CN103471807B - 一种涌流模拟测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涌流模拟测试系统。它包括：涌流驱动机构、探测目标、投影仪、高速摄像机、大型水缸和上位机，涌流驱动机构是安装在大型水缸中的涌流驱动机构，通过CANbus总线与上位机相连，该机构包括伺服电器驱动器、四个伺服电机、四个螺旋桨、二维移动固定机构、三维移动固定机构、传动轴、和外壳护管，上位机通过CANbus总线控制所述涌流驱动机构实现涌流驱动控制，同时用于实现所述高速摄像机的图像存储和分析以及所述探测目标的姿态信息存储和图像同步匹配。该系统可以实现多方向涌流驱动的模拟和测试功能。
Description
技术领域
本发明涉涌流模拟领域，特别是涉及一种用于水下机器人控制的涌流模拟测试系统。
背景技术
水下机器人在水下环境探测、监控、水中目标捕获及水下设施作业等方面取得巨大的实际应用成果，但水下机器人在作业过程中，需保持姿态、位置和运动状态的相对稳定，以便能够快速高效地完成相关测量、监测、监视和机械手动作等作业。当水下机器人遭遇到涌流干扰时，致使其出现横荡、垂荡、横摇、纵摇等姿态不稳定的问题。如何有效实现涌流模拟为水下机器人控制提供参考和实验成为一个本领域研究方向。
目前涌流模拟系统主要是采用推板等方式实现波浪的模拟，但对于螺旋桨造成的涌流模拟及其干扰研究却比较少，更缺少多方向涌流融合的模拟及其干扰的研究和发明。
发明内容
本发明的目的在于要解决现有技术存在的问题，提供一种涌流模拟测试系统，实现对水下机器人的多方向涌流融合模拟及其干扰研究。
为解决上述技术问题，本发明的构思是：本发明以内部安装有姿态传感器的水下机器人作为探测目标，通过多方向螺旋桨驱动实现多方向大小可调节、位置可调节、方向可调节的涌流模拟系统，通过投影仪底部投影提供背景对比光，通过高速摄像机配合探测目标的姿态传感器获取涌流干扰情况下的水下机器人涌流冲击情况。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种涌流模拟测试系统，包括一个涌流驱动机构、一个探测目标、一个投影仪、一个高速摄像机、一个大型水缸和一个上位机，其特征在于：所属大型水缸的四周壁和底壁为透明玻璃；所述涌流驱动机构和探测目标置于大型水缸内的水中；所述投影仪置于大型水缸底部下方，告诉摄像机置于大型水缸外侧面；所属涌流驱动机构、探测目标、投影仪和高速摄像机连接所述上位机。
上述涌流驱动机构是一个安装在所述大型水缸中的涌流驱动机构，通过CANbus总线与所述上位机相连，该机构包括伺服电器驱动器、四个伺服电机、四个螺旋桨、三个二维移动固定机构、一个三维移动固定机构、四个联轴器、四根传动轴和四根外壳护管，所述伺服电器驱动器通过CANbus总线与所述上位机相连并控制四个所述伺服电机，接收所述上位机的控制命令实现所述伺服电机进行转动速度、转动方向和输出扭矩的控制驱动，并传输当前状态反馈给所述上位机；所述伺服电机分别通过四个所述联轴器和四根所述传动轴分别连接驱动所述螺旋桨，实现正向涡流驱动、两侧向涡流驱动和底部涡流驱动；所述二维移动固定机构分别与所述伺服电机和外壳护管进行固定，用于调节所述伺服电机及螺旋桨、联轴器、传动轴和外壳护管的整体二维位置；所述三维移动固定机构分别与所述伺服电机和外壳护管进行固定，用于调节所述伺服电机及螺旋桨、联轴器、传动轴和外壳护管的整体三维位置；所述外壳护管与所述三维移动固定机构固定，包裹在所述联轴器、传动轴的外部，用于实现所述联轴器、传动轴的水密封，以去除传动轴转动对涌流模拟的影响；所述外壳护管与所述二维移动固定机构固定，包裹在所述联轴器、传动轴的外部，用于实现所述联轴器、传动轴的水密封，以去除传动轴转动对涌流模拟的影响；该机构用于实现四个方向涌流的大小、方向和涌流产生中心位置的控制模拟功能。
上述投影仪安装于所述大型水缸的底部，与所述上位机相连，用于产生平面投影光束，为高速摄像提供背景对比光。
上述高速摄像机安装于所述大型水缸的侧面，与所述上位机相连，用于实现对涌流及其冲击情况下所述探测目标姿态变化的高速摄像。
上述探测目标内置有姿态传感器，通过RS485总线与所述上位机相连，实现所述探测目标姿态信息的实时传输给所述上位机。
