CN108263583A - 一种欠驱动的双目跟踪水下机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种欠驱动的双目跟踪水下机器人，水下机器人包括中间姿态调节控制舱和头部视觉舱，所述中间姿态调节控制舱内设有翻滚姿态调节机构，翻滚姿态调节机构内设有可转动的搭载电池、控制板以及电源系统的固定架，以改变翻滚姿态调节机构在第一方向上的平面内的重心；所述中间姿态调节控制舱外设有第一推进器。所述头部视觉舱内有双目相机，通过双目相机采集图片寻找目标及计算与目标的距离。上述机器人，通过改变翻滚姿态调节机构在不同的位置，配合第一推进器，实现在第一方向和第二方向的运动，从而减少添加第一方向的推进器，降低推进器转动引起的水流在各个推进器间的运动干扰，提高自主航行器的运动可控性。
Description
技术领域
本发明涉及水下机器人，特别是一种欠驱动的双目跟踪水下机器人
背景技术
人口日益增长，陆地资源日趋紧张，开发和利用湖泊、海洋等水下资源是不可避免的选择。同时，人类对环境的影响越来越大，水下生物的多样性受到了极大的威胁，了解水下生物的生活环境及其健康状态是在保护湖泊、海洋可持续利用的重中之重。因此，开发一种可以适用于湖泊、海洋环境调查的水下机器人显得格外重要。
目前需要了解各种水下生物的生存情况通常是在某个地点放置水下相机等传感器采集数据、使用远程遥控水下机器人采集数据以及人工潜水采集数据等。这些方式存在传感器投放位置难以预先确定，机器人线缆缠绕，作业风险高等问题。而欠驱动的双目跟踪机器人自主寻找预先设定的跟踪对象，按照跟踪对象的游动轨迹采集轨迹附近的水下数据，能够为开发湖泊、海洋战略的制定提供精准的数据依据，具有宽广的应用市场
发明内容
本发明的目的是解决传统水下环境数据采集困难、数据准确度不高、操作困难以及安全风险大等问题，从而提出了一种欠驱动的双目跟踪机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种欠驱动的双目跟踪水下机器人，包括中间姿态调节控制舱、头部视觉舱和尾部推进舱，所述中间姿态调节控制舱内设有翻滚姿态调节机构，翻滚姿态调节机构内设有可转动的搭载控制板以及电源系统等重物，以改变翻滚姿态调节机构在第一方向上的平面内的重心；所述中间姿态调节控制舱外设有第一推进器。所述头部视觉舱内有第一双目相机，通过双目相机采集图片寻找目标及计算与目标的距离。所述尾部推进舱内有第一单目相机，通过单目相机采集图片辅助第一双目相机的目标寻找。上述机器人，通过改变翻滚姿态调节机构在不同的位置，配合第一推进器，实现在第一方向和第二方向的运动，所述第二方向垂直第一方向。所述尾部推进舱外天线和第二推进器，分别用于收发数据和实现第三方向运动，所述第三方向垂直于第一方向和第二方向。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述姿态调节机构包括人字架，人字架上设有第一安装位以安装第一传动组件或第一转动组件；人字架上设有第二安装位以安装所述重物的第一支撑板。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述重物第一支撑板上安装驱动所述第一传动组件的第一驱动电机，第一驱动电机通过同步带驱动第一传动组件；所述重物第一支撑板上还安装所述控制板和电源系统。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述电源系统包括安装在所述第一支撑板下的电池组、安装在所述第一支撑板上的继电器组和安装在第二支撑板上的变压组和不同电压接口组。所述第一支撑板和第二支撑板之间通过第一立柱连接。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述控制板通过第二立柱与第一支撑板连接，所述第一驱动电机安装在第一支撑板与控制板之间，第一驱动电机通过L支架固定在第一支撑板上。