CN108375464B - 水下仿生感知及海洋装备实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下仿生感知及海洋装备实验装置，能进行水下人工侧线实验、仿生机器鱼航行实验、光学探测实验、洋流发电模拟洋流实验。结构简单，易于灵活组装与拆卸。包括截面为O型加长亚克力水箱，侧面垂直方向带有毫米级刻度，底部带有圆形刻度，内部可嵌套等形状截面O型亚克力隔板，形成环形水槽；O型加长水箱内部可以组装由变频调速电机驱动的模拟洋流的螺旋桨；O型加长水箱正上方安装多自由度桁架，其周围布置XYZ轴摄像机设备。本发明以O型加长水箱及多自由度桁架为基础，可添加各功能模块，完成水下多功能实验，本发明的目的在于实现实验环境的智能化管理，同时提高实验材料与场地的利用率，节省研制费用。

Description

水下仿生感知及海洋装备实验装置
技术领域
本发明涉及水下实验装置设计领域。尤其涉及一种水下仿生感知及海洋装备实验装置。
背景技术
随着全球经济的快速发展，人类对于能源的需求越来越大，陆地资源已经无法满足日益增长的需求，为了解决能源问题，人类开始更加注重海洋资源的开发，水下各种技术越来越受到重视，由于海洋环境复杂，海洋资源的开发很大程度上取决于水下作业设备的发展水平，水下作业设备在设计与研制过程中必不可少的一部分工作就是进行模拟实验，即通过实验装置模拟实际工作环境以检验与论证其在深海中的使用性能，开展海洋环境模拟实验技术研究对于水下作业设备技术的发展具有重要的研究意义和实用价值。因此，急需智能化程度高、人工操作少，便于携带与操作的综合实验装置。同时随着国家海洋战略的大力发展，各种民用或军用海工工程研制装备中，水下仿生探测、水下机器人航行和水下能源利用等实验工作大量展开。为检验仿生机器鱼和水下机器人的探测性能、航行性能，同时模拟洋流发电等洋流环境的水下实验配套装置也急需研制。目前各实验设备和实验装置都是单独研制的，这样就不能充分利用实验材料、实验场地、实验环境，重复投入建设较多。目前尚没有出现一种模块化多功能水下实验装置。
发明内容
为了克服上述现有技术不足，本发明目的在于提供一种水下仿生感知及海洋装备实验装置。
一种水下仿生感知及海洋装备实验装置，包括O型加长亚克力透明水箱，O型亚克力隔板，螺旋桨，多自由度桁架，摄像机，O型亚克力隔板与O型加长亚克力透明水箱底部接触且处于正中央，螺旋桨通过相关支撑设备固定在O型加长亚克力透明水箱侧面方向，多自由度桁架安装在O型加长亚克力透明水箱上方，所述的桁架由丝杠与前后活动轴构成。摄像机安装在三脚架上处在O型加长亚克力透明水箱周围。
本发明所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，O型加长亚克力透明水箱通过胶结方式成型。
本发明所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，O型亚克力隔板与O型加长亚克力水箱截面形状相同。
本发明所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，O型加长亚克力水箱侧面垂直方向有毫米级刻度，底部有圆形刻度。
本发明所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，螺旋桨处于O型加长亚克力水箱与O型亚克力隔板的正中央。
本发明所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，多自由度桁架与O型加长亚克力水箱不固连，位于O型加长亚克力水箱的正上方。
本发明所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，O型加长亚克力水箱XYZ方向上均有摄像机。
本发明所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，Z方向视频设备安装在多自由度桁架的前后轴上。
本发明所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，通过采用部件之间的灵活组合与拆卸，可以实现不同实验环境的搭建，当O型加长水箱与O型隔板组合构成环形水槽可以模拟洋流实验；当去掉O型隔板可以完成水下仿生鱼实验；本实验装置添加其他传感器模块，可以完成水下测线，光学检测等实验。本发明充分利用实验材料与实验场地，便于进行各种水下实验。
附图说明
图1为本发明的部分实验装置示意图；
图2为本发明的综合实验装置示意图；
图1—图2中，1、桁架前轴，2、O型加长亚克力水箱，3、桁架，4、螺旋桨，5、桁架后轴，6、桁架丝杠，7、摄像机，8、O型加长亚克力隔板。
具体实施方式
为了更加清楚明白阐述本发明的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施过程，对本发明进一步详细的说明。应该理解，此处所描述的具体实施过程仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-2所示，本发明的水下仿生感知及海洋装备实验装置，包括O型加长水箱，尺寸为350mm×300mm×150mm，材料为亚克力有机玻璃，呈透明状便于实验视频设备的测量以及实验者的观察，侧面垂直方向刻有毫米级刻度，底部刻有圆形刻度，便于深度测量和底部位置测量。O型加长亚克力隔板，变频调速电机驱动的用来模拟洋流的螺旋桨；多自由度桁架，可为六自由度，前后各三个自由度，平面两自由度的移动和垂直平面的转动，桁架可安装各种功能模块，例仿生鱼、视频设备和各种传感器等。
如图2所示，当进行海洋洋流发电实验时，O型空心亚克力有机玻璃隔板处在水箱的正中央组合成环形水槽，步进电机驱动的螺旋桨处在O型加长水箱的侧面，电机通过齿轮变速箱与螺旋桨相连。通过变频调速电机的转速可以实现对环形水槽中水流速度的调节，模拟不同的洋流速度。
如图1所示，当要进行其他水下实验时时，只需要用到O型加长水箱，此时O型隔板可以很方便的拆卸。在O型加长水箱的上方安装了多自由度桁架，桁架的传动方式为丝杠传动，其移动精度为1mm，控制器为STM32F103。桁架为六自由度，前后各三个自由度。通过STM32控制步进电机带动水平方向两个丝杠的运动，从而使与丝杠相连接的活动轴1和2可分别带动其他设备在三维下进行精确的位置移动。在水下实验台周围搭建XYZ方向的高清视频设备，其中Z方向的设备可与桁架的前后轴相连接。同时可配备DPIV(数字粒子图像测试技术)系统，XY平面垂直布置激光发射器与数字CCD设备。
在仿生鱼水下航行实验中，轴1和2分别与两个仿生鱼相连接，仿生鱼可实现上下前后左右移动。在仿生鱼上集成了人工侧线装置用来检测仿生鱼摆动时产生的尾迹中水流的压力变化。
在水下人工测线实验时，仿生鱼与轴1相连，仿生鱼的尾鳍上安装了带染料的软管，即软管的一端连接染料瓶一端粘贴在尾鳍上，仿生鱼运动时会释放染料，染料会跟随着水流运动从而显示出尾鳍摆动产生的尾迹中水流运动画面。
在多自由度桁架上可以组合其他功能模块来完成水下测量实验，本发明中可以搭建水下侧线实验，轴1与振子相连接，轴2与相应传感器相连接。两轴的配合有很大的灵活性，可用于各种水下实验环境的搭建。