上述上位机通过CANbus总线与所述涌流驱动机构相连，控制所述涌流驱动机构实现涌流驱动模拟，同时用于实现所述高速摄像机的图像存储和分析以及所述探测目标的姿态信息存储和图像同步匹配。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：本发明采用多个螺旋桨驱动实现多方向、大小可调、位置可调的多涌流融合模拟系统，并通过高速摄像机和水下机器人探测目标相结合实现涌流冲击干扰情况下水下机器人的姿态信息和图像信息的同步获取，为涌流模拟提供进一步研究分析资料。
本发明的涌流模拟系统可广泛适用于水下机器人的涌流冲击模拟及其干扰研究。
附图说明
图1是本发明一个实施例的框图。
图2是图1示例中涌流驱动机构的结构示意图。
图3是图2的测试图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一：
如图1所示，在本涌流模拟测试系统中包括一个涌流驱动机构（1）、一个探测目标（2）、一个投影仪（3）、一个高速摄像机（4）、一个大型水缸（5）和一个上位机（6）；所述大型水缸（5）的四周壁和底壁为透明玻璃；所述涌流驱动机构（1）和探测目标（2）置于大型水缸（5）内的水中；所述投影仪（3）置于大型水缸（5）底部下方，所述摄像机（4）置于大型水缸（5）外侧面；所属涌流驱动机构（1）、探测目标（2）、投影仪（3）和高速摄像机（4）连接所述上位机（6）。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
参见图2和图3，所述涌流驱动机构（1）是一个安装在所述大型水缸（5）中的涌流驱动机构，通过CANbus总线与所述上位机（6）相连，用于实现四个方向涌流的大小、方向和涌流产生中心位置的控制模拟功能。
所述投影仪（3）安装于所述大型水缸（5）的底部，与所述上位机（6）相连，用于产生平面投影光束，为高速摄像提供背景对比光。
所述高速摄像机（4）安装于所述大型水缸（5）的侧面，与所述上位机（6）相连，用于实现对涌流及其冲击情况下所述探测目标（2）姿态变化的高速摄像。
所述探测目标（2）内置有姿态传感器，通过RS485总线与所述上位机（6）相连，实现所述探测目标（2）姿态信息的实时传输给所述上位机（6）。
所述上位机（6）通过CANbus总线与所述涌流驱动机构（1）相连，控制所述涌流驱动机构（1）实现涌流驱动模拟，同时用于实现所述高速摄像机（4）的图像存储和分析以及所述探测目标（2）的姿态信息存储和图像同步匹配。
实施例三：本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
参见图2和图3，所述涌流驱动机构（1）包括伺服电器驱动器（101）、四个伺服电机a、b、c、d（102a、102b、102c和102d）、四个螺旋桨a、b、c、d（103a、103b、103c和103d）、三个二维移动固定机构b、c、d（104b、104c和104d）、一个三维移动固定机构（105）、四个联轴器a、b、c、d（106a、106b、106c和106d）、四根传动轴a、b、c、d（107a、107b、107c和107d）和四根外壳护管a、b、c、d（108a、108b、108c和108d）：
所述伺服电器驱动器（101）通过CANbus总线与所述上位机（6）相连并连接控制四个所述伺服电机a、b、c、d（102a、102b、102c和102d），接收所述上位机（6）的控制命令实现所述伺服电机a、b、c、d（102a、102b、102c和102d）进行转动速度、转动方向和输出扭矩的控制驱动，并传输当前状态反馈给所述上位机（6）；
所述伺服电机a、b、c、d（102a、102b、102c和102d）分别通过四个所述联轴器a、b、c、d（106a、106b、106c和106d）和四根所述传动轴a、b、c、d（107a、107b、107c和107d）分别连接驱动所述四个螺旋桨a、b、c、d（103a、103b、103c和103d），分别实现正向涡流驱动、两侧向涡流驱动和底部涡流驱动；
所述二维移动固定机构b（104b）采用轨道和滑块配合结构，采用螺纹固定和调节滑块在轨道中的位置，滑块分别与所述伺服电机b（102b）和外壳护管b（108b）进行螺纹固定，用于调节所述伺服电机b（102b）及螺旋桨b（103b）、联轴器b（106b）、传动轴b（107b）和外壳护管b（108b）的整体二维位置；所述二维移动固定机构c（104c）采用轨道和滑块配合结构，采用螺纹固定和调节滑块在轨道中的位置，滑块分别与所述伺服电机c（102c）和外壳护管c（108c）进行螺纹固定，用于调节所述伺服电机c（102c）及螺旋桨c（103c）、c联轴器（106c）、传动轴c（107c）和外壳护管c（108c）的整体二维位置；所述二维移动固定机构d（104d）采用轨道和滑块配合结构，采用螺纹固定和调节滑块在轨道中的位置，滑块分别与所述伺服电机d（102d）和外壳护管d（108d）进行螺纹固定，用于调节所述伺服电机d（102d）及螺旋桨d（103d）、联轴器d（106d）、传动轴d（107d）和外壳护管d（108d）的整体二维位置；
所述三维移动固定机构（105）采用轨道和滑块配合结构，采用螺纹固定和调节滑块在轨道中的位置，滑块分别与所述伺服电机a（102a）和外壳护管a（108a）进行螺纹固定，用于调节所述伺服电机a（102a）及螺旋桨a（103a）、联轴器a（106a）、传动轴a（107a）和外壳护管a（108a）的整体三维位置；所述外壳护管a（108a）与所述三维移动固定机构（105）固定，包裹在所述联轴器a（106a）、传动轴a（107a）的外部，用于实现所述联轴器a（106a）、传动轴a（107a）的水密封，以去除传动轴转动对涌流模拟的影响；所述外壳护管b（108b）与所述二维移动固定机构b（104b）固定，包裹在所述联轴器b（106b）、传动轴b（107b）的外部，用于实现所述联轴器b（106b）、传动轴b（107b）的水密封，以去除传动轴转动对涌流模拟的影响；所述外壳护管c（108c）与所述二维移动固定机构c（104c）固定，包裹在所述联轴器c（106c）、传动轴c（107c）的外部，用于实现所述联轴器c（106c）、传动轴c（107c）的水密封，以去除传动轴转动对涌流模拟的影响；所述外壳护管d（108d）与所述二维移动固定机构d（104d）固定，包裹在所述联轴器d（106d）、传动轴d（107d）的外部，用于实现所述联轴器d（106d）、传动轴d（107d）的水密封，以去除传动轴转动对涌流模拟的影响；该机构用于实现四个方向涌流的大小、方向和涌流产生中心位置的控制模拟功能。
该机构用于实现四个方向涌流的大小、方向和涌流产生中心位置的控制模拟功能。
以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种涌流模拟测试系统，它包括一个涌流驱动机构（1）、一个探测目标（2）、一个投影仪（3）、一个高速摄像机（4）、一个大型水缸（5）和一个上位机（6），其特征在于：所述大型水缸（5）的四周壁和底壁为透明玻璃；所述涌流驱动机构（1）和探测目标（2）置于大型水缸（5）内的水中；所述投影仪（3）置于大型水缸（5）底部下方，所述高速摄像机（4）置于大型水缸（5）外侧面；所属涌流驱动机构（1）、探测目标（2）、投影仪（3）和高速摄像机（4）连接所述上位机（6）；
所述涌流驱动机构（1）安装在所述大型水缸（5）中，通过CANbus总线与所述上位机（6）相连；该机构包括伺服电器驱动器（101）、四个伺服电机a、b、c、d（102a、102b、102c和102d）、四个螺旋桨a、b、c、d（103a、103b、103c和103d）、三个二维移动固定机构b、c、d（104b、104c和104d）、一个三维移动固定机构（105）、四个联轴器a、b、c、d（106a、106b、106c和106d）、四根传动轴a、b、c、d（107a、107b、107c和107d）和四根外壳护管a、b、c、d（108a、108b、108c和108d），所述伺服电器驱动器（101）通过CANbus总线与所述上位机（6）相连并连接控制四个所述伺服电机a、b、c、d（102a、102b、102c和102d），接收所述上位机（6）的控制命令实现所述伺服电机a、b、c、d（102a、102b、102c和102d）进行转动速度、转动方向和输出扭矩的控制驱动，并传输当前状态反馈给所述上位机（6）；所述伺服电机a、b、c、d（102a、102b、102c和102d）分别通过四个所述联轴器a、b、c、d（106a、106b、106c和106d）和四根所述传动轴a、b、c、d