到电子舱中。其接口图如图所示：电子舱电子舱在“Outland1000”水下机器人中是极为重要的部件，所有硬件系统的控制信息和实时图像信号都是通过电子舱传递到水下控制计算机，它是所有系统接口，连接图如图所示：与控制计算机相连的是8路控制信号和3根电源线，在电子舱中通过PWB1将各个控制任务分配给相应的硬件系统；PWB2分配各个系统的供电。水下机器人控制软件系统水下机器人控制软件系统为windows系统，MFC编程控制。其控制流程图如下：机器人控制软件结构图