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述第一支撑板左侧固定的一个传动组件与两个转动组件和固定在中间姿态调节控制舱舱壳的内啮合圆柱齿轮啮合，第一支撑板右侧固定的三个转动组件和固定在中间姿态调节控制舱舱壳的内啮合圆柱齿轮啮合，实现翻滚姿态调节机构在中间姿态调节控制舱舱壳内的转动。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述中间姿态调节控制舱舱壳上有传感器挂载位以及数据传输孔。不同的传感器安装在挂载位上，通过数据传输孔将采集到的数据传输到控制板上。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述头部视觉舱与所述第一双目相机通过第一固定背板连接，所述第一固定背板上设有第一灯光安装位，第一灯光亮度和颜色根据所述第一双目相机对外界亮度值的大小进行调节。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述尾部推进舱与第一单目相机通过第二固定背板连接，所述第二固定背板上设有第二灯光安装位，在辅助目标寻找时，第二灯光亮度和颜色根据所述第一单目相机对外界亮度值的大小进行调节，在目标跟踪时，第二灯光亮度和颜色按照预定的规则运行，代表系统的运行状态。
本发明的有益效果：在本发明中，当跟踪目标时沿第三方向运动时，第二推进器通过相互配合，实现跟踪运动；当跟踪目标时沿第一方向运动时，翻滚姿态调节机构使机器人的重心垂直于第二方向和第三方向的平面，第一推进器通过相互配合，实现跟踪运动；当跟踪目标时沿第二方向运动时，翻滚姿态调节机构调节机器人的重心至合适的位置，通过与第一推进器相互配合，在保证第一方向的运动情况不变的条件下实现第二方向的跟踪运动。本发明专利利用水下机器人内部携带的电源系统，控制板等重物来改变水下机器人重心，实现了机器人内部空间的紧凑布置，同时减少第二方向的推进器，实现水下双目跟踪所需要的多个自由度运动，在机器人舱外挂载不同传感器，实现湖泊、海洋环境中生物生存水域的各种数据采集，解决传统水下生物生存环境数据采集的不足。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明头部视觉舱示意图；
图3是本发明中间舱姿态调节机构结构示意图；
图4是本发明中间姿态调节舱示意图；
图5是本发明尾部推进舱示意图；
具体实施方式
参照图1到图5，其显示了本发明较佳的实施例，但本发明可以以众多大体相同的形式来实现，并不仅仅限于本文所描述的实施例。在描述中遇到的方向(上、下、左、右、前及后)时以图1所示的结构为参考描述。
参照图1和图2，本发明提供了一种欠驱动的双目跟踪机器人1，包括头部视觉舱10，头部视觉舱10包括前舱体101，双目相机102，第一灯光103以及第一固定背板104。双目相机102用以实现目标跟踪以及目标机器人距离测量所需要的图像采集，第一灯光103用于补充双目相机102采集图像数据所需要光照强度。参照图1、图3和图4，本发明提供了一种欠驱动的双目跟踪机器人1，包括中间姿态调节控制舱20，中间姿态调节控制舱20内设有姿态调节机构200，姿态调节机构200包括齿轮201、传动轴206、同步带轮207、同步带208以及电机209。电机209安装在第一支撑板2016上，电机输出轴上安装有同步带轮207。传动轴206安装在装有轴承的人字架后两端分被连接同步带轮207和齿轮201。电机209转动后使得欠驱动的双目跟踪机器人1整体绕第三方向转动，从而实现姿态调节的功能。
参照图4，本发明提供了一种欠驱动的双目跟踪机器人1，包括控制板2010以及电源系统等重物，电源系统包括电池2015、继电器2011、变压器2014以及电源接线柱2012，控制板和电源系统构成的重物实现欠驱动的双目跟踪机器人1重心调节。
参照图1、图3和图4，本发明提供了一种欠驱动的双目跟踪机器人1，在电机209转动后，重心改变，与第一推进器配合，保证第一方向的运动后，实现第二方向运动
参照图1和图5，本发明提供了一种欠驱动的双目跟踪机器人1，包括尾部推进舱30，尾部推进舱30包括尾部舱体302，安装在尾部舱体302上的第二推进器301、天线305和第二固定背板304。第二固定背板304上安装有单目相机303以及第二灯光306。第二推进器实现欠驱动的双目跟踪机器人1在第三方向的运动以及绕第一方向的转动。第一单目相机303用于辅助目标寻找，在辅助目标寻找时，第二灯光306的亮度和颜色根据所述第一单目相机303对外界亮度值的大小进行调节，在目标跟踪时，第二灯光306的亮度和颜色按照预定的规则运行，代表系统的运行状态。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本技术领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种欠驱动的双目跟踪水下机器人，其特征在于，包括中间姿态调节控制舱、头部视觉舱和尾部推进舱，所述中间姿态调节控制舱内设有翻滚姿态调节机构，翻滚姿态调节ss机构内设有可转动的搭载控制板以及电源系统等重物，以改变翻滚姿态调节机构在第一方向上的平面内的重心；所述中间姿态调节控制舱外设有第一推进器。所述头部视觉舱内有第一双目相机，通过双目相机采集图片寻找目标及计算与目标的距离。所述尾部推进舱内有第一单目相机，通过单目相机采集图片辅助第一双目相机的目标寻找。上述机器人，通过改变翻滚姿态调节机构在不同的位置，配合第一推进器，实现在第一方向和第二方向的运动，所述第二方向垂直第一方向。所述尾部推进舱外天线和第二推进器，分别用于收发数据和实现第三方向运动，所述第三方向垂直于第一方向和第二方向。
2.根据权利要求1所述的欠驱动的双目跟踪水下机器人，其特征在于，所述姿态调节机构包括人字架，人字架上设有第一安装位以安装第一传动组件或第一转动组件；人字架上设有第二安装位以安装所述重物的第一支撑板。
3.根据权利要求1和2所述的欠驱动的双目跟踪水下机器人，其特征在于，所述重物第一支撑板上安装驱动所述第一传动组件的第一驱动电机，第一驱动电机通过同步带驱动第一传动组件；所述重物第一支撑板上还安装所述控制板和电源系统。
4.根据权利要求1和3所述的欠驱动的双目跟踪水下机器人，其特征在于，所述电源系统包括安装在所述第一支撑板下的电池组、安装在所述第一支撑板上的继电器组和安装在第二支撑板上的变压组和不同电压接口组。所述第一支撑板和第二支撑板之间通过第一立柱连接。
5.根据权利要求1和3所述的欠驱动的双目跟踪水下机器人，其特征在于，所述控制板通过第二立柱与第一支撑板连接，所述第一驱动电机安装在第一支撑板与控制板之间，第一驱动电机通过L支架固定在第一支撑板上。
6.根据权利要求1和2所述的欠驱动的双目跟踪水下机器人，其特征在于，所述第一支撑板左侧固定的一个传动组件与两个转动组件和固定在中间姿态调节控制舱舱壳的内啮合圆柱齿轮啮合，第一支撑板右侧固定的三个转动组件和固定在中间姿态调节控制舱舱壳的内啮合圆柱齿轮啮合，实现翻滚姿态调节机构在中间姿态调节控制舱舱壳内的转动。
7.根据权利要求1和2所述的欠驱动的双目跟踪水下机器人，其特征在于，所述中间姿态调节控制舱舱壳上有传感器挂载位以及数据传输孔。不同的传感器安装在挂载位上，通过数据传输孔将采集到的数据传输到控制板上。
8.根据权利要求1所述的欠驱动的双目跟踪水下机器人，其特征在于，所述头部视觉舱与所述第一双目相机通过第一固定背板连接，所述第一固定背板上设有第一灯光安装位，灯光亮度和颜色根据所述第一双目相机对外界亮度值的大小进行调节。
9.根据权利要求1所述的欠驱动的双目跟踪水下机器人，其特征在于，所述尾部推进舱与第一单目相机通过第二固定背板连接，所述第二固定背板上设有第二灯光安装位，在辅助目标寻找时，灯光亮度和颜色根据所述第一单目相机对外界亮度值的大小进行调节，在目标跟踪时，灯光亮度和颜色按照预定的规则运行，代表系统的运行状态。
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