Claims (8)

1.一种水下仿生感知及海洋装备实验装置，包括O型加长亚克力透明水箱(2)，O型亚克力隔板(8)，螺旋桨(4)，多自由度桁架(3)，摄像机(7)，其特征在于，O型亚克力隔板(8)与O型加长亚克力透明水箱(2)底部接触且处于正中央，O型亚克力隔板(8)可拆卸，螺旋桨(4)通过相关支撑设备固定在O型加长亚克力透明水箱(2)侧面方向，多自由度桁架(3)安装在O型加长亚克力透明水箱(2)上方，所述的多自由度桁架(3)由丝杠(6)与前后活动轴(1、5)构成，所述多自由度桁架(3)可安装功能模块，摄像机(7)安装在三脚架上处在O型加长亚克力透明水箱(2)周围。
2.根据权利要求1所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，其特征在于，O型加长亚克力透明水箱(2)通过胶结方式成型。
3.根据权利要求1所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，其特征在于，O型亚克力隔板(8)与O型加长亚克力透明水箱(2)截面形状相同。
4.根据权利要求1所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，其特征在于，O型加长亚克力透明水箱(2)侧面垂直方向有毫米级刻度，底部有圆形刻度。
5.根据权利要求1所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，其特征在于，螺旋桨(4)处于O型加长亚克力透明水箱(2)与O型亚克力隔板(8)的正中央。
6.根据权利要求1所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，其特征在于，多自由度桁架(3)与O型加长亚克力透明水箱(2)不固连，位于O型加长亚克力透明水箱(2)的正上方。
7.根据权利要求1所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，其特征在于，O型加长亚克力透明水箱(2)XYZ方向上均有摄像机(7)。
8.根据权利要求7所述的水下仿生感知及海洋装备实验装置，其特征在于，Z方向视频设备(7)安装在多自由度桁架的前后轴(1、5)上。
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