（107a、107b、107c和107d）分别连接驱动所述四个螺旋桨a、b、c、d（103a、103b、103c和103d），分别实现正向涡流驱动、两侧向涡流驱动和底部涡流驱动；所述二维移动固定机构b（104b）采用轨道和滑块配合结构，采用螺纹固定和调节滑块在轨道中的位置，滑块分别与所述伺服电机b（102b）和外壳护管b（108b）进行螺纹固定，用于调节所述伺服电机b（102b）及螺旋桨b（103b）、联轴器b（106b）、传动轴b（107b）和外壳护管b（108b）的整体二维位置；所述二维移动固定机构c（104c）采用轨道和滑块配合结构，采用螺纹固定和调节滑块在轨道中的位置，滑块分别与所述伺服电机c（102c）和外壳护管c（108c）进行螺纹固定，用于调节所述伺服电机c（102c）及螺旋桨c（103c）、联轴器c（106c）、传动轴c（107c）和外壳护管c（108c）的整体二维位置；所述二维移动固定机构d（104d）采用轨道和滑块配合结构，采用螺纹固定和调节滑块在轨道中的位置，滑块分别与所述伺服电机d（102d）和外壳护管d（108d）进行螺纹固定，用于调节所述伺服电机d（102d）及螺旋桨d（103d）、联轴器d（106d）、传动轴d（107d）和外壳护管d（108d）的整体二维位置；所述三维移动固定机构（105）采用轨道和滑块配合结构，采用螺纹固定和调节滑块在轨道中的位置，滑块分别与所述伺服电机a（102a）和外壳护管a（108a）进行螺纹固定，用于调节所述伺服电机a（102a）及螺旋桨a（103a）、联轴器a（106a）、传动轴a（107a）和外壳护管a（108a）的整体三维位置；所述外壳护管a（108a）与所述三维移动固定机构（105）固定，包裹在所述联轴器a（106a）、传动轴a（107a）的外部，用于实现所述联轴器a（106a）、传动轴a（107a）的水密封，以去除传动轴转动对涌流模拟的影响；所述外壳护管b（108b）与所述二维移动固定机构b（104b）固定，包裹在所述联轴器b（106b）、传动轴b（107b）的外部，用于实现所述联轴器b（106b）、传动轴b（107b）的水密封，以去除传动轴转动对涌流模拟的影响；所述外壳护管c（108c）与所述二维移动固定机构c（104c）固定，包裹在所述联轴器c（106c）、传动轴c（107c）的外部，用于实现所述联轴器c（106c）、传动轴c（107c）的水密封，以去除传动轴转动对涌流模拟的影响；所述外壳护管d（108d）与所述二维移动固定机构d（104d）固定，包裹在所述联轴器d（106d）、传动轴d（107d）的外部，用于实现所述联轴器d（106d）、传动轴d（107d）的水密封，以去除传动轴转动对涌流模拟的影响；该机构用于实现四个方向涌流的大小、方向和涌流产生中心位置的控制模拟功能。
2.根据权利要求1所述的一种涌流模拟测试系统，其特征在于：所述投影仪（3）安装于所述大型水缸（5）的底部下方，与所述上位机（6）相连，用于产生平面投影光束，为高速摄像提供背景对比光。
3.根据权利要求1所述的一种涌流模拟测试系统，其特征在于所述高速摄像机（4）安装于所述大型水缸（5）的外侧面，与所述上位机（6）相连，用于实现对涌流及其冲击情况下所述探测目标（2）姿态变化的高速摄像。
4.根据权利要求1所述的一种涌流模拟测试系统，其特征在于所述探测目标（2）放置于所述大型水缸（5）的水中，位置正对于螺旋桨a（103a），并置于螺旋桨d（103d）上方，在螺旋桨b（103b）和螺旋桨c（103c）之间，所述探测目标（2）内置有姿态传感器，通过RS485总线与所述上位机（6）相连，实现所述探测目标（2）姿态信息的实时传输给所述上位机（6）。
5.根据权利要求1所述的一种涌流模拟测试系统，其特征在于所述上位机（6）通过CANbus总线与所述涌流驱动机构（1）相连，控制所述涌流驱动机构（1）实现涌流驱动模拟，同时用于实现所述高速摄像机（4）的图像存储和分析以及所述探测目标（2）的姿态信息存储和图像同步匹配。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160810 Termination date: 20190909 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |