CN107416156A - 倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统及其方法，该系统包括搭载各种设备的船体、安装于船体的可倾转动力装置、安装于船体的视频采集处理组件、位于船体内部可调节船体姿态的姿态控制模块、视频接收方具备APP应用功能的显示终端和对船体进行遥控指令发送的控制器；所述控制器的输出端与信号收发器的输入端连接，所述信号收发器的输出端分别与可倾转动力装置、姿态控制模块和视频采集处理组件连接，所述可倾转动力装置和姿态控制模块分别与船体连接，所述控制器的输出端与显示终端连接。本发明可自由方便的实现各种姿态的快速切换且控制姿态多。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统及其方法。
背景技术
在航空领域有成熟的倾转旋翼机方案，如美国的鱼鹰V22倾转旋翼机。倾转旋翼机是一种融合直升机垂直起降与传统固定翼螺旋桨飞机快速巡航和大航程等特点于一身的飞行器。旋翼安装于机翼端部的发动机短舱上，连同短舱能够从垂直位置倾转至水平位置。当短舱处于垂直位置时，倾转旋翼机能模仿横列式双旋翼直升机的工作特点进行垂直起降和空中悬停；当短舱倾转至水平位置时，旋翼类似固定翼螺旋桨使倾转旋翼机进行高速前飞。由于通过可倾转动力装置可轻易实现各种姿态，所以基于带有倾转机构的推进系统可以应用于水下舰船或机器人。
传统水下机器人采用固定螺旋桨动力装置，提供方向恒定的推进动力。船体姿态通过舵面偏转实现，可控制姿态较少，且不同姿态切换比较缓慢。
发明内容
针对上述中存在的不足之处，本发明提供一种倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统及其方法，控制姿态多，且可快速切换姿态。
为实现上述目的，本发明提供一种倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统，包括搭载各种设备的船体、安装于船体的可倾转动力装置、安装于船体的视频采集处理组件、位于船体内部可调节船体姿态的姿态控制模块、视频接收方具备APP应用功能的显示终端和对船体进行遥控指令发送的控制器；
所述控制器的输出端与信号收发器的输入端连接，所述信号收发器的输出端分别与可倾转动力装置、姿态控制模块和视频采集处理组件连接，所述可倾转动力装置和姿态控制模块分别与船体连接，所述控制器的输出端与显示终端连接；
由控制器发出操作指令，信号收发器接收控制指令，可倾转动力装置根据控制指令对倾转角和转速进行调整完成控制指令；在控制船体姿态、速度和运动方向的同时可执行拍照和视频录制功能，所拍摄视频及照片保存于船体内；在水中运行过程中由于水流的影响有外界扰动，船体内的姿态控制模块可进行姿态维稳；船体在水下运行过程中可以将视频图像实时传输于显示终端上，便于操控者随时了解水下情况进行相应的操控。
其中，所述船体包括防水密封舱、可折叠机翼、机翼折叠机构和起落架，所述可折叠机翼通过机翼折叠机构与防水密封舱连接，所述起落架安装在防水密封舱下方；当在陆地行动时可以打开起落架，起落架充当滚动轮；在空中高速飞行时可以将起落架收起，同时将可折叠机翼展开。
其中，所述可倾转动力装置包括倾转件和短舱动力组件，所述倾转件通过舵机或螺纹螺杆调整短舱动力组件的角度；所述短舱动力组件包括电机、涵道和螺旋桨，所述螺旋桨安装在涵道内，所述电机与螺旋桨驱动连接且由电机控制螺旋桨转速，且所述涵道通过倾转件与防水密封舱连接。
其中，所述视频采集处理组件包括摄像头、视频采集处理板和存储器，所述摄像头与视频采集处理板的输入端连接，所述视频采集处理板的输出端分别与显示终端和存储器连接；所述摄像头进行采集并将外界视频图像传给视频采集处理板进行视频处理并将视频数据传至水面以外的显示终端。
其中，所述姿态控制模块包括陀螺仪和处理芯片，所述信号收发器与陀螺仪相连接，所述陀螺仪与处理芯片的输入端连接，且所述处理芯片的输出端与可倾转动力装置连接，所述陀螺仪采集船体的姿态、速度、加速度数据发送至处理芯片，由处理芯片根据采集到的数据通过闭环控制算法计算出船体的控制量，并以PWM信号的方式发送给电机和船体，船体和电机执行相应的操纵，达到姿态控制的目的。
其中，所述显示终端为智能手机或平板电脑。
为实现上述目的，本发明还提供一种倾转短舱水下遥控潜艇的控制方法，该控制方法为：
由控制器发出操作指令，信号收发器接收控制指令，可倾转动力装置根据控制指令对倾转角和转速进行调整完成控制指令；在控制船体姿态、速度和运动方向的同时可执行拍照和视频录制功能，所拍摄视频及照片保存于船体内；在水中运行过程中由于水流的影响有外界扰动，船体内的姿态控制模块可进行姿态维稳；船体在水下运行过程中可以将视频图像实时传输于显示终端上，便于操控者随时了解水下情况进行相应的操控。
其中，该船体在无法接收到信号或者意外情况发生时，可以自动原路返航或先浮出水面再返航；且当船体在陆地行动可以打开起落架，起落架充当滚动轮；在空中高速飞行时可以将起落架收起，同时将机翼展开；若从空中着陆时也可以打开起落架起到缓冲效果。
其中，所述姿态控制模块主要用于在受到外界扰动时，根据船体姿态所受扰动的情况通过自身的动力装置抵消外界扰动从而保持原有目标姿态的，增强姿态稳定性。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统及其方法，该系统包括船体、可倾转动力装置、视频采集处理组件、姿态控制模块、显示终端和控制器；可由可倾转动力装置根据控制指令对倾转角和转速进行调整完成控制指令，在控制船体姿态、速度和运动方向的同时可执行拍照和视频录制功能，所拍摄视频及照片保存于船体内；在水中运行过程中由于水流的影响有外界扰动，船体内的姿态控制模块可进行姿态维稳；船体在水下运行过程中可以将视频图像实时传输于显示终端上，便于操控者随时了解水下情况进行相应的操控。上述改进，可自由方便的实现各种姿态的快速切换且控制姿态多。
附图说明
图1为本发明倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统折叠后的第一角度立体图；
图2为本发明倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统折叠后的第二角度立体图；
图3为展开后的立体图；
图4为本发明倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统方框图。
主要元件符号说明如下：
10、船体 11、可倾转动力装置
12、视频采集处理组件 13、姿态控制模块
14、显示终端 15、控制器
101、信号收发器 102、防水密封舱
103、可折叠机翼 104、机翼折叠机构
105、起落架 111、倾转件
112、短舱动力组件 121、摄像头
122、视频采集处理板 123、存储器
131、陀螺仪 132、处理芯片
1121、涵道 1122、螺旋桨。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
请参阅图1-4，本发明提供的倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统，包括搭载各种设备的船体10、安装于船体的可倾转动力装置11、安装于船体的视频采集处理组件12、位于船体内部可调节船体姿态的姿态控制模块13、视频接收方具备APP应用功能的显示终端14和对船体进行遥控指令发送的控制器15；
控制器的输出端与信号收发器的输入端连接，信号收发器的输出端分别与可倾转动力装置、姿态控制模块和视频采集处理组件连接，可倾转动力装置和姿态控制模块分别与船体连接，控制器的输出端与显示终端连接；
由控制器发出操作指令，信号收发器101接收控制指令，可倾转动力装置根据控制指令对倾转角和转速进行调整完成控制指令；在控制船体姿态、速度和运动方向的同时可执行拍照和视频录制功能，所拍摄视频及照片保存于船体内；在水中运行过程中由于水流的影响有外界扰动，船体内的姿态控制模块可进行姿态维稳；船体在水下运行过程中可以将视频图像实时传输于显示终端上，便于操控者随时了解水下情况进行相应的操控。
在本实施例中，船体10包括防水密封舱102、可折叠机翼103、机翼折叠机构104和起落架105，可折叠机翼通过机翼折叠机构与防水密封舱连接，起落架安装在防水密封舱下方。搭载各种设备的船体主要是由一个防水密封舱102组成，水下机器人所用的所有组件均安装于船体内部或挂载于船体外部，安装于船体内部的设备与水隔绝，且强大的水压由船体承载。当无法接收到信号或者意外情况发生时，可以自动原路返航或先浮出水面再返航。船体通过可折叠机翼和起落架具备水陆空行动能力。当在陆地行动可以打开起落架，起落架充当滚动轮；在空中高速飞行时可以将起落架收起，同时将机翼展开；若从空中着陆时也可以打开起落架起到缓冲效果。
在本实施例中，可倾转动力装置11包括倾转件111和短舱动力组件112，倾转件通过舵机或螺纹螺杆调整短舱动力组件的角度；短舱动力组件包括电机、涵道1121和螺旋桨1122，螺旋桨安装在涵道内，电机与螺旋桨驱动连接且由电机控制螺旋桨转速，且涵道通过倾转件与防水密封舱连接。这两个系统相对独立运行，不同的倾转角度和螺旋桨转速相互配合，可用于各种姿态的调节。
在本实施例中，视频采集处理组件12包括摄像头121、视频采集处理板122和存储器123，摄像头与视频采集处理板的输入端连接，视频采集处理板的输出端分别与显示终端和存储器连接；摄像头进行采集并将外界视频图像传给视频采集处理板进行视频处理并将视频数据传至水面以外的显示。摄像头作为图像传感器将外界视频图像传给视频采集处理板进行视频处理并将视频数据传至水面以外。视频采集处理板可以根据操控者的指令存储记录不同分辨率视频和照片。视频音频信息由船体在水中采集，可保存于船体内部的存储设备或通过线缆传至用户端，由用户根据需要操作进行保存或者可以在存储器中进行保存。
在本实施例中，所述姿态控制模块13包括陀螺仪131和处理芯片132，所述信号收发器与陀螺仪相连接，所述陀螺仪与处理芯片的输入端连接，且所述处理芯片的输出端与可倾转动力装置连接，所述陀螺仪采集船体的姿态、速度、加速度数据发送至处理芯片，由处理芯片根据采集到的数据通过闭环控制算法计算出船体的控制量，并以PWM信号的方式发送给电机和船体，船体和电机执行相应的操纵，达到姿态控制的目的。这个控制过程为闭环的实时控制，因此，在遇到外界扰动时可以自动及时作出相应，进行姿态的调整，以抵消外界扰动对机体姿态的影响。
在本实施例中，显示终端为智能手机或平板电脑。显示终端是指水面以外操控者实时观察水下图像的显示设备，可以是智能手机，平板之类的智能终端。在智能终端上安装本产品的控制APP应用，便可与船体进行数据对接，通过无线传输实现视频数据直传。
姿态控制模块主要用于在受到外界扰动时，根据船体姿态所受扰动的情况通过自身的动力装置抵消外界扰动从而保持原有目标姿态的，增强姿态稳定性。对船体进行遥控指令发送的控制器是指对船体姿态及运行工作状态发出指令的遥控器。拍摄，照相及船体姿态与航行速度等操控指令均由控制器发出，由船体的接收器接收并驱动马达和视频电路执行相应操作。当遇到意外情况可以执行一键返航功能。
为实现上述目的，本发明还提供一种倾转短舱水下遥控潜艇的控制方法，该控制方法为：
由控制器发出操作指令，信号收发器接收控制指令，可倾转动力装置根据控制指令对倾转角和转速进行调整完成控制指令；在控制船体姿态、速度和运动方向的同时可执行拍照和视频录制功能，所拍摄视频及照片保存于船体内；在水中运行过程中由于水流的影响有外界扰动，船体内的姿态控制模块可进行姿态维稳；船体在水下运行过程中可以将视频图像实时传输于显示终端上，便于操控者随时了解水下情况进行相应的操控。
相较于现有技术的情况，本发明提供的倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统及其方法，该系统及方法包括船体、可倾转动力装置、视频采集处理组件、姿态控制模块、显示终端和控制器；可由可倾转动力装置根据控制指令对倾转角和转速进行调整完成控制指令，在控制船体姿态、速度和运动方向的同时可执行拍照和视频录制功能，所拍摄视频及照片保存于船体内；在水中运行过程中由于水流的影响有外界扰动，船体内的姿态控制模块可进行姿态维稳；船体在水下运行过程中可以将视频图像实时传输于显示终端上，便于操控者随时了解水下情况进行相应的操控。上述改进，可自由方便的实现各种姿态的快速切换且控制姿态多。
本发明应用场景包括水下机器人及空中无人机。可通过自主巡航或人工遥控的方式运行，并执行相应操作。可自由方便的通过改变多个倾转动力推进系统的旋翼转速和倾转角来实现各种姿态的快速切换。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统，其特征在于，包括搭载各种设备的船体、安装于船体的可倾转动力装置、安装于船体的视频采集处理组件、位于船体内部可调节船体姿态的姿态控制模块、视频接收方具备APP应用功能的显示终端和对船体进行遥控指令发送的控制器；所述控制器的输出端与信号收发器的输入端连接，所述信号收发器的输出端与视频采集处理组件连接；所述信号收发器的输出端通过姿态控制模块与可倾转动力装置连接，所述可倾转动力装置与船体连接，且姿态控制模块置于船体内，所述控制器的输出端与显示终端连接；由控制器发出操作指令，信号收发器接收控制指令，可倾转动力装置根据控制指令对倾转角和转速进行调整完成控制指令；在控制船体姿态、速度和运动方向的同时可执行拍照和视频录制功能，所拍摄视频及照片保存于船体内；在水中运行过程中由于水流的影响有外界扰动，船体内的姿态控制模块可进行姿态维稳；船体在水下运行过程中可以将视频图像实时传输于显示终端上，便于操控者随时了解水下情况进行相应的操控。
2.根据权利要求1所述的倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统，其特征在于，所述船体包括防水密封舱、可折叠机翼、机翼折叠机构和起落架，所述可折叠机翼通过机翼折叠机构与防水密封舱连接，所述起落架安装在防水密封舱下方；当在陆地行动时可以打开起落架，起落架充当滚动轮；在空中高速飞行时可以将起落架收起，同时将可折叠机翼展开。
3.根据权利要求2所述的倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统，其特征在于，所述可倾转动力装置包括倾转件和短舱动力组件，所述倾转件通过舵机或螺纹螺杆调整短舱动力组件的角度；所述短舱动力组件包括电机、涵道和螺旋桨，所述螺旋桨安装在涵道内，所述电机与螺旋桨驱动连接且由电机控制螺旋桨转速，且所述涵道通过倾转件与防水密封舱连接。
4.根据权利要求1所述的倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统，其特征在于，所述视频采集处理组件包括摄像头、视频采集处理板和存储器，所述摄像头与视频采集处理板的输入端连接，所述视频采集处理板的输出端分别与显示终端和存储器连接；所述摄像头进行采集并将外界视频图像传给视频采集处理板进行视频处理并将视频数据传至水面以外的显示终端。
5.根据权利要求3所述的倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统，其特征在于，所述姿态控制模块包括陀螺仪和处理芯片，所述信号收发器与陀螺仪相连接，所述陀螺仪与处理芯片的输入端连接，且所述处理芯片的输出端与可倾转动力装置连接，所述陀螺仪采集船体的姿态、速度、加速度数据发送至处理芯片，由处理芯片根据采集到的数据通过闭环控制算法计算出船体的控制量，并以PWM信号的方式发送给电机和船体，船体和电机执行相应的操纵，达到姿态控制的目的。
6.根据权利要求1所述的倾转短舱水下遥控潜艇的控制系统，其特征在于，所述显示终端为智能手机或平板电脑。
7.一种倾转短舱水下遥控潜艇的控制方法，其特征在于，该控制方法为：
由控制器发出操作指令，信号收发器接收控制指令，可倾转动力装置根据控制指令对倾转角和转速进行调整完成控制指令；在控制船体姿态、速度和运动方向的同时可执行拍照和视频录制功能，所拍摄视频及照片保存于船体内；在水中运行过程中由于水流的影响有外界扰动，船体内的姿态控制模块可进行姿态维稳；船体在水下运行过程中可以将视频图像实时传输于显示终端上，便于操控者随时了解水下情况进行相应的操控。
8.根据权利要求7所述的倾转短舱水下遥控潜艇的控制方法，其特征在于，该船体在无法接收到信号或者意外情况发生时，可以自动原路返航或先浮出水面再返航；且当船体在陆地行动可以打开起落架，起落架充当滚动轮；在空中高速飞行时可以将起落架收起，同时将机翼展开；若从空中着陆时也可以打开起落架起到缓冲效果。
9.根据权利要求7所述的倾转短舱水下遥控潜艇的控制方法，其特征在于，所述姿态控制模块主要用于在受到外界扰动时，根据船体姿态所受扰动的情况通过自身的动力装置抵消外界扰动从而保持原有目标姿态的，增强姿态稳定性